New Horizons Mission

Ionentriebwerk ist schwierig soweit draußen. Da fehlt es an Sonnenenergie.

Es wird aufjeden Fall ein anderer Antrieb benötigt.
Ionenantrieb basiert auf viel Energie. Sprich große Solarpanels. Da Pluto so weit weg ist entfallen Solarpanels. Es muss also eine extrem starke Plutoniumbatterie mitgenommen werden.

Ich habe jetzt mal kurz mit dem Ziolkowski Excel Sheet von B. Leitenberger gespielt. Angenommen wird ein Delta-v von 18km/s die der Träger bis zum Aussetzen der Sonde aufbringen muss (inklusive Gravitationsverluste).

Ein SLS Block-I müsste schon ausreichen um eine 3t schwere Sonde auf die selbe Geschwindigkeit beschleunigen zu können wie NH die Erdumlaufbahn verlassen hat.

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Ein Plutoorbiter wäre schon sehr reizvoll. Allerdings, zu welchen Kosten im Vergleich zur wissenschaftlichen Ausbeute? Eine Orbitermission im äußeren Sonnensystem ist offensichtlich teuer wegen dem notwendigen großen Träger. Da wäre mir ein Orbiter für Uranus oder Neptun lieber, da gäbe es noch deutlich mehr zu erforschen. NH wird uns viel über Pluto zeigen und man wird Jahre brauchen um alle Daten auszuwerten. Ein Orbiter wird dann nicht mehr so viel neues bringen. Bei Uranus oder Neptun gibt's sicher noch mehr zu erforschen.

Eine hypothetische Frage:

Laut Wikipedia hat New Horizons 77kg Hydrazin an Bord, womit man die Geschwindigkeit der Sonde um 1.440 km/h (400m/s) ändern kann. Für eine "Vollbremsung" von NH, um in einen Orbit um Pluto zu gelangen, bräuchte man bei der aktuellen Geschwindigkeit von ca. 50.000 km/h rein rechnerisch ca. 2.674 kg Hydrazin.

Das hätte etwa die 6-fache Startmasse (NH=478 kg) mit entsprechender Kostenexplosion notwendig gemacht.

Ich frage mich, wenn ich die Zahlen so betrachte, ob man sich überhaupt eine Nachfolgemission zu Pluto, die dann natürlich nicht wieder nur ein "Flyby" sein sollte, leisten kann.  Wäre so eine Mission mit einem Ionentriebwerk besser (kostengünstiger) durchführbar, oder würde das die ohnehin lange Flugdauer zu Pluto nur noch mehr verlängern? Gibt es möglicherweise andere Alternativen?

Ich befürchte fast, dass NH zu meinen Lebzeiten die erste und einzige Sonde sein wird, die Pluto einen "Besuch" abstattet. 

Gruß Lumpi

Das wird sogar noch mehr sein, da Du hier einen einfachen Dreisatz gerechnet hast. Die abzubremsende Masse erhöht sich aber durch den mitzuführenden Treibstoff für eben diese Abbremsung erheblich.
Ohne es durchgerechnet zu haben, schätze ich die notwendige Treibstoffmenge auf rund dass Doppelte von 2.5 T. Dazu kommt noch weitere Masse für die zusätzliche Struktur (z.B. Tanks etc.).
Eine Raumsonde zum Pluto welche in vergleichbaren Zeitraum wie New Horizon den Pluto erreicht und dort in eine Umlaufbahn einbremsen soll, wird somit bei geschätzen 6 bis 7 Tonnen sein (mit Treibstoff für die Bremsung).

Bei 6t bis 7 t für die Sonde hingegen würde es selbst mit dem SLS Block-II mit EUS und Kerosinboostern eng, da bräuchte es wohl noch eine Kickstufe.

Hab auch mal bei B. Leitenberger nachgefragt. Das kommt leider auch nicht mit 6t bis 7t hin. Man bräuchte mehrere Stufen um in den Orbit einzubremsen und hätte dann bei 6t nur ein paar Kg Nutzlast für die Sonde selber, der Test wäre Treibstoff/Tanks. Das Problem ist die hohe Geschwindigkeit mit der die Sonde am Pluto ankommt. Geht man von einer angestrebten Reisezeit von 10 Jahren aus kommt die Sonde mit fast 14km/s am Pluto an. Und dann muss man auf <1km/s abbremsen um in einen Orbit zu gelangen...

