Prüfung Satellite & Rockets
Heute hat mit "Einführung in die Satelliten- und Raketentechnik" unsere letzte mündliche Prüfung stattgefunden. Bernd war der vorletzte in einer Reihe von acht Studenten, ich die letzte. Die Reihenfolge der Prüfungen war mittels Los bestimmt worden.
Wie in Norwegen üblich bestand das Prüfungskomittee aus den Dozenten, in unserem Fall waren es drei, sowie einem unabhängigen, von einer anderen Universtität stammenden Prüfungsvorsitzenden. Es konnten alle Fragen mündlich beantwortet werden, es war nicht nötig Gleichungen oder mathematische Herleitungen zu zeigen. Für Skizzen hätte man die Tafel benutzen können, was ich aber nicht getan habe.
Die Prüfung begann mit "einfachen" Fragen zu Klassifizierungen von Satelliten, die im ersten Kapitel des Buches eingeführt wurden. Das Buch hat als erstes Kriterium für Satelliten ihren Orbit benutzt - dabei mußte ich mir helfen lassen, dafür durfte ich dann einige Minuten über die verschiedenen Typen von Orbits (geostationär, mittlere- und niedriger Erdorbit, polare und hochelliptische wie der Molniya- und der Tundra-Orbit) referieren. Zum Molniya-Orbit wurde ich auch nach Daten gefragt, typische Umlaufzeit 12 Stunden, Sichtbarkeit 70-80 Prozent, Inklination 63,4 Grad.
Weiter ging es mit der Klassifikation der Hardware von Satelliten. Da mußte ich fast schon wieder passen - die Idee hatte ich zwar, daß es einen aktiven Teil gibt, der - missionsabhängig - zum Beispiel aus Instrumenten besteht und einen Support-Teil, der alle sonstigen Funktionen zur Verfügung stellt, aber die richtigen Begriffe.. "Payload" und "Bus" war es.
Und gleich ging es weiter mit der nächsten "einfachen" Frage: Wie wird der Bus klassifiziert? Das sind die Übertragung der Daten zum Boden und zurück, genannt Telemetrie, ein Teil wird den Satellit mit Strom versorgen, über Batterien, Treibstoff oder Solarzellen, dann brauchen wir Möglichkeiten um die Lage zu bestimmen und zu korrigieren, sowie den thermischen Haushalt des Satelliten. Mehr ist mir glaube ich nicht eingefallen.
Die Prüfung fand nach einem sehr netten Prinzip statt: auf dem Pult liegen bunte gefaltete Zettel, von denen man einen ziehen muß und auf dem eine Nummer steht. Die zugehörige Frage wird von den Prüfern in einer Liste nachgeschlagen. Die Zettel geben allerdings nur das Thema vor über das geredet wird, es können dann mehrere Fragen aus diesem Gebiet kommen. Die Farben geben den "Schwierigkeitsgrad" an: blau ist "einfach", gelb und rot sollen schwerer sein. Welche die gelbe oder die rote Frage war, weiß ich nicht mehr genau. Ich habe insgesamt nur vier Zettel gezogen, allerdings gab es mehr als vier Fragen.
Es war eine sehr entspannte und freundliche Prüfung. Wenn ich nicht genau sah, wohin die Frage zielte, vor allem am Anfang, hat man mir bereitwillig Tips gegeben oder ist weiter gegangen. Die folgenden Fragen waren auch direkter als die Frage nach Klassifikationskriterien: zum Thema Kommunikation wurde ich zunächst gefragt in welchem Frequenzbereich die menschliche Sprache liegt (so bis 3-4 kHz) und warum Kommunikation mit Satelliten dann im GHz-Bereich liegt. Zu übertragende Daten werden immer auf ein passendes Trägersignal aufmoduliert und nicht direkt gesendet. Warum? Ein Grund ist die höhere Bandbreite, desweiteren können hochfrequente Signale gerichteter transmittiert werden. Und natürlich können nicht alle Frequenzen die Ionosphäre durchdringen. Und dann muß das Frequenzband auch aufgeteilt werden zwischen den verschiedenen Benutzen, damit es keine Interferenzeffekte gibt.
Die nächste Zettelfrage bezog sich auf die Keplerschen Orbit-Elemente. Sie werden benötigt, um den genauen Orbit eines Körpers zu spezifizieren. Satelliten bewegen sich auf elliptischen Bahnen, die definiert werden durch ihre lange Halbachse und die Exzentrizität. Jetzt muß noch die Lage der Ellipse im Raum fixiert werden. Das entsprechende rechtwinklige Koordinatensystem wird durch die Erdachse und die Ekliptik vorgegeben, wobei eine Achse im Frühlingspunkt zur Sonne zeigt. Die Inklination ist die Neigung der Ellipse gegen die Ekliptik, der Winkel zum aufsteigenden Knoten gibt die Orientierung in der Ekliptik und das sog. Argument des Perigäums die Orientierung der Ellipse innerhalb ihrer Ebene an. Zusammen mit der Zeit (Epoche) ist damit der Orbit vollständig bestimmt. Es gibt sechs Orbitelemente und zusammen mit den erhaltenen Größen wie Energie und Impuls kann das entsprechende Gleichungssystem gelöst werden.
Verschiedene Effekte bewirken allerdings in der Realität eine Abweichung von der idealen Ellipse. Berücksichtigt man die Einflüsse von Sonne und Erde muß man ein Drei- oder Mehrkörper-Problem lösen. Aber auch das Gravitationsfeld der Erde ist nicht konstant. In der Praxis wird es in Kugelflächenfunktionen entwickelt. Die größte Abweichung von der Kugel ist an den Polen zu bemerken: der Poldurchmesser ist 21 km kürzer als der Äquatordurchmesser. Dies führt zu zwei Störungen im Orbit: einmal verschiebt sich der aufsteigende Knoten in der Ekliptik und zum zweiten kommt es zu einer Präzession der Apsidenlinie - die Ellipse dreht sich in ihrer Ebene.
Die Triaxialiät ist die nächstgrößere Abweichung von der Kugel: auch der Äquator ist kein Kreis sondern eine leichte Ellipse. Über der kürzeren Halbachse sind geostationäre Satelliten stabil, d.h. sie driften zu diesen zwei Punkten. Niedere Orbits werden nicht beeinflußt, da der Effekt sich durch die schnelle Umlaufdauer mittelt, allerdings kann es auch für andere Orbits Resonanzeffekte geben.
Ich wurde noch zur klassischen Mechanik gefragt, welchen Einfluß wirkende Drehmomente auf rotierende Körper haben (Kreisel), mußte allerdings die Präzessionsrate nicht mehr aufschreiben. Damit waren die 30 oder 35 Minuten schon um.
Danke für die gute Prüfung!
