Die Crux der bemannten Raumfahrt
Ich greife mal die Frage von Thomas auf: „Wie würde denn ein “vernünftiges”, bemanntes Mond-/Marsprogramm aussehen ?„. Das bringt es auf den Punkt. Die Crux eines bemannten Programmes ist: Will man mehr erreichen, dann steigt der Aufwand gleich enorm an. Schlicht und einfach deswegen, weil Menschen immer Platz, Nahrung, Sauerstoff, Wasser bnenötigen Und je ausgedehnter die Aktivitäten sind, desto höher wird das Gewicht das transportiert wird.
Das Gegenteil ist bei unbemannten Missionen der Fall. Man muss sich vielleicht einfach einmal mal ansehen, was sich hier in 40 Jahren getan hat: Man möge mal die instrumentelle Ausstattung des Lunar Orbiters und des Lunar Reconnaissance Orbiters vergleichen. Oder was die MRO heute leistet und Mariner 6+7 vor 40 Jahren. Durch zunehmende Miniaturisierung werden unbemannte Sonden laufend leistungsfähiger. Wenn ein Mensch auf dem Mond aber mehr leisten will, so muss viel mehr Aufwand getrieben werden – Anstelle eines einfachen Landers muss dann eine Mondstation gebaut werden, es muss Energie bereit gestellt werden, Nahrung, Gase, wasser, und das für jeden Tag.
Ich gebe zu, ich habe bislang noch wenig Informationen, wie das Constellation Programm aussehen wird. Aber zuerst einmal wird es eben nur eine Wiederholung von Apollo sein, nur eben mit einer längeren Aufenthaltsdauer. Vielleicht folgt mal eine Mondbasis, aber ich bin mir da bei der NASA Politik recht sicher, dass dem nicht so sein wird. Es ist eben dann wie Griffin sagte „Apollo on Steroids“.- böse Zungen sprechen eher von „Apollo 1.5“ (Microsoft Anhänger würden es wohl als „Apollo 2020“ bezeichnen). Die Frage ist: Wie sieht die Öffentlichkeit dies? Ich bin mir recht sicher, dass die meisten Kommentare in der Art sein werden: „So jetzt sind sie also erneut auf dem Mond gelandet – was ist da das besondere?“. Wir erwarten immer eine spektakuläre Erstleistung oder zumindest was neues. In den ersten 10 Jahren der bemannten Raumfahrt gab es dies auch – Erster Mann im All, erster 24 Stunden Flug – Zwei Mann im All, Drei Mann, Weltraumspaziergänge, Kopplungsmanöver, immer längere Flüge, Mondumkreisung, Fast-Mondlandung und schließlich die Mondlandung. Doch: Was dann? Was wenn dann die zweite Mondlandung folgt, die dritte, die vierte – Wir wissen es – die Bevölkerung verliert das Interesse und die NASA musste das Programm einstellen. Ich prophezeie, dass es der ISS genauso gehen wird. Nun ist es noch spannend – mit jedem Flug wird sie weiter ausgebaut, dazu die Ungewissheit – wird es nicht wieder einen Verlust eines Space Shuttles geben, wird der Zeitplan eingehalten werden? Doch dann – ist sie fertig und es wird dort geforscht. Die Forschung auf der ISS dient Grundlagenforschung und vorwiegend der Erforschung des Menschen in der Schwerelosigkeit (die wiederum überflüssig wäre, gäbe es keine bemannte Raumfahrt). Es wird aber nichts spektakuläres geben was für die Öffentlichkeit wichtig wäre.
Gerade der Mond zeigt wie leistungsfähig heute unbemannte Sonden sind. Ich habe mal ja eine unbemannte Mondprobengewinnung skizziert. Der Grundgedanke: Ein umgebauter Mars-Rover (nukleare Energieversorgung, Probennehmer, Bohrgestänge) entnimmt eine Reihe von Bodenproben und wenn er eine gewisse Menge zusammen hat, wird ein zweiter Lander gestartet mit einer Rückkehrstufe. In diese werden die Bodenproben verladen und zur Erde zurückgebracht. Nun ist selbst bei den optimistischen Prognosen ein solcher Rover nicht so effektiv wie ein Mensch. Er wird vielleicht eine Probe pro Tag gewinnen, anstatt in ein paar Minuten. Aber er hat andere Vorzüge: Er kann über Monate auf dem Mond operieren und jede Probe vor der Gewinnung untersuchen – das geht auch berührungslos mit Infrarotspektrometern und Röntgenfluoreszenz und Alphastrahlen Spektrometern. Damit kann er sich auf die Gewinnung der Proben gewinnen, die wissenschaftlich wichtig sind. Bei Apollo fand die Untersuchung erst auf der Erde statt.