Fazit: Mit SLS, selbst in der leistungsstärksten geplanten Ausbaustufe, wäre ein Plutoorbiter mit einem Einzelstart nicht sinnvoll zu verwirklichen.

Da sich Pluto ja immer weiter von der Sonne entfernt, müsste man wohl abwarten müssen, bis Jupiter und Saturn für ein doppeltes Swingby günstig stehen.

Zur obigen Frage von McFire:
Pluto und Charon rotieren in je ~6,4 Tagen umeinander und um sich selbst.
Von einigen Stellen der beiden Körper wird man wohl die besten Bilder bereits 3 Tage vor dem Encounter aus rund 4 miokm Entfernung machen.
Von Bildern der Schattenseite bei Gegenlicht erwarte ich nicht viel.

Oder habe ich da einen Gedankenfehler gemacht?

Es gibt derzeit da wohl keine Möglichkeit sowas durchzuführen, aber sowas könnte in Zukunft gehen, sogar relativ kostengünstig wenn das mit der SpaceX BFR mit voller Wiederverwendung klappt.

Lösung 1:
Nehmen wir erstmal eine Masse an die in einer Umlaufbahn um Pluto ankommen soll:
Treibstoff: LCH4/LOX auf Raptorbasis, ISP von 380s, ca. V₀=3750m/s
M_Pluto=1000kg
Hier die Raketengleichung: Vx=Vs*LN(M_voll/M_Nutzlast)
umgestellt nach M_voll=e^x(Vx/V₀)*M₀

Stufe 3
Mv=e^x(6500/3750)*(1000kg+300kg)=7357kg  (die 300kg als zusätzliche Masse wegen den vergrößerten Tanks)
Stufe 2
Mv=e^x(6500/3750)*(7357kg*1,3)=54130kg  (Als Lösung mit Zusatztanks zum Abtrennen)
Das wäre die Nutzlast die man Richtung Mars bringen müsste.

Abflug aus einer 300km*150.000km Bahn mit fast Fluchtgeschwindigkeit!, sagen wir V=10500m/s
Zum Pluto brauchen wir 18km/s ?, fehlt also 7,5km/s.

Stufe 1
Abflugmasse Mv=e^x(7500/3750)*(54130kg*1,05)=420.000kg 

Die Stufe 2+3 kann betankt sicher mit einer BFR Oberstufe auf diesen Orbit gebracht werden, unter der Voraussetzung,
dass die BFR Oberstufe den Fahrtüberschuss durch Luftbremsung vornimmt.
Die Stufe 1 wird nochmals 4-5 Starts der BFR benötigen.

Lösung 2:
Stufe 2+3 wie oben.
Anstatt bei Stufe 1 mit LCH4/LOX, wird diese mit SEP beschleunigt (50km/s). Hierzu bringt eine BFR alle Stufen auf ein LEO Orbit.
Der Treibstoff für 15km/s ist gerade mal 35% von der Nutzlast, selbst wenn das SEP-System 20t Masse  hat, kommt man locker mit einem Start aus.

Nach dem Absetzen bringt der SEP-Antrieb die Rakete durch das innere Sonnensystem mit Venus Passage in Schwung.
Das hilft mit der höheren Sonneneinstrahlung diese zu nutzen um auf die nötige Geschwindigkeit zu kommen.
Selbst eine Wiedernutzung nach Abtrennung könnte möglich sein.

Ich befürchte fast, dass NH zu meinen Lebzeiten die erste und einzige Sonde sein wird, die Pluto einen "Besuch" abstattet. 

IMHO kein großer Verlust. Es ist halt "nur" Pluto. Es sei denn, der entpuppt sich nicht als zweiter Triton, sondern als etwas ganz Eigenes.

Also wenn Pluto sich nicht als ganz große Überraschung entpuppt, dann wird man IMHO erstmal zu einem der anderen Plutoiden fliegen, also zu Dysnomia, Eris oder Quaoar usw., wie vor einigen Wochen hier schonmal geschrieben. Und dann auch nur wieder für einen Flyby. Oder WENN als tonnenschwere Orbitsonde, dann mit Ionentriebwerken und wohl mit einer solchen Swingby-Orgie, dass kein heute noch lebender Mensch die Ankunft mehr miterleben wird. 

