Die Reporterbande im ORBIT. ESA 2002 /D.Ducros

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1 Kapitel 3 Die Reporterbande im ORBIT ESA/Trimaran ESA 2002 /D.Ducros ZEITUNG SONDERAUSGABE ORBIT 2003 DLR, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v., Standort Bonn-Oberkassel / Vervielfältigung für Lehrzwecke gestattet 1

2 Ein neues Abenteuer für die Reporterbande machen? Evu erzählt mal wieder Astronautengarn Was ist denn ein? Und kurz nachdem ich die Weltraumprinzessin befreit hatte, war ich im gefangen! Es war grausam: Ich drehte mich immer im Kreis, im Kreis, im Kreis Du weißt nicht, was ein ist? WAS-IST-EIN-ORBIT? Tja, äh, also, hmmm eine Umlaufbahn um einen Planeten! Sag ich doch: Umlaufbahn um einen Planeten. Da will ich mehr wissen! Lasst uns eine Sonderausgabe zum Thema... ORBIT MACHEN! 2003 DLR, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v., Standort Bonn-Oberkassel / Vervielfältigung für Lehrzwecke gestattet 2

3 ESA Die Reporterbande entdeckt, Kreis und Umlaufbahn Der ist die Umlaufbahn. Solch eine Umlaufbahn sieht fast aus wie ein Kreis. Deswegen heißt der auch. Das Wort kommt aus dem Lateinischen und bedeutet Kreis. Der niedrige Erdorbit (LEO) Viele Satelliten fliegen im niedrigen Erdorbit, dem so genannten LEO. Von dort aus kann man die Erde gut beobachten. ist nicht Jeder Planet hat verschiedene Umlaufbahnen. Einige sind näher, andere sind weiter weg. Wenn Wissenschaftler zum Beispiel von der Erde aus einen Satelliten ins All schicken, können sie sich verschiedene Umlaufbahnen aussuchen. Sie können einen wählen, der um den Äquator verläuft, oder einen, der über den Nord- und Südpol verläuft, oder irgendeinen dazwischen. Sie können auch zwischen einem nahen oder fernen wählen. Die Wahl des s hängt von der Aufgabe des Satelliten ab. New York City, aus dem Low Earth (LEO) gesehen? Sehr anziehend! Wenn ich einen Magneten habe, bin ich auch sehr anziehend. Der ist eine Umlaufbahn. Solche Umlaufbahnen gibt es um jeden Planeten und Stern. Planeten und Sterne haben alle ihre eigene Anziehungskraft die Erde auch. Alles, was sich in einem der Erde befindet, verliert die Erde nicht. Es wird immer noch von ihr angezogen. Die Erde besitzt selbst in großer Entfernung noch ihre Anziehungskraft DLR, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v., Standort Bonn-Oberkassel / Vervielfältigung für Lehrzwecke gestattet 3

4 Mal nachgefragt Ein Blick in den Himmel Bernd Brinkmann arbeitet in der Volkssternwarte in Herne. Das ist ein Gebäude, in dem Sterne, die Sonne, Planeten und der Mond mit Teleskopen beobachtet werden. Darf jeder durch ein Teleskop den Himmel beobachten? Jeder darf durch das Teleskop der Sternwarte sehen. Aber das geht nicht immer. Die Sterne könnt ihr nur bei klarem, dunklem Himmel sehen. Im Sommer ist das erst spät abends möglich. Übrigens entdecken Kinder immer mehr als Erwachsene. Kann man den sehen? Wie sieht er aus? Der hat keine Farbe, er ist nicht rot oder grün oder blau. ist der Begriff für die Umlaufbahn eines Satelliten um die Erde. Diese Bahn kann mit Zahlen beschrieben werden. Sehen könnt ihr ihn leider nicht. Was ist eine Sternwarte? Eine Sternwarte ist ein Gebäude, in dem es Teleskope gibt. Damit kann man in den Himmel schauen und weit entfernte Planeten und Sterne beobachten. Für ihre Besucher bieten Sternwarten Führungen an. Dann werden den Besuchern beispielsweise die Sternbilder und Teleskope erklärt. Bei manchen Sternwarten gibt es sogar Ferienprogramme für Kinder. Bernd Brinkmann Was ist mit den Satelliten und der internationalen Raumstation ISS? Eine Sternwarte ist kein idealer Ort, um die Raumstation zu beobachten die kann man mit bloßem Auge besser sehen. Was schauen Sie am liebsten an? 1974 habe ich mein erstes Teleskop bekommen. Es war ein beeindruckendes Erlebnis, den Himmel zu betrachten. Besonders aufregend ist es, wenn man etwas Neues sieht. Am liebsten beobachte ich aber Kometen und mache Fotos von ihnen. Sie verändern ihre Position und sehen immer anders aus. Das finde ich spannend. Irgendwann werde ich einen Stern entdecken. Und der wird Albert heißen DLR, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v., Standort Bonn-Oberkassel / Vervielfältigung für Lehrzwecke gestattet 4

