In dieser Arbeit werden die erdnahen Librationspunkte als Stufungsort für zukünftige bemannte Explorationsinissionen untersucht. Um später einen zuverlässigen Missionsentwurf zu ermöglichen, werden Informationen über die verschiedenen Orbits um die Librationspunkte sowie über die möglichen Transferoptionen benötigt. Zuerst wird anhand eines vereinfachten Systems die Bewegung um einen Librationspunkt analysiert. Hierauf aufbauend werden Algorithmen für die Generierung von Orbits beschrieben und die verschiedenen Typen von Orbits klassifiziert, die um einen Librationspunkt existieren. Anhand dieser Klassifizierung werden Übersichtskarte der Orbittypen für den cis-und translunaren Erde-Mond Librationspunkt erstellt. Da die so genannten Lissajous Orbits um den translunaren Erde-Mond Librationspunkt von der Erde aus gesehen regelmäßig vom Mond verdeckt sind, werden zwei verschiedene Möglichkeiten untersucht, diese Orbits durch Manöver frei von Okkultationen zu halten. Im folgenden Schritt werden die Transfertrajektorjen von der Erde in Richtung der Librationspunkte bzw. zu Orbits um diese untersucht. Dabei gibt es schnelle Transfers mit Transferzeiten unter einem Monat und langsame Transfers mit einer Dauer von bis zu einem Jahr, die durch die Ausnutzung natürlicher Effekte Treibstoff sparen können. Der Zugang zur Mondoberfläche scheint von einem Librationspunkt aus besonders interessant. Diese resultiert aus der gekoppelten Rotation des Mondes mit der Erde, die zur Folge hat, dass der Mond der Erde immer die gleiche Seite zuwendet. Damit verändert sich auch die relative Position einer Landestelle auf der Mondoberfläche in Bezug auf einen Librationspunkt kaum. Daraus ergibt sich, dass Transferfenster gar nicht oder nur sehr eingeschränkt existieren. Diese Tatsache ist besonders in Hinblick auf die bemannte Raumfahrt interessant, da hier ein Missionsabbruch im Notfall ohne großen zusätzlichen Antriebsbedarf möglich ist, Daher werden die Kosten im Antriebsbedarf für den Zugang zur Mondoberfläche für verschiedene Transferzeiten untersucht. Zusätzlich werden die Unterschiede im Antriebsbedarf durch die Position der Landestelle auf der Mondoberfläche analysiert. Da die beiden kollinearen Erde-Mond Librationspunkte den beiden Sonne-Erde Librationspunkten energetisch betrachtet sehr nahe liegen, wird versucht Transfertrajektorien mit niedrigem Antriebsbedarf zwischen diesen beiden Regionen zu konstruieren. Diese Bahnen können dafür verwendet werden, um die großen Observatorien, die sich in Orbits um die Sonne-Erde Librationspunkte befinden, mit geringem Antriebsbedarf zu den Erde-Mond Librationspunkten zu transferieren, um dort eine Wartung durchzuführen und sie danach wieder in eine Bahn um den Sonne-Erde Librationpunkt zurück zu bringen. Hierzu werden die Bedingungen an den Orbit um den Sonne-Erde Librationspunkt untersucht, damit ein solcher Transfer mit geringen Kosten möglich wird. Im Anschluss an diese Untersuchungen wurden die Ergebnisse im Rahmen des Space Station Design Workshops angewendet, um eine bemannte Raumfahrtmission zu entwerfen, die sowohl den Zugang zum Mond, als auch die Wartung von Satelliten um die Sonne-Erde Librationspunkte unterstützt. Die resultierende Station verwendet einen so genannten Lissajous Orbit um den translunaren Erde-Mond Librationspunkt. Dieser scheint besonders geeignet, da er bemannt über die schnellen Transferbahnen mit einem lunaren Fly-by Manöver erreichbar ist und Infrastrukturelemente oder Nachschubsgüter über den langsamen Weak-Stability Boundary Transfer kostengünstig transportiert werden können.

    In this work the near-Earth libration points are investigated as staging locations for future manned space exploration missions. Seven libration points are in the vicinity of Earth, five Earth-Moon and the two collinear Sun-Earth libration points close to the Earth. To allow for a reliable conceptual mission design, several aspects with respect to orbit options and transfer trajectories have to be investigated. A simplified system is treated first in order to derive an understanding of the motion about a libration point. Based on this, orbit construction mechanisms are developed and the different kinds of orbit existing about the libration points are classified. With this classification of orbits a map of the Earth-Moon libration point region is generated. Since the view from Earth on a spacecraft in a Lissajous orbit about the translunar Earth-Moon libration point is regularly obstructed by the Moon, two strategies are investigated to keep these orbits occultation free. In the following step the transfer from Earth towards the Earth-Moon libration points is investigated. Two different transfer options are distinguished, the fast and the slow transfers. For the lunar surface access the cost with respect to the velocity requirement and the transfer time is assessed dependant on the location of the landing site. Variations with respect to the rendezvous location on the libration point orbit are also taken into account. Since the collinear libration points of the Earth-Moon and the Sun-Earth system are energetically close together, transfer trajectories between both regions are investigated. These can be used for low cost transfers of satellites in orbit about the Sun-Earth libration points towards the Earth-Moon libration point, region in order to allow for satellite servicing. Conditions on the Sun-Earth libration point orbit are derived such that these connections between both regions can be established. On the basis of the results of the investigations described above, a conceptual design study for a crewed vehicle supporting lunar exploration and servicing of Sun-Earth libration point satellites is then performed with the help of the Space Station Design Workshop. The outcome features a man-tended space station in a small Lissajous orbit about the translunar Earth-Moon libration point, since this can be reached by utilizing a lunar fly-by trajectory for the crew transfers and by utilizing the weak stability boundary transfer for infrastructure installation and delivery supply cargo.


    Access

    Access via TIB

    Check availability in my library

    Order at Subito €


    Export, share and cite



    Title :

    Mission analysis for exploration missions utilizing near-earth libration points


    Additional title:

    Missionsanalyse für Erkundungsmissionen unter Verwendung erdnaher Librationspunkte


    Contributors:

    Publication date :

    2009


    Size :

    162 Seiten, Bilder, Tabellen, 57 Quellen



    Type of media :

    Theses


    Type of material :

    Print


    Language :

    English





    Mission design and analysis of European astrophysics missions orbiting libration points

    Landgraf, Markus / Renk, Florian / de Vogeleer, Bram | Elsevier | 2012




    Use of Earth-Moon Libration Points for Future Missions

    Companys, V. / Gomez, G. / Jorba, A. et al. | British Library Conference Proceedings | 1996