Space Trajectories
on Postal Stamps

Ingo Althöfer, May 2017


Two of my hobbies are space travel and the collection of postal stamps. In the space sector I am in particular interested in the BBAAHHNEN of rockets, satellites, and space ships. The technical term for such a BAHN is "trajectory". Due to the gravity of celestial bodies such trajectories have or may have rather special shapes.

On this website some nice stamps are shown on which interesting space trajectories can be seen. I myself have taken all photos in the "exhibition".

Zwei meiner Hobbies sind die Weltraumfahrt und das Sammeln von Briefmarken. Bei der Weltraumfahrt interessieren mich besonders die Bahnen der Raketen, Satelliten und Raumschiffe. Der Fachbegriff für solch eine Bahn lautet "Trajektorie". Bedingt durch die Gravitation von Himmelskörpern haben die Trajektorien ganz spezielle Formen.

Auf dieser Webseite sind einige schöne Briefmarken wiedergegeben, auf denen interessante Trajektorien abgebildet sind. Alle gezeigten Fotos habe ich selbst von eigenen Briefmarken gemacht.


Elliptical Trajectories
Elliptische Bahnen

In the simplest case a small body is moving around ONE bigger body. Then, in the general casse, the trajectory is an ellipsoid. Already four centuries ago Johannes Kepler had recognized this structure for Mars and the other planets of our solar system.

Im einfachsten Fall bewegt sich ein kleinerer Körper um einen schwereren. Dann ist die Trajektorie eine Ellipse. Das hatte schon Johannes Kepler vor vier Jahrhunderten bei der Marsbahn und bei anderen Planeten erkannt.

----> noch eine Keplermarke einfügen (blau-weisse mit orbits)




In October 1957, the first artificial satellite was shot from Earth into space: Sputnik 1. For several months it "circled" around Earth on a slightly elliptical trajectory.
Im Oktober 1957 wurde der erste künstliche Satellit von der Erde ins Weltall geschossen: Sputnik 1. Er umrundete die Erde mehrere Monate lang auf einer leicht elliptischen Bahn.




Worldwide, 1964 and 1965 were celebrated for the low activity of the sun ("years of the quiet sun"). Several scientific missions were organised. Due to this event, East Germany (DDR) published three blocks with stamps. On one of them the radiation belts of the Earth are seen, together with two space probes: one is one a (narrow) almost circular orbit around Earth, the other probe on an elliptical one.
1964 und 1965 wurden weltweit Jahre der geringen Sonnenaktivität "gefeiert". Aus dem Anlass brachte die DDR drei Briefmarken-Blöcke heraus. Auf einem davon sind die Strahlungsgürtel der Erde zu sehen und zwei Raumsonden: die eine auf einer (engen) fast kreisförmigen Bahn, die andere auf einer elliptischen.




In April 1966, the probe Luna 10 was sent in orbit around the moon. Its task was to take near-distance photos of large parts of the moon surface. The trajectory - to be seen on the First Day Cover of the Soviet Union - had the shape of an ellipsoid.
Im April 1966 wurde die Sonde Luna 10 in eine Mondbahn geschickt, um aus der heraus einen möglichst grossen Teil der Mondoberfläche aus relativer Nähe zu fotografieren. Ihre Bahn um den Mond hatte die Form einer Ellipse, wie auf dem Erst-Tags-Brief der UdSSR zu erkennen ist.




Also in 1966 the Soviet Union shot its first successful telecommunication satellite Molnia into space. Ideal would have been a geostationary orbit. But the rocket had not enough power for that. So, the satellite was sent on a strongly elliptical orbit which allowed to transmit TV programs to the whole Soviet Union at least for eight hours per day. The satellite survived only for a few months because it dived deeply into Earth's radiation belt in each round.
Auch 1966 schoss die Sowjetunion ihren ersten erfolgreichen Nachrichten-Satelliten Molnia ins All. Ideal wäre eine geostationäre Umlaufbahn gewesen. Doch dafür reichte der Raketenschub nicht. So wurde die Sonde auf eine stark elliptische Bahn gesendet, wo sie zumindest jeweils acht Stunden pro Tag vernüftig Fernsehprogramme in die ganze Sowjetunion weiterleiten konnte. Der Satellit überlebte nur einige Monate, weil er in jeder Runde tief in den Strahlungsg&uumL,rtel der Erde eintauchte.




In December 1968, the manned US-spaceship Apollo 8 flew to the moon. It made ten rounds around the moon and then returned to Earth. The ten rounds were slightly VERSETZTE ellipsoids. This can be nicely seen on the stamp from Hungary.
Im Dezember 1968 flog das bemannte US-Raumschiff Apollo 8 zum Mond. Es umkreiste den Erdtrabanten zehn Mal und kehrte dann zur Erde zurück. Die zehn Mondrunden waren jeweils leicht versetzte Ellipsen, wie auf der schönen Briefmarke aus Ungarn zu sehen ist.

