Raumfahrt: Wie Chandrayaan-3 zum Mond fliegen wird

Nach dem erfolgreichen Start steht für die Mondmission eine Reihe von Manövern an, damit Chandrayaan-3 ihr Ziel erreichen kann.

Artikel veröffentlicht am 14. Juli 2023, 13:22 Uhr, Frank Wunderlich-Pfeiffer

Die LVM3-Rakete von dem Flug zum Mond (Bild: Isro)

Die indische Raumfahrtorganisation Isro hat erfolgreich ihre dritte Mondmission Chandrayaan-3 gestartet. Wie schon bei der Vorgängermission Chandrayaan-2 ist das Hauptziel der Versuch einer Mondlandung, wobei auch eine Rover auf der Oberfläche abgesetzt werden soll.

Der Landeversuch ist für den 23. August 2023 geplant. Zuvor wird der Lander von dessen Antriebsmodul in einen 100 km hohen Mondorbit gebracht. Es wird dort zusammen mit einigen wissenschaftlichen Instrumenten als Orbitersonde dienen.

Nach den erfolgreichen Orbitermissionen zum Mond mit Chandrayaan-1 und zum Mars mit Mangalyaan scheiterte die ambitionierte Mondlandemission Chandrayaan-2 beim Landeversuch im Jahr 2019. Die Isro hofft beim zweiten Versuch auf einen größeren Erfolg. Beim Start kam wieder die größte indische Rakete LVM3 (Launch Vehicle Mark 3) zum Einsatz, mit der Indien in den nächsten Jahren auch den Einstieg in die astronautische Raumfahrt plant und jetzt schon kommerzielle Starts für Firmen wie Oneweb durchführt.

Die LVM3-Rakete nutzt neben zwei großen Feststoffboostern und einer selbst entwickelten, wasserstoffbetriebenen Oberstufe eine erste Stufe mit zwei Vikas-Triebwerken, bei denen es sich um eine verbesserte Variante der Viking-Triebwerke wie in der alten europäischen Ariane 4 handelt. Das kam zustande, weil die Entwicklung der Viking-Triebwerke in Frankreich auch mit indischer Hilfe geschah. Sie sollen eines Tages durch effizientere Kerosintriebwerke zur Nutzlaststeigerung ersetzt werden.

Der Oberth-Effekt spart Treibstoff

Um die begrenzte Nutzlast der Rakete maximal auszunutzen, wurde die 3.900 kg schwere Kombination aus Lander und Antriebsmodul zunächst in einem hohen elliptischen Erdorbit ausgesetzt, der der Erde immer wieder sehr nahe kommt. Die Sonde wird anschließend bei fünf weiteren Manövern am jeweils erdnächsten Punkt weiter beschleunigt, was den Orbit am erdfernsten Punkt weiter anhebt, bis sie nach dem letzten Manöver schließlich den Mond erreichen kann. Vor dem Landeversuch wird beim Mond ein ähnliches Manöver zum Bremsen geflogen.

Der Grund dafür ist der Oberth-Effekt .Manöver mit Raketentriebwerken sind bei hohen Geschwindigkeiten energieeffizienter, wie etwa am erdnächsten Punkt eines elliptischen Orbits. Denn Raketentriebwerke erhöhen die Geschwindigkeit eines Raumfahrtzeugs mit einer bestimmten Treibstoffmenge immer um den gleichen Betrag. Bei hohen Geschwindigkeiten entspricht die Geschwindigkeitsänderung aber einer größeren Menge kinetischer Energie, weshalb beim Flug weg von der Erde mehr Energie verbleibt und ein höherer Orbit erreicht wird.

Das Resultat ist eine optimale Ausnutzung des Treibstoffs, weil nach jedem Manöver eine etwas höhere Geschwindigkeit am erdnächsten Punkt erreicht wird. Das Bremsmanöver am Mond funktioniert genauso, nur umgekehrt. Der Energieerhaltungssatz bleibt dennoch gewahrt, denn der Treibstoff der Triebwerke wird in die entgegengesetzte Flugrichtung beschleunigt, ist bei hohen Flugschwindigkeiten entsprechend langsamer und hat weniger Energie.

Dabei ist der Flug zum Mond der einfache Teil. Technisch anspruchsvoller ist die zuverlässige Steuerung während des Landemanövers, an dem seit 1976 alle nicht-chinesischen Mondlander scheiterten. Mit der indischen Mission soll sich das nun ändern.