5 Die Reporterbande entdeckt Wer umkreist wen? Das schwerste Objekt unseres Sonnensystems ist die Sonne. Deshalb umkreisen sämtliche Planeten die Sonne. Sie ist viel schwerer als alle Planeten. Weil der Mond, die Satelliten und die Raumstation leichter als die Erde sind, kreisen sie wiederum um die Erde. Oh Gott: Ich habe im des Planeten Xysroth meine Sachen liegen lassen! Genaue Berechnungen Der Geostationäre Der Geostationäre (GEO) ist von der Erde ziemlich weit entfernt. Satelliten, die in diesem schweben, fliegen genau mit der Drehung der Erde. Sie scheinen deshalb immer an derselben Stelle zu stehen. Das hat einen riesigen Vorteil: So können alle Leute, die für ihren Fernseher Satellitenschüsseln haben, die Schüssel fest auf den Satelliten ausrichten. Bevor man einen Satelliten in die Umlaufbahn befördert, muss man ganz genaue Berechnungen anstellen, damit alles stimmt. Der Satellit muss von einer Trägerrakete exakt im richtigen abgesetzt werden. Setzt die Rakete den Satelliten beispielsweise zu früh ab, ist er zu tief und kann den richtigen nicht mehr erreichen die ganze Aktion war umsonst. Die Mission ist gescheitert. Ein Satellit im Geostationären ESA / AOES Medialab 2003 DLR, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v., Standort Bonn-Oberkassel / Vervielfältigung für Lehrzwecke gestattet 5

6 Macht das mal fertig ZEITUNG SONDERAUSGABE ORBIT Unglaublich: und Umlaufbahn sind dasselbe! Unsere Reporterin Marie konnte etwas Unfassbares aufklären: _ ist einfach nur ein anderes Wort für eine Umlaufbahn. MARIES KOMMENTAR Liebe Leserinnen und Leser, wissen Sie, was ein ist? Das sagen wir Ihnen in dieser Ausgabe der Zeitung. Leider ist das Schaubild von unserem Reporter Albert nicht mehr ganz fertig geworden aber Sie können es sicher fertig malen! Knallhart recherchiert: Die Erde hat viele s Die verschiedenen Umlaufbahnen eines Planeten oder eines Sterns werden s genannt. Die Anziehungskraft der Planeten und Sterne hält beispielsweise Satelliten auf einer festen Umlaufbahn. Selbst in der Entfernung des Mondes wirkt die Anziehungskraft der Erde noch. Der feine Unterschied: der Geostationäre Satelliten sind im _, hat unser Redaktionsmitglied Albert herausgefunden. Im schweben unter anderem die Wettersatelliten und Fernsehsatelliten. Anziehungskraft oder schwerelos? Unser Reporter Albert macht anhand dieser beiden Bilder deutlich, was der Unterschied zwischen Schwerelosigkeit und Anziehungskraft ist. Tschüssi, Ihre Marie PS: Hab ich ganz vergessen: Auch ein paar Worte fehlen. Können Sie die auch schnell ergänzen? Danke! Erde Anziehungskraft: Hier sehen Sie einen Tisch mit einem Spielzeugauto, einem Füller und einem Radiergummi. Schwerelosigkeit: Hier sehen Sie einen Tisch mit einem Spielzeugauto, einem Füller und einem Radiergummi DLR, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v., Standort Bonn-Oberkassel / Vervielfältigung für Lehrzwecke gestattet 6

