Wieviele von Menschenhand geschaffene Objekte verlassen unser Sonnensystem?

Hallo alle zusammen.

Eine Frage beschäftigt mich seit einiger Zeit. Ich wollte die Frage auch schon mal in dem beliebten Quiz-Thread https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=6784.570 stellen. Aber da ich die Antwort nicht kenne, mache ich hier mal einen neuen Thread auf.

Also, wieviele von Menschenhand geschaffene Objekte verlassen im Moment unser Sonnensystem?
Klar wird jetzt jeder denken, es sind insgesamt 5 Sonden, nämlich:
- Pioneer 10 und 11,
- Voyager 1 und 2,
- New Horizons.

Aber, das kann nicht sein, denn die "Star-48B-Stufe" welche New Horizons auf die Bahn zu Jupiter und Pluto beschleunigt hat, verlässt definitiv unser Sonnensystem. Ich hatte dazu mal ein Powerpoint-Präsentation gesehen. Habe diese aber im Moment nicht zur Hand.

Wie sieht es mit den Centaur-Oberstufen, welche Pioneer 10 und 11, sowie die Voyager-Sonden auf deren Fluchtbahnen gebracht haben? Wurde die sogenannte 3. Kosmische Geschwindigkeit nicht erreicht?
Bekanntlich wurden die "Pioneers" und die "Voyagers" bei den Vorbeiflügen immer mehr beschleunigt.
Haben die Centaur-Oberstufen die jeweiligen Sonden "verfolgt", verlassen unser Sonnensystem oder sind sie vielleicht in den Atmosphären von Jupiter, Saturn, Uranus oder gar Neptun eingetreten und verglüht?

Nächste Überlegung: Es gibt da noch drei weitere Sonden, die zwar nicht unser Sonnensystem verlassen, aber deren Oberstufen unter Umständen schon, nämlich:
- Ulysses,
- Galileo,
- Cassini-Huygens.

Ulysses wurde ja mit dem Space Shuttle (genau wie Galileo) in die Erdumlaufbahn gestartet und dann mit einer IUS-Oberstufe auf eine direkte Bahn zum Jupiter beschleunigt. Durch den Vorbeiflug am Jupiter wurde Ulysses auf eine polare Umlaufbahn um die Sonne geschleudert. Aber was passierte mit der IUS-Oberstufe ? Einschlag auf Jupiter? Verlässt diese IUS unser Sonnensystem?

Bei den Sonden Galileo und Cassini-Huygens gehe ich, aufgrund der komplizierten Bahnverlaufes durch das innere Sonnensystem (Mehrfaches Schwungholen vorbei an Venus, Erde, etc.) davon aus, dass die Oberstufen in eine Umlaufbahn um die Sonnen eingetreten sind. Aber undenkbar ist nichts.

Und die nächste / letzte Überlegung: Könnte es weitere Teile geben, wie Schrauben, irgendwelche Schutzabdeckungen, Nutzlastverkleidungen oder abgeworfene / abgebrochene / verlorene Teile geben, die auf dem Weg zu den Sternen sind?

Nun was meint ihr? Wieviele Objekte sind es nun die unser Sonnensystem verlassen?

Gruß Guido

Moin Guido,

interessante Frage.

Aber sie sollte auch richtig beantwortet werden und nicht wie in dieser Meldung vom ZDF, letzter Satz im Absatz: Großer Name für große Aufgabe
Hier >>>
Da sagen die doch tatsächlich >>> Doch schon ein Jahr später ist Schluss damit. Bis dahin haben Komet (67P/Tschurjumow-Gerasimenko) und Raumsonde (Rosetta) die Sonne umrundet und werden das Sonnensystem verlassen.
(in Klammer von mir eingesetzt)

Jerry

Hi Guido

Das mit den Oberstufen von Galileo, Ulysses und Cassini ist falsch, denn die Sonden wurden nicht direkt zum Saturn gestartet, sondern haben an verschiedenen Planeten (Galileo: Erde und Venus; Cassini: Venus, Erde und Jupiter; Ulysses: Jupiter) Swing-by-Manöver durchgeführt, d.h. dass sie mit Hilfe ihrer Gravitation beschleunugt wurden. Deshalb befinden sich alle Oberstufen, da sie den ersten Swing-by-Planeten verpasst haben, auf einer Umlaufbahn um die Sonne. Aber das mit Voyager, Pioneer und New Horizons ist natürlich richtig.

Das hat Guido doch geschrieben, dass die die Trajektorien wahrscheinlich zu komplex waren ...

Ups, sorry.

Also ich denke keine der Oberstufen hatte eine "ordentlichen" Jupiter-Flyby geschafft, der ausreichend Impuls mitgibt. Auf dem Weg zu einem Flyby machen Sonden mehrere Korrekturmanöver, um "Startfehler" auszugleichen, Bahnstörungen im Flug zu eliminieren und so einen ziemlich genauen Vorbeiflug hinzulegen. Natürlich spielen da auch Beobachtungsanforderungen eine Rolle, nicht nur der Impulsgewinn, wenn die genaue Geometrie festgelegt wird. Da die Stufen all so etwas nicht machen, halte ich es für unwahrscheinlich, dass sie die "Korridore" am Jupiter ordentlich treffen, wenn sie überhaupt in die Nähe kommen.

halte ich es für unwahrscheinlich, dass sie die "Korridore" am Jupiter ordentlich treffen, wenn sie überhaupt in die Nähe kommen.

Vielleicht "treffen" sie ihn ja eben doch, aber frontal

Ja, das ist logisch, dass sich zuerst die Sonden lösen, denn sonst müssten sie ja die Oberstufen mitbeschleunigen, was erheblich mehr Treibstoff verbraucht...

Hallo zusammen,
Danke für Eure Antworten.

