Juno - Mission beim Jupiter

Hallo

für Bahnberechnungen braucht man keine Außerirdischen und auch keine Supercomputer.
Sondern Isaac Newton und die Differentialrechnung. Beim Raumcon Treffen in Darmstadt
jetzt im Juni war einer der Vorträge genau zu diesem Thema.

Thema: Numerische Integration einer Differentialgleichung zweiter Ordnung

Matjes

Wer sind eigentlich die Leute die die Flugbahn berechnen?
Irgendwelche Genies oder gar Außerirdische?
Ich kann mir überhaupt nicht vorstellen wie das funktionieren kann.
Es ist ja alles in Bewegung, Schwerkraft des Planeten usw.

Bahnberechnungen sind Teil meiner Arbeit und ich kann dir versichern, das ist eigentlich ganz harmlos. Natürlich, es gibt viel zu beachten, wie bei jeder wissenschaftlichen Tätigkeit, aber im Endeffekt löst man mit einer Software die Bahngleichungen.
 https://de.wikipedia.org/wiki/Bahnelement
Im Prinzip sind Orbits einfach durch 6 Zahlen/Variablen definiert (wenn man Störkräfte, die bei interplanetaren Flügen natürlich enorm werden, mal außen vorlässt), und an bestimmten Stellen, wie zum Beispiel am Jupiter bei Juno jetzt, macht man Schubmanöver und ändert die Bahnelemente und erreicht dadurch einen anderen Orbit. Das Raumschiff fliegt ja im schwerelosen Raum und solange kein Schub wirkt, bleibt es auf seiner Bahn, es fährt sozusagen auf Schienen, die durch die Bahnelemente definiert sind. Ähnlich wie ein Lokführer muss man also nur an manchen Stellen was "steuern", und die restliche Zeit beobachtet man nur, ob alles klappt.

Einen Supercomputer braucht man definitiv nicht. Eher Geduld und Zeit, und ein Trajektoriensimulations- und Optimierungsprogramm und das notwendige Gefühl und Wissen, wie so ein Transferorbit ungefähr aussehen muss.

Kerbal Space Program spielen, dann wirst du es verstehen können.

Laut einem der Nachrichtensender musste Juno per Autopilot ein Raum- und Zeitfenster von 28 km und 1,2 Sekunden treffen.
Für einen Laien ist das natürlich bei einem Trip von 2,8 Mrd km unvostellbar.

Das krasseste daran ist die genaue Positionsbestimmung, meinem Gefühl nach.

Das krasseste daran ist die genaue Positionsbestimmung, meinem Gefühl nach.

Das machen die "Star-Tracker" viel genauer als jede Trägheitsnavigationseinheit.
Und der Rest ist Mathematik nach Standartmodell.

Und für den "Einschuss".
SCHUB! 

Mit Star-Trackern kann man im Sonnensystem keine Position bestimmen. Damit ist nur die Lage im Raum bestimmbar.

Gruss
Peter

Ich hätte da mal ne Frage, die mich seit gestern umtreibt:
Bei Wiki steht zur Juno-Sonde, dass am 30.08.2012 das Leros 1b Triebwerk für 29 min 39 s gezündet wurde (376 kg Treibstoff wurden verbraucht). Eine weitere Zündung erfolgte am 14.09.2012 für 30 min (weitere 376 kg Treibstoff wurden verbraucht).
Nun erfolgte also aktuell das Einschwenken in den Jupiterorbit (Brenndauer: 35 min, Treibstoffverbrauch 785 kg)!!
Das verstehe ich nicht.... Wieso ist der Verbrauch nun rund doppelt so groß?

Junos Triebwerk LEROS 1b verwendet laut NASA Hydrazin und als Oxidator Stickstofftetroxid (NTO), während das Lagekontrollsystem lediglich Hydrazin verwendet. Da fängt es für mich bereits an undurchsichtig zu werden, da ein LEROS 1b laut Herstellerangaben (Moog UK Westcott) Hydrazin/MON-3 verwendet, aber das mag am Ende keinen Unterschied machen....MON-3 beinhaltet ja NTO.