7 Das -Quiz Was weißt du über den? Was ist der? A) Der ist ein Zauberer aus Harry Potter. B) ist ein anderes Wort für Umlaufbahn. C) ist ein anderes Wort für Tibro. D) ist ein anderes Wort für Satellit. Welche Satelliten schweben im Geostationären? A) Im Geostationären schweben alle Wetter- und Fernsehsatelliten. B) Im Geostationären schweben alle Satelliten von Evu. C) Im Geostationären schweben alle Milchstraßen. D) Im Geostationären schweben alle schwerelosen Dideldadelsoßen. Was bedeutet Schwerelosigkeit? A) Nach einer Diät wird man irgendwann schwerelos. B) Das bedeutet, dass nichts mehr auf den Boden fällt, sondern alles einfach herumschwebt. C) Das bedeutet, dass man losgeflogen ist. D) Das bedeutet, dass man alles Schwere los ist. Kann man den sehen? A) Den kann man sehen, wenn man einen Tibro auf den Kopf stellt. B) Der ist im Gegensatz zum Himmel immer mausgrau oder hellgelb. C) Klar, bei sternenklarer Nacht. D) ist nur eine Bezeichnung für Umlaufbahn. Die Erde hat viele verschiedene Umlaufbahnen DLR, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v., Standort Bonn-Oberkassel / Vervielfältigung für Lehrzwecke gestattet 7

8 Hintergrundinformationen für Lehrkräfte 1 ESA/Trimaran Allgemeines zum Kapitel Das Kapitel ist ein relativ kurzes, aber wichtiges Kapitel, da der Begriff vor allem für das Verständnis des erdnahen Weltraums von zentraler Bedeutung ist. Das Kapitel bietet sich deshalb insbesondere als Vorbereitung für die Kapitel Satelliten und Raumstationen an. Ein ist eine Umlaufbahn um einen Körper. Meist bezeichnet man damit die Umlaufbahn eines künstlichen Satelliten um die Erde. Da es sich dabei um eine gedachte kreisförmige oder elliptische Linie handelt, kann man s nicht sehen. s existieren um jedes schwere Objekt, d.h. um alle Sterne und Planeten streng genommen existieren jeweils unendlich viele Umlaufbahnen, wobei jeder Bahnhöhe des kreisenden Objektes eine ganz bestimmte Bahn- bzw. algeschwindigkeit zugeordnet ist. Dabei heben sich zwei Kräfte gegenseitig auf: die Anziehungskraft des Sterns oder Planeten und die so genannte Zentrifugalkraft (Fliehkraft). Die Zentrifugalkraft entsteht, wenn ein Körper auf eine Kreisbahn gezwungen wird. Sie wird zum Beispiel spürbar, wenn man einen Schleuderball an einer langen Schlaufe schnell rotieren lässt. Je schneller der Ball wird, desto größer wird die nach außen wirkende Zentrifugalkraft, und man muss mehr Kraft aufwenden, um die Schlaufe festzuhalten. Dies sei hier aber nur kurz angemerkt, denn in diesem Kapitel sollen die Schüler sich nicht mit der Fliehkraft beschäftigen, sondern mit dem. Hierzu antwortet das Kapitel im Wesentlichen auf zwei Fragen, nämlich: Was ist der? und Wo ist der? Lernziel 1 Was ist der? s sind Umlaufbahnen. Jeder Satellit, das Space-Shuttle oder die Raumstation ISS befinden sich in einem d.h. sie bewegen sich immer auf einer Umlaufbahn und schweben nicht etwa an einem bestimmten Ort irgendwo im Weltraum. Beim Start muss die Rakete das Objekt daher nicht nur auf die entsprechende Bahnhöhe bringen, sondern ihm vor allem auch die erforderliche enorm hohe Bahngeschwindigkeit geben. Ist der erreicht, ist kein weiterer Antrieb erforderlich (Triebwerke an den Satelliten werden nur noch zu Bahn- und Lagekorrekturen verwendet.). Zum Lernziel 1 gehören folgende Inhalte: Interview: Ein Blick in den Himmel Meldung:, Kreis und Umlaufbahn Meldung: Genaue Berechnungen Informationen zu dieser Meldung: Wenn der Satellit zu früh abgesetzt wird, entsteht tatsächlich ein ernsthaftes Problem. Im Kapitel Raumstationen finden Sie eine kuriose Meldung Sonderauftrag Satellitenrettung sie beschreibt, wie ein Satellit, der im falschen abgesetzt wurde, gerettet werden kann DLR, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v., Standort Bonn-Oberkassel / Vervielfältigung für Lehrzwecke gestattet

