Auf einer Zeichnung wirkt der falsche Weg zum Mars erstaunlich vernünftig. Man zeichnet die Erde, zeichnet den Mars, wartet, bis die beiden Welten einander nahe sind, und richtet das Raumfahrzeug dann einfach auf die Lücke dazwischen aus. Das Problem ist nur: Wenn das Raumfahrzeug ankommt, wird der Mars nicht mehr dort sein. Er ist weitergezogen und rast mit planetarer Geschwindigkeit um die Sonne.[3]
Ein Hohmann-Transfer ist das klassische Bahnmanöver mit zwei Brennphasen, das ein Raumfahrzeug zwischen zwei kreisförmigen, koplanaren Umlaufbahnen bewegt, indem es eine halbe Ellipse „abreitet“. Walter Hohmann beschrieb dieses Verfahren 1925, nachdem Ideen zur Raumfahrt bereits in Kurd Laßwitz’ Science-Fiction-Roman Auf zwei Planeten von 1897 erkundet worden waren.[1]
Das Merkwürdige daran ist, dass die effiziente Route nicht die ist, die wie eine gerade Linie aussieht. Bei einer Reise von der Erde zum Mars verlässt das Raumfahrzeug die Nähe der Erdbahn, folgt einer elliptischen Bahn um die Sonne und trifft den Mars ungefähr auf halbem Weg entlang dieser Ellipse – im vereinfachten Hohmann-Bild also 180 Grad vom Startpunkt entfernt.[3] Das Schiff zielt weniger auf den Mars als auf eine Verabredung mit dem Mars.
Walter Hohmann, ein deutscher Ingenieur, veröffentlichte die Methode 1925 in Die Erreichbarkeit der Himmelskörper, meist ins Englische als The Attainability of Celestial Bodies übersetzt.[4] Das geschah, bevor Raketen überhaupt irgendetwas in eine Umlaufbahn gebracht hatten, was der Berechnung ihren eigentümlichen Reiz verleiht. Hohmann betrieb praktische Weltraumnavigation zu einer Zeit, in der Weltraumnavigation noch teils zur Mathematik und teils zur Vorstellungskraft gehörte.
Das Manöver selbst ist beinahe streng schlicht. Ein Raumfahrzeug beginnt in einer kreisförmigen Umlaufbahn. Am richtigen Punkt zündet es kurz sein Triebwerk, um in eine elliptische Transferbahn einzutreten. Später, auf der fernen Seite dieser Ellipse, zündet es erneut, um die neue Umlaufbahn zu kreisförmigen.[2] Im idealen Standardfall sind Ausgangs- und Zielbahn kreisförmig und liegen in derselben Ebene.[1]
Die zwei Brennphasen
Ingenieure beschreiben diese Zündungen oft als Impulse – nicht, weil echte Triebwerke überhaupt keine Brenndauer hätten, sondern weil das saubere mathematische Modell sie als plötzliche Geschwindigkeitsänderungen behandelt.[2] Soll ein Satellit von einer niedrigeren auf eine höhere Bahn angehoben werden, findet die erste Brennphase am tiefen Punkt der Transferellipse statt. Die zweite Brennphase, manchmal Apogäumskick genannt, erfolgt am hohen Punkt, wo das Raumfahrzeug in die größere kreisförmige Umlaufbahn angepasst wird.[5]
Genau deshalb wurde der Hohmann-Transfer zu einem der grundlegenden Werkzeuge der Himmelsmechanik. Für zwei kreisförmige Umlaufbahnen bietet er eine Möglichkeit, sie im üblichen Zwei-Impuls-Fall mit der geringstmöglichen Geschwindigkeitsänderung zu verbinden.[2] Weniger Geschwindigkeitsänderung bedeutet weniger Treibstoff, und in der Raumfahrt ist Treibstoff kein Detail. Er bedeutet Masse, Kosten, Nutzlast und Möglichkeit.
Es gibt Ausnahmen. Bi-elliptische Transfers können einen Hohmann-Transfer in manchen Fällen übertreffen, und Raumfahrzeuge mit niedrigem Schub können ganz andere Wege nehmen.[1] Swing-by-Manöver, ballistische Einfänge und das Interplanetary Transport Network gehören alle zu einem größeren Werkzeugkasten des Missionsdesigns.[3] Doch der Hohmann-Transfer bleibt das klare Lehrbuchbild dafür, warum Raumfahrt nicht damit vergleichbar ist, ein Boot über einen See zu steuern.
Die Verbindung zur Science-Fiction lässt die Geschichte weniger wie eine Fußnote wirken und mehr wie ein Scharnier. Kurd Laßwitz’ Auf zwei Planeten, 1897 veröffentlicht, stellte sich Raumfahrt Jahrzehnte vor, bevor Bahntransfers zur Sprache der Ingenieure wurden, und Hohmanns spätere Arbeit verwandelte einen Teil dieses Traums in eine berechenbare Route.[1] Die alte Fantasie schickte nicht von selbst eine Sonde auf den Weg. Aber sie half, jenen geistigen Raum einzurichten, in dem jemand fragen konnte, wie eine solche Reise tatsächlich geflogen werden müsste.
Am Ende ist der Hohmann-Transfer eine Lektion in Geduld, geschrieben als Geometrie. Das Raumfahrzeug stürzt sich nicht auf den Planeten. Es verbraucht seinen Treibstoff in zwei kurzen Momenten und gleitet dann entlang einer unsichtbaren Ellipse dahin – im Vertrauen darauf, dass die Zielwelt ebenfalls dort eintreffen wird, wenn es die ferne Seite erreicht.