Vor allem aber wird es billiger: Constellation ist mit 124-230 Milliarden Dollar angesetzt. Ich glaube das ein unbemanntes Programm im niedrigen Bereich von wenigen Prozent dieser Summe liegen würde, sicherlich unter 10 %. Eine ähnliche Tendenz können wir heute schon beim Mars sehen: Die aktuellen Rover sind nun über Jahre hinweg in Betrieb und haben jeder rund 10 km zurückgelegt – man stelle sich mal vor, sie hätten während dieser Zeit Bodenproben gesammelt und wir würden diese nun nur noch abholen. Wäre das nicht schon fast mit den Ergebnissen einer ersten bemannten Landung vergleichbar? Vor 30 Jahren wäre das unvorstellbar gewesen. Viking war viel teurer, aber nicht mobil und nicht autonom. Der Unterschied zwischen dem was eine bemannte Mission 1980 leisten konnte (für den Termin hatte Wernher von Braun die erste Marslandung geplant) und dem was man unbemannt erreichen konnte, war viel größer. Vor 2030 wird es keine bemannte Landung geben – ich wage zu prophezeien, dass bis dahin Roboter effektiver sein werden. Schon der nächste wird pro Tag eine 100 mal längere Strecke als die derzeitigen Rover zurücklegen können, instrumentell besser ausgestattet sein.
Ich finde die Argumentation „Menschen können alles besser, weil sie Verstand haben“ immer sehr belustigend, weil diese Leute die Nachteile von Menschen schlichtweg ignorieren. Dazu muss man nur mal seinen Blick über den Tellerrand schweifen lassen. Es gibt so viele Bereich wo Menschen durch Roboter ersetzt wurden. Nicht nur bei immer gleichen Tätigkeiten wie in Fabriken. Denken wir an die Tiefseeforschung: Früher gab es da ausschließlich bemannte Kapseln. inzwischen wird sie von ferngesteuerten Robotern durchgeführt. Der Durchbruch kam, als ein Pilot einer Fähre bemerkte, dass der Forscher nicht mehr aus dem Bullauge schaute sondern auf den Monitor, der mit der Fernsehkamera gekoppelt war – und das konnte er bequem auch vom Schiff aus. Roboter haben Tiefseetaucher verdrängt und verlegen heute Pipelines und verschweißen Bohrinseln an der Basis im Meeresboden. Roboter machen heuten automatisch Analysen mit einem GC/MS.- man stellt nur noch eine Probenpalette unter den Arm und eine Probe wird nach der anderen geöffnet und in den GC injiziert. Am GC/MS prüft eine Software die Signale gegen eine Datenbank und gibt zurück um welche Substanzen es sich handelt und in welcher Konzentration. Das sind heute übliche vollautomatische Analysen in Labors. Wahrscheinlich könnte man auch die Schreiben an die Staatsanwaltschaft automatisch erstellen, wenn die Konzentration vorgeschriebene Grenzwerte überschreitet. Bei Blutuntersuchungen auf Alkohol geschieht des ja schon.
