Warum legt man die Mond-Umlaufbahn eines Satelliten nicht so, dass sie ganz knapp über ein interessantes Objekt verläuft?

Auf eine aktuelle Forschungsfrage von Rob Fürst antwortet Dipl.-Ing. Hannes Griebel, Raumfahr-Ingenieur am Europäischen Weltraum Kontrollzentrum der Europäischen Raumfahrtbehörde ESA:

In der Tat macht man das fast so: Nicht wenige Meter über der Oberfläche, aber immerhin mehrere Kilometer. LRO hat eine Bahnhöhe von ca. 50km, das ist auf der Erde gerade einmal der halbe Weg in den Weltraum (der per Definition bei 100km beginnt).

Darunter werden Missionen aber zunehmend schwieriger, und hierfür gibt es gleich mehrere Gründe:

– Die Geschwindigkeit ist sehr hoch. In direkter Antwort auf die Frage nach der Kamera-Geschwindigkeit: ca. 1.7km/s beträgt die Fluggeschwindigkeit in einer niedrigen Mondumlaufbahn. Das bedeutet 17m in einer 1/100stel Sekunde! Will man nun ein Objekt in unmittelbarer Nähe photographieren, muss nicht nur der Camera-Chip (oder der Bild-Scanner, auch das gibt es) schnell genug sein, es muss auch der Computer das Bild genau zum rechten Zeitpunkt machen. Den wiederum muss man genau im Voraus bestimmen, und natürlich die Reaktionszeit des Systems kennen. Würde das Bild in diesem Szenario nur eine Sekunde zu spät aufgenommen (z.B. wegen einer geringen Ungenauigkeit in der Bahnbestimmung), läge das Objekt bereits weit hinter einem.

– Viel wichtiger noch als die Systemreaktionszeit aber ist der Orbit selbst: Der Mond ist keine perfekt glatte Kugel, sondern weicht deutlich davon ab. Er hat ausserdem noch Berge und Täler. Eine Umlaufbahn muss sich aber stets genügend hoch über der grössten Erhebung befinden, ansonsten erhöht sich die Anzahl der Krater auf dem Mond mindestens um 1. Da der Mond aber keine ideale, homogene Kugel ist, kann auch das Gravitationsfeld des Mondes kein ideales sein. Dieser Umstand führt zu Bahnstörungen, die wiederum mit wohl geplanten Manövern ausgeglichen werden müssen. Dabei bleibt man aber immer auf einer Umlaufbahn, die von den Gesetzen der Himmelsmechanik bestimmt wird, man kann mit der uns zur Verfügung stehenden Technologie unmöglich zwischen den Mondbergen “hindurch kurven”, oder der Oberfläche in einer bestimmten Flughöhe folgen.

– Schliesslich gibt es noch einen weiteren, nicht zu unterschätzenden Grund: Das Ziel einer Satellitenmission zur Oberflächenbeobachtung ist es meist, grosse Gebiete auf einmal zu sehen, also einen Überblick zu erhalten (jedenfalls im zivilen Bereich). Das geht natürlich am besten aus dem Weltraum. Eine Ausnahme sind Spionagesatelliten, bei denen der Einsatz im Weltraum unter anderem dazu dient, die Kamera dem Zugriff des Gegners zu entziehen.
Auf der Erde nuzten wir heute für unzählige zivile Aufgaben Beobachtungssatelliten: Zur Kartographierung, zum Auffinden von Bodenschätzen und zu wissenschaftlichen Zwecken.. Das gleiche gilt natürlich auch für eine Beobachtung der Mondoberfläche. Meistens also wollen wir ausdrücklich eine Umlaufbahn von wenigstens einigen 10 kilometern Höhe haben.

Wenn man näher hin möchte, kann man auf dem Mond dann anschliessend landen. Wie z.B. Apollo, Surveyor oder Lunokhod.