Handbuch des Raumflugsimulators

Erste Schritte: eine erste Mission

1. Öffne den Simulator und lass Erde: 400-km-Orbit ausgewählt. Das ist das einfachste Szenario, um Manöver auszuprobieren. Start von der Erde beginnt dagegen an der Oberfläche mit einer zweistufigen Trägerrakete.
2. Prüfe Start UTC und drücke Szenario starten. Warte, bis oben „Native Ephemeriden“ erscheint. Die Mission öffnet sich pausiert.
3. Wähle im Bereich Flug die Erde als Bezugskörper, Prograd als Schubrichtung und stelle die Schubstärke ein. Drücke Triebwerk zünden, dann Fortsetzen.
4. Beobachte Treibstoff, Erzeugtes Δv und Höhe. Drücke Pause und Triebwerk abschalten, wenn du die Zündung beenden willst.
5. Stelle einen Horizont von wenigen Tagen ein und drücke Berechnen im Bereich Vorhersage, um die Bahn ohne Triebwerk mit der unter den aktuellen Einstellungen zu vergleichen.

Datum und Koordinaten aus dem Planetarium werden zu Startwerten. Breite und Länge geben nur den Startplatz auf der Erde an: Sie sind nicht die Position des Schiffs im Raum.

Geführte Mission Erde–Mond (für den Unterricht)

Die Schaltfläche 🎓 Geführte Mission Erde–Mond oben im Bedienfeld bringt das Raumschiff in sieben Etappen vom Erdorbit in eine Umlaufbahn etwa 100 km über dem Mond: Erdorbit, Startfenster, Abflugzündung, Reise, Kurskorrektur, Anflug und Bremsung. Jede Etappe erklärt, was passiert und warum, zeigt die zu beobachtenden Werte und hat eine einzige Schaltfläche, die das Manöver mit den normalen Bedienelementen des Simulators ausführt: Es ist derselbe Flug wie von Hand. Etappen, in denen die Zeit läuft, halten im richtigen Moment von selbst an. Beim Abflug kann man 🧑‍🚀 Selbst fliegen wählen: Das Schiff hält am Zündpunkt, die Schülerin oder der Schüler zündet und stoppt das Triebwerk und beobachtet dabei, wie die Apoapsis zum berechneten Ziel steigt (nahe am Ziel läuft die Zeit langsamer), und vergleicht das Ergebnis mit dem des Computers; liegt es zu weit daneben, lässt sich die Zündung wiederholen. Am Ende ist der Mond nah im Bild, mit der aktuellen Bahn in Gelb.

Jede Etappe bietet außerdem eine Frage an die Klasse und ein „Wusstest du?“ zu den Apollo-Missionen. Die ganze Mission dauert wenige Minuten; gelingt eine Korrektur oder Bremsung nicht, erklärt die Anleitung das und schlägt vor, eine Stunde vorzuspulen und es erneut zu versuchen. Der Link /simulatore/?guida öffnet den Simulator mit vorbereiteter Anleitung, zum Teilen mit den Schülerinnen und Schülern.

Der Leitfaden für Lehrkräfte bietet Lernziele nach Stufe, einen Ablauf für 50 Minuten, die Antworten auf die Fragen und ein Arbeitsblatt zum Ausdrucken.

Manuelles Steuern

Bezugskörper legt fest, auf welchen Körper sich Richtung und Telemetrie beziehen. Ziel legt fest, dessen Entfernung und Ankunft verfolgt werden. Ein Wechsel des Bezugskörpers versetzt das Schiff nicht.

Prograd und retrograd

Schub entlang der Geschwindigkeit relativ zum gewählten Körper oder entgegen. In der Erdumlaufbahn hebt ein prograder Schub die Bahn meist an, ein retrograder senkt sie.

Radial und antiradial

Schub nach außen entlang der Linie Körper–Schiff oder zum Körper hin.

Normal und antinormal

Schub senkrecht zur lokalen Bahnebene. Er ändert die Inklination, oft zu hohen Kosten an Δv.

Fest

Ausrichtung nach Rektaszension und Deklination in J2000-Achsen. Das Schiff dreht sich höchstens 2° pro Sekunde: Nach einer Lageänderung zeigt der Schub nicht sofort in die neue Richtung.

Zeittempo beschleunigt die Simulation bis auf sieben Tage pro Sekunde, aber der Simulator verlangsamt sich beim Start, bei Zündungen und Annäherungen von selbst: Die Instrumentenleiste zeigt dann das tatsächliche Tempo und den Grund. Stufe abtrennen wird für die Trägerrakete verfügbar, wenn die aktuelle Stufe keinen Treibstoff mehr hat.