Das erinnert mich an das Buch, das ich gerade gelesen habe. Das Buch Digital Apollo: Human and Machine in Spaceflight (Inside Technology)
Das zeigt ein Kernproblem der NASA: Damit man das Programm verkaufen kann wird viel Wert auf eine aktive Rolle der Besatzung gelegt. Das führt aber dazu, dass wenn offensichtlich ist, dass diese nicht benötigt wird und durch Roboter ersetzt werden könnte das ganze Programm in Frage gestellt wird. In dieser Hinsicht sind die meisten Science Fiction Filme viel fortschrittlicher: Dort hat die Besatzung meist sehr wichtige Forschungsaufgaben. Die Routinetätigkeit machen die Computer. Sie steuern die System und das Raumfahrzeug. Wenn dort Personen steuern, dann wie beim Auto mit einem Lenkrad oder sie geben Befehl „Computer – beschleunigen“. Aber sie legen nicht hunderte von Kippschaltern in der richtigen Reihenfolge um oder – Anachronismus bei Apollo: Der Computer steuert, aber die Besatzung gibt von Hand die Daten ein, die von der Bodenkontrolle mündlich übermittelt werden ein. (Als „fortschrittliches“ System war ein Fernschreiber vorgesehen, aber schon das war zu wenig Verantwortung für die Besatzung und wurde von den Astronauten abgelehnt). Auf so fortschrittliche Dinge wie das Übermitteln derselben Werte per Telemetrie (mit Paritätsinformationen und Gegenkontrolle über Senden des Empfangenen vor Eingabe) kam man im Apollo Programm nicht.
Ich kann obiges Buch jedem wärmstes empfehlen. Es ist ein Buch nicht nur über Apollo, sondern die Rolle von Menschen und Maschinen in den 60 er Jahren, beginnend schon bei der X-15, über Mercury und Gemini. Man lernt viel über den AGC, aber noch viel mehr über seine Philosophie, seine Entwicklung, seine Programme und die Auseinandersetzung welche Rolle er in dem Programm hatte.
Naja, ein Geologe kann zigtausendmal mehr leisten als z.B. einer der MERs.
Meiner Meinung nach machen bemannte Missionen wissenschaftlich schon Sinn, ganz zu schweigen von den psychologischen Effekten („der Mensch erobert den Weltraum“) und auf lange Sicht gesehen der Eröffnung von neuen Perspektiven für die Menschheit.
Also find ich bemannte Raumfahrt ganz gut.
MfG
@Bernd:
habe soeben den Link „unbemannte Mondprobengewinnung“ deines Artikels oben durchgeackert.
==> echt Klasse; hervorragende Arbeit !
Was bedeutet der folgende Auszug aus diesem Aufsatz ?
„Dann bin ich auf eine elegante Lösung gekommen: Die Landestufe benutzt 2 Triebwerke mit separaten Tanks. (Pro Oxidator und pro Verbrennungsträger einer, insgesamt also 4).Die beiden Tanks sitzen an jeweils gegenüberliegenden Seiten. Die Triebwerke verbinden dann die beiden Seiten. So gibt im Zentrum Freiraum. Zwischen den Triebwerken sitzt dann die Landestufe eingebettet. so ist die Kapsel direkt über dem Ende der Landestufe und leicht zugänglich. Im Rahmen der alle 3 Teile verbindet befinden sich dann oben der Kran mit Greifer und Kamera zum Verstauen der Bodenproben. Weiter unten dann die Elektronik, der Radarhöhenmesser und Thermoelemente zum Heizen des Treibstoffs der Oberstufe und der Elektronik. “
Ich kann mir das Vehikel nicht vorstellen. Wie kann die Landestufe zwischen ihren eigenen Triebwerken eingebettet werden ? Meinst du nicht eher, dass die AUFSTIEGSstufe in den Freiraum im Zentrum eingebettet ist?
@Max:
Bernd teilt deine „Bauchgefühl-Meinung“ (welche auch meine Meinung ist ! ), dass der Mensch den Weltraum erobern soll, nicht oder zumindest nicht in dem Ausmass, wie du und ich das tun. Deshalb ist sein Vorschlag von seiner Warte aus gesehen folgerichtig.
Meine Meinung ist, dass ein umbemanntes Programm, wie Bernd es schildert, ein VORLÄUFER eines bemannten Programms (bemannte Mondbasis) sein sollte und dafür auch notwendig ist. Es würden damit nämlich Erkundungen und Vorbereitungsarbeiten für die Mondbasis durchgeführt und auch einige für das bemannte Programm notwendige Technologien (Mondlander) in verkleinertem Massstab zu vertretbaren Kosten und erst noch nutzbringend erprobt.