(Mir persönlich wäre statt aller Plutoiden sogar eine Mission zu Miranda lieber, dem Mond mit der spektakulär zerrissenen Oberfläche. Hach! )

Danke!

Allen, die auf  meine Frage aus #723 so fachkundig geantwortet haben, möchte ich hiermit meinen Dank aussprechen.
Unterm Strich bleibt also festzustellen, dass es auf absehbare Zeit keinen Orbiter für Pluto geben wird. Umso mehr sollten wir uns auf den nun unmittelbar bevorstehenden "Flyby" von NH freuen. Ein einmaliges Ereignis...

Gruß Lumpi

PS: Über Nacht ist mir noch ein (naiver) Gedanke gekommen. Kann man die Flugbahn einer Sonde nach einem Vorbeiflug um 180° ändern, um so (im großen Bogen) noch mal am Zielobjekt vorbeizufliegen? Geht das überhaupt theoretisch und wie viel Treibstoff wäre wohl dazu notwendig?

Soviel Treibstoff, um etwas in diese "Kurve" zu zwingen, kann man nicht mit führen. Also bleibt nur "weiter draußen" ein ausreichend großer Körper, dessen Position genau bekannt ist, so daß man ein Swingby machen könnte. Diesen Körper hätte man aber schon vor Missionsbeginn kennen und in den gesamte Missionsablauf einplanen müssen. Der Treibstoff für das Swingby dürfte (auch wenns nur Korrekturmanöver sind) auch nicht grad wenig sein. Weiterhin brauchts die größere Energieversorgung, einen Computer, der auch nicht grad von Pappe ist und die Gesamtstruktur muß auch drauf ausgelegt sein. Und der Computer muß eine Super Software drin haben, die das alles Autonom macht, ein Eingreifen über Funk ist nicht drin.
Kurzum - da müßte eine Monstersonde hin, wo Aufwand und wissenschaftlicher Nutzen nicht im Verhältnis sind....

180° bedeutet zweimal 14km/s, das kannst du vergessen.

Am 4 Juli letzte möglichkeit zur Kurskorrektur

Es gibt nur einen Versuch, diese Sphären zu erforschen: „New Horizons ist kein Orbiter, mit dem man später nachholen könnte, was an einem Tag nicht hingehauen hat“, sagte Bobby Williams, der Leiter des Navigationsteams, der Fachzeitschrift Nature.

 „Für ein Manöver, durch das wir die Flugbahn entscheidend verändern könnten, fehlt uns jetzt schon die Zeit“, sagt William Owen aus dem Navigationsteam der Mission.

https://www.wired.de/collection/science/nasa-sonde-new-horizons-diesen-gefahren-kann-die-pluto-mission-noch-scheitern

http://www.nature.com/news/pluto-bound-probe-faces-its-toughest-task-finding-pluto-1.17811

Go, New Horizons Go!

Soviel Treibstoff, um etwas in diese "Kurve" zu zwingen, kann man nicht mit führen. Also bleibt nur "weiter draußen" ein ausreichend großer Körper, dessen Position genau bekannt ist, so daß man ein Swingby machen könnte. ...

Interessante Überlegung. Wenn man einen Körper nur tief genug überfliegt, könnte man damit theoretisch schon ziemlich extreme Kurskorrekturen machen. Die erforderliche Mindestgravitation bei Maximalgröße des Körpers, Präzision des Anflugs usw. nehmen wir jetzt einfach mal als gegeben hin...

Ob aber exakt 180° auf diese Art darstellbar wären, wage ich zu bezweifeln. Müsste das - ohne weiteren Treibstoffeinsatz - nicht eher einem Orbiteintritt um den Körper gleichkommen??

Nebenbei, 180° wären eh kontraproduktiv, weil sich der eigentliche Zielkörper in der Zwischenzeit ja auch weiter bewegt. Braucht man vielleicht sogar mehr als 180° ? Jedenfalls müsste man wohl, um wieder zu entfleuchen, ab einem bestimmten Punkt des Swingby "einfach" wieder ordentlich Gas geben, und zwar so präzise, dass die sich ergebende Flugbahn (Ellipse? Hyperbel? Parabel?) sich irgendwann *g* wieder mit der Bahn des Zielkörpers schneidet.

