Trans Lunar Injection

Trans Lunar Injection (TLI) ist ein Bahnmanöver, das ein Raumschiff auf eine Trajektorie überführt, auf der es zum Mond gelangt.

Ablauf

Damit kleinere zeitliche Verzögerungen des Starts den Missionsablauf nicht gefährden, werden Raumschiffe häufig vor dem TLI-Zeitfenster zunächst in einen niedrigen Parkorbit befördert. Dort wird die Erde umrundet, bis das TLI-Zeitfenster eintritt. Im Falle von Komplikationen bietet sich hier eine letzte Möglichkeit die Mission abzubrechen und zur Erde zurückzukehren, was insbesondere für die Planung bemannter Missionen (siehe Apollo-Programm) von Relevanz ist.^[1][2]

Während des TLI-Manövers wird durch Erhöhung der Geschwindigkeit (siehe Bahnmanöver) die Exzentrizität der Umlaufbahn vergrößert und dadurch schließlich ein Transferorbit zum Mond eingeleitet. Üblicherweise nähert dieser einen Hohmann-Transfer an (siehe Animation LRO), bei dem das Apogäum der Bahnellipse ungefähr auf der Höhe der Mondumlaufbahn liegt und die Flugdauer zum Mond wenige Tage beträgt (ca. 3 Tage bei Apollo 11, ca. 4,5 Tage beim Lunar Reconnaissance Orbiter).^[1][3] Eine Variation hiervon stellt die Trajektorie der Chandrayaan-2 Sonde dar. Diese konnte nicht genügend Schub für eine TLI-Zündung aus einem niedrigen Parkorbit heraus aufbringen, weshalb dieser zunächst, unter Ausnutzung des Oberth-Effektes, über 22 Tage lang schrittweise erhöht wurde (siehe Animation Chandrayaan-2), um schließlich das TLI-Manöver einzuleiten.^[4]

Eine alternative Flugbahn, der Low-Energy Transfer (siehe Animation GRAIL-A), ermöglicht ${\displaystyle \Delta v}$- und damit auch Treibstoff-Einsparungen im Vergleich zum Hohmann-Transfer. Dabei wird eine Trajektorie angesteuert, die das Raumschiff in einen instabilen Lissajous-Orbit um den Sonne-Erde L₁-Punkt befördert, der dieses auf eine Flugbahn zum Mond umlenkt. Während der dazu benötigte TLI-Schub zunächst größer ausfällt, als beim Hohmann-Transfer, ist die relative Geschwindigkeit zum Mond bei Ankunft deutlich niedriger und damit ein geringeres ${\displaystyle \Delta v}$ nötig um einen Orbit um den Mond einzuleiten, so dass in Summe weniger ${\displaystyle \Delta v}$ notwendig ist. Die Variationsmöglichkeiten der TLI, der beiden eingeplanten Korrektionsmanöver und damit der Trajektorie um den L₁-Punkt ermöglichen ein großes TLI-Zeitfenster von mindestens 21 Tagen. Für den gesamten Transfer wird mit 2–3 Monaten Flugdauer deutlich mehr Zeit als beim Hohmann-Transfer benötigt.^[5][6]

Animationen

• 

  LRO· Erde· Mond
  Hohmann-Transfer-Trajektorie des Lunar Reconnaissance Orbiter^[3]

• 

  Chandrayaan-2· Erde· Mond
  Trajektorie von Chandrayaan-2 mit schrittweiser Erhöhung des Apogäums des Parkorbits und TLI am 14. August 2019^[7]

• 

  GRAIL-A· Erde· Mond
  Trajektorie des Gravity Recovery and Interior Laboratory mittels Low-Energy Transfer entlang des Sonne-Erde L₁ Lagrange-Punktes^[8]

Siehe auch

• Raumflugmechanik
• Geostationäre Transferbahn
• Hohmann-Transfer
• Chronologie der Mondmissionen

Literatur

• Wolfgang Steiner, Martin Schagerl: Raumflugmechanik: Dynamik und Steuerung von Raumfahrzeugen. Springer Berlin, Heidelberg 2004, ISBN 978-3-540-20761-0. 
• Ernst Messerschmid, Stefanos Fasoulas: Raumfahrtsysteme: Eine Einführung mit Übungen und Lösungen. 5., aktualisierte und ergänzte Auflage. Springer Vieweg Berlin, Heidelberg 2017, ISBN 978-3-662-49637-4. 

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b} Apollo Flight Journal. NASA History Division, abgerufen am 6. Juli 2022 (englisch). 
2. ↑ Apollo Expeditions to the Moon: CHAPTER 3.4. NASA History Division, abgerufen am 6. Juli 2022 (englisch). 
3. ↑ ^{a b} Craig R. Tooley, Martin B. Houghton, et al.: Lunar Reconnaissance Orbiter Mission and Spacecraft Design. In: Space Sci Rev. Nr. 150, 14. Januar 2010, S. 23–62, doi:10.1007/s11214-009-9624-4 (englisch). 
4. ↑ Here’s Why Chandrayaan-2 Will Take 48 Days to Reach the Moon. The Quint, 9. August 2019, abgerufen am 8. Juli 2022 (englisch). 
5. ↑ Jeffrey S. Parker, Rodney L. Anderson: Targeting low-energy transfers to low lunar orbit. In: Acta Astronautica. Volume 84, 2013, S. 1–14, doi:10.1016/j.actaastro.2012.10.033 (englisch). 
6. ↑ Sara Hatch, Min-kun Chung, et al.: Trans-Lunar Cruise Trajectory Design of GRAIL (Gravity Recovery and Interior Laboratory) Mission. In: AIAA/AAS Astrodynamics Specialist Conference. 2010, doi:10.2514/6.2010-8384 (englisch). 
7. ↑ Chandrayaan 2 - Mission Info. ISRO, abgerufen am 6. Juli 2022 (englisch). 
8. ↑ GRAIL (Ebb and Flow). NASA Science, abgerufen am 6. Juli 2022 (englisch).