Die Frage lautet meiner Meinung nach also nicht „ENTWEDER bemanntes ODER unbemanntes Mondprogramm ?“, weil die zwei Dinge sich eben NICHT ausschliessen. Ich nehme an, wir befürworten alle drei ein unbemanntes Mondprogramm von der Sorte, wie Bernd es beschreibt; Mindestens ich tue das.
Die Frage „bemanntes Nachfolgeprogramm ja oder nein ?“ scheinen Max und ich aber mit „ja“ zu beantworten und Bernd wahrscheinlich eher mit „nein“. Bei dieser Frage haben wir (= Max und ich) wahrscheinlich eine Meinungsdifferenz mit Bernd.
Die Ursache dafür kommt von den verschiedenen Motivationslagen her, welche ich in meinem Blogeintrag vom 12. Juli beschrieben habe: Bernd ist ein „Explorer“ und „Technologist“, Max und ich hingegen sind „Colonizers“.
Es hat keinen Sinn, über die beiden Standpunkte zu streiten, da beide legitim sind.
Was aber durchaus Sinn macht, ist sich damit zu beschäftigen, wie man die von Bernd erwähnten Kosten eines bemannten Mondprogramms minimieren könnte !
==> any good ideas anywhere ???? 😉
@aax Ein Geologe kann mehr leisten als eine Instrumentensuite? Dem wage ich zu wiedersprechen. Noch so viel Fachkenntnis kann nicht durch pyhsikalische Unterschungen ersetzt werden und für diese hat ein MER erheblich mehr Zeit (was bei bestimmten Untersuchungsmethoden auch ein Faktor ist z.B. der Röntgenfluoreszenz- und Alphastrahlensepktromskopie. Ein Geologae kann nur potentzielle Kandidaten schneller sehen als einige Leute am Boden. Aber auch das wäre lösbar durch hofchauflösende Kameras und ein Team von Geologen die sich die Bilder genau ansehen.
Wenn die bemannte Raumfahrt psyhcologischen Sinn macht sollte man sie aus dem Reklamehaushalt finanzieren und nicht aus dem Wissenschaftshaushalt. Bislang bedeutete dies nämlich noch immer: Wichtige unbemannte Projekte wurden gestrichen oder verschoben wegen der bemamnnten Raumfahrt. Schon ein Jahr nach der ankündigung von Constellation gab es im NASA Budget 2006 schon den großen Kahlschlag. Solange es so läuft bin ich absolut gegen bemannte Raumfahrt.
http://ti.arc.nasa.gov/m/pub/497h/0497%20(Glass).pdf
Ein Geologe in einem Raumanzug ist laut dieser Studie 300x bis 400x so effektiv wie ein MER. Ein MER braucht halt Tage für Dinge, die ein Astronaut in wenigen Minuten erledigen kann.
Das Problem der bemannten Raumfahrt sind die hohen Vorlaufkosten. Die GAO hat damals die NASA DRM 1.0 mit 55 Milliarden US Dollar beziffert, was drei Missionen zum Mars mit je 500 Tagen Aufenthalt beinhaltet hätte. Die Investition ist sehr hoch, die Menge an Daten aber um ein vielfaches mehr wert als wenn wir für den selben Preis nur Roboter geschickt hätten. Und es ist ja nicht so dass sich bemannte und unbemannte Raumfahrt diametral gegenüberstehen. Zukünfige bemannte Mars-Missionen werden auch eine wichtige robotische Komponente haben.
Auf dem Mond ist die Sache ein bisschen anders. Dort kann man Roboter leicht von der Erde aus steuern, was sie produktiver als auf dem Mars macht. Das Problem beim Mars ist ja dass man die unbemannten Sonden auf der Oberfläche nicht fernsteuern kann und die KI steckt immer noch in den Kinderschuhen. Ob ferngesteuerte Rover auf dem Mond in Sachen Produktivität aber an einen Astronauten heranreichen können wage ich jedoch zu bezweifeln.
