Kostenersparnis bei der Raumfahrt
So lange ich denken kann hat die Raumfahrt das Henne – Ei Problem. Wenn die Transportpreise sinken, so wird prognostiziert, würden sich viele andere Anwendungen lohnen. Aufgrund der angeblichen Kostenreduktion beim Space Shuttle wurden damals eine Reihe von möglichen neuen Einsatzgebieten vorgeschlagen – von der Energieproduktion im Weltraum bis hin zur sicheren Atommüllentsorgung. Ich habe da meine Zweifel. Zum einen würden selbst wiederverwendbare Raumtransporter nur die Kosten auf die Hälfte bis ein Viertel senken, was aber dann immer noch 2500 bis 5000 Dollar pro Kilogramm in einen niedrigen Erdorbit entspricht. Ich denke aber es geht wirklich billiger, und zwar bei den derzeitigen Anwendungen, den Satelliten. Es gibt hier eine Industrie, die schon weitgehend ihre Protzesse optimiert hat: Die Hersteller von Kommunikationssatelliten. Diese werden in Kleinserien gebaut. Dabei gibt es einen Bus der eine bestimmte Leistung zur Verfügung stellt, der die Lageregelung durchführt und auf diesem wird eine Kommunikationsnutzlast montiert. Jeder Hersteller wie Loral, Hughes oder Thales-Alenia bietet mehrere dieser Busse an, die nach Leistung gestaffelt sind. Also Folge kostet ein Kommunikationssatellit „nur“ das Doppelte seines Starts, bei garantierten Betriebsdauer von 12-15 Jahren – viel mehr als heute ein Forschungssatellit aufweist.
Man könnte nun darüber diskutieren, ob eine Kostenreduktion noch weiter getrieben werden kann, doch da zu dem Satellit noch der Start dazu kommt, logistischer Aufwand und die Missionsdurchführung sowie Versicherung, glaube ich dass die Einsparungen über die Betriebszeit immer kleiner werden. Würde dieses Ziel bei wissenschaftlichen Satelliten erreicht werden, also die Fertigung für den doppelten Startpreis, so wäre schon viel erreicht. Aktuelles Beispiel: Die SMOS Mission kostet rund 210 Millionen Euro, davon entfallen rund 13 Millionen auf die Trägerrakete, eine Rockot. Diese ist zugegebener weise billiger als ein westliches Muster, doch selbst wenn sie doppelt so teuer wäre, so macht dies nur ein Achtel der Gesamtsumme aus.
Wie kann man Satelliten billiger machen? Das Prinzip ist bekannt: Es ist Serienbauweise. Bei einem wissenschaftlichen Satelliten und Raumsonden ist das teuerste die Entwicklung. Ein Nachbau kommt erheblich günstiger als das erste Exemplar. Wie teuer, das ist abhängig von der Komplexität. Das Extrembeispiel ist wohl der Viking Lander, der extrem teuer in der Entwicklung war. Ein Nachbau wäre für 10-15 % der Entwicklungskosten möglich gewesen. Auf der anderen Seite kann kam Geld gespart werden, wenn die Raumsonde schon selbst ein Nachbau ist wie es z.B. bei Venus Express der Fall war. Immerhin auch hier ist die Mission deutlich günstiger als Mars Express. Üblicherweise kostet ein Nachbau etwa 30-50 % des ersten Exemplars. Auch dies war ein Grund, warum früher die Raumsonden immer im Doppelpack gestartet wurden.
Ich möchte noch weiter gehen: Warum sollte es nicht auch das gleiche möglich sein wie bei Kommunikationssatelliten: Ein Bus der verschiedene Experimente aufnehmen kann und Ressourcen bietet (Strom, Datenverarbeitung und Sendeleistung). Warum muss die ESA/ NASA spezifizieren wie das Raumfahrzeug aussehen soll? Einfacher wäre es die Experimente und ihre Bedürfnisse zu spezifizieren und wie diese ins All kommen und ihre Daten zur Erde liefern ist Sache des Satellitenherstellers. Doch davon sind wir weit entfernt. Es gibt ja noch nicht einmal einen Wettbewerb. Es gibt ja nicht so viele Firmen die Satelliten herstellen. Anstatt Projekte zumindest innerhalb der Japan, EU und USA auszuschreiben (das Russland, Indien und China aufgrund des unterschiedlichen Lohnniveaus, aber auch der niedrigen Lebensdauer ihrer Satelliten hier ausgeschlossen werden sollten, dürfte klar sein), arbeitet jeder nur auf seinem nationalen Markt. Das gleiche gilt auch für die Starts selbst.
Solange dem so, wird wohl alles teuer bleiben.
