In der ESTEC-Installation der Europäischen Weltraumorganisation beschreibt Belbruno seine unorthodoxe Art und Weise, einzigartige Flugbahnen durch Kunst zu entwerfen (Bildnachweis: Edward Belbruno)
Für Ed Belbruno ist das Universum um uns herum mehr als nur ein Blickfang. Es ist ein Medium für unendliche Kunst, eine Inspiration für künstlerische Renderings, die Grenzen sprengen und für Raumfahrtmissionen zum Mond und darüber hinaus verwendet werden können.
Belbruno ist Gastforscher an der Abteilung für Astrophysikalische Wissenschaften der Princeton University. Ausstellungen seiner Kunst werden von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) gesponsert und waren bereits in mehreren ESA-Installationen zu sehen.
„Kunst spielt eine entscheidende Rolle, wenn es darum geht, die Menschen zu inspirieren und unsere Arbeit zu erklären“, so Rolf Densing, ESA-Direktor für Operations und Leiter des Europäischen Raumfahrtkontrollzentrums (ESOC) in Darmstadt, Deutschland.
Belbruno freut sich darauf, zum Abschluss der Ausstellung am 28. März in das Europäische Weltraumforschungs- und Technologiezentrum (ESTEC) der ESA in Noordwijk (Niederlande) zurückzukehren. Die Kunstwerke werden dann für den Versand an den nächsten Standort, eines der ESA-Zentren in der Nähe von Rom, Madrid oder London, vorbereitet.
„Wir sind stolz darauf, viele Werke von Ed Belbruno im Raumfahrtkontrollzentrum der ESA begrüßen zu dürfen. Seine Kunst, die auf wunderbare Weise Mathematik, Physik, Sternenbeobachtung und Weltraumforschung verbindet, ist für uns, die wir in der Welt des Weltraums arbeiten, besonders relevant“, sagte Densing.
Densing fügte hinzu, dass das ESOC Initiativen unterstützt, die die Kluft zwischen Kunst und Wissenschaft überbrücken, und verwies auf das seit langem laufende Artist in Science Residency-Programm.
In der ESTEC-Installation der Europäischen Weltraumorganisation beschreibt Belbruno seine unorthodoxe Art und Weise, einzigartige Flugbahnen durch Kunst zu entwerfen (Bildnachweis: Edward Belbruno)
„Es ist aufregend, dass mein Pastellbild ‚Low Fuel Route to the Moon‘ (1986) in der Wanderausstellung der ESA zu sehen ist“, sagte Belbruno. „Das liegt daran, dass es den ersten Transfer zum Mond ermöglichte, der den Mond mit ballistischem Einfang erreicht … das heißt, dass ein Raumfahrzeug, das dies nutzt, automatisch in die Mondumlaufbahn ohne Treibstoff eingefangen wird“, sagte er.
Vor seinem Gemälde gab es diese Transferklasse, die heute als ballistische Einfangtransfers oder weak stability boundary (WSB)-Transfers bezeichnet werden, nicht, so Belbruno. „Tatsächlich sind sie die ersten, die mit Hilfe der Chaostheorie entwickelt wurden und die sich überlagernden Gravitationsfelder der Erde und unseres Mondes nutzen.“
Aber wie könnten die Pinselstriche eines Künstlers auf einer Leinwand dies jemals tun?
In der ESTEC-Installation der Europäischen Weltraumorganisation beschreibt Belbruno seine unorthodoxe Art und Weise, einzigartige Flugbahnen durch Kunst zu entwerfen (Bildnachweis: Edward Belbruno)
Belbruno arbeitete 1986 als Flugbahnentwicklungsingenieur am Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Kalifornien. Er wurde gebeten, an einem Projekt namens LGAS (Lunar Get Away Special) zu arbeiten. Die Aufgabe bestand darin, eine Flugbahn zum Mond für ein kleines, von der NASA-Raumfähre abgesetztes Raumschiff zu finden, das einen solarelektrischen Antrieb mit geringer Schubkraft durch Xenon-Ionentriebwerke verwendete.
Diese Flugbahn zu finden, sei unglaublich schwierig, sagte Belbruno. „Das liegt daran, dass sich die Flugbahn sorgfältig durch die sich überlagernden Gravitationsfelder von Erde und Mond schlängeln müsste, wie die Suche nach einer Nadel im Heuhaufen. Dazu müsste man die Chaostheorie anwenden“, fügte er hinzu.
Belbruno sagte, dass die Chaostheorie ein sehr kompliziertes Gebiet ist, so sehr, dass es ein Leben lang dauern könnte, um das Problem anzugehen.