MfG
Max
Es ist schön dass man aus Papers immer die Zahlen nehmen kann die man möchte, z.B. einen Geologen im T-Shirt mit einem Rover zu vergleichen der schon veraltet ist. Wenn ich aber die Zahl für einen Geologen im Raumanzug nehme (geht es ohne beim Mars?) Wenn man aber den Rover von 2015 und einen Geologen im Raumanzug nimmt, dann sind es nur noch 25. Und wie die Studie hinweist wird ein Rover im Jahr 2015 die 10-20 fache Leistung eines 2003 er Exemplars bringen. So kann ich leicht ausrechnen, dass weitere 20 Jahre in der Zukunft Jahre ein Rover genauso leistungsfähig wie ein Wissenschaftler ist.
Genauso sucht sich jeder die Zahlen aus die ihm gefallen. Zurbins Mars Direct Zahlen werden von den meisten als irreal niedrig eingestuft. Zum Vergleich: Ares sollte 2005 etwax 105-125 Milliarden kosten und wird inzwsichen auf 55 Millairden geschätzt. Und zum Mars soll es dann zu einem Drittel bis Viertel dieses Preisschilds gehen? Billiger als der Aufbau der ISS? Ich glaube kaum.
Bis 2015 ist es nicht mehr weit und Raumsonden mit den Fähigkeiten wie sie in der Studie angenommen werden seh ich nicht. Die Studie ist von 2002. Auf dem Mars kriechen immer noch die MERs rum. Und die nächste Generation an Rover, das Mars Science Laboratory kostet jetzt schon mehrere Milliarden.
Btw. die 55 Milliarden waren eine Annahme der GAO, die auch Constellation mit 230 Milliarden beziffert haben (wobei ich glaube dass man am Ende billiger weg kommt). Dann ist noch die Frage, was sind 55 Milliarden von 1993 heute? 60 oder 70?
Ach übrigens, die 300x bis 400x bezogen sich auf einen Geologen im Raumanzug und einen Rover wie Spirit oder Opportunity.
Nicht nach Figur 5. Man sollte veu Sätzen vorsichtig sein die „implies“ beinhalten. Das MSIL wird tatäshclich ein Quantenspurng im Vergleich zu den MEr werden. Genauso wwie diese eine bedeutende Verbesserung gegenüber Sojourner waren.
Wer allen ernstes glaubt eine Marsexpedition die viel größere Anforderungen an die Technik strellt als eine zum Mond, länger dauert und mindestens die 5 fache Startmasse benötigt für ein Virtel eines Mondprogrammes durchführen zu können, macht sich was vor. Alleine cie ISS, die es ja schon gibt und die nur 420 t wiegt hat schon auf US Seite mehr als 100 Mrd gekostet. Wie da eine Marsmission mit 55 zu machen ist sehe ich nicht. Aber dann kann ich auch MERs für 10 Millionen Dollar pro Stück entwerfen, wenn wir schon bei Luftschlössern sind.
Die Studie hat übrigens nur ein Aussage über das nehmen von Bodenproben gemacht – dass die auch noch untersucht werrden müssen und dass dies automatisiert geht und dann ein Geologe auch nicht schneller ist, lässt sie außen vor. Selbst wenein Rover 300mal langsamer ist – 300 Mer kosten nach gängigen Gesetzen der Serienproduktion dann nur noch einen Bruchteil eines Rovers – und sie können da landen wo man nie Menschen hinsicken würde – in tiefe Krater, auf Olympus Mons, ins Valles Marineris….
Ich denke auch, dass ein großer Rover sehr viel erreichen kann. Die Lunochods z.B. hatten eine nukleare Heizung. Sojourner hatte das nicht. Hätten die Russen die Lunochods verbessert und auch die Stromversorgung mit RTGs realisiert, würde Lunochod wahrscheinlich heute noch auf dem Mond herumfahren (vielleicht sogar angekoppelt an eine Internet-Steuerung, wo jeder mal fahren darf ;)).
Ich fand eine Idee aus der Viking-Zeit interessant, nämlich die Landefüße von Viking 3 durch Raupenketten zu ersetzen, um so mit dem Lander herumfahren zu können. Nur wäre so ein System an Stellen, so wie dem Landeplatz von Pathfinder oder Viking 2 vielleicht schon an seine Grenzen gestoßen (Ein autoähnliches Fahrzeug dürfte vor dem Umkippen sicherer sein, als eine dreibeinige Plattform).