Ich glaube, es ist der selbe Grund wie bei der bemannten Raumfahrt, der auch unbemannte Planetenmissionen teuer macht: Die Reduktion des Risikos.
Um eine Sonde erfolgreich zur Venus zu schicken, müssen geschätzt 1000 richtige Entscheidungen getroffen werden. Ein EINZIGER Fehler gefährdet immer die gesamte Mission. Das beginnt mit der mechanischen Haltbarkeit der verwendeten Materialien (sonst zerlegt sich der Satellit schon beim Start) und geht bis hin zu irgendwelchen Details in der Telemetrie-Software (sonst legt ein Fehler derselben den Navigationsrechner zur Unzeit lahm, siehe das teure Feuerwerk zum Ariane-V-Erststart).
Jedoch steigen die Kosten für die Fehlerbeseitigung exponentiell an, je näher man die Marke der 100% Zuverlässigkeit kommen will. Jedes zusätzliche Design Review muss noch detaillierter durch alle Unterlagen gehen; jeder zusätzliche Test der Hardware muss noch rigoroser und wirklichkeitsnäher erfolgen.
Es kommt der Punkt, an dem es tatsächlich billiger wäre, statt 1000er Tests am Boden einfach den Satelliten 10 mal zu bauen. Wenn Nummer 1 versagt, probiert man es halt mit Nummer 2 erneut usw. Kann man herausfinden, warum ein Satellit versagte, korrigiert man den Fehler natürlich bei den anderen.
Doch dieses Prinzip kann man nicht in der Öffentlichkeit verkaufen. Spätestens, wenn Nummer 5 abermals wegen eines dummen Fehlers nicht am Ziel ankommt, ist die Leitung der verantwortlichen Raumfahrtbehörde dem Gespött der Öffentlichkeit schutzlos ausgeliefert und deren Ablösung nur noch eine Frage der Zeit. Und der Nachfolge-Chef wird somit auf keinen Fall Probestart 6 bis 10 riskieren, obwohl sie total billig wären, sondern stattdessen erstmal ein Dutzend teurer Design Reviews und weiterer Tests anordnen. Mit der anschließend komplett neu konstruierten Hardware gelingt gleich Start 6 und das Publikum jubelt!
Bei den Nachrichten-Satelliten für das geostationäre Orbit ist die Situation insofern einfacher, als diese mit nicht einmal einer handvoll verschiedener Träger immer in dasselbe Orbit gestartet werden. Die Probleme dieser Missionen sind bekannt, die wichtigsten Fehler alle einmal gemacht und danach ausgemerzt worden. Folglich gelangt man dorthin vergleichsweise „billig“. Von der Navigation, den thermischen Belastungen, der Strahlungsbelastung, der Stromversorgung, der Kommunikation usw. haben Wissenschaftsmissionen zu anderen Planeten aber ganz andere Anforderungen. Das macht die Serienfertigung schwierig.
Dennoch sollte man über Serienproduktion nachdenken: 5 bis 10 James-Webb-Weltraumteleskope könnten viel mehr Objekte in Augenschein nehmen als eines, zu vielleicht gerade mal den doppelten Kosten. Auch Gaia würde davon profitieren, wenn man gleich mehrere dieser „astronomischen Datensammler“ produziert und z.B. im 2-Jahres-Abstand startet.
Jag
Genau das ist vor rund 40 Jahren eingetreten beim Ranger Projekt. Da waren die Raumsonden unausgereiftt und man hat nach jedem Fehlstart die Fehler beseitigt. Das JPL ging damals noch so vor wie bei Tests von Flugzeugtriebwerken oder auch die Army bei den frühen Raketenversuchen: Fehler feststellen, eliminieren, nächster Versuch. Das ging schwer ins Auge.
Es ist meiner Ansicht nach aber nicht so gravierend. Natürlich gibt es auch heute noch Missionen die etwas piPionierhartesn sich haben, erstmals völlig neue Verfahren erproben. Aber so viel unterscheidet eine Raumsonde sonst nicht mehr von einem Satelliten. Wenn man von n=1 auf n=10 übergeht sollte man auch nicht vergessen, dass dann natürlich der Raketenstart einen immer größeren Anteil am Gesamtbudget einnimmt und aus diesem Grund sollte die Mission schon klappen.
Ich denke aber durch Stadardisierung könnte man die Kosten von Raumsonden schon beträchtlich senken. Zum James Webb Teleskop: Das verrückte dabei ist: Weil es absolut so teuer ist, hat man garantiert kein Geld übrig es zweimal zu bauen auch wenn das zweite Exemplar sehr viel billiger wird. Es wurde ja schon während der entwicklung der Spiegeldurchmesser abgesenkt und eine weitere reduktion konnte gerade noch verhindert werden