9 Hintergrundinformationen für Lehrkräfte 2 Lernziel 2 Wo ist der? Die Aufgabe eines Satelliten entscheidet über die genaue Umlaufbahn, in der er eingesetzt wird. Es ist daher wichtig zu wissen, welche s es gibt. Einige Meldungen im Kapitel 4 (Satelliten) wie Sachen gibt s! oder Den Überblick behalten sowie die Infografik Die Satellitenübertragung bauen auf dem im vorliegenden Kapitel vermittelten Wissen über unterschiedliche s auf. Hierbei unterstützt Sie das beiliegende Plakat. Obwohl die Größenverhältnisse natürlich nicht richtig dargestellt werden konnten, können Sie anhand des Plakats sehr gut demonstrieren, wo die s liegen. So sehen die Schüler auf den ersten Blick, welche Objekte sich in welchen s befinden. LEO: Alle erdnahen s zwischen etwa 200 und 1000 Kilometern Bahnhöhe werden als Low Earth s (LEO) bezeichnet. Die Internationale Raumstation ISS befindet sich beispielsweise auf solch einem erdnahen. Auch die meisten Erdbeobachtungssatelliten befinden sich auf erdnahen s in etwa 800 Kilometer Bahnhöhe, da sie von dort besonders detaillierte Beobachtungen machen können. Die Bahnen der Erdbeobachtungssatelliten weisen dabei oft eine Besonderheit auf: Die Bahnebene ist gegenüber dem Äquator um etwa 90 Grad geneigt und führt daher über Nord- und Südpol. Solche polaren Umlaufbahnen werden als Polar Earth s (PEO) bzw. in einer Sonderform auch als Sonnensynchrone s (SSO) bezeichnet. Mittlerer Erdorbit (MEO): Dieser Begriff umfasst alle Bahnen oberhalb 1000 Kilometern bis zur geostationären Bahn. Diese s werden mit Bahnhöhen von etwa Kilometer vor allem von Navigationssatelliten genutzt. Navigationssatelliten werden für das amerikanische GPS-System, das russische Glonass-System und das zukünftige europäische Galileo- System eingesetzt. Neuerdings finden sich dort auch kleinere Kommunikationssatelliten, die Telefonate über spezielle Satelliten-Handys ermöglichen. GEO: Es gibt genau einen geostationären. Er befindet sich in etwa Kilometer Höhe über dem Äquator. Satelliten, die diesen nutzen, reihen sich wie Perlen auf einer Schnur auf diesem auf. Wie der Name GEO schon andeutet, drehen sich Satelliten auf diesen Bahnen mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit wie die Erde, d.h. sie benötigen genau 24 Stunden für eine Erdumrundung. Da sich auch die Erde einmal am Tag um die eigene Achse dreht, scheint es, als ob sich der Satellit an einem festen Punkt am Himmel befinden würde. Dies ist vor allem für Kommunikationssatelliten von herausragender Bedeutung, weil die Antennen auf der Erde so fest auf den Satelliten ausgerichtet werden können. Dies ist nur bei Satelliten möglich, die sich im GEO befinden. Wegen des großen Abstandes zur Erde braucht man besonders leistungsfähige Raketen, um den GEO zu erreichen. Meist werden Satelliten, die diesen erreichen sollen, nicht direkt in den GEO eingeschossen, sondern zunächst in den leichter zu erreichenden elliptischen geostationären Transferorbit (GTO). Von dort aus steigen sie mithilfe spezieller Triebwerke in den GEO auf. Zum Lernziel 2 gehören folgende Inhalte: Meldung: ist nicht Informationen zu dieser Meldung: Im Kapitel Raketen und im Kapitel Satelliten sind interessante Ergänzungen zu dieser Meldung. Meldung: Der niedrige Erdorbit (LEO) Meldung: Der geostationäre Lernziel 3 Schwerelosigkeit im Eine besondere Bedeutung haben die Themen Schwerelosigkeit und Anziehungskraft. Die Anziehungskraft eines Planeten wirkt natürlich auch noch im. Sie zwingt dort beispielsweise Monde, Satelliten oder Raumstationen auf ihre Umlaufbahn. Die Schwerelosigkeit entsteht im, weil sich dort zwei Kräfte gegenseitig aufheben: die Anziehungskraft des Planeten und die durch die Kreisbewegung verursachte Zentrifugalkraft. Zum Thema Anziehungskraft gibt es im Kapitel Raumstationen einen spannenden Versuch. Zum Lernziel 3 gehören folgende Inhalte: Meldung:? Sehr anziehend Meldung: Wer umkreist wen? Lückentext Lösungen zum Lückentext geostationären In der Meldung Anziehungskraft oder schwerelos? sollen die Schülerinnen und Schüler die fehlenden Objekte Spielzeugauto, Füller und Radiergummi richtig einzeichnen. -Quiz Lösungen zum -Quiz Was ist der? Antwort C ist richtig. Eine Meldung zu dieser Frage befindet sich auf Seite 3. Welche Satelliten schweben im geostationären? Antwort A ist richtig; nähere Informationen finden sich auf der Seite 5. Was bedeutet schwerelos? Antwort B ist richtig; weitere Informationen zu dieser Frage befinden sich im Kapitel Astronauten DLR, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v., Standort Bonn-Oberkassel / Vervielfältigung für Lehrzwecke gestattet