Zeit für ein neues LORRI-Foto: Diese Aufnahme wurde am 27.06. aus nur noch 20,6 Mill. km Entfernung gemacht. Ich habe sie um den Faktor 3 vergrößert und etwas "nachgeschärft". Bei Pluto erkennt man "oben rechts" sehr schön einen Krater. Jetzt werden täglich mehr Details sichtbar...   
http://pluto.jhuapl.edu/soc/Pluto-Encounter/index.php


© 2015 The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory LLC

Müsste das - ohne weiteren Treibstoffeinsatz - nicht eher einem Orbiteintritt um den Körper gleichkommen??

Ein Swingby zeichnet sich ja gerade dadurch aus, daß man keinen Orbit einleitet. Sondern allenfalls mit wenig Treibstoff diese und jene Kurskorrektur macht, damit der Anflugwinkel stimmt und zur Geschwindigkeit paßt. Allerdings wage ich nicht zu denken, was für ein Supercomputer plus Wahnsinnssensorik dort gebraucht wird, der ja völlig autonom in völlig fremder Umgebung arbeiten kann.

Nebenbei, 180° wären eh kontraproduktiv,

Naja das wird wohl auch bildlich gemeint sein. Im täglichen Leben sagt man ja auch mal so lax "ich dreh mich um 180° "

OT:

Swing By um 180° umzukehren - da braucht man einen sehr massereichen Körper, wird man da transplutonisch weit draußen aber wohl nicht finden

Schaut euch mal die Flugbahn von Pioneer 11 an, die hat durch den Jupiter Fly By fast eine 180°-Kehre gemacht um zu Saturn zu fliegen, und Ulysses, die hat auch eine ziemliche Richtungsänderung am Jupiter gemacht. Man kann also durchaus auch die Richtung stark verändern durch solche Manöver.

BTT:

Zeit für ein neues LORRI-Foto: Diese Aufnahme wurde am 27.06. aus nur noch 20,6 Mill. km Entfernung gemacht. Ich habe sie um den Faktor 3 vergrößert und etwas "nachgeschärft". Bei Pluto erkennt man "oben rechts" sehr schön einen Krater. Jetzt werden täglich mehr Details sichtbar...   
http://pluto.jhuapl.edu/soc/Pluto-Encounter/index.php


© 2015 The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory LLC

Mir fällt schon seit einigen Wochen immer stärker und hier jetzt ganz besonders auf, es scheint dass Charon eine deutlich geringere Albedo hat als Pluto

Seit ein paar Tagen sieht man auch die restlichen 4 Monde auf der LORRI Kamera(Ich nehme es jedenfalls an):


Quelle

Zeit für ein neues LORRI-Foto: Diese Aufnahme wurde am 27.06. aus nur noch 20,6 Mill. km Entfernung gemacht. Ich habe sie um den Faktor 3 vergrößert und etwas "nachgeschärft". Bei Pluto erkennt man "oben rechts" sehr schön einen Krater. Jetzt werden täglich mehr Details sichtbar...   
http://pluto.jhuapl.edu/soc/Pluto-Encounter/index.php


© 2015 The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory LLC

Uns wurde wohl etwas verschwiegen 

Seit ein paar Tagen sieht man auch die restlichen 4 Monde auf der LORRI Kamera(Ich nehme es jedenfalls an):

Das kann nicht sein, zumindest Hydra fehlt auf dem Foto. Hydra ist seit dem 25. Juni außerhalb des Gesichtsfeldes von LORRI.

Zitat Emily: •Today, June 24, is the last day that the orbit of Hydra fit within the LORRI field of view. Images containing Pluto may not contain all the other moons.  http://www.planetary.org/blogs/emily-lakdawalla/2015/06240556-what-to-expect-new-horizons-pluto.html

Anmerkung zur "einseitigen" Beobachtung von Pluto durch NH :

