Von Rainer Mälzig

Ein Geheimsatellit der amerikanischen Armee vollführt seit zwei Jahren einen Drahtseilakt im Schwerefeld der Erde. Ohne je die Balance zu verlieren, richtet er seine Antennen genau nach unten. Als er die Umlaufbahn am 15. Juni 1963 erreichte, verhielt er sich zwar zunächst wie ein gewöhnlicher Satellit: gleich einem großen Schiff im heftigen Seegang drehte er sich – stampfend, rollend, gierend – um seine drei Achsen. Bald jedoch ließ ein Funckommando der Bodenstation eine Teleskopstange an Bord des Satelliten ausfahren, an deren Ende ein Gewicht befestigt war. Die Weltraumhantel – an einem Ende der Satellit, am anderen das Gewicht – erreichte schließlich 30 m Länge und bewegte sich nun als überdimensionales Pendel im All: da das Schwerefeld der Erde mit zunehmender Entfernung abnimmt, wird das erdnähere Gewicht etwas stärker angezogen als das erdfernere. Der winzige Schwerkraftunterschied genügte, die Balancierstange des Satelliten nach einigen Schwingungen die Senkrechte zu stellen; sie zeigt seitdem während des ganzen Umlaufs wie ein Uhrzeiger auf den Erdmittelpunkt. Ähnliches widerfuhr vor Jahrmillionen dem Monde, der uns seitdem stets dieselbe Seite zukehrt.

Dieser physikalische Effekt beruht auf dem Schwerkraftgradienten, das heißt der Intensitätsabnahme des Schwerefeldes der Erde. Seine technische Nutzbarmachung, hier zum erstenmal praktisch erwiesen, wird künftigen Nachrichtensatelliten zugute kommen. Meteorologische Beobachtungssatelliten, die mit ihren Fernsehkameras Bilder von der Erde aufnehmen, müssen ihre Kameras präzise ausrichten, ebenso Kommunikationssatelliten, wie Syncom oder Early Bird, die enggebündelte Radio- und Fernsehwellen von einem Punkt der Erde aufnehmen und an einem anderen wieder zurücksenden. Bisher benötigten die Raumfahrttechniker einen beträchtlichen Teil der kostbaren Nutzlast für ein kompliziertes Instrumentarium, das die geforderte Stabilisierung zu bewerkstelligen hatte. So gibt es infrarotempfindliche Horizontsucher zur Lagekontrolle des Satelliten im Raum und kleine Elektronengehirne zur Berechnung der nötigen Korrekturimpulse, die verschiedene Gasdüsen steuern.

Diese Geräte sind nicht nur teuer und schwer, sie arbeiten auch relativ unzuverlässig. Ihr Versagen beispielsweise war vor zwei Jahren für den Verlust des Nachrichtensatelliten Syncom I verantwortlich, und die planmäßige Abwicklung des Wettersatelliten-Programms ist bisher wegen mancherlei Schwierigkeiten mit den Stabilisierungsinstrumenten gescheitert.

Die Satellitentechniker erwarten daher vom Prinzip des Schwerkraftgradienten wesentliche Erleichterungen für ihre Arbeit. Grundsätzlich müßte eine solche Anlage; fehlerfrei funktionieren, da ja die Schwerkraft immer und überall vorhanden ist. Die Konstrukteure können außerdem leichtere Satelliten. bauen oder die frei- – gewordene Nutzlast zur Erweiterung oder Verbesserung ihrer Tätigkeit verwenden. Sie entwickeln zur Zeit ferner eine Reflektorantenne, die in eine Umlaufbahn gebracht und durch die Schwerkraft auf die Erde ausgerichtet werden soll; sie würde die reflektierten Funk wellen wie ein Hohlspiegel bündeln und weit rationeller arbeiten als die derzeitigen Ballonsatelliten der Echo-Serie.

Je einen schwerkraftstabilisierten Satelliten haben die amerikanische Marine und das Heer bisher erfolgreich gestartet. Drei Starts schlugen fehl. Im Auftrage der Weltraumbehörde NASA entwickelt die Hughes Aircraft Company fünf weitere schwerkraftstabilisierte Satelliten im Rahmen ihres Advanced-Technology-Satelliten-Programms (ATS). Sie sollen in den Jahren 1966 bis 1968 gestartet werden.

Vier von ihnen werden in einer Höhe von 36 000 km um die Erde kreisen. (Das ist die Sychronbahn, auf der ein Satellit eine Umlaufdauer von genau 24 Stunden hat und daher über einem Punkt der sich eben so schnell drehenden Erde stillzustehen scheint.) Ihr Erfolg wird von einigen Fachleuten jedoch bezweifelt. Sie glauben nicht, daß die Schwerkraftstabilisierung in so großer Höhe funktionieren kann. Einige Experten haben ausgerechnet, daß hierzu eine Stange von über 300 m Länge notwendig wäre. Die Probleme sind jedoch – so seltsam es bei dieser recht einfach scheinenden physikalischen Frage klingen mag – noch keineswegs gelöst. Mehrere Forschungsinstitute in den USA befassen sich damit; im Applied Physics Laboratory untersucht man zur Zeit ein System von zwei Satelliten an einer 62 m langen Stange, die für die Synchronhöhe von 36 000 km ausreichen soll. Die theoretischen Vorarbeiten leiden darunter, daß es trotz der scheinbaren Simplizität der Auf-– gäbe keine mathematischen Formeln für die Berechnung möglicher oder günstiger Lösungen gibt. Man ist deshalb darauf angewiesen, das Verhalten versuchsweise entworfener Systeme in Elektronengehirnen durchzurechnen. Während jener Simulationsexperimente boten sich den Mathematikern verschiedene mögliche Lösungen an. Eine davon ist die sogenannte Ames-Konfiguration, die für die Advanced-Technology-Satelliten benutzt werden, soll. Es handelt sich um ein System mit drei Achsen: zwei lange Stangen schneiden sich im Mittelpunkt des Satelliten in einem Winkel von 60 Grad. Die (imaginäre) dritte Achse, die "lokale Vertikale", zeigt dann auf den Erdmittelpunkt. Alle bisher realisierten Systeme hatten nur zwei Achsen, eine Stabilisierung in drei Achsen (zur Verhinderung von Stampfen, Rollen und Gieren) ist aber notwendig.