Könnte eine (anders) geneigte Umlaufbahn die Hälfte jeder Umdrehung über einem Mondpol bleiben?

Nehmen wir an, wir wollen eine ständige Kommunikation zwischen dem Nordpol des Mondes und der Erde. Die Umlaufbahnneigung des Mondes von 5,145° bedeutet, dass der (Berg am) Nordpol des Mondes nur während etwa der Hälfte jeder monatlichen Mondumdrehung Sichtlinie mit der Erde für eine direkte Kommunikation haben wird.

Um eine ununterbrochene Kommunikation mit der Erde aufrechtzuerhalten, wären mindestens 3 Kommunikationssatelliten in polaren Umlaufbahnen erforderlich. Könnte dies stattdessen durch die Verwendung von nur einem Satelliten in der Erdumlaufbahn erreicht werden?

Könnte der Kommunikationssatellit in eine Umlaufbahn gebracht werden, die der des Mondes sehr ähnlich ist, außer dass er eine andere Umlaufbahnneigung hat (z. B. doppelt so hoch wie die des Mondes). Gleiche Knoten, gleiche große Halbachse, gleiche Exzentrizität oder fast. Könnte es dann nicht während der Hälfte jeder Umlaufbahn gerade "über" dem Nordpol des Mondes bleiben, wenn die Erde vom Pol aus nicht zu sehen ist? Könnte es mit minimaler Stationshaltung erreicht werden, vielleicht mit einem Sonnensegel?

Antworten (3)

Könnte die Umlaufbahn eines Relayers nördlich des Mondes bleiben? Nein. Eine solche Umlaufbahn hätte ein Zentrum nördlich der Erde.

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Umlaufbahnen um die Erde haben einen Mittelpunkt innerhalb der Erde. Eine geneigte Relayer-Orbitalebene muss die Erdebene entlang einer Linie schneiden, die durch den Mittelpunkt verläuft.

Eine kreisförmige Relayer-Umlaufbahn würde die Hälfte der Zeit nördlich der Umlaufbahnebene des Mondes und die Hälfte der Zeit südlich verbringen.

Wenn sich der Relayer nördlich der Orbitalebene befindet, genießt er eine Sichtlinie mit einem nördlichen Gipfel? Nicht unbedingt.

Abgebildet ist ein nördlicher Mondkommunikationsturm. Wenn sich der Satellit in Richtung der Äquatorialebene des Mondes bewegt, kann er in einen Mondschatten fallen.

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Aus der Sicht des Turms wäre etwas im Mondschatten unter dem Horizont und außerhalb der Sichtlinie.

Wenn ich mir Finsternisse, Sichtlinien und ähnliche Probleme anschaue, denke ich gerne an Dandelin Spheres . In Anlehnung an Dandelin-Sphärenmodelle fällt der Mondschatten in einem tangentialen Kegel zum kugelförmigen Mond.

Die meisten Umlaufbahnen mit den gleichen Perioden wie der Mond würden durch den Einfluss des Mondes schnell destabilisiert. Ausnahmen sind die Lagrange-Regionen. EML4 und 5 sind ziemlich stabil.

Wenn eine EML4- oder 5-Sonde die Äquatorebene des Mondes durchqueren würde, wie hoch müsste ein Polarturm sein, um Sichtlinie zu haben?

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Die EML4-Entfernung vom Mondzentrum beträgt 1 Mondentfernung, 384.400 km. Der Radius des Mondes beträgt 1738 km

sin(Winkel)=gegenüberliegendes Bein/Hypotenuse. Der abgebildete Winkel ist also asin (1738/384400) oder etwa 0,2º.

Ein EML4-Relayer, der sich auf der Äquatorialebene des Mondes befindet, kann Oberflächenpunkte innerhalb von etwa 0,2º des Nordpols des Mondes sehen.

Natürlich wäre ein Berg sichtbar, auch wenn er näher am Pol wäre. Stellen wir uns einen Berg direkt an der Stange vor. Wie hoch müsste es sein, um für den Relaiser sichtbar zu sein?

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1738,009 km - 1738 km sind etwa 9 Meter. Wenn Ihr Berg also mehr als 9 Meter hoch ist, wäre seine Spitze für den EML4-Relayer sichtbar, der auf der Äquatorebene des Mondes sitzt.