10 Motiv Astronaut: NASA Motiv ISS: ESA / D. Ducros Motiv Hubble: NASA Oberfläche des Mars NASA Motiv Beagle 2: ESA / Illustration von Medialab Beagle 2 Bild von Meteosat Reparatur von Hubble Montage der ISS Weltraumlabor Columbus wird noch angedockt ESA / D. Ducros ESA / D. Ducros Motiv Meteosat: ESA / D. Ducros 2002 ESA 2002 NASA /JPL uctions ESA / Denman prod S RI PA ESA/NASA LN KÖ EN EM BR Europäisches RaumfahrtKontrollzentrum ESA 2002 KOMMUNIKATIONSSATELLIT ARTEMIS LEO ESA / A. van der Gees RAUMSONDE CASSINI-HUYGENS ESA Huygens Motiv ENVISAT: ESA / Denmann productions Satelliten-Antennen einer Bodenstation Bild von ENVISAT Ariane 5 Motive Ariane: ESA / CNES / Arianespace / D. Ducros WELTRAUMNEBEL GEO ST A T ION ÄR E R ORB IT ( G EO) ERD N AH ER ORB IT ( LEO ) Motiv Erde: ESA CKT DE ENTDE RTERBAN DIE REPO ERDBEOBACHTUNGSSATELLIT ENVISAT GEO ESA/CNES/Arianespace Motiv Europa: ESA / D. Ducros 2002 ALL DAS WELT DA RM ST AD T WETTERSATELLIT METEOSAT INTERNATIONALE RAUMSTATION ISS AstronautenTrainingszentrum SE OU UL TO RAUMSONDE MARS EXPRESS WELTRAUMTELESKOP HUBBLE Bau von Komponenten der Ariane ESA/CNES/Arianespace NASA /JPL Motiv Artemis: ESA / J. Huart Motiv Weltraumnebel: NASA / The Hubble Heritage Team Motiv Cassini/Saturn: NASA / JPL / NASA / The Hubble Heritage Team