Lunar Orbital Platform – Gateway / HALO (ehemals DSG/LOP-G)

Doch, das geht. Ich habe es mir in einer längeren Diskussion in NSF erklären lassen. Es ist kein Flyby-Manöver in dem Sinn, daß man bei der Erde nur Schwung holt. Am tiefsten Punkt nahe der Erde, bei höchster Geschwindigkeit wird das Abflugmanöver durchgeführt, der Earth departure burn.

Die Summe aller Manöver, von der Erde bis zum EM-L2 und dann am Mond vorbei Richtung Mars braucht etwas mehr delta-v als Abflug direkt vom LEO. Aber wenn der Treibstoff auf dem Mond gewonnen wird (meiner Meinung nach noch lange nicht realistisch) oder z.B. mit SEP vom LEO da hin gebracht wird, kann es sich lohnen. Oder im Fall des DSG als Methode, die mangelhaften Fähigkeiten von Orion als interplanetare Fähre auszugleichen.

Wenn der Mond Ressourcen liefert, ist eine Station in seiner Nähe schon an sich sinnvoll, eben da man dann die Ressourcen schon "weit draußen" hat. Dann kann man auch direkt von dort weiter hinaus fliegen.

Aber, wie du schon sagst, das ist bei den hier skizzierten Architekturen ja noch lange nicht drin.

Bei der von dir skizzierten Manöverfolge, um vom Mond-L2 zu einem tiefen Departure-Burn an der Erde zu kommen, musst du aber auch das deltaV einrechnen, um erstmal vom hohen Orbit auf so einen nahen und schnellen Vorbeiflug an der Erde abzubremsen. Und dann gewinnt man beim tiefen Burn mehr, als man da oben investiert ... im Vergleich zu einem direkten Abflug vom L2 nach außen?

Bei der von dir skizzierten Manöverfolge, um vom Mond-L2 zu einem tiefen Departure-Burn an der Erde zu kommen, musst du aber auch das deltaV einrechnen, um erstmal vom hohen Orbit auf so einen nahen und schnellen Vorbeiflug an der Erde abzubremsen. Und dann gewinnt man beim tiefen Burn mehr, als man da oben investiert ... im Vergleich zu einem direkten Abflug vom L2 nach außen?

Sehr viel mehr. Ein minimales Manöver, bei dem der Mond die Ablenkung Richtung Erde liefert. Der Mond hilft beim erreichen von EM-L2 und beim Abflug von dort. Es ist trotzdem mehr als direkter Abflug von LEO. Es muß also irgendeine Motivation geben, es von dort zu machen, die mit der Missions-Architektur zusammenhängt.

Bei der von dir skizzierten Manöverfolge, um vom Mond-L2 zu einem tiefen Departure-Burn an der Erde zu kommen, musst du aber auch das deltaV einrechnen, um erstmal vom hohen Orbit auf so einen nahen und schnellen Vorbeiflug an der Erde abzubremsen. Und dann gewinnt man beim tiefen Burn mehr, als man da oben investiert ... im Vergleich zu einem direkten Abflug vom L2 nach außen?

Kann schon gehen. Um das perigaum zu senken muss man so weit draußen relativ wenig dv aufbringen. Auch die inclination lässt sich einfach ändern. Könnte ähnlich wie ein 3 Impuls Manöver besser sein als direkt. Oder zumindest fast gleich

Ich habe den dV-Bedarf mal durchgerechnet.

Startpunkt: Kreisbahn auf Höhe des Mondorbits um die Erde, im Mittel 384 400 km.

2 Wege:

• 1 Manöver ---> Beschleunigung aus dem Orbit auf eine parabolische Fluchtbahn aus dem Erdsystem heraus
• 2 Manöver ---> Bremsung aus dem Orbit auf eine Ellipse mit 400km Perigäum über der Erde --> Beschleunigung im Perigäum auf eine parabolische Fluchtbahn aus der Erdsystem

Für den ersten Weg gilt:
- Kreisbahngeschwindigkeit v1 = 1018 m/s
- Fluchtgeschwindigkeit v2=2^(1/2)v1 = 1440 m/s

--> delta-V für das Manöver: |v2 - v1| = 422 m/s


Für den zweiten Weg gilt:
- Kreisbahngeschwindigkeit v1 = 1018 m/s
- Geschwindigkeit im Apogäum der Rücksturz-Ellipse vA = 189 m/s
- Geschwindigkeit im Perigäum der Rücksturz-Ellipse vP = 10747 m/s
- Fluchtgeschwindigkeit v2 = 10842 m/s

--> delta-V für beide Manöver: |v1-vA| + |v2-vP| = 924 m/s

Man benötigt also mehr als das doppelte dV im Vergleich zum Direktstart von da oben. Schon allein das 1. Bremsmanöver braucht |v1-vA| = 829 m/s. Also schon hier habe ich mehr Treibstoff verbrannt als wenn ich einfach nur direkt nach außen beschleunigen würde. Diesen Treibstoff holt auch der Oberth-Effekt nicht zurück.

