Nutzlasten für die SLS – Teil 2

In meiner kleinen, lockeren Serie, wofür man die SLS verwenden kann, schließlich gibt es ja kein bemanntes Programm das sie erforderlich macht, heute ein Doppelstart: der der geschenkten NRO Teleskope. Die NASA bekam letztes Jahr von der NRO zwei Teleskope geschenkt die wohl für ihre KH-12/13 geplant waren. Man weiß nicht viel über die Teleskope, sie sollen nur den Durchmesser des HST haben, aber eine kürzere Brennweite, also Weitwinkelinstrumente sein, wie sie bei Satelliten auch sinnvoller sind die die Erde beobachten.

Nun wog Hubble 11,6 t. Wir wissen nicht wie viel Satelliten mit dem neuen Teleskop wiegen werden, doch denke ich eher weniger. Zum einen ist der Tubus kürzer, wegen der kleineren Brennweite. Zum anderen hat Hubble noch einen massiven Spiegel, heute  verwendet man entweder das leichtere Siliziumkarbid (Herschel) oder ausgehöhlte Spiegel (Kepler). Das HST wiegt 11,6 t. Die Chancen stehen also gut, dass ein besser ausgestattet Teleskop nicht mehr wiegt.,

Die SLS soll 25 t auf eine Fluchtbahn transportieren können, damit könnte man beide Teleskope auf eine Fluchtbahn starten. Warum Fluchtbahn? Nun im optischen macht ein Hubble 2 nur wenig Sinn. Hier haben irdische Teleskope in der Auflösung aufgeschlossen. In der Öffnung übertreffen sie das HST sowieso. Sinnvoll sind IR-Untersuchungen, die sind zum einen wegen der Filterwirkung der Atmosphäre bei uns schwer möglich, zum anderen kann man zwar bei einem Großteleskop die Detektoren kühlen, nicht jedoch die Spiegel. Dadurch ist die Empfindlichkeit bei größeren Wellenlängen beeinträchtigt.

Im Weltraum hat man die Probleme nicht. Allerdings gibt es in einer erdnahen Bahn noch die Erde als IR-Quelle, schließlich strahlt die Erde IR-Strahlung mit einem Maximum bei etwa 11 µm ab. IR-Satelliten sind daher sukzessive immer weiter von der Erde abgerückt. IRAS war noch auf einer niedrigen Erdumlaufbahn, ISO auf einer GEO-Bahn, Spitzer und Herschel sind auf Sonnenumlaufbahnen. Die Sonne strahlt zwar intensiver, ist jedoch eine punktförmige Lichtquelle, anders als die Erdscheibe bei einer niedrigen Umlaufbahn. Man kann sich relativ einfach gegen die Sonnenstrahlung mit einem Schild schützen, der weiß angestrichen ist und so 90% des Lichts reflektiert. Mit einem Abstand zum Satelliten hat man dann eine tolle Vakuumisolation. Das JWST wird so eine Technik einsetzen und kommt ohne Kühlung aus. Bei der Erdscheibe die auf einer niedrigen Umlaufbahn fast eine Hemisphäre ausmacht, ist das nicht möglich.

Verglichen mit dem JWST werden die beiden Teleskope kleiner sein, aber sie können doppelt so schwerer sein, was eine aufwendigere Instrumentierung ermöglicht. Denkbar wäre auch eine aktive Kühlung wie bisher schon bei Satelliten eingesetzt. Bisher verwendet man dazu Helium um ganz tiefe Temperaturen zu erreichen. Doch wenn man sich mit 20 K zufrieden gibt kann man Wasserstoff einsetzen und für Wasserstoff gibt es zumindest experimentell Rückverflüssigungsanlagen für den Weltraum (gedacht für Oberstufen). 20 K ist um ein vielfaches wärmer als die mit Helium erreichbaren Temperaturen, aber es ist immer noch erheblich kälter als die 70 K die das JWST erreichen soll.

Eine Alternative ist es eines der beiden Teleskope zur UV-Beobachtung umzurüsten. Das UV-Bereich, der Spektralbereich zwischen Sichtbarem und Röntgenbereich ist ein bisschen vernachlässigt. Zugegeben spielt sich viel im Universum bei sehr großen Energien also Röntgenstrahlen und Gammastrahlen ab, oder es ist so kalt, dass man IR-Strahlung hat wie bei Molekülwolken. So gab es anders als bei anderen Spektralbereichen seit dem 1978 gestarteten IUS keinen spezialisierten UV-Satelliten mehr. Das könnte man nachholen. Optisch eignet sich ein Spiegelteleskop genauso gut für die UV-Beobachtung.

Eine SLS könnte beide Teleskope mit je 12,5 t Gewicht zusammen befördern. Bei einer Größe des Nutzlastraums von 8,38 m passen auch beide nebeneinander hinein. Ein idealer Punkt wäre der Librationspunkt L2, 1,5 Millionen Kilometer jenseits der Erdbahn. Dort befindet sich eine Sonne im Erdhalbschatten, was auch die Sonneneinstrahlung reduziert. Die Kommunikation ist einfach, es gibt pro Tag über 8 Stunden Funkverbindung und es ist noch nicht so weit entfernt als dass man riesige Antennen oder starke Sender bräuchte.

Eine alternative, die ich aber nicht durchrechnen kann wäre für nur ein Teleskop ein „schwarzer Orbit“. Den habe ich bei Ruppe gefunden, leider ohne Bahnangaben. Es soll ein Orbit um den Mars sein, bei dem ein Satellit permanent im Marsschatten ist. Er wäre ideal für IR-Observatorien. Die Stromversorgung müsste durch RTG erfolgen, doch wenn man die mit einem Ausleger weit genug von dem Satelliten wegbringt, dann ist das kein Problem. Bei 1 kW elektrischer Leistung reden wir von 5 kW thermischer Leistung (bei SRG) die in 20 m Entfernung nur noch 4 Watt/m² sind. Das kann man gut abschirmen. Zusätzlich würde man einen Kommunikationssatelliten benötigen, da wahrscheinlich den größten Teil der Zeit es keine Funkverbindung zur erde gäbe. Doch ohne Bahndaten ist das schwer durchrechenbar. Als Vorteil wären ohne kative Kühlung sehr tiefe Temperaturen möglich.