Spritsparen im All: Mathe-Künstler tüfteln an Raumschiffen

Unzählige Kilometer zurücklegen und dabei so gut wie keinen Kraftstoff verbrauchen? Woran Autobauer seit Jahren mit mäßigem Erfolg tüfteln, ist in der Raumfahrt schon Realität.

Die Grafik zeigt die US-amerikanische Weltraumsonde "Genesis" im "Sammelmodus".
Foto: ddp

Paderborn. Spritsparen im All: Im Jahr 2001 benötigte die NASA-Sonde "Genesis" auf ihrer Suche nach Sonnenstaub so wenig Treibstoff wie noch nie zuvor ein Raumfahrzeug. Abgesehen von einer missglückten Landung wurde die Mission deshalb zu einem großen Erfolg. Mit dafür verantwortlich: ein Team aus Wissenschaftlern der Universität Paderborn, die energiesparende Flugbahnen berechnen.

"Man muss sich das Prinzip wie bei Tarzan vorstellen, der im Dschungel ohne große Anstrengung von einer Liane zur nächsten schwingt und nur beim Umgreifen Energie benötigt", bringt Professor Michael Dellnitz, Leiter des Instituts für Industriemathematik, die Idee der Paderborner auf den Punkt. Nur dass es im Weltall keine Lianen gibt, sondern Planeten mit Anziehungskräften, die für den nötigen Schwung sorgen. Die Wissenschaftler suchen zwischen den einzelnen Planeten nach "mathematischen Verbindungsbahnen". Das Raumschiff kann durch die Gravitationskräfte einfach entlang dieser Flugbahnen durchs All gleiten.

Bei der Sonde "Genesis" machte der Kraftstoff auf diese Weise nur noch 4 Prozent des Eigengewichts aus. "Viel weniger wird nicht mehr gehen", sagt Dellnitz. Ein bisschen Treibstoff muss aus Sicherheitsgründen, zum Starten und zur Kontrolle der Flugbahn, immer mit an Board sein. Die Forscher arbeiten nun vor allem daran, ihre Erkenntnisse auf andere Projekte der Raumfahrt zu übertragen. 2016 will die europäische Weltraumbehörde ESA mit Hilfe mehrerer Sonden nach Leben in anderen Sonnensystemen suchen. "Unsere Aufgabe wird es sein, die effizientesten Wege jeder Sonde zu berechnen. Das ist sehr komplex", erläutert Juniorprofessorin Sina Ober-Blöbaum vom Paderborner Team.

Die ESA, die in einem Verbund mit acht geförderten europäischen Universitäten zusammenarbeitet, nimmt die Unterstützung dankend an. "Das ist sehr gute Basisforschung, die wir in zukünftige Missionen mit einfließen lassen", zollt der Leiter für Missionsanalysen, Johannes Schoenmaekers, der Arbeit der Paderborner Respekt. Doch ein Problem bleibt: "Die Mathematiker gehen bei der Erde nur von einem Punkt aus. Wir aber brauchen eine sehr genaue Modellierung einer Mission." Das heißt, Konzepte und Untersuchungsergebnisse der Paderborner müssen immer noch einmal auf ihre Praxistauglichkeit hin überprüft werden, bevor sie in Projekte der ESA einfließen.

50 Jahre Nasa

Schon seit Monaten feiert die US-Weltraumbehörde Nasa ihr 50. Jubiläumsjahr: Am 1. Oktober 1958 nahm die Nasa ihre Arbeit auf und schon sechs Monate später waren die ersten Astronauten ausgewählt.

1958 startete unter der Leitung von Wernher von Braun der Satellit Alpha, konstruiert vom Jet Propulsion Laboratory auf einem Jupiter-C Transportsystem.

Dr. Wernher von Braun erklärt hier das Saturn-Startsystem dem damaligen Präsidenten President John F. Kennedy in Cape Canaveral (heute nach Kennedy benannt).

Bildergalerie ( 38 Bilder )

Durchklicken

50 Jahre Nasa

[ Schließen ]

Schon seit Monaten feiert die US-Weltraumbehörde Nasa ihr 50. Jubiläumsjahr: Am 1. Oktober 1958 nahm die Nasa ihre Arbeit auf und schon sechs Monate später waren die ersten Astronauten ausgewählt.

Foto: nasa

Ein viel größeres Problem, mit dem die Mathematiker zu kämpfen haben, ist die Zeit. Muss der Start einer Raumfähre verschoben werden, verschieben sich durch die Bewegungen der Planeten die errechneten Flugbahnen. Energiesparen ist dann nicht mehr möglich. Auch sind die spritsparenden Wege nicht immer die schnellsten. "So bräuchten wir drei Jahre statt sechs Monate bis zum Mars", sagt Experte Schoenmaekers von der ESA. Viele Erkenntnisse der Paderborner werden daher nur bei unbemannten Flügen eingesetzt. Mathematiker Dellnitz ist sich der Problematik bewusst: "Billig und gleichzeitig schnell durchs Weltall zu kommen wird nur selten umsetzbar sein", räumt er ein. (dpa)