Wird Hydrazin/NTO nicht im Verhältnis 1:1 verbrannt? Wenn ja, ergibt sich nämlich automatisch eine weitere Frage:
Warum wurde beim Bremsmanöver nun fast dreimal mehr Hydrazin als Oxidator verbraucht? Vor dem letzten Brennvorgang sollen laut NASA nämlich noch 810 kg Hydrazin und 422 kg Oxidator an Bord gewesen sein. Nun sollen es noch 241 kg Hydrazin und 206 kg Oxidator sein. Wenn nein, sind die verbleibenden 241kg Hydrazin nur noch für das Lagekontrollsystem und die 206 kg Oxidator waren Sicherheit?
Musste das Lagekontrollsystem so extrem arbeiten? Hat man die Mischung Hydrazin/NTO variiert? Wurde einfach nur Hydrazin abgelassen?
Irgendwie macht nichts so richtig Sinn für mich.
 

Kann vielleicht sein, dass das Triebwerk bei der vorgestrigen Abbremsung stärker gearbeitet hat als bei den anderen Manövern.

Vor dem Einbremsen in den Orbit wurde Juno von Jupiter auf unglaubliche 266.000 km/h oder 74 km/sec beschleunigt (also rund die 10fache Geschindigkeit der ISS um die Erde). Um das zu kontrollieren braucht das sicher viel Energie.
Es wäre schon interessant zu wissen, wieviel G beim Abbremsen auf Juno wirkten.
Diese Kräfte wären um die Perjovia sicher für Lebewesen fatal.

Vor dem Einbremsen in den Orbit wurde Juno von Jupiter auf unglaubliche 266.000 km/h oder 74 km/sec beschleunigt (also rund die 10fache Geschindigkeit der ISS um die Erde). Um das zu kontrollieren braucht das sicher viel Energie.
Es wäre schon interessant zu wissen, wieviel G beim Abbremsen auf Juno wirkten.
Diese Kräfte wären um die Perjovia sicher für Lebewesen fatal.

Warum das denn ??  JUNO hatte am Ende des JOI-Burns noch 2 088 kg Masse (Startmasse 3 625 kg minus 2x376 kg minus 785 kg); das Leros-1b hat einen nominellen Schub von 635 N; ergibt also beim Einbremsen eine negative Beschleunigung (Verzögerung) von 0,304 m/s² - das sind 0,031 G , also fast nix !
Um von einer gerade offenen (hyperbolischen) Bahn auf eine gerade geschlossene (hochelliptische) Bahn zu kommen, braucht man nicht unbedingt viel Energie (das hat DAWN bei Ceres auch mit einem Ionentriebwerk und extrem schlappem Schub hingekriegt).
Ansonsten: auf der Umlaufbahn fliegt Juno antriebslos, d.h. Anziehungskraft von Jupiter und die Fliehkraft addieren sich zu Null, also auch keine spürbare Beschleunigung, selbst im Perijov !
Bei den hochelliptischen Bahnen ist die Bahngeschwindigkeit im Perijov jedesmal sehr hoch; weit draussen dafür um so geringer.

   Gruss HHg

Bei Wiki steht zur Juno-Sonde, dass am 30.08.2012 das Leros 1b Triebwerk für 29 min 39 s gezündet wurde (376 kg Treibstoff wurden verbraucht). Eine weitere Zündung erfolgte am 14.09.2012 für 30 min (weitere 376 kg Treibstoff wurden verbraucht).
Nun erfolgte also aktuell das Einschwenken in den Jupiterorbit (Brenndauer: 35 min, Treibstoffverbrauch 785 kg)!!
Das verstehe ich nicht.... Wieso ist der Verbrauch nun rund doppelt so groß?