Wobei ich hier den parabolischen Grenzfall betrachte. Wenn man stattdessen auf hyperbole Bahnen beschleunigt, kann der Obertheffekt helfen zusätzliche Geschwindigkeit aufzubauen. Vielleicht rechne ich später weiter, ab wann der Effekt dann "überholt" und mehr Endgeschwindigkeit erzeugt als ein Direktstart.

Danke Schillrich. Gibt es nicht noch einen dritten Weg?:

... Ein minimales Manöver, bei dem der Mond die Ablenkung Richtung Erde liefert...

Also so eine Art Swingby am Mond richtig?

Wenn man an die Erde gebunden ist (also nicht um den Mond orbitiert), kann man sich vorstellen aus der Ferne einen Flyby am Mond zu machen, um gegenüber der Erde Impuls zu gewinnen oder zu verlieren. Hmm ... ... das Potential versuche ich nachher mal abzuschätzen.

Die USA wollen zurück zur MondOBERFLÄCHE. Ist das das Ende des DSG?

https://www.heise.de/newsticker/meldung/Erst-Mond-dann-Mars-Trump-Regierung-aendert-Zielrichtung-der-NASA-3850936.html?hg=1&hgi=3&hgf=false

Mane

Nicht zwingend. Wenn man sieht wie viel Mittel aktuell "nur" für die Entwicklung des SLS (ohne Lander) gebunden sind, dann können sie das ganze einfach nicht alleine stemmen. Dafür war die Etaterhöhung der NASA zu gering. Ich glaube US-Vizepräsident Pence hat das DSG schon im Blick. Dort wollen sie ja das Kernstück liefern und würden in seinem Sinne "Führen". Vom DSG sollen ja auch Landungen auf dem Mond durchgeführt werden. Hier könnten die privaten US-Firmen auch Lander oder gar Bodenequipment entwickeln. Aktuell hat ja nur Japan offiziell einen bemannten Lander geplant. Die "Privaten" sind aktuell noch zu sehr mit ihren bemannten Kapsel gebunden.

Die USA wollen zurück zur MondOBERFLÄCHE. Ist das das Ende des DSG?

https://www.heise.de/newsticker/meldung/Erst-Mond-dann-Mars-Trump-Regierung-aendert-Zielrichtung-der-NASA-3850936.html?hg=1&hgi=3&hgf=false

Mane

Nein, das ist nicht das Ende des DSG. Trump ist noch 3 Jahre im Amt (davon gehen wir alle aus) und bewirken wird er wohl gar nix, wenn wir die Obama Regierung anschauen. Und was ist wenn der nächster Präsident die Ziele wieder ändert? Dann fängt es ja wieder vom NULL an. Die amerikanische Raumfahrtpolitik blockiert sich selber! Das ist wie wenn man ein Reset Knopf drückt!

Bush: Ziel Mond (Constellation Programm
Obama: Constellation Programm abgebrochen . Ziel: Mars. Ungewisser Programm (SLS) hervorgerufen
Trump: Wieder zum Mond

Na ja es ist immer ein Hin und Her zwischen Mond und Mars

Hier bitte keine Präsidenten-Diskussion vom Zaun brechen, dafür haben wir den Trump/Kongress Thread.
Beitrag verschoben.

Ich habe jetzt mal mit dem Obertheffekt gespielt: wie wirkt er bei einem Erdvorbeiflug und ab wann lohnt sich so eine Trajektorie gegenüber einem Direktstart aus einem fernen Erdorbit?



Die Kurven geben jeweil die spezifische Bahnenergie an, die man mit dem jeweiligen dV erreicht. e<0 sind geschlossene Orbits um die Erde. Bei e=0 verlässt man die Erde auf einer Parabel. Bei e>0 ist man auf einer Hyperbel unterwegs. Je höher die Energie, umso schneller ist man auf der Fluchtbahn unterwegs.

