Ph 11

Umwelt

Transferbahn

Geotransfer Orbit (GTO)

Falls Sie die Musteraufgabe "Wettersatellit" noch nicht gelöst haben, sollten Sie dies vor der Weiterarbeit an dieser Seite tun. Die wesentlichen Ergebnisse dieser Aufgabe sind:
Damit ein Satellit auf einer geostationären Kreisbahn läuft, muss er in einer Höhe von ca. 36000 km (ganz genau 35787 km) über der Erdoberfläche sein. Seine Umlaufgeschwindigkeit beträgt dabei vgeo=3067 m/s.

Aus hier nicht erläuterten energetischen Gründen ist es ungünstig, den Satelliten vom Start weg direkt auf eine geostationäre Bahn (GSO = Geostationärer Orbit) zu bringen. Man wählt einen Zwischenschritt und bringt den Satelliten auf eine sogenannte Transferbahn (GTO), die stark elliptisch ist. Aus dieser Bahn wird er dann später auf die geostationäre Bahn beschleunigt.

a)

 

 Start in Kourou (franz. Guyana)
b)

Transferbahn (Inklination 10,5°);
Erdnächster Punkt (Perigäum): 200 km
Erdfernster Punkt (Apogäum): 36000 km
(Griechisch Geo:Erde; Peri: In der Nähe; Apo: In der Ferne)
c) Zünden des Apogäumtriebwerkes
d) Geostationäre Umlaufbahn: hgeo= 36000 km; Inklination 0°

2. Aufgabe: Energetische Überlegungen
Hinweis:   Diese Aufgabe können Sie nur lösen, wenn Sie die Seite über das Gravitationsfeld durchgearbeitet haben.
a) Berechnen Sie die Gesamtenergie eines Satelliten der Masse 5,0 t, der von einer Ariane-5-Rakete in eine Höhe von 200 km über der Erdoberfläche gebracht wurde (Perigäum = erdnächster Bahnpunkt) und dort die Geschwindigkeit 10250 m/s besitzt.
b) Welche Geschwindigkeit vapo besitzt dieser Satellit im Apogäum (= erdfernster Bahnpunkt in der Höhe 36000 km über der Erdoberfläche ), wenn auf dem Weg vom erdnächsten zum erdfernsten Punkt keine Triebwerke eingeschaltet waren?

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3. Aufgabe: Bestimmungsstücke der Transferbahn
a) Bestimmen Sie die große Halbachse der elliptischen Transferbahn.
b) Welche Umlaufdauer hätte der Satellit auf dieser Transferbahn?
Wie lange braucht er vom Perigäum bis zum Apogäum?

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Nach dem Erreichen des Apogäums werden beim Satelliten die sogenannten Apogäumsmotoren gezündet, um den Satelliten so zu beschleunigen, dass er die für die geostationäre Bahn notwendige Geschwindigkeit vg = 3067 m/s erreicht.

4. Aufgabe: Apogäumsbeschleunigung
Welche mittlere Schubkraft müssen die Apogäumsmotoren entwickeln, wenn sie insgesamt 30 Minuten in Betrieb sind? Die Massenabnahme des Satelliten auf Grund des Treibstoffausstoßes ist zu vernachlässigen.

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5. Aufgabe: Einsatzmöglichkeiten geostationärer Satelliten
Für welche Einsatzmöglichkeiten sind geostationären Satelliten besonders geeignet? Informieren Sie sich in geeigneter Literatur oder im Internet.

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