Wird Hydrazin/NTO nicht im Verhältnis 1:1 verbrannt? Wenn ja, ergibt sich nämlich automatisch eine weitere Frage:

Antwort: Vielleicht ist die Angabe im ersten Fall nur Treibstoff (fuel), im zweiten Fall Treibstoff + Oxidizer
(das Verhältnis beim Leros-1b ist 0,8 bis 0,9)

Mit Star-Trackern kann man im Sonnensystem keine Position bestimmen. Damit ist nur die Lage im Raum bestimmbar.

Gruss
Peter

Extrem genaue Positionsbestimmung im interplanetaren Raum zB mit dem delta-DOR-Verfahren (DOR= Differential One-way Ranging);

Erläuterung des Verfahrens https://de.wikipedia.org/wiki/Delta-DOR-Verfahren

Hallo SpaceMech,

danke für die sehr interessante Ergänzung.

faszinierend

Gruß
Peter

Hallo

Es gibt ein erstes Bild der JunoCam aus dem Jupiterorbit. Das Bild ist vom 10.Juli, und zeigt Jupiter und drei Monde aus 4,3 Mio km Entfernung. Die Kamera hat den ersten Durchflug durch die Strahlungsgürtel überstanden.


http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA20707

viele Grüße
Steffen

Ich will ja jetzt nicht ketzerisch meckern, aber abgesehen vom anderen Blickwinkel bekommt das jeder Hobbyastronom von der Erde aus mit einem billigen chinesischen 20cm-Teleskop für ein paar Hundert Euro und einer Webcam besser hin...

Das Bild ist aus 4,3 Millionen Kilometer Entfernung, ich schätze wenn Juno beim nächsten Vorbeiflug nur 5.000km Entfernt ist ist die Qualität etwas besser. :-)

Ich will ja jetzt nicht ketzerisch meckern, aber abgesehen vom anderen Blickwinkel bekommt das jeder Hobbyastronom von der Erde aus mit einem billigen chinesischen 20cm-Teleskop für ein paar Hundert Euro und einer Webcam besser hin...

LOL, die Junocam ist ja auch die erste Amateurkamera die zu Jupiter geschickt wurde - ne Spass! Immerhin soll die Auflösung eine Größenordnung besser sein als bei der Galileo-Mission. Jedenfalls bei Jupiter selbst, am Äquator erreicht die Junocam 3 km/ Pixel, beim Pol 50 km/ Pixel. Bei den Monden ist es definitiv schlechter (ja ich weiß, Juno wurde nicht dazu konzipiert schöne Fotos zu machen...), das beste erwartete Foto von Io soll eine Auflösung von 106 Km/Pixel erreichen.  http://link.springer.com/article/10.1007/s11214-014-0079-x

This allows almost an order of magnitude improvement in resolution compared with Galileo’s best, which is in the range 20–25 km (Little et al. 1999)...It leads to a resolution requirement of 3 km/pixel at perijove, when the spacecraft is near the equator, and 50 km/pixel when the spacecraft is over the pole.

Die Bildqualität hängt nicht nur vom geometrischen Auflösungsvermögen ab (xx km/Pixel), sondern auch von der Anzahl der Helligkeitsstufen, die digitalisiert werden können. Hier ist JunoCam mit effektiv 11 bit (nominell 12 bit) nicht gerade berauschend (vergleichbar etwa mit den Philae-CIVA Kameraköpfen).
OSIRIS zB kann das 16fach feiner abstufen.

Hallo

Schon von der Größe kann man die JunoCam nicht mit einem Teleskop vergleichen. Sie wurde von der MSL-MARDI abgeleitet, welche hier im Größenvergleich mit einem Taschenmesser abgebildet wurde: http://www.msss.com/science/msl-mardi-instrument-description.php Man kann sich etwa vorstellen, wie klein die Objektivöffnung ist.
Die JunoCam besitzt vier Farbfilter (rot, grün, blau, nahinfrarot) die in Streifen auf dem Bildsensor aufgebracht sind, so dass jeder Filter die Komplette Breite des Sensors bedeckt, aber nur einen Teil der Höhe.