Die blaue Kurve zeigt einen direkten Start aus einem hohen Erdorbit aus Mondnähe, bei dem alles deltaV für das Fluchtmanöver verfügbar ist. Bei einem dV-Vermögen von 422m/s erreicht man hier die Fluchtgeschwindigkeit aus dem Erdsystem.

Die grüne Kurve zeigt einen Start aus dem 400km-Perigäum einer "Rücksturz-Ellipse", nachdem man ein dV=829m/s bereits verbraucht hat, um aus dem hohen Orbit auf die Rücksturz-Ellipse zu kommen. Man kann dort unten nur beschleunigen, wenn man überhaupt mehr als 829m/s "im Tank" hat. Von so tief unten erreicht man Fluchtgeschwindigkeit dann erst, wenn man ein gesamtes dV-Vermögen von 924m/s im Tank hat.

Ab einem dV-Vermögen von 1019m/s gewinnt das Oberth-Verfahren für diue Fluchtbahn energetisch ... soll heißen, ab da kommt eine Sonde/ein Raumschiff mit mehr Energie (schneller) von der Erde weg als bei einem Direktstart. Vorher ist der Direktstart immer die bessere Variante. Damit sich Oberth hier lohnt, muss man aber das 2,4-fache dV-Vermögen einbauen ... und wenn mann dann in die Raketengleichung schaut, was dieser Faktor für die Treibstoffmasse bedeuetet ... da erscheint die 2,4 dann im Exponenten. Das ganze System würde also viel größer, um einen Gewinn am oberen Ende der Skala zu gewinnen.

Und jetzt noch eine letzte Grafik zum Obertheffekt ...



Ich habe 5 unterschiedliche dV-Vermögen angenommen, 422 m/s bis 1222 m/s, die vollständig eingesetzt werden, entweder für einen Direktstart (blaue Kurven) oder mit einer Abbremsung, Rücksturz und Fluchtmanöver im Perigäum (gelbe Kurven). Startpunkt ist immer die Höhe der Mondbahn.

Die gelben Kurven zeigen, welche Bahnenergie man erhält, wenn jeweils ein Perigäum in Radius r ansteuert.
Bei den unteren drei Bahnen kommt man immer auf Bahnen raus, die eine geringere Enegie haben als eine Bahn im Direktstart. Je tiefer das Perigäum, desto mehr Energie verliert man. Wenn E<0 erreicht wird, bleibt man sogar bei der Erde gefangen, während ein ein Direktstart auf jeden Fall ins Sonnensystem führt.
Bei den oberen beiden Bahnen hat sich das Verhältnis umgekehrt. Ein Oberthmanöver führt auf jedem Fall zu einer schnelleren Bahn gegenüber einem Direktstart. Je tiefer das Perigäum ist, desto schneller wird man.

Erst einmal vielen Dank für die Berechnungen. Solche Objektiven Bewertungen der Physikalischen Möglichkeiten haben wir hier leider viel zu selten!
Was mich verwirrt ist die "Kreisbahn auf Höhe des Mondes" eine solche Strebt man ja gerade nicht an, sie wäre wohl auch recht instabil, sondern einen Lagrange Punkt für den ja zahlreiche Besonderheiten gelten wie wir hier schon öfters diskutiert haben, ich zumindest aber nur oberflächlich Verstanden habe...
ich habe die jedenfalls immer als "Abkürzungen" im Sinne des deltaV Bedarfs verstanden!

MFG S

Hallo Stefan,

mit "Kreisbahn auf Höhe des Mondes"  meine keinen Orbit um den Mond, sondern einen Orbit um die Erde in Mondentfernung. Der L-Punkt wäre noch mal ein Stückchen weiter draußen.

Hallo Daniel,

danke für die Berechnungen.

Jetzt musst du noch das Delta V berücksichtigen, dass man benötigt um vom LEO auf den hohen Erdorbit beim Mond zu kommen und das ebenfalls verrechnen. Ich bin gespannt, wie die Sache dann ausgeht...

Viele Grüße
Tobias

Hallo Stefan,

mit "Kreisbahn auf Höhe des Mondes"  meine keinen Orbit um den Mond, sondern einen Orbit um die Erde in Mondentfernung. Der L-Punkt wäre noch mal ein Stückchen weiter draußen.

Schon klar ich habe das nur so verstanden das es weniger deltaV braucht um in den L2 zu kommen als in einen kreisförmigen Orbit, was in der tat auf den ersten Blick widersprüchlich erscheint...

