Numerische Bahnintegration am Beispiel eines künstlichen Satelliten im Orbit um den Jupitermond Ganymed

Kurzfassung

Die vorliegende Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung einer Simulationssoftware zur Bahnintegration für künstliche Satelliten. Hintergrund der Simulation ist der Jupiter Ganymede Orbiter (JGO). Hierbei handelt es sich um eine Raumsonde der European Space Agency (ESA), die Teil der zur Zeit in Planung be�findlichen Europa Jupiter System Mission (EJSM) ist. Die Software simuliert Störein�flüsse auf den Orbit auf Grundlage der Modelle Newtonscher Physik. Zu ihnen gehören höhere Momente des Gravitationsfeldes, der gravitative Ein�fluss von externen Störkörpern, solarer Strahlungsdruck, atmosphärische Reibung und Gezeitendeformation. Für die numerische Behandlung des Problems wurden zwei klassische Integrationsverfahren eingebunden: Ein Runge-Kutta-Verfahren von Dormand und Prince und ein implizites Adams-Verfahren. Im Hinblick auf die Erhaltung von schwachen Invarianten wurden Tests mit einem Projektionsverfahren gemacht, welches in das Runde-Kutta-Verfahren integriert wurde. Die technische Umsetzung erfolgte in der Programmiersprache Fortran unter Einbindung von SPICE Bibliotheken. Untersucht wurde die Stabilität des Orbits für die zirkuläre Phase der Mission in einer Höhe von 500 km bzw. 200 km über der Ober�fläche Ganymeds und in polarer Ausrichtung. Als dominante Störeinfl�üsse wurden der gravitative Einfluss Jupiters und die höheren Momente aus Ganymeds Gravitationsfeld identi�ziert. Es werden die Möglichkeiten aufgezeigt, die Abdeckung und die Stabilität des Orbits durch eine Inklination von 80 Grad zu optimieren. Der Einfluss der Gezeitendeformation Ganymeds auf den Orbit wurde simuliert, um Aussagen über das Signal treffen zu können, welches sich für die Beschleunigungsmessung mittels Dopplerverschiebung ergeben würde. Ebenfalls untersucht wurden das Fehlerverhalten der numerischen Verfahren und die Möglichkeiten und Grenzen des Projektionsverfahrens zur Erhaltung der Jacobi-Konstante.