30 Millionen simulierte Routen führen zum Durchbruch
Die Planung von Flugbahnen für Weltraummissionen ist eine der komplexesten und kostspieligsten Herausforderungen der Raumfahrt. Jeder Meter pro Sekunde an Treibstoffersparnis kann über Millionenbeträge bei den Missionskosten entscheiden.
Ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Allan Kardec de Almeida Júnior von der Universität Coimbra hat nun eine bislang unbekannte, deutlich effizientere Route zwischen Erde und Mond berechnet – und damit einen Meilenstein in der Astrodynamik gesetzt.
Die am 10. April 2026 im Fachjournal Astrodynamics veröffentlichte Studie [2] nutzt die sogenannte Theorie der funktionellen Verbindungen (Theory of Functional Connections, TFC), um die rechenintensive Simulation von Flugbahnen drastisch zu beschleunigen. Während frühere Arbeiten etwa 280.000 verschiedene Routen durchrechneten, simulierte das Team um de Almeida ganze 30 Millionen unterschiedliche Trajektorien [3].
Der L1-Lagrange-Punkt als kosmischer Transit-Hub
Das Herzstück der neuen Route ist der Lagrange-Punkt L1 – eine Region zwischen Erde und Mond, in der sich die Anziehungskräfte beider Himmelskörper gegenseitig aufheben. Die Forscher schlagen vor, dass ein Raumfahrzeug zunächst in eine sogenannte Lyapunov-Bahn um L1 eintritt – eine periodische oder quasi-periodische Flugbahn in dieser gravitativen Gleichgewichtszone [1].
Die Reise wird dabei in zwei Segmente unterteilt: Im ersten Abschnitt verlässt das Raumfahrzeug die Erdumlaufbahn und wird über weite Strecken von einer „Variate" geleitet – einer natürlichen Flugbahn, die zur Lyapunov-Umlaufbahn um L1 führt. Im zweiten Segment erfolgt dann der Transfer von L1 in die Mondumlaufbahn.
Die überraschende Erkenntnis: Der effizientere Weg führt näher am Mond vorbei
Die meisten bestehenden Modelle gingen bislang davon aus, dass es am effizientesten sei, an dem der Erde am nächsten gelegenen Ast in die Variate einzutreten. Die Simulationen des Forschungsteams zeigten jedoch ein überraschendes Ergebnis: Die wirtschaftlichste Route verläuft tatsächlich näher am Mond und erfordert einen Eintritt in die Variate auf der gegenüberliegenden Seite [1][2].
„Anstatt einfach anzunehmen, dass der erdnächste Teil der Variate der einfachste ist, können wir mit systematischer Analyse und schnelleren Methoden versuchen, nicht-triviale Lösungen zu finden", erklärt Vitor Martins de Oliveira, Postdoktorand an der Universität São Paulo (USP) und Co-Autor der Studie [3].
58,80 m/s weniger Treibstoffverbrauch – ein kleiner Wert mit großer Wirkung
Die neue Route benötigt 58,80 Meter pro Sekunde (m/s) weniger Treibstoff als die bisher beschriebenen treibstoffsparendsten Routen. Bei geschätzten Gesamtkosten der Reise von etwa 3.342,96 m/s mag diese Differenz zunächst gering erscheinen. Doch in der Raumfahrt gilt: Jeder eingesparte Meter pro Sekunde bedeutet eine erhebliche Reduktion des Treibstoffverbrauchs und damit signifikant niedrigere Missionskosten [2][3].
Ein weiterer entscheidender Vorteil: Mithilfe eines Steuerungssystems kann das Raumfahrzeug für unbegrenzte Zeit in der intermediären Umlaufbahn um L1 verweilen, bevor es den zweiten Teil der Reise antritt. Anders als bei der Artemis-II-Mission, bei der es zu einer vorübergehenden Funkunterbrechung beim Eintritt in die erdabgewandte Mondseite kam, bleibt bei dieser Route die Kommunikation mit der Erde durchgehend erhalten [1][3].
Ausblick: Die Sonne als nächster Faktor
Die aktuelle Studie berücksichtigt ausschließlich die Gravitation von Erde und Mond. Die Einbeziehung weiterer Himmelskörper – insbesondere der Sonne – könnte zu noch größeren Treibstoffeinsparungen führen, würde allerdings die Startfenster auf bestimmte Daten einschränken.
„Wenn wir beispielsweise den 23. Dezember als Startdatum simulieren, erhalten wir Ergebnisse, die nur für eine an diesem Tag gestartete Mission gültig sind", erläutert de Almeida [3]. Die von dem Team entwickelte Methode zur effizienten Simulation von Millionen von Flugbahnen könnte künftig auch auf andere Transfertypen im Weltraum angewendet werden. Die Studie ist als Open-Access-Veröffentlichung frei zugänglich [2].
Internationale Zusammenarbeit
An der Forschung beteiligt waren Wissenschaftler der Universität Coimbra, der Universität Porto, der Universität Évora (Portugal), des Pariser Observatoriums (Frankreich) sowie der Universitäten von Pernambuco (UPE) und São Paulo (USP) in Brasilien. Die Studie wurde unter anderem von der São Paulo Research Foundation (FAPESP) gefördert [3].