„Außerdem gab es keine Bücher zu diesem Thema. Da ich mich unter Druck gesetzt fühlte, habe ich auf sehr unorthodoxe Weise versucht, solche Bahnen zu finden“, erinnert sich Belbruno.
„Da ich auch ein Künstler bin, dachte ich mir, wenn ich das Erde-Mond-System so schnell wie möglich male, muss ich nicht aktiv nachdenken. Mein Unterbewusstsein könnte mir dabei helfen und vielleicht eine solche Flugbahn in den Pinselstrichen erkennen lassen“, so Belbruno. „Es war ein Versuch, aber ich hatte nichts zu verlieren, um es zu versuchen.
Mit Pastellpapier und Kreidepastellkreide malte Belbruno in verschiedenen Farben ein schnelles Bild des Erde-Mond-Systems.
„Ich bemerkte, dass die Pinselstriche Regionen um die Erde und auch um den Mond bildeten“, sagte Belbruno, „und ich sah einige dunkle Pinselstriche, die von der Erdregion zu der Region um den Mond führten. Könnten diese mir die erhoffte Übertragung liefern?“
Belbruno sagte, er habe die anfängliche Geschwindigkeit und Position einer Flugbahn anhand der Pinselstriche in Erdnähe abgeschätzt.
„Ich habe sie in ein Flugbahnsimulationsprogramm des JPL eingegeben und das Programm numerisch die Flugbahn simulieren lassen, die diese Ausgangsbedingungen ergeben würden“, sagte Belbruno. „Zu meiner unglaublichen Überraschung und zu meinem Schock ging es automatisch zum Mond und in die Mondumlaufbahn! Dies war der erste ballistische Einfangtransfer, der jemals gefunden wurde.“
Tatsächlich haben die Regionen um die Erde und den Mond gezeigt, wo solche Bahnen existieren, fügte Belbruno hinzu, und werden nun als Grenzregionen schwacher Stabilität bezeichnet.
Das Ergebnis war die Entwicklung eines präzisen numerischen Algorithmus, mit dem diese Flugbahnen für das LGAS-Projekt erzeugt werden konnten. Der daraus resultierende Transfer zum Mond dauerte jedoch zwei Jahre, um in der Simulation dorthin zu gelangen.
Obwohl die NASA dies für zu lang hielt, um nützlich zu sein, weist Belbruno darauf hin, dass dieses Design für die erste ESA-Mondmission SMART-1 (Small Missions for Advanced Research in Technology) verwendet wurde. Die 2003 gestartete SMART-1 nutzte einen solarelektrischen Antrieb und war mit mehreren miniaturisierten Instrumenten ausgestattet.
Belbruno schuf damals drei Versionen seines Pastellbildes, von denen die wichtigste in der ESA-Ausstellung zu sehen ist, die der Künstler dem ESOC geschenkt hat.
„Dies ist vielleicht das erste Mal, dass ein Gemälde direkt für eine mathematisch-wissenschaftliche Entdeckung verwendet wurde“, sagte Belbruno.
„Die ESA schätzt meine Kunstwerke, da sie zeigen, wie Kunst Wissenschaft und Mathematik direkt beeinflussen kann. Sie zeigen die Weite der Natur und des Weltraums von jemandem, der sowohl in den Wissenschaften, der Mathematik als auch in der Kunst als Maler tätig ist.“
In der ESTEC-Installation der Europäischen Weltraumorganisation beschreibt Belbruno seine unorthodoxe Art und Weise, einzigartige Flugbahnen durch Kunst zu entwerfen (Bildnachweis: Edward Belbruno)
Die erste war die japanische Hiten-Mission im Jahr 1991, die bis zu zehn Swing-by-Experimente auf dem Mond durchführte und im Februar 1992 in die Mondumlaufbahn eintrat.
„Übrigens habe ich dem JPL damals nicht gesagt, dass ich ein Gemälde benutzt habe, um diese Flugbahn zu finden“, so Belbruno.
Zu den weiteren Werken des Astrophysikers und Künstlers gehört „Microwave Energy of the Universe“ – ein Gemälde der Mikrowellen-Hintergrundstrahlung des Urknalls, das auf Bildern der Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) der NASA und des weltraumgestützten Observatoriums Planck der ESA basiert.
„Diese und die anderen Bilder vermitteln Eindrücke von unserem Universum, die die Wissenschaft nicht geben kann, und bieten eine einzigartige Perspektive“, so Belbruno.
Weitere Informationen über das „Surfen im Gravitationsfeld“ und die Raumfahrt mit geringem Treibstoffverbrauch finden Sie in Belbrunos Buch „Fly Me to the Moon: An Insider’s Guide to the New Science of Space Travel“ (2007) von Princeton University Press.