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Strongly elliptical orbits can be seen at many comets. Halley's comet with its orbital length of 76 years reached the vicinity of the sun in 1986 for the last time. During that phase it was investigated by several probes from several national and international organisations. Of course this led to many corrsponding postal stamps.
Stark elliptische Bahnen finden sich auch bei vielen Kometen. Der Halley'sche Komet mit einer Umlaufzeit von etwa 76 Jahren kam 1986 zuletzt in Sonnennähe. Dabei wurde er von etlichen nationalen und internationalen Raumsonden untersucht - und erschien auch auf vielen Briefmarken.



A stamp from the United Kingdom. I like its colors quite a lot.
Eine britische Marke. Ich mag die Farben darin besonders.



A block from the Sovietunion with four stamps.
Ein sowjetischer Block mit vier Marken.



Hohmann Transfers
Hohmann-Bahnen

When you want to move from one planet of the solar system to another one energetically efficiently, the best solution is to use a transfer-ellipsoid, named Hohmann transfer due to its discoverer (or inventor ?!) ... Hohmann. This special ellipsoid touches the ellipsoids of both planets involved. Starting from Earth, such Hohmann transfers hae almost always been used for journeys to the neighboring planets Venus and Mars.

Will man innerhalb des Sonnensystems energie-effizient von einem Planeten zu einem anderen gelangen, bewegt man sich am besten auf einer Hohmann-Bahn. Dies ist eine Transfer-Ellipse, die die Ellipsen der beiden Planeten berührt. Entdeckt (oder erfunden ?!) wurde er 193.? vom Astrophysiker ... Hohmann. Von der Erde aus sind solche Bahnen fast immer genutzt worden, um zu den direkten Nachbar-Planeten Venus und Mars zu gelangen.





1961: The Soviet probe Venera-1 to Venus, here on a Hungarian stamp.
1961: Die sowjetische Venus-Sonde Venera-1, hier auf einer ungarischen Marke.




1962: The US-probe Mariner 2 to Venus, here on a stamp from Poland.
1962: Die US-Sonde Mariner 2 zur Venus, hier auf einer polnischen Marke.




Also in 1962: The first Soviet probe to Mars, shown on another stamp from Poland. The probe did not reach its destination.
Auch 1962: Die erste sowjetische Sonde zum Mars, gezeigt auf einer polnischen Marke. Die Sonde erreichte ihr Ziel aber nicht.




1969: The start of a long story of Soviet successes in missions to Venus: the probes Venera 5 and Venera 6 both achieved soft landings on Venus.
1969: Der Beginn einer langen sowjetischen Erfolgsstory: Die Sonden Venera 5 und Venera 6 flogen von der Erde zur Venus und landeten beide weich.



Gravity Assists
Schwerkraft-Hilfen

If some celestial object passes narrowly by another body with a (very) large mass its trajectory is ABGELENKT Typically it also changes its speed considerably. In space flight this effect is used intendedly. It is well know under the name "Gravity Assist".

Fliegt ein Raumkörper nah an einem anderem Raumkörper mit (sehr) grosser Masse vorbei, wird er in seiner Bahn abgelenkt. Oft ändert er dabei auch seine Geschwindigkeit. In der Raumfahrt wird dieser Effekt bewusst genutzt. Er ist bekannnt unter dem Name "Gravity Assist", auch im Deutschen. Eine ungebräuchliche Übersetzung wäre "Schwerkraft-Hilfe".





In the early years of the Soviet Union, ... Kondratyuk (1897-1942) from the Ukraine designed trajectories which exploited the gravity of (other) celestial bodies. His computations (by hand) were the base for the first mission to the far side of the moon, where the probe was slingshot back to Earth.
Der Ukrainer ... Kondratyuk (1897-1942) entwickelte in der frühen Sowjetunion Trajektorien für Raumflüge, die die Gravitation durch (andere) Himmelskörper ausnutzten. Auf seine Berechnungen ging auch die erste Mission zurück, bei der die Sonde die Rückseite des Mondes fotografierte und dann zur Erde zurückgeschleudert wurde.




October 1959: The probe Luna 3 successfully takes photos from the far side of the moon. Shown is the first stamp of the Soviet Union on this mission. 0
Oktober 1959: Die Sonde Luna 3 fliegt erfolgreich hinter dem Mond entlang. Hier die erste sowjetische Marke zur Mission.




A stamp from Poland on the very same mission, with a very clear picture of the slingshot trajetory.
Eine polnische Marke zur gleichen Mission, mit sehr klarer Darstellung der Trajektorie.




