Mondumlaufbahn-Rendezvous

Das Mondumlaufbahn-Rendezvous (LOR für Lunar Orbit Rendezvous) ist ein Schlüsselkonzept, um Raumschiffe effizient auf dem Mond zu landen und zur Erde zurückzubringen. Es wurde in den 1960er und 1970er Jahren für die Missionen des Apollo-Programms verwendet und ist auch im Konzept des Nachfolgeprogramms Artemis vorgesehen. In einer LOR-Mission reisen ein Hauptraumschiff als Orbiter und eine Mondlandefähre in eine Mondumlaufbahn. Die Landefähre senkt sich dann auf die Mondoberfläche, während das Hauptschiff in der Mondumlaufbahn verbleibt. Nach Beendigung der Oberflächenmission kehrt die Aufstiegsstufe der Mondlandefähre in die Mondumlaufbahn zurück, um sich mit dem Hauptraumfahrzeug zu treffen und wieder anzudocken (Rendezvous). Nach dem Transfer von Besatzung und Nutzlast wurde die Aufstiegsstufe beim Apollo-Programm aufgegeben; nur das Hauptraumschiff kehrte zur Erde zurück.^[1]

Der ukrainisch-sowjetische Ingenieur Juri Kondratjuk schlug 1919 als erster ein Rendezvous in der Mondumlaufbahn vor, um einen Menschen auf eine Hin- und Rückreise zum Mond zu schicken.

Das bekannteste Beispiel waren das Apollo-Kommando- und Servicemodul und das Apollo-Mondlandemodul, bei denen beide in einer einzigen Rakete (Saturn 5) zu einem Translunar-Flug geschickt wurden. Es existieren auch Konzepte, bei denen Lander und Hauptsatellit getrennt reisen, so wie etwa der Shuttle-Derived Heavy Lift Launch Vehicle und beim Artemis-Programm. Ein Beispiel für eine unbemannte Raumfahrtmission mit LOR ist die Sample return mission Chang’e 5.

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  Abtrennung der Mondlandefähre (LM) vom Kommando- und Servicemodul (CSM) im Mondorbit
• Start der Aufstiegsstufe der Mondlandefähre
• Aufstiegsstufe vor dem Rendezvous mit dem Kommando- und Servicemodul (Zeitraffer)
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  Nach dem Rendezvous wird die Aufstiegsstufe aufgegeben
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  Kommando- und Servicemodul verlässt den Mondorbit Richtung Erde

Der Hauptvorteil einer LOR-Mission beim Apollo-Programm war die Gewichtseinsparung. Die Ressourcen, die ausschließlich für die Rückkehr von der Mondumlaufbahn zur Erde erforderlich waren, mussten nicht auf die Mondoberfläche und wieder zurück in die Mondumlaufbahn befördert werden. Dies hatte einen multiplikativen Effekt, da dieses „tote Gewicht“ durch mehr Raketentreibstoff hätte abgebremst und wieder unter Gravitationsverlust angetrieben werden müssen. Die resultierende Gewichtszunahme hätte eine größere Mondlandefähre mit mehr Schub erfordert, was wiederum größere und schwerere Raketentriebwerke bedeutet hätte, was insgesamt zu einer größeren Trägerrakete – der Nova – geführt hätte.

Ein genereller Vorteil besteht darin, dass die Mondlandefähre und das Hauptraumfahrzeug jeweils für ihren Zweck spezialisiert und optimiert werden können. So muss beispielsweise das Hauptraumfahrzeug nur auf der Erde und nicht auf dem Mond landen können und umgekehrt. Daher spielt z. B. die Aerodynamik aufgrund der fehlenden Atmosphäre für die Mondlandefähre keine Rolle.

Schließlich können kritische Systeme der Mondlandefähre, z. B. das Lebenserhaltungssystem, der Antrieb und die Stromversorgung, als Ergänzung bzw. Redundanz für die Systeme im Hauptraumfahrzeug dienen. Dies stellte sich während Apollo 13 als überlebenswichtig heraus.

Als wichtigster Nachteil entstehen komplizierte Kopplungsmanöver, von denen beim Apollo-Programn (im Gegensatz zu Artemis) eines sogar im Funkschatten lag. Die Fahrzeuge müssen mit der dafür erforderlichen Hardware ausgestattet sein und eigenständig navigieren können.

