Translunar Injection

Eine Translunar Injection (TLI) ist ein Bahnmanöver, das die Flugbahn eines von der Erde gestarteten Raumfahrzeugs in eine Trajektorie überführt, die nahe am Mond vorbeiführt.

Damit kleinere zeitliche Verzögerungen des Starts den Missionsablauf nicht gefährden, werden Raumfahrzeuge häufig vor der TLI in einen niedrigen Parkorbit befördert. Dort wird die Erde umrundet, bis das TLI-Zeitfenster eintritt. Im Falle von Komplikationen bietet dies die Möglichkeit, die Mission abzubrechen und zur Erde zurückzukehren, was bei bemannten Missionen notwendig ist.^[1][2]

Während des TLI-Manövers beschleunigt das Raumfahrzeug, um den erdfernsten Punkt (das Apogäum) seiner Umlaufbahn um die Erde so weit anzuheben, bis es sich in einer Transferbahn zum Mond befindet. Diese Bahnanhebung kann in einem Schritt erfolgen, oder – wenn der Triebwerksschub dafür nicht ausreicht, wie z. B. bei der indischen Sonde Chandrayaan-2^[3] – in mehreren Schritten während mehrerer Erdumrundungen.

Wenn der Mond möglichst schnell erreicht werden soll, wird eine Hohmann-Transferbahn gewählt, bei dem das Apogäum der Bahnellipse ungefähr auf der Höhe der Mondbahn liegt und die Flugdauer zum Mond nur wenige Tage beträgt (beispielsweise ca. 3 Tage bei Apollo 11 und ca. 4,5 Tage beim Lunar Reconnaissance Orbiter).^[1][4] Ist es hingegen wichtiger, Treibstoff einzusparen, kann statt des Hohmann-Transfers ein Low Energy Transfer gewählt werden (siehe Animation GRAIL-A). Dabei wird eine Trajektorie angesteuert, die das Raumfahrzeug in einen instabilen Lissajous-Orbit um den Sonne-Erde-L1-Punkt befördert, der dieses zunächst weit von der Erde wegführt und dann auf eine Flugbahn zum Mond umlenkt. Während der dazu benötigte TLI-Schub zunächst größer ausfällt als beim Hohmann-Transfer, ist die relative Geschwindigkeit zum Mond bei Ankunft deutlich geringer und damit weniger Bremsschub nötig, um einen Orbit um den Mond einzuleiten, so dass in Summe eine geringere Geschwindigkeitsänderung (${\displaystyle \Delta v}$) und somit weniger Treibstoff benötigt wird. Diese TLI-Variante wurde beispielsweise für die japanische Mondlandesonde SLIM genutzt. Durch eingeplante Bahnkorrekturmanöver mit verschiedenen möglichen Trajektorien um den L1-Punkt ermöglicht sie ein großes TLI-Zeitfenster von mindestens 21 Tagen. Für den gesamten Transfer wird mit 2–3 Monaten Flugdauer wesentlich mehr Zeit als beim Hohmann-Transfer benötigt.^[5][6]

• 
  LRO · Erde · Mond
  Hohmann-Transfer-Trajektorie des Lunar Reconnaissance Orbiter^[4]
• 
  Chandrayaan-2 · Erde · Mond
  Trajektorie von Chandrayaan-2 mit schrittweiser Erhöhung des Apogäums des Parkorbits und TLI am 14. August 2019^[7]
• 
  GRAIL-A · Erde · Mond
  Trajektorie des Gravity Recovery and Interior Laboratory mittels Low-Energy Transfer entlang des Sonne-Erde-L1-Lagrange-Punktes^[8]

• Wolfgang Steiner, Martin Schagerl: Raumflugmechanik: Dynamik und Steuerung von Raumfahrzeugen. Springer Berlin, Heidelberg 2004, ISBN 978-3-540-20761-0. 
• Ernst Messerschmid, Stefanos Fasoulas: Raumfahrtsysteme: Eine Einführung mit Übungen und Lösungen. 5., aktualisierte und ergänzte Auflage. Springer Vieweg Berlin, Heidelberg 2017, ISBN 978-3-662-49637-4. 

1. ↑ ^{a b} Apollo Flight Journal. NASA History Division, abgerufen am 6. Juli 2022 (englisch). 
2. ↑ Apollo Expeditions to the Moon: CHAPTER 3.4. NASA History Division, abgerufen am 6. Juli 2022 (englisch). 
3. ↑ Here’s Why Chandrayaan-2 Will Take 48 Days to Reach the Moon. The Quint, 3. September 2019, abgerufen am 15. Oktober 2023 (englisch). 
4. ↑ ^{a b} Craig R. Tooley, Martin B. Houghton, et al.: Lunar Reconnaissance Orbiter Mission and Spacecraft Design. In: Space Sci Rev. Nr. 150, 14. Januar 2010, S. 23–62, doi:10.1007/s11214-009-9624-4 (englisch). 
5. ↑ Jeffrey S. Parker, Rodney L. Anderson: Targeting low-energy transfers to low lunar orbit. In: Acta Astronautica. Volume 84, 2013, S. 1–14, doi:10.1016/j.actaastro.2012.10.033 (englisch). 
6. ↑ Sara Hatch, Min-kun Chung, et al.: Trans-Lunar Cruise Trajectory Design of GRAIL (Gravity Recovery and Interior Laboratory) Mission. In: AIAA/AAS Astrodynamics Specialist Conference. 2010, doi:10.2514/6.2010-8384 (englisch). 
7. ↑ ISRO: updates. Abgerufen am 26. Oktober 2023 (englisch, Chronologie der Mission mit allen Bahnänderungen). 
8. ↑ GRAIL (Ebb and Flow). NASA Science, abgerufen am 6. Juli 2022 (englisch).