Der Erdtrojaner 2010 TK7 ist um etwa 21 Grad zur Ebene der Erdumlaufbahn geneigt. Ich würde also denken, dass es für einen Mondtrojaner möglich ist, der zur Mondumlaufbahn neigt.

Der Winkel zwischen der Umlaufbahnebene des Mondes und der Äquatorialebene (auch Schiefe genannt) beträgt 6,58º. Siehe Umlaufbahn des Mondes . Ich stelle mir eine Umlaufbahn eines Mondtrojaners vor, die um 6,58º in Bezug auf die Umlaufbahnebene des Mondes geneigt ist, so dass die Ebene des Übermittlers parallel zur Umlaufbahnebene des Mondes ist.

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Ich habe den Mond vergrößert, um zu versuchen, die Äquatorebene des Mondes besser sichtbar zu machen. Wenn der Mond die Schnittlinie der beiden Ebenen passiert, sind sie ein und dieselbe Ebene. An diesem Punkt könnte der Relaiser einen 9-Meter-Turm am Nordpol sowie einen 9-Meter-Turm am Südpol sehen.

Zu allen anderen Zeiten würde sich der Relayer entweder nördlich oder südlich der Äquatorialebene des Mondes befinden. Polartürme wären also etwas mehr als die Hälfte der Zeit sichtbar.

Mir scheint, dass es zwei mögliche Umlaufbahnen von Trojanern gibt, die die Türme mehr als die Hälfte der Zeit sehen: Eine EML4-Umlaufbahn parallel zur Äquatorialebene des Mondes und eine EML5-Umlaufbahn, die ebenfalls parallel zur Äquatorebene des Mondes verläuft. Aber diese beiden Relais wären nur 120º voneinander entfernt. Auf den ersten Blick scheint es mir, dass sie um 180 ° voneinander entfernt sein müssten, um einem bestimmten Pol eine konstante Sichtlinie zu bieten.

Daher kann ich mir derzeit kein Paar Trojaner-Relayer vorstellen, die eine konstante Sichtverbindung zu den Polen bieten könnten.

Halo-Umlaufbahnen um L1 und L2 sind ebenfalls möglich. Aber diese Bahnen sind viel näher als L4 und L5 und daher anfälliger dafür, in den Schatten des Mondes zu fallen, wenn sie sich der Äquatorialebene des Mondes nähern. Somit würde weniger als die Hälfte ihrer Umlaufbahnen Sichtlinie genießen.

3 scheint mir auf jeden Fall die Mindestzahl zu sein.

EML4/5 scheint sicherlich eine gute Idee zu sein! Aber was ist mit der Art von Konzept, das eine stark geneigte Umlaufbahn mit der gleichen Periode wie die des Mondes verwendet? Sei es eine polare Umlaufbahn um den Mond, um die Erde oder um einen Lagrange-Punkt. Der Punkt einer solchen Umlaufbahn wäre, dass ein einzelner Satellit jeden Pol während seines "Winterhalbmonats" jeden Monat abdecken würde. Und viel mehr davon als die Gipfel der Kraterkämme.
Bei einer großen Halbachse von 384.400 km sind L4 und L5 die einzigen stabilen Standorte, die mir einfallen. Geneigte Umlaufbahnen von Trojanern sind möglich. Aber egal wie geneigt die Umlaufbahnen sind, sie müssen die Äquatorialebene des Mondes zweimal pro Umlaufbahn passieren. Ich habe versucht, meine Antwort zu ergänzen, um dies klarzustellen.
@HopDavid: Bedecken nicht zwei Satelliten in einer polaren Umlaufbahn um den Mond in einem Abstand von 180 Grad die ganze Zeit die Pole?
@ThePopMachine Nein. Wie ich bereits erwähnt habe, treten Satelliten in der Nähe der Äquatorialebene des Mondes in einen Funkschatten ein - aus der Sicht des Pols fallen sie unter den Horizont. Dies ist noch problematischer, wenn die Umlaufbahn näher am Mond liegt.
@HopDavid: Also eine weit entfernte Umlaufbahn.
@ThePopMachine Eine niedrige Mondumlaufbahn ist anfällig für Störungen durch Massenkonzentrationen (Mascons) auf der Mondoberfläche. Hohe Mondumlaufbahnen sind anfällig für Störungen durch Erde und Sonne. Welche Umlaufbahnen haben Sie im Sinn? Geben Sie mir ein paar Zahlen, und ich kann Ihnen vielleicht sagen, wie viel Radioschatten die Umlaufbahn aushalten würde, wenn sie sich der Äquatorialebene des Mondes nähert.
@HopDavid: Ich meine, sagst du etwas Komplizierteres, als dass die Abdeckung eines Satelliten sich nur asymptotisch einer ganzen Hemisphäre nähern kann? Nun, dann kann man natürlich nur asymptotisch nahe an zwei Satelliten herankommen, die den ganzen Körper abdecken....
@HopDavid: ... und selbst wenn Sie die Bewegung der Satelliten ignorieren und nur die Geometrie (Lunometrie?) Betrachten, würden Sie zu dem Schluss kommen, dass Sie mindestens vier Satelliten benötigen. Zwei Satelliten lassen notwendigerweise mindestens einen Mondkeil unbedeckt, der mindestens zwei Antipodenpunkte enthält, und diese können nicht beide von einem dritten Satelliten bedeckt werden.
@ThePopMachine Ja, das stimmt. Wenn die Entfernung ins Unendliche geht, nähert sich die Abdeckung der einer Halbkugel. Leider haben wir nicht den Luxus der unendlichen Entfernung.
Nein, diesen Schluss würde ich nicht ziehen. 3 Sats in polaren Mondumlaufbahnen könnten 120º voneinander entfernt sein und überlappende Fußabdrücke haben.
@ HopDavid: Nein. Zwei (asymptotisch kleine) Punkte an den Punkten auf der Oberfläche, an denen sich ihre Rotationsachse schneidet ...