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Gewichts- und Kostennachteil, da zahlreiche Elemente und Systeme doppelt oder zusätzlich vorhanden sein müssen?

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Anfangs galt das Rendezvous im Mondorbit als riskant, da selbst im Erdorbit noch keine Rendezvous vollzogen worden waren. Wenn die Mondlandefähre das Hauptraumfahrzeug nicht erreichen könnte, wären bezogen auf die Apollo-Mondlandefähre zwei Astronauten gestrandet, ohne die Möglichkeit zu haben, zur Erde zurückzukehren oder den Wiedereintritt in die Atmosphäre zu überleben. Die Befürchtung erwies sich als unbegründet, da das Rendezvous 1965 und 1966 auf sechs Missionen des Gemini-Programms mit Hilfe von Radar und Bordcomputern erfolgreich demonstriert wurden. Es wurde auch jedes Mal erfolgreich durchgeführt, wenn es in Apollo-Missionen ausprobiert wurde.

Analog zum Mondumlaufbahn-Rendezvous treffen sich beim Marsumlaufbahn-Rendezvous (MOR) ein Raumschiff und die Aufstiegsstufe einer Marslandefähre in einer Marsumlaufbahn und docken aneinander an.

• Chris Bergin: Golden Spike contract Northrop Grumman for Lunar Lander In: Nasaspaceflight.com, 3. Januar 2013. Abgerufen am 4. Januar 2013 (englisch). 
• Brooks, Grimwood, Swenson: Chariots for Apollo: A History of Manned Lunar Spacecraft. NASA, 1979, archiviert vom Original am 18. November 2004; abgerufen am 27. April 2007 (englisch). 
• Chris Gainor: Arrows to the Moon. Apogee Books, Burlington, Ontario 2001, ISBN 978-1-896522-83-8 (englisch). 
• James R. Hansen: Enchanted Rendezvous: John C. Houbolt and the Genesis of the Lunar-Orbit Rendezvous Concept (= Monographs in Aerospace History Series #4). NASA, Washington, D.C. 1995, NASA-TM-111236 (englisch, nasa.gov [PDF]). 
• Brian Harvey: Russian Planetary Exploration: History, Development, Legacy and Prospects. Springer, New York 2007, ISBN 978-0-387-46343-8 (englisch). 
• Kramer: Chang'e-5 (China's Lunar Sample Return Mission). eoPortal, 2020, abgerufen am 26. Oktober 2023 (englisch). 
• Charles Murray, Catherine Bly Cox: Apollo: The Race to the Moon. Simon and Schuster, New York 1989, ISBN 978-0-671-70625-8 (englisch). 
• NASA: Lunar orbit rendezvous: news conference on Apollo plans at NASA headquarters on July 11, 1962. NASA, Washington, D.C. 1962 (englisch, google.com). 
• Craig Nelson: Rocket Men: The Epic Story of the First Men on the Moon. Viking, New York 2009, ISBN 978-0-670-02103-1 (englisch, archive.org). 
• Reeves, David M.; Michael D. Scher; Dr. Alan W. Wilhite; Dr. Douglas O. Stanley: The Apollo Lunar Orbit Rendezvous Architecture Decision Revisited. National Institute of Aerospace, Georgia Tech, 2005, archiviert vom Original am 27. Oktober 2014; abgerufen am 8. Juni 2012 (englisch). 
• Diane Tennant: Forgotten engineer was key to space race success. HamptonRoads/PilotOnline, 15. November 2009, abgerufen am 1. September 2010 (englisch). 
• Richard Witkin: Lunar Orbital Rendezvous: New Flight Plan to Moon Favored, 4. Juli 1962, S. 1 (englisch). 
• John Wilford: We Reach the Moon; the New York Times Story of Man's Greatest Adventure. Bantam Paperbacks, New York 1969 (englisch). 
• W. David Woods: How Apollo Flew to the Moon. Springer, New York 2008, ISBN 978-0-387-71675-6, S. 10–12 (englisch). 

1. ↑ "Lunar Orbit Rendezvous" – 1968 – NASA Mission Planning and Analysis Division auf YouTube