Die Instrumentenleiste über der Ansicht fasst Höhe, Geschwindigkeit, Treibstoff, verbleibendes Δv und Zeittempo zusammen, mit den Tasten für Triebwerk und Pause. Tastenkürzel, wenn du nicht in ein Feld schreibst:

Vorhersage, Ansicht und Telemetrie

Berechnen propagiert zwei Kopien des aktuellen Zustands: eine mit abgeschaltetem Triebwerk (graue Linie) und eine, die Richtung und Schubstärke beibehält, bis der Treibstoff aufgebraucht ist (orange Linie). Bei abgeschaltetem Triebwerk fallen beide Linien zusammen. Der echte Flug ändert sich nicht. Die hellblaue Linie ist der bereits geflogene Weg; Grün, Violett und Rotorange sind der geprüfte Abflug, die Korrektur und die Bremsung der assistierten Navigation.

Mit Kamera folgst du dem Schiff, der Erde, der Sonne oder dem Ziel. Ziehe die Ansicht, um sie zu drehen, und zoome mit dem Mausrad. Die Darstellung nutzt einen lokalen Maßstab, damit sehr unterschiedliche Entfernungen sichtbar bleiben; die Telemetriewerte stammen aus dem physikalischen Modell. Das Sonnenlicht beleuchtet eine Halbkugel jedes Körpers und lässt die andere im Schatten; ☀ Sonne im Rücken bringt die Kamera auf die Seite der Sonne.

Auf dem Smartphone hat die Ansicht oben nur eine Leiste (Kamera, Höhe, Treibstoff, Triebwerk, Pause); Legende öffnet sich unten links und zeigt nur die vorhandenen Linien; die Taste ⛶ schaltet die Ansicht auf Vollbild (Esc oder dieselbe Taste zum Verlassen). Im Querformat wechselt die Ansicht von selbst ins Vollbild, sobald die Mission gestartet ist.

Ansicht vom Schiff

Vom Schiff (Taste 5) zeigt, was der Pilot sieht: Die Kamera sitzt auf dem Schiff und blickt entlang seiner Ausrichtung, der Himmelsnordpol oben. Ziehe, um dich umzusehen, ändere mit dem Mausrad das Sichtfeld und doppelklicke, um wieder nach vorn zu sehen. Die Marken Prograd und Retrograd zeigen die Bewegungsrichtung relativ zum Bezugskörper. In dieser Ansicht haben die Körper ihre echte Winkelgröße: Fern von den Planeten erscheinen sie als Punkte. Die Sterne sind die echten (Bright Star Catalogue und Hipparcos bis Größenklasse 8, rund 41 000) in J2000-Koordinaten; die Planeten haben die Karten und die IAU-Rotation des Planetariums. In Erdnähe werden eine genauere Karte und unterhalb von etwa 2 000 km Kacheln bis etwa 0,6 km pro Pixel geladen (NASA Blue Marble).

Erzeugtes Δv / ideales Δv übrig

Bereits von den Triebwerken gelieferte Geschwindigkeitsänderung / theoretische Fähigkeit mit dem verbleibenden Treibstoff. Der verbleibende Wert garantiert nicht, dass ein Manöver zum richtigen Zeitpunkt möglich ist.

Periapsis / Apoapsis

Nächster / fernster Punkt der Bahn relativ zum Bezugskörper. Eine Fluchtbahn hat keine endliche Apoapsis.

Radial- / Tangentialgeschwindigkeit

Komponenten der Geschwindigkeit relativ zum gewählten Körper. Die Radialgeschwindigkeit zeigt, ob du dich entfernst oder näherst.

Assistierte Navigation zu Mars und Mond

Dieser Modus beginnt mit dem Schiff in einer 400-km-Erdumlaufbahn. Er schlägt eine erste Bahn vor und lässt dich dann jedes Manöver prüfen und ausführen. Eine nummerierte Liste zeigt den aktuellen Schritt und unter jeder deaktivierten Taste den Grund. Die Lambert- und Hohmann-Schätzungen sind vorläufig: Die Prüfung verwendet endliche Zündungen und das vollständige Schwerefeld des Simulators.

1. Wähle das Ziel, das Ankunftsziel Vorbeiflug oder Geschätzte Kreisbahn, den Abflugzeitraum und die minimale und maximale Flugdauer in Tagen. Drücke Startfenster suchen.
2. Drücke bei einem Kandidaten Dieses Fenster nutzen. Die Mission wird auf das Schiff in der Erdumlaufbahn zum gewählten Abflugzeitpunkt zurückgesetzt; speichere vorher, wenn du den bisherigen Flug behalten willst.
3. Drücke Endlichen Brennvorgang prüfen (optional). Lies geringste Entfernung, Kosten, Resttreibstoff und Ergebnis. „Begegnung verfehlt“ bedeutet, dass der Kandidat ohne weitere Eingriffe nicht ankommt.
4. Drücke Geschätzten Abflug ausführen. Das ist eine echte simulierte Zündung: Sie verbraucht Treibstoff und lässt die Zeit voranschreiten.
5. Drücke während des Transfers, mehr als eine Million km von der Erde entfernt (50 000 km auf dem Weg zum Mond), Kurskorrektur berechnen und danach Geschätzte Korrektur ausführen, nur wenn Ergebnis und Resttreibstoff passen. Nach weiteren Manövern kannst du sie neu berechnen.
6. Drücke beim Anflug, weniger als eine Million km vom Mars oder 100 000 km vom Mond entfernt, Bremsung am Periapsis prüfen. Geprüfte Bremsung ausführen wird erst aktiv, wenn die Propagation zwei Stunden lang eine gebundene Bahn und eine sichere Periapsis bestätigt.