Habe mal noch ein wenig recheriert. Zuerst ein paar Zahlen:
Zweite kosmische Geschwindigkeit: 11,2 km/s - reicht zum Verlassen des Erdorbits.
Dritte kosmische Geschwindigkeit: 12,3 km/s - reicht zum Verlassen des Sonnensystems.

New Horizons erreicht mit zusätzlicher Star-48B-Kickstufe die höchste je erreichte Fluchtgeschwindigkeit.
New Horizons: 16,2 km/s (Quelle Wikipedia).
Ulysses: 15,4 km/s (Quelle Wikipedia).
Voyager 1+2: 14,3 km/s (Quelle Leitenberger).
Pioneer 10: 14,36 (Quelle Wikipedia).
Pioneer 11: keine Angaben gefunden.

Fangen wir mal mit New Horizons an. NH wurde mit einer Atlas V-551 gestartet. Diese Atlas V verfügte über eine Centaur-Oberstufe, auf der eine "Star-48B-Kickstufe" und New Horizons befestigt waren. Die Centaur-Oberstufe hat diese Kombination auf Fluchtgeschwindigkeit beschleunigt. Danach wurde die Centaur abgetrennt. Der Star-48B-Feststoffmotor hat dann NH auf die 16,2 km/s weiterbeschleunigt.

Nun würde ich vermuten, dass Sonden (im Allgemeinen), nach der Trennung von den Kick- bzw. Oberstufen, die jeweilge Geschwindigkeit soweit erhöhen, dass eine sichere Distanz zur Kickstufe erreicht wird. Hierbei sollten ja einige Meter pro Sekunde reichen. Jedoch ist bei New Horizons das Gegenteil der Fall gewesen. Bei "space.com" gibt es einen Artikel ( http://www.space.com/missionlaunches/060126_newhorizons_update.html ), der den Vorgang anders beschreibt als ich erwartet hätte.

Two navigation burns set for Jan. 28 and Jan. 30 to refine New Horizons' flight path will slow the craft enough to allow the Star-48 engine to overtake it, Stern said, adding that the engine will not reach Pluto before NASA's probe.

"It'll fling off in the general direction of Pluto, but will miss by 200 million kilometers because it missed the precise aim point at Jupiter," Stern told SPACE.com.

Kurz übersetzt: Mit Triebwerkzündungen von NH am 28. und 30. Januar hat man die Geschwindigkeit der Sonde soweit reduziert, dass die "Star-48" New Horizons überholt. Dadurch wurde erreicht, das die "Star-48" den aim point - also den genauen Zielpunkt am Jupiter nicht trifft. "Star-48B" trifft später als NH am Pluto ein, wird ihn aber um ca. 200 Millionen Kilometer verfehlen.

Fazit: Die Star-48B-Kickstufe verlässt in jedem Fall das Sonnensystem. Der Sturz auf den Jupiter oder einen seiner Monde kann ausgeschlossen werden. Auch die zugehörige Centaur wird unser Sonnensystem verlassen, auch wenn dass nirgendwo beschrieben ist. Hier müsste man die Endgeschwindigkeit nach dem Ausbrennen kennen.

Also zählen wir mal zusammen:
- Pioneer 10+11, Voyager 1+2, New Horizons: macht zusammen 5 Objekte;
- 1 x Centaur-Oberstufe (NH) plus 1 x "Star-48B": mach zusammen 5 + 2 = 7 Objekte
- Kleinteile, die bei den Trennungen freigesetzt wurden: nun ja, ich glaube die lassen wir mal außen vor.  

Nun bin erst mal müde und gehe ins Bett. Es wird weiter recheriert.

Gute Nacht und schlaft schön.

Guido

Guten Morgen,

zu Voyager habe ich das hier gefunden:

Each Voyager used the enormous gravity field of Jupiter to be hurled on to Saturn, experiencing a Sun-relative speed increase of roughly 35,700 mph.

An Jupiter hat jeder beiden Sonden ca. 37500mph Geschwindigkeitsgewinn erzielt.

Das wären ja gewaltige 15.9 km/s und ein klares Indiz, dass die Stufen es nicht aus dem Sonnensystem schaffen würden.

Und nun habe ich was gefunden:
http://voyager.jpl.nasa.gov/science/hyperbolic.html

Hier sind die Bahnelemente von Voyager 1 und 2 sonnenbezogen nach dem Verlassen der Erde:
Voyager 1
a = 745,761,000
e = .797783
i = 1.032182
OM = -17.565509
o = -.767558
M = .304932

Voyager 2
a = 544,470,000
e = .724429
i = 4.825717
OM = -32.940520
o = 11.702680
M = -.888403

Ohne das jetzt genau in deren Geschwindigkeit nach Brennschluss umzurechnen, reicht schon die Angabe der Exzentrizität:  e=0.798 und e=0.724. Da e<1 gilt, sind das noch Ellipsen, keine Hyperbeln. Nach dem Verlassen der Erde waren also Voyager 1 und 2 (und demnach wahrscheinlich auch die Pioneers) auf Sonnenorbits. Nach dem Jupiterflyby hingegen galt dann e=2.302740 und e=1.338264, jetzt waren sie also auf Hyperbeln aus den Sonnensystem.
Ich halte es weiterhin für unwahrscheinlich, dass die Oberstufen auch "ordentliche" Flybys zufällig hingelegt haben

Hallo Daniel,

ich hab' auch was gefunden. Es ist eine kleine Powerpoint-Präsentation, dass die Flugbahn von "NH" und "NH 3rd-Stage" zeigt.
http://www.unmannedspaceflight.com/index.php?s=09557bd2200384970c62380a92b257de&act=attach&type=post&id=14128

Was hälst Du davon?

Gruß Guido