Techniklexikon

Bahnbestimmung

1) Astronomie: die Ableitung der wahren Bahn eines Himmelskörpers im Raum aus astrometrischen Beobachtungen der scheinbaren Bahn. Bei Himmelskörpern im Sonnensystem sind durch die Bewegung der Erde um die Sonne sowie die Eigenbewegung der Objekte selbst die Beobachtungen verzerrt und spiegeln im wesentlichen das Bild der Erdbahn wieder. Aus mindestens drei unabhängigen Positionsmessungen (z.B. der Deklination und der Rektaszension) erhält man mit den Rechenmethoden der Bahnbestimmung die sechs Bahnelemente, welche die Bahn (hier eine Ellipse) eindeutig festlegen.

2) Raumfahrttechnik: Bahnverfolgung, Bahnvermessung, Gesamtheit aller Verfahren zur Bestimmung des Bahnverlaufs bzw. der Bahnelemente von Raketen oder Raumflugkörpern. Anders als bei der Bahnbestimmung in der Astronomie sind die Bahnen der von Menschenhand gestarteten Luft- und Raumfahrtkörper im voraus geplant und a priori bekannt. Technische Probleme, Bedienungsfehler und Kräfte seitens der natürlichen Himmelskörper können die Bahnen jedoch immer wieder verändern. Durch zusätzliche Beobachtungen und Messungen muss daher die Genauigkeit der Bahnen verbessert werden. Da optische Methoden zu sehr von den lokalen Sichtbedingungen abhängig sind, erfolgt die Bahnbestimmung bei Satelliten und Raumsonden heute mittels ausgeklügelter Funkmessverfahren. Grundlagen einer exakten Bahnvermessung sind dabei ein möglichst weit ausgedehntes Netz von Bodenbeobachtungsstationen (z.B. das von den USA betriebene Deep Space Network), die Kenntnis des genauen geographischen Ortes derselben sowie präzise Verfahren zur Positionsbestimmung und Zeitmessung. Leistungsfähige Computer berechnen dabei die jeweils aktuelle Position eines künstlichen Himmelskörpers aufgrund seiner eingehenden Telemetriesignale. Zu den durch Telemetrie bestimmbaren Messgrössen zählen die wahre Distanz, die man aus der Zeitdifferenz zwischen Aussendung und Empfang des Signals bestimmt, sowie die Geschwindigkeit eines Raumflugkörpers in Blickrichtung des Beobachters, berechnet aus der Frequenzverschiebung des Signalechos bei sog. Zweiweg-Doppler-Messungen. Die Genauigkeit beträgt hierbei einige mm/s. Doch auch die Position einer Raumsonde an der Himmelssphäre lässt sich exakt bestimmen. Die Himmelsposition eines Raumflugkörpers steckt indirekt in der Variation, die seine Telemetriesignale im Lauf von 24 Stunden erfahren: die Rotation der Erde prägt den Signalen eine sinusförmige Variation auf, deren Amplitude in der Äquatorebene der Erde maximal ist. Aus der Amplitude und der Phasenverschiebung der Telemetriedaten bestimmt man so die beiden Positionswinkel (Deklination und Rektaszension) eines künstlichen Himmelskörpers. Die Ungenauigkeit beträgt dabei nur noch Bruchteile von Bogensekunden (in einer Entfernung von einer Astronomischen Einheit entspricht eine Bogensekunde einer Strecke von etwa 725km). Mit zunehmender Genauigkeit wächst allerdings auch die Vielfalt der zu berücksichtigenden Effekte, wie etwa der Einfluss der Erdatmosphäre auf das übertragene Signal, die Abweichung des Erdkörpers von der idealen Kugelgestalt, relativistische Effekte oder gar zeitliche Variationen der Gravitationsbeschleunigung. Zeigt die Bahnbestimmung eine Abweichung zwischen Ist- und Sollbahn, wird durch Zünden von Korrekturdüsen eine Bahnkorrektur durchgeführt. Auch geplante Bahnveränderungen, wie das Einschwenken in eine Synchronbahn oder eine Transferbahn werden als Bahnkorrekturen bezeichnet. [GR1, SF]