Die im Planer eingestellte Höhe dient der vorläufigen Schätzung; die Höhe der endgültigen Bahn hängt von der tatsächlichen Begegnung ab. Der Vergleich zwischen manuellem Flug und Plan erscheint, wenn der Flug den gewählten Ankunftszeitpunkt erreicht.

Mission zum Mond

Wähle Mond als Ziel: Die Suche wechselt zu Flügen von wenigen Tagen (3 bis 5 Tage vorgeschlagen, 1 bis 10 erlaubt) über einen Abflugzeitraum von bis zu 31 Tagen. Jeder Kandidat beginnt in der niedrigen Bahn, die das Schiff zu diesem Zeitpunkt hätte, und zielt auf einen Punkt neben dem Mond in der gewählten Höhe. Der Abflug kostet etwa 3,1 km/s, der Einschuss in eine niedrige Mondumlaufbahn etwa 0,8 km/s.

Der erste Bogen berücksichtigt nur die Schwerkraft der Erde, daher streift oder trifft das Schiff den Mond ohne Korrektur meist. Die Korrektur wird ab 50 000 km Abstand von der Erde und bis sechs Stunden vor der Ankunft aktiv; sie passt die Bahn an, bis die vorhergesagte Periselen nahe der gewählten Höhe liegt. Die Bremsung wird beim Anflug innerhalb von 100 000 km um den Mond aktiv; die geringste zulässige Periselen ist 50 km. Eine Landung gibt es nicht.

Speichern und Zurücksetzen

Speichern bewahrt die Mission in diesem Browser auf. Laden stellt den letzten lokalen Speicherstand wieder her. Zurücksetzen bringt das Szenario in seinen Anfangszustand zurück; einzelne Manöver werden nicht rückgängig gemacht. Wenn du Browser oder Gerät wechselst oder die Websitedaten löschst, ist der lokale Speicherstand nicht mehr verfügbar.

Das Handbuch öffnet sich in einem neuen Tab, sodass du es lesen kannst, ohne die Mission im Simulator zu unterbrechen.

Was simuliert wird

Das Schiff wird numerisch unter der Schwerkraft von Sonne, Mond und den acht Planeten propagiert. Die Positionen der Körper stammen aus der nativen Astronomie-Engine von Planetarium. Die Triebwerke liefern endlichen Schub: Sie verbrennen Treibstoff, verringern die Masse und ändern die Bahn. Beim Start von der Erde kommen Erdrotation, Atmosphäre und Luftwiderstand hinzu.

Das Modell enthält keine Landung auf anderen Körpern, keinen Auftrieb, keine Winde, keine Erwärmung, keine druckabhängige Triebwerksleistung und keine Lagesteuerungsdüsen. Die Ausrichtung ist kinematisch. Die assistierte Navigation garantiert keine Ankunft: Sie prüft Kandidatenmanöver und meldet, wenn eine Begegnung oder ein Einfang scheitert. Verwende die Ergebnisse nicht zur Planung echter Missionen.

Häufige Probleme

„Astronomie-Engine nicht verfügbar“

Prüfe die Verbindung und versuche es erneut. Ohne native Ephemeriden für den gewählten Zeitpunkt kann der Flug nicht beginnen.

Keine Startfenster gefunden

Vergrößere den Abflugzeitraum oder den Bereich der Flugtage. Startfenster hängen von den Positionen der Körper zum gewählten Zeitpunkt ab.

Der Kandidat verfehlt das Ziel

Das kann vorkommen: Lambert liefert nur eine erste Schätzung. Führe den Abflug aus und berechne eine Korrektur, sobald du dich von der Erde entfernt hast; prüfe immer Treibstoff und geringste Entfernung.

Eine Korrektur- oder Bremstaste ist deaktiviert

Die geometrischen, zeitlichen oder Treibstoffbedingungen sind noch nicht erfüllt: Der Grund steht unter der Taste.

Ich sehe nur eine Linie

Anfangs gibt es nur den bereits geflogenen Weg. Bei abgeschaltetem Triebwerk fallen beide Vorhersagen zusammen; die übrigen Linien erscheinen während der assistierten Navigation.