Mit nur einem Kommunikationssatelliten, der den Mond umkreist, ist dies aus den von @HopDavid beschriebenen Gründen nicht möglich. Es kann jedoch mit nur einem Komsat in der Erdumlaufbahn durchgeführt werden.

Stellen Sie sich einen Satelliten in einer polaren Erdumlaufbahn vor , mit einem hohen Apogäum und einem niedrigen Perigäum. Wenn sich das Apogäum über dem Nordpol befindet, befindet sich der Komsat in mehr als der Hälfte der Zeit über der Äquatorialebene , mit freier Sichtlinie zum Mondpol. Die kurzen Perioden, in denen sich der Satellit unter der Äquatorialebene befindet, werden durch direkte Sichtverbindung zwischen Mond und Erde abgedeckt. Eine solche Umlaufbahn mit hoher Exzentrizität ist in gewisser Weise analog zu einer Molnya-Umlaufbahn , einer Umlaufbahn, die oft für russische Kommunikationssatelliten verwendet wird, um die Regionen mit hohen Breiten Russlands die meiste Zeit ihrer Umlaufbahn abzudecken.

Aufbau

Die Umlaufbahn muss hochhart sein, mit einer Umdrehung pro Monat, aber die Stabilität für diese Art von Umlaufbahn ist gut. Siehe zum Beispiel die geplante Umlaufbahn für TESS:

(am Ende des Videos)

Ja, wenn Sie eine ausreichend lockere Definition von "Umlaufbahn" akzeptieren.

Platzieren Sie den Satelliten über dem Nordpol der Erde und setzen Sie ein Sonnensegel ein, um ihn dort zu halten. Beachten Sie, dass es mehr als eine Million Meilen entfernt sein wird, Ihre Verzögerungszeit wird zehnmal so hoch sein wie bei einer Übertragung auf direktem Weg.

Das Patent von Robert L. Forward darauf (obwohl er damit beabsichtigte, die Polarregionen der Erde zu erreichen, würde ich glauben, dass sein Patent für das Erreichen des Mondes gilt) ist abgelaufen, es steht Ihnen frei, es zu tun.

Wow, ich wusste nicht, dass Robert L. Forward so aktiv in der Raumfahrtindustrie war und SF schrieb! Können Sie helfen, eine Patentnummer dafür zu finden - wäre interessant zu lesen!
Das ist faszinierend! Ein Statit ( statisch + Satellit ) kann in der Nähe der Erde schweben, anstatt sie zu umkreisen. Der Stand der Technik ist gut geschrieben – knapp, aber umfassend. Der Wikipedia-Artikel erwähnt alternative Begriffe „ nicht-keplerische Umlaufbahn “ und „ künstlicher Lagrange-Punkt “. Danke, dass du das ansprichst!
Könnte eine (anders) geneigte Umlaufbahn die Hälfte jeder Umdrehung über einem Mondpol bleiben?
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