From the year 1994: A very beautiful stamp on ESA's mission Ulysses, by little San Marino. The probe used a gravity assist from giant planet Jupiter to reach an orbit which led it far out of the planetary plane of the solar system. This way it was able to observe the poles of the sun directly from above.
Aus dem Jahr 1994: Eine sehr schöne Marke zur ESA-Mission Ulysses, herausgegeben vom kleinen San Marino. Die Sonde wurde durch einen "Swingby" am Riesenplaneten Jupiter in eine Umlaufbahn um die Sonne gebracht, die weit aus der Ebene des Sonnensystems hinausführte. Auf die Weise konnte die Sonde die Pole der Sonne direkt von oben beobachten.

---> Siehe auch die beiden ungarischen Gravitiy-Assist-Marken von 1991 und mein Trajektorien-Kapitel im ungarischen Informatik-Buch. (mit ISB-Nr. des Buchs)


More stuff to come!
Ergänzungen werden folgen.

Wrong Trajectories
Falsche Trajektorien

On several stamps from very different countries, trajectories can be seen which either had not been flown in this way or even would not have been realizable. Here a a few drastic examples.

Auf etlichen Briefmarken aus ganz verschiedenen Ländern sind Trajektorien zu sehen, die so nicht geflogen wurden oder überhaupt nicht fliegbar sind. Hier sind ein paar drastische Beispiele.





Early in 1959, the Soviet probe Lunik 2 went to the moon and crashed into its surface heavily. In reality, the trajectory of course was not a straight line - in contrast to the impression given in the stamp from Poland.
Anfang 1959 flog die sowjetische Sonde Lunik 2 zum Mond und schlug dort hart auf. Die Trajektorie war aber keine Gerade, obwohl die polnische Briefmarke zur Mission es fälschlich suggeriert.




In December 1965, two manned capsules of the US were in space simultaneously: Gemini 6 and Gemini 7. Both had similar trajectories and were at one point steered to a mere 30 centimeters distance from each other. The postal stamp of Dubai gives the impression that the capsules met in counter directions. But that was not true: both orbited the Earth in the same direction.
Im Dezember 1965 waren gleichzeitig zwei bemannte US-Raumkapseln im All: Gemini 6 und Gemini 7. Die beiden hatten ähnliche Trajektorien und kamen sich an einem Zeitpunkt bis auf 30 cm nahe. Auf der Briefmarke aus Dubai wird der Eindruck erweckt, als seien die beiden Kapseln auf gegenläfigen Bahnen unterwegs. Das stimmt natürlich nicht: beide flogen in die gleiche Richtung.


My Individual Stamps on Space Trajectories
Meine persönlichen Briefmarken zu Raumfahrt-Trajektorien

Together with my partner Dr. Dietmar Wolz I aprticipated in several "Global Space Trajectory Competitions". In these competitions the teams have to computer best possible trajectories for complicated new space missions - and all this under severe time pressure (4 weeks in total from publication of the task to deadline).
In Germany, every person is allowed to design her own postal stamps which may really be used on letters. (Naturally, these individual stamps are somewhat more expensive than the official ones which you can buy in the post office.) At the end of competition GTOC-9 (that was in the first days of May 2017) I had designed two stamps which showed the GTOC trophy from both front and rear side. All teams which had submitted a valid solution got a special letter with these stamps.

Zusammen mit meinem Partner Dr. Dietmar Wolz habe ich an mehreren "Global Space Trajectory Competitions" teilgenommen. Dabei geht es darum, unter harten Zeitbedingungen (4 Wochen von der Aufgaben-Stellung bis zum Einsendeschluss) möglichst gute Trajektorien für komplizierte neue Weltraum-Missionen zu berechnen.
In Deutschland kann jede Person eigene Briefmarken gestalten, die auch wirklich als Postwertzeichen gültig sind. (Natürlich sind diese Marken etwas teurer als die, die man am Postschalter kaufen kann. Am Ende des Wettbewerbs GTOC-9 (also Anfang Mai 2017) habe ich zwei Briefmarken entworfen, die die GTOC-Siegestrophäe von vorne und hinten zeigen. Alle teilnehmenden Teams, die auch Lösungen einreichten, bekamen einen Sonderbrief mit diesen Marken.





The special cover with my individual stamps for GTOC-9. The cover also carries a map of the world with the home places of all participating teams marked by red spots.
Der besondere Umschlag mit meinen individuellen Briefmarken für GTOC-9. Der Umschlag trägt auch eine Karte der Erde, auf der die Heimatorte aller teilnehmenden Teams als rote Punkte markiert sind.



If you know interesting stamp motives which might fit well in this exhibition feel free to inform me by an email to ingo.althoeferMOONuni-jena.de . In this expression, of course MOON has to be substituted by the wellknown special symbol.

Wer interessante Briefmarken-Motive kennt, die gut in diese Ausstellung passen würden, darf gerne eine Email schreiben an ingo.althoeferMOONuni-jena.de . Dabei ist MOON durch das allseits bekannte Sonderzeichen zu ersetzen.



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