Frozen orbit

In der Raumflugmechanik ist ein Frozen orbit (dt. eingefrorener Orbit) ein Satellitenorbit, bei dem die durch die Erdform erzeugte natürliche Drift durch sorgfältig ausgesuchte Bahnparameter minimiert ist. Typischerweise ist das ein Orbit, bei dem über eine lange Zeitspanne die Höhe bei einem bestimmten Punkt im Orbit gleich bleibt.^[1] Änderungen in der Bahnneigung, des Argument des Perigäums, und der Exzentrizität werden durch die Auswahl von Startwerten so minimiert, dass ihre Störungen sich aufheben.^[2] Das erzeugt einen langzeitstabilen Orbit mit reduziertem Treibstoffbedarf zum Ausgleich der Bahnstörungen.

Anwendungen

Bei der Erdbeobachtung, aber auch bei der Satellitenkommunikation, ermöglichen es eingefrorene Bahnen, bei jedem Umlauf annähernd gleiche Abstände zu bestimmten Bodenpunkten sicherzustellen, ohne Treibstoff für Bahnkorrekturen zu verbrauchen. Sind diese Bahnen darüber hinaus auch sonnensynchron und haben sogenannte repeat ground tracks (sich zeitlich wiederholende Bodenspuren), dann lassen sich darüber hinaus auch einheitliche Sicht- und Lichtverhältnisse herstellen.

Die Missionsdauer eines niedrig fliegenden Mondorbiters lässt sich durch Wahl eines Frozen Orbit erheblich verlängern.

Typen von Frozen Orbits

Für Erdsatelliten gibt es zwei unterschiedliche Typen von Frozen Orbits. Beim sogenannten Typ I sind die Bahnelemente eingefroren, wenn die Inklination 63,44° beträgt, bzw. 116,57° bei einer rückläufigen (retrograden) Bahn. Beim Typ II ist das der Fall, wenn die Exzentrizität 7,462 [km] × sin(i)/a und zusätzlich das Argument der Periapsis 90° oder 270° beträgt. Dabei ist a die große Halbachse der Erdbahn.^[3]

Für Mondsatelliten ermittelte die NASA Bahnneigungen von rund 27°, 50°, 76° und 86° als stabil.^[4]

Siehe auch

• Sonnensynchrone Umlaufbahn
• Polarbahn: verläuft über die Pole, Inklination nahe 90°, jedoch nicht unbedingt sonnensynchron

Einzelnachweise

1. C. David Eagle: Frozen Orbit Design. (PDF; 15 kB) In: Orbital Mechanics with Numerit. Archiviert vom Original am 21. November 2011; abgerufen am 5. April 2012.
2. Vladimir A Chobotov: Orbital Mechanics (3rd Edition). American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2002, S. 221 (knovel.com).
3. Ulrich Walter: Astronautics. 3. Auflage. Springer Nature Switzerland, 2019, ISBN 978-3-319-74372-1, S. 597.
4. Trudy Bell: Bizarre Lunar Orbits. In: NASA Science. NASA, 6. November 2006, archiviert vom Original am 23. Juni 2011; abgerufen am 7. Januar 2024 (englisch).