Hallo Tobias,

Oberth lohnt sich nur, wenn man "kostenlos" (also klassische aus einem echten Flyby kommt) von oben reinfällt und die hohe Geschwindigkeit im Perizentrum quasi "geschenkt" bekommen, indem ich meine potentielle Energie umsetze. Wenn ich mich selbst erst auf die Sturzhöhe heben muss, bringt Oberth nichts mehr.

Die NASA beauftragt 5 Firmen mit Studien für den solar-elektrischen Antrieb (SEP) über vier Monate an Boeing, Lockheed Martin, Orbital ATK, Sierra Nevada Cooperation und SSL.

Sie gibt dafür insgesamt 2,4 Mio $ aus.

https://www.nasa.gov/press-release/nasa-selects-studies-for-gateway-power-and-propulsion-element

Bericht im Magazin nature über den Workshop am ESTEC von ESA und NASA um die wissenschaftlichen Möglichkeiten einer DSG zu untersuchen.

Der Artikel endet mit dem Hinweis, dass es sehr auf den nächsten NASA-Administrator ankommt und überhaupt erstmal Mittel eingeplant werden müßten. ESA-Direktor Parker: wenn man eine Station in der Mitte der 20er starten will, muß man bis Ende 2019 Entscheidungen treffen.

https://www.nature.com/articles/d41586-017-07869-3

Sierra Nevada Coperation stellt gerade ihr Deep Space Habitat Konzept mit SEP bei twitter vor:
https://twitter.com/SierraNevCorp?s=09

Vorstellen ist sehr Freundlich gesagt.
Sie Zeigen nur gro die Module und das sie mit der NASA unter NextStep einen Auftrag zu einer Studie dazu haben, vielleicht auch etwas Entwickeln, aber sonnst nicht wirklich viel.
2 SEP Module, 1 Logistic und Controlmodul, 1 Extended Logistics und Controlmodul und ein aufblasbares Wohnmodul (Nicht von Bigelow).
Keine Infos zur Größe, zur Besatzungszahl oder ähnliches.

2016 und 2017 wurden unter NextStep 2 übrigens 65 Millionen an verschiedene Unternehmen als Entlohnung gezahlt.

Richtige Entwicklung wird erst unter NextStep 3 erwartet. Da dass Ziel dann Deep Spaxe Habitatmodule und Systeme sind könnte es für DSG nützlich werden.

Grüße aus dem Schnee

Mein später Senf dazu:

Aus dem Arstechnica Artikel von letzter Seite:

It’s critical to ask whether building another space station, one that costs 10 times as much as the ISS to service and supply and comes with a significant decrease in crew mission duration, would really be a stepping stone.

Punkt 1 warum aus dem Teil nichts wird. Schon die Freedom hat es durch die Quasi Umtaufe in "ISS" nur arschknapp durch den Kongress geschafft. Und das war Anfang der 90er, als die Leute dort noch halbwegs vernünftig waren.....

With a new president and National Space Council, what the United States needs now is strong bipartisan support to lead a robust international partnership in a bold and significant new program of human space exploration. The Deep Space Gateway architecture, while developed by some of the smartest and most dedicated engineers at NASA, will not accomplish this goal. Instead, it will ultimately be judged as a jobs program aimed at providing work for existing programs. The gateway may be a good “answer” but not to a question that needs to be answered.

Punkt 2 warum aus dem Teil nichts wird. Überparteilich + International sind zwei Worte, wo ich in Bezug auf die USA aktuell am liebsten mit dem lachenden Mexikaner Video antworten würde.... 
(Und das Ganze ist letztendlich wieder mal ein Job Programm, welche wie üblich auf die NASA Zulieferer zugeschnitten wurde.)


Es tut mir leid, wenn ich hier vielleicht sehr zynisch rüberkomme, aber ich hab neben mir das Buch über die ISS, auf welches ich mich oft gerne beziehe, liegen, welches mich ein bekanntes Zitat zitieren lässt.

"Lernen sie Geschichte".

Eine Raumstation ist ein Ort im nirgendwo und kein Ort den zu erreichen ein Ziel bedeuten kann. Solange dies keinen Nutzen bringt und sei es dazu Leuten zu ermöglichen dort Urlaub zu machen, macht das null Sinn zuwas zu bauen.
Ich habe zwar von Anwendungen gelesen, aber offensichtlich lohnten sich diese noch nicht.

Die Trump Administration plant für die nächsten Jahre für die Entwicklung der Lunar Orbital Plattform (LOP), also das DSG so ca. 1 Mrd $ jährlich ein.

Das wird eine sehr kleine Station.