Die Einschränkung, dass NH bei seinem "fast fly-by" nur Bilder von der ihm dabei zugewandten Hemisphäre liefern wird,
hatte H.Rosenbauer, den Lead Scientist von Philae und Direktor am MPS/Göttingen (damals noch: MPAe/Lindau) 2002 dazu bewegt, Alan Stern den Vorschlag zu machen, NH mit einer kleinen
Zusatzsonde auszustatten, die sich etwa 3 Wochen vor dem Fly-by vom Mutterschiff abtrennen und auf der "anderen" Seite von Pluto an diesem vorbeifliegen sollte.
Die dabei gewonnenen Daten sollten dann an das Mutterschiff übertragen werden, zur Weiterleitung zur Erde.
Die für die Zusatzsonde (Pluto NanoProbe) benötigte Masse hätte in Form der NASA-üblichen Sicherheitsreserve (mass margin) zur Verfügung gestanden.
Die NanoProbe wäre beim Abstoß in Rotation versetzt worden (spin-stabilisiert), hätte zwei Instrumente an Bord gehabt (ein schwedisches Teichenspektrometer zur Untersuchung der Magnetosphäre von Pluto (R.Lundin/S. Barabash, Kiruna) und eine deutsche Kamera vom MPS); Primärbatterie und Datenübertragung wären von CNES beigestellt worden (wie bei Philae).
Die Technik, auch bei einem schnellen Vorbeiflug von einer spin-stabilierten Raumsonde hochaufgelöste Bilder machen zu können, stand auf Grund der Erfahrungen bei der GIOTTO-Mission (Halley Multicolour Camera/HMC vom MPS) zur Verfügung: dabei wird das Ladungsmuster auf dem CCD synchron zum über den Chip huschenden Bild weitergeclockt (sogenannter TDI-Mode: time delay and integration).
Mit dieser Machbarkeitsstudie waren einige Leute aus dem Philae-Team 2002 für etwa ein dreiviertel Jahr beschäftigt; leider hat NASA dann aber die erforderliche Masse aus der Reserve doch nicht freigeben wollen.
Kurz danach kam die Startverschiebung von ROSETTA , und die notwendigen Zusatzarbeiten für die Anpassungen an den neuen Zielkometen hielten uns alle in Atem.
Parallel dazu kurzfristig die Pluto NanoProbe entwickeln zu müssen hätte uns da ganz schön ins Schwitzen gebracht...

    Gruss   HHg

Zitat von: Cedimedi am 28. Juni 2015, 14:11:18

Seit ein paar Tagen sieht man auch die restlichen 4 Monde auf der LORRI Kamera(Ich nehme es jedenfalls an):

Das kann nicht sein, zumindest Hydra fehlt auf dem Foto. Hydra ist seit dem 25. Juni außerhalb des Gesichtsfeldes von LORRI.

Zitat Emily: •Today, June 24, is the last day that the orbit of Hydra fit within the LORRI field of view. Images containing Pluto may not contain all the other moons.  http://www.planetary.org/blogs/emily-lakdawalla/2015/06240556-what-to-expect-new-horizons-pluto.html

"The orbit of Hydra" ist die volle Ellipse des Mondes um das Baryzentrum von Pluto und Charon, also (gut 200.000) < 130.000 km im Durchmesser (die Exzentrizitäten der Mondbahnen sind sehr gering, < 0,01).
Da Pluto und die 5 Monde (relativ genau in einer Ebene sind) maximal 0,4° von Plutos Äquatorebene (=/= Bahnebene) abweichen, können alle 6 Körper aber auch sehr nahe beieinander stehen.

Du hast Recht und @Cedimedi, wie die heutige Veröffentlichung beweist.
http://pluto.jhuapl.edu/soc/Pluto-Encounter/index.php Ich habe das Zitat von Emily falsch übersetzt. Sie meinte sicherlich, dass nicht mehr die gesamte Ausdehnung der Hydra-Umlaufbahn abgebildet werden kann. Wenn Hydra aber, von LORRI aus gesehen, vor Pluto vorüberzieht, ist der Mond doch sichtbar. Umso besser...

Aufnahme von LORRI am 27.06.15 aus 19,7 Mill.km Entfernung (Der "Fliegenschiss" im unteren Bilddrittel, nehme ich an)   

© 2015 The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory LLC.

Kurios 

Am Dienstag, 7. Juli, fliegt die Raumsonde New Horizons an Pluto vorbei.

http://www.hr-online.de/website/specials/wissen/index.jsp?rubrik=68728&key=standard_document_55832125

Kurios 

Zitat

Am Dienstag, 7. Juli, fliegt die Raumsonde New Horizons an Pluto vorbei.

http://www.hr-online.de/website/specials/wissen/index.jsp?rubrik=68728&key=standard_document_55832125

Und was ist da jetzt so kurioses dran?

Und was ist da jetzt so kurioses dran?

Das New Horizon erst eine Woche spaeter an Pluto vorbei fliegt, naemlich am 14. Juli.