Vielleicht wäre es eine gute Idee, die Rover der Zukunft mit einer Plattform auszustatten, wie es sie in den Handschuhkästen gab, in denen das Apollo-Mondgestein untersucht wurde. Der Rover legt dann einen interessanten Stein auf der Platte ab, die von hochauflösenden Kameras umgeben ist. Dann kann auch ein Geologe auf der Erde sich die Steine ansehen. Was meint ihr?
Constellation mit Apollo zu vergleichen zeugt nur von Unkenntnis. Wer aufmerksam die technischen Entwicklungen, Studien und Konzept-Papiere verfolgt kann erkennen, daß der Unterschied wie der einer Forschungsstation zu einen Camping-Bus.
Der skizzierte wissenschaftliche Roboter kann in großen Mengen wissenschaftliche Daten sammeln aber er wird stets auf seine limitierten Geräte zurückgreifen müssen. Constellation ist mehr als nur das Sammeln von geologischen Daten.
Da Sie das Constellation-Programm nicht verstanden haben haben Sie es auch falsch substituiert. Ansonsten ein interessanter Beitrag.
MfG
300x bis 400x mal stellt einen Astronauten Spirit oder Opportunity gegenüber.
Und selbst mit den zukünfitgen Rovern wird ein Astronaut immer noch effizienter als ein Roboter arbeiten (1 to 2 orders or magnitude). Selbst wenn die Roboter direkt vom Mars aus gesteuert werden würden (was ja wiederum Astronauten auf der Oberfläche oder im Orbit erfordern würde). Roboter sind zwar billiger, aber wenn das Geld da ist sollte man zusätzlich bemannte Missionen starten. Anstelle die ISS zu bauen hätte man zum Mars fliegen sollen. Es gibt ja nicht nur wissenschaftliche Gründe für einen bemannten Marsflug.
Was die 55 Milliarden angeht, dass war eine Schätzung von 1993 (nicht von der NASA). Mit Constellation kann man so ein Marsprogramm nicht vergleichen. Die Zielsetzung ist eine ganz andere. Eher schon mit Apollo, wobei Apollo von einer viel niedrigeren Technologiestufe gestartet ist als ein Marsprogramm heute.
Constellation erinnert mich immer mehr an den „90-Day Report“ von 1989, komplett mit Mondbasis und so. Und der „90-Day Report“ wurde von der GAO, die die DRM 1.0 mit 55 Milliarden beziffert hat und die Constellation jetzt auf 130 bis 230 Milliarden schätzt, auf 450 Milliarden geschätzt. Und wie du es selbst geschrieben hast könnte die NASA Constellation auch viel billiger haben. Als die DRM 1.0 entwickelt wurde hat man z.B. noch nicht so sehr auf Sicherheit geachtet. Die Crew sollte z.B. im Hab starten, ohne Rettungsturm. War beim Shuttle ja auch so.
Die ISS war so teuer weil sie total ineffizient zusammengebaut wurde, mit lauter kleinen Raketen und vielen Unterschiedlichen Modulen. Besonders die Shuttleflüge waren teuer. Alles in allem war die ISS nichts als ein Arbeitsprogramm für das Shuttle. Man hätte die ISS viel billiger bauen können, hätte man eine Schwerlastrakete entwickelt und das ganze Ding mit ein oder zwei Starts in den Orbit befördert. Wie teuer war denn Skylab.
Also ich denke für heute 60 bis 70 Milliarden Dollar ließen sich gut mehrere Marsflüge durchführen.
MfG
Max
Der Chefwissenschaftler des NASA Mars Exploration Rover Projekts über die bemannte Raumfahrt:
http://www.space.com/news/090715-apollo11-40th-squyres.html
Squyres: You know, I’m a robot guy, that’s what I have spent most of my career doing, but I’m actually a very strong supporter of human spaceflight. I believe that the most successful exploration is going to be carried out by humans, not by robots.
What Spirit and Opportunity have done in 5 1/2 years on Mars, you and I could have done in a good week. Humans have a way to deal with surprises, to improvise, to change their plans on the spot. All you’ve got to do is look at the latest Hubble mission to see that.
…
1 Woche gegen 5 1/2 Jahre macht ungefähr dreihundertfache Produktivität. Die Zahl ist nicht aus der Luft gegriffen.
MfG
Max