Zusammenfassung:
Die Raumhafenszene, die man häufig in Science-Fiction-Filmen und -Spielen sieht, könnte in den nächsten zwanzig Jahren allmählich Realität werden. Die National Aeronautics and Space Administration (NASA) plant den Bau einer Mond-Raumstation „Gateway“. Es wird nicht nur die erste Raumstation der Menschheit sein, die den Mond umkreist, sondern könnte auch eine ähnliche Rolle wie ein „Mond-Weltraumflughafen“ spielen, um Montage-, Andock- und Transferdienste für bemannte Raumfahrzeuge, Frachtraumfahrzeuge und Mondlander bereitzustellen.
Forschungsteams der Texas A&M University, des NASA Johnson Space Center und der Purdue University haben kürzlich einen Plan für das Verkehrsmanagement von Raumfahrzeugen für die Gateway-Raumstation vorgeschlagen, einschließlich eines Algorithmus zur Aufrechterhaltung der relativen Umlaufbahn und Warteregeln im Orbit, um das Risiko von Chaos oder sogar Kollisionen zu vermeiden, wenn sich in Zukunft mehrere Raumfahrzeuge gleichzeitig der Raumstation nähern.
Gateway soll nach dem aktuellen Plan der NASA bereits im Jahr 2027 gestartet werden. Die Raumstation soll dem Mondlandeprogramm „Artemis“ dienen und ein wichtiger Knotenpunkt für die bemannte Raumsonde Orion, Frachtraumsonden und Mondlander werden. Zuvor hatte die NASA bekannt gegeben, dass Gateway ein leistungsstarkes solarelektrisches Antriebssystem verwenden wird, und SpaceX hat auch entsprechende Verträge für den Transport von Lieferungen für das Projekt erhalten.
Gateway wird in einer speziellen Umlaufbahn betrieben, die als „near rectilinear halo orbit“ (NRHO) bezeichnet wird. Dabei handelt es sich um eine schmale, fast eiförmige Umlaufbahn um den Mond: Die Raumstation wird etwa 1.000 Meilen über dem Nordpol des Mondes vorbeifliegen und sich dann bis zu einem Gebiet etwa 40.000 Meilen jenseits des Südpols des Mondes erstrecken. Die Umlaufbahn unterhält eine kontinuierliche Kommunikation mit der Erde und erfordert relativ wenig Treibstoff für die Wartung der Umlaufbahn, sodass sie als geeignet für den langfristigen Betrieb einer Mondraumstation angesehen wird.
Allerdings erschwert auch die gemeinsame Gravitationswirkung von Erde und Mond diese Umgebung. Im Gegensatz zu Bodenflughäfen können ankommende Flugzeuge nicht einfach in der Nähe „parken“ und auf einen freien Liegeplatz warten. Alle Raumfahrzeuge befinden sich in ständiger Hochgeschwindigkeitsbewegung, und Raumfahrzeuge, die auf Andockfenster warten, müssen möglicherweise stunden-, tage- oder sogar wochenlang am Gateway bleiben.
Um dieses Problem zu lösen, führte das Forschungsteam Tausende von Simulationen durch, um zu testen, wie mehrere Flugzeuge bei Navigationsfehlern, Abweichungen der Triebwerkszündung und anderen Störungen sicher ihre Umlaufbahnen teilen können. Die in der Studie vorgeschlagene Kernlösung besteht darin, wartende Raumschiffe entsprechend vorberechneter Positionen vor oder hinter dem Gateway zu verteilen und eine Formation ähnlich einer „Perlenkette“ zu bilden.
Die Forscher erlaubten nicht jedem Gastflugzeug, seine eigene Umlaufbahn unabhängig aufrechtzuerhalten, sondern verwendeten einen relativen Umlaufbahn-Aufrechterhaltungsalgorithmus, um seine Position unter Verwendung des Gateways als räumliche Referenz kontinuierlich anzupassen. Die Ergebnisse zeigen, dass häufigere, aber kleinere Bahnkorrekturen das Flugzeug in einer engeren, vorhersehbareren Formation halten können und gleichzeitig nur einen begrenzten zusätzlichen Treibstoffverbrauch verursachen. Dieser Ansatz trägt dazu bei, das Risiko zu verringern, dass sich Raumfahrzeuge einander nähern oder kollidieren.
Relevante Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Acta Astronautica veröffentlicht. Das Forschungsteam wies darauf hin, dass es sich bei diesen Plänen noch nicht um verbindliche Vorschriften für den Weltraumverkehr handele, sondern um eine Reihe technischer Rahmenbedingungen für die Ankunft, den Abflug und das Warten im Orbit künftiger Mondraumfahrzeuge. Die NASA hat derzeit Interoperabilitätsstandards für Gateways entwickelt, die Andock-, Rendezvous-, Kommunikations- und Robotersysteme umfassen, und diese Forschung beantwortet eine ebenso wichtige Frage: Wo und wie sollten besuchende Raumschiffe warten, wenn der Andockhafen noch nicht geräumt ist.
Obwohl es in der Vision der NASA vorerst keine Gepäckbänder, Duty-Free-Shops oder Sitzplatzstreitigkeiten geben wird, bedeutet der von Gateway geforderte Verkehrsplanungsmechanismus, dass Menschen beginnen, grundlegende Regeln für eine höhere Frequenz und eine komplexere Weltraumnavigation festzulegen. Mit zunehmenden Aktivitäten zur Monderkundung könnte diese Mondraumstation in Zukunft zu einem wichtigen Knotenpunkt für die Menschheit werden, um zu einem normalisierten Mondtransport überzugehen.
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