Die Komplexität des Dreikörperproblems in der Astrodynamik stellt seit langem eine Herausforderung für Missionsplaner dar. Aktuelle Forschungsergebnisse des Beijing Institute of Technology schlagen vor, die Monde eines Planeten für Gravitationshilfen zu nutzen, um stabile Umlaufbahnen effizienter zu erreichen. Diese Methode hat das Potenzial, den Treibstoffverbrauch und die Missionskosten erheblich zu senken.
Traditionell nutzen Raumfahrzeuge planetare Gravitationshilfen zur Kursänderung. Die Idee, die Monde eines Planeten für solche Manöver einzusetzen, ist jedoch relativ neu. Die Studie deutet darauf hin, dass Monde, insbesondere solche in schwachen Stabilitätsgrenzen (WSBs), zusätzliche Möglichkeiten für Gravitationshilfen bieten und potenziell die Anzahl verfügbarer stabiler Umlaufbahnen erhöhen können. Schwache Stabilitätsgrenzen sind Regionen im Weltraum, in denen die Gravitationskräfte zweier Himmelskörper nahezu ausgeglichen sind, was es einem Raumfahrzeug ermöglicht, von einer Fluchtbahn in eine stabile Umlaufbahn überzugehen. Diese Grenzen werden mithilfe von Techniken wie der Poincaré-Abbildung identifiziert.
Die Jupiter-Eismonde-Explorer-Mission (JUICE) der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) ist ein Beispiel für diesen Ansatz. Im August 2024 führte JUICE ein doppeltes Gravitationshilfemanöver durch, bei dem sowohl der Mond als auch die Erde genutzt wurden, um seine Flugbahn in Richtung Jupiter anzupassen. Dieses Manöver war entscheidend für die achtjährige Reise der Mission zur Erforschung der Jupitermonde, darunter Kallisto, Europa und Ganymed. Die JUICE-Mission war die erste, die eine Mond-Erd-Gravitationshilfe nutzte, ein Manöver, das zwischen dem 19. und 20. August 2024 stattfand und 100 bis 150 kg Treibstoff einsparte.
Ähnlich hat die BepiColombo-Mission, eine Zusammenarbeit zwischen der ESA und der Japanischen Luft- und Raumfahrtagentur (JAXA), mehrere Gravitationshilfen genutzt, um den Merkur zu erreichen. Nach ihrem Start im Jahr 2018 hat BepiColombo mehrere Vorbeiflüge an Erde, Venus und Merkur durchgeführt, wobei der letzte am 9. Januar 2025 stattfand. Diese Manöver sind darauf ausgelegt, das Raumfahrzeug abzubremsen, damit es Ende 2026 in eine Umlaufbahn um den Merkur einschwenken kann. Die BepiColombo-Mission nutzt insgesamt neun planetare Vorbeiflüge, darunter einen an der Erde, zwei an der Venus und sechs am Merkur, um in die Merkurumlaufbahn zu gelangen.
Die Integration von mondbasierten Gravitationshilfen in die Missionsplanung bietet eine vielversprechende Strategie zur Reduzierung des Treibstoffbedarfs und der Kosten. Durch die Berücksichtigung der Gravitationswechselwirkungen zwischen Planeten und ihren Monden können Missionsplaner zusätzliche Möglichkeiten für effiziente Flugbahnanpassungen identifizieren und so neue Wege für die Erforschung des Sonnensystems eröffnen. Die Forschung des Beijing Institute of Technology konzentriert sich auf die Nutzung der Monde von Planeten wie Jupiter, der 97 Monde hat, um potenzielle Gravitationshilfen zu identifizieren, die die Treibstoffanforderungen für Missionen zur Erreichung stabiler Umlaufbahnen im Jupitersystem erheblich reduzieren können.