JunoCam sitzt an der Außenseite des Raumfahrzeugs, welches mit zwei U/min rotiert. Durch diese ständige Bewegung nimmt die Kamera 1600 Pixel breite 360° Streifen auf. Es wird alle 400 ms ein Bild geschossen. Da wegen der Rotation eine Belichtung von mehr als 3,2 ms zum Verwackeln führen würde, wird das Bild alle 3,2 ms um eine Pixelreihe "weitergeschoben", so dass die Bewegung des Bildmotivs über die Zeit einer Belichtung scheinbar zum Stehen kommt. Bis zu 100 solcher Schritte kann man ausführen, die Einzelbilder des "Films" überlappen sich dann noch. Diese Technik wird "Time-Delayed-Integration" (TDI) genannt. Die Ladung der CCD-Sensoren wird Zeile für Zeile verschoben, während gleichzeitig weiter belichtet wird. Es kommt damit zu einer kumulativen Belichtung der einzelnen Zeilen.

Um "normale" Farbfotos zu bekommen müssen die Streifen der einzelnen Farbkanäle später zusammengeführt werden.

http://www.msss.com/all_projects/junocam.php
https://www.missionjuno.swri.edu/media-gallery/junocam
http://www.msss.com/junocam_efb/efbimg.html

Die Kamera soll hauptsächlich Farbfotos von den Polen aufnehmen, sowie Wolkenstrukturen aus Nahdistance abbilden. Als JunoCams Hauptfunktion werden Bildung und Information der Öffentlichkeit genannt.
Dass die eigentliche Wissenschaftsmission von Juno nicht das Fotografieren ist, wurde ja hier im Thread schon besprochen.


viele Grüße
Steffen

Steffen, vielen Dank für die nochmal sehr gute Übersicht und Zusammenfassung!

Zeit-online hat einen Artikel zum Jupiter und der Ankunft von Juno am Planeten :
http://www.zeit.de/2016/26/raumsonde-juno-nasa-planet-jupiter-astronomie-mission 

Lohnt sich zu lesen. 

Ach jottchen, is det scheen lyrisch zum Schluß 

Fällt mir automatisch der Film Ampytrion ein

Aber völlig ok, warum nicht auch mal so, wenn der Schreiber die Spalten dafür kriegt !
Und publikumswirksam allemal, was ja nur gut ist.

Illustration Juno im Jupiter-Orbit:
Image Credit: NASA/JPL-Caltech

Nachdem am 5. Juli 2016 das Triebwerk für 35 Minuten zum einbremsen in den Jupiter-Orbit gezündet wurde,
hat der Orbiter gestern das Apojove - den entferntesten Punkt des Orbits - bei 8,1 Millionen km erreicht.
Jetzt rast Juno wieder dem Planeten entgegen und wird ihn am 27. August 2016 in einer Entfernung von nur 4200 km über den Wolken passieren.
Anders als beim ersten nahen Vorbeiflug werden diesmal die Instrumente eingeschaltet sein und Daten aufzeichnen.
Juno Projekt Manager Rick Nybakken sagte, sie haben jetzt alle Instrumente und den Orbiter durchgetestet.
Alles in bestem Zustand und bereit für den Einsatz in Jupiternähe. 

Die ersten beiden Orbits sind größer und dauern jeweils 53,4 Tage.
Nach den ersten beiden Runden wird Juno 19. Oktober 2016 in den Arbeitsorbit einbremsen, der nur noch 14 Tage braucht:
Credit: NASA/JPL-Caltech

Guten Morgen

Ich würde gern wissen wodurch die Bahn von Juno
immer weiter gekippt wird. Aktiv mit Triebwerken oder
gibt es einen himmelsmechanischen Grund.

Matjes

Das hat mich auch gewundert.
Im Apojove der sehr exzentrischen Bahn kann man vielleicht einiges mit Triebwerken bewegen - ohne allzugroßen Treibstoff-Verbrauch.