Bigelow, Trump und das Mondprogramm

Robert Bigelow, der Gründer der gleichnamigen Firma hat Trump aufgefordert, das NASA-Budget auf 1% zu erhöhen und ein Mondprogramm zu initiieren. Das wäre mehr als eine Verdopplung von derzeit 19 auf 40 Milliarden Dollar pro Jahr. Es gäbe einen „Business case“ für den Mond, anders als für den Mars. Nun ja ich glaube es gibt bei beiden keinen Business Case. Auch Bigelows Urteil über Business Cases muss man an dem seiner eigenen Firma sehen: er sieht ja einen Business Case in privaten Raumstationen. Nur seine eigene wartet seit Jahren auf den Start. In SpaceX Launchmanifest steht er seit Jahren und seine Belegschaft hat er schon drastisch reduzieren müssen.

Meine Erfahrungen mit den letzten drei Präsidenten, die Republikaner waren, sind daher auch eher die, dass die NASA weniger Geld bekommen wird. Aber nehmen wir mal an, Trump würde tatsächlich das Budget auf 1% des Gesamthaushaltes erhöhen. Das ist das Niveau von 1976, seitdem lag es immer unter 1%. Das Geld soll in ein Mondprogramm investiert werden.

Wie viel bleibt für ein Mondprogramm?

Für das Jahr 2016 hat die NASA 17.600 Millionen Dollar beantragt. Davon sind 8.510 Millionen Dollar, also fast die Hälfte für die bemannte Raumfahrt. Der Anteil ist relativ hoch, vor allem weil von den Mitteln mehr als ein Viertel nicht in konkrete Missionen, sondern allgemeine Forschung und die Fixkosten der Zentren geht. Das Science Budget ist mit 5.289 Millionen Dollar deutlich geringer. Zu guten Zeiten war es mal fast gleich groß.

Mit 22.400 Millionen Dollar mehr würde das Budget für bemannte Raumfahrt um 263% steigern. Die Augustine Kommission befand, dass Bushs Mondprogramm mit 99 Milliarden unterfinanziert war und 146 Milliarden erfordern würde. Mit 22,4 Milliarden pro Jahr wäre es aber in 7 Jahren durchführbar. Das ist ein wichtiger Punkt. Ich halte Projekte die über 10 Jahre laufen für ineffizient. In der Zeit veralten Systeme, aber vor allem auch wechseln viele Mitarbeiter aus den Projekten und neue müssen eingearbeitet werden. Da alle Projekte einen konstanten Mitarbeiterstamm haben, kosten sie automatisch mehr, je länger sie dauern. Deutlich wird das, wenn man etwas verschieben muss. Das kommt vor bei einer Raumsonde, die ihr Startfenster versäumt. Bei Curiosity bezifferte man z.B. nur die Kosten, wenn die Raumsonde erneut, ihr Startfenster versäumt auf weitere 570 Millionen Dollar, das sind etwa 20% der Gesamtkosten. Nicht zuletzt hat man Apollo in 8 Jahren geschafft, dabei musste man damals wirklich vieles erfinden, was es vorher nicht gab. Dagegen könnte heute ein Mondprogramm auf weitestgehend erprobte Technik basieren. Ich glaube sogar das ein Mondprogramm eher mit den Planungen von 99 Milliarden umsetzbar ist, vielleicht sogar noch billiger, den die SLS ist schon finanziert, Orion auch. Was man noch braucht, ist ein Mondlander und eine Mondbasis.

Ein sinnvolles Programm

Der Mond ist nicht der Mars. Es gibt einige Unterschiede, die wichtig sind:

• Der Mond ist in maximal 4 Tagen erreichbar, der Mars in 200 bis 300 Tagen.
• Man kann jederzeit zu ihm starten. Zum Mars nur alle 26 Monate.
• Eine minimale Missionsdauer beträgt rund 8 Tage, bei Mars etwa 33 Monate.
• Er hat keine Atmosphäre, der Mars eine dünne Atmosphäre.
• Ein Tag dauert 28 Tage, beim Mars 24 Stunden 40 Minuten.

Man kann den Mond zwar als Vorbereitung für eine Marsmission nutzen. Wenn man ihn aber nur erforschen will, dann unterscheiden sich die Missionen deutlich. So wird man nicht mit einer Kapsel landen, denn es gibt keine Atmosphäre zur Abbremsung. Man muss daher mehr Geschwindigkeit vernichten und Lander werden eher leichtgewichtig als aerodynamisch sein.

Die lange Mondnacht ist ein Problem. Es ist 14 Tage lang dunkel, dabei sinken die Temperaturen stark ab. Die Energie über so lange Zeit kann man nicht mit Batterien speichern, man bräuchte dazu eine viel zu große Masse. Zudem sind die Arbeitsmöglichkeiten im Dunkeln doch stark beschränkt. Weit weg von der Basis wird man sich in der Mondnacht nicht wagen. Da man schnell wieder zur Erde zurückkommt, gibt es zwei Möglichkeiten: Entweder man installiert für eine Basis viel Infrastruktur, die man braucht, um die Nacht zu überstehen wie einen Reaktor oder eine Elektrolyseanlage und Gastanks oder man setzt von vorneherein jede Mission nur auf 14 Tage an. Ich tendiere zu Letztem. Mit einem Auto, das 10 km/h schafft, kann man in 4 Stunden 40 km weit fahren, das dehnt das Untersuchungsgebiet auf einen Kreis von 80 km um den Landeort aus. Das eröffnet einem doch etliche Ziele.

Jede Basis wird dann eher klein sein. Sinnvollerweise wird man eine Station vor der Besatzung landen. Sie besteht aus der Abstiegsstufe des Mondlanders und einer kleinen Behausung. Bei 30 t in die Mondtransferbahn bleiben noch etwa 11 t für die Nutzlast. Nimmt man das Fläechengewicht des MPLM als Basis für eine Berechnung der Größe des Habitats, und etwa genauso viel, wie das Modul wiegt für die Einrichtung, so reicht das für einen Quader von 4,5 m Höhe (zwei Stockwerke zu je 2,25 m Höhe) und 5,70 m Seitenlänge mit einer Fläche von knapp 65 m² – das sollte für 4 Astronauten und zwei Wochen reichen.

Die Besatzung käme dann mit einem zweiten Lander mit Rückkehrstufe. Ein dritter Lander würde dann Vorräte und sperrige Ausrüstung transportieren. Alternativ baut man zwei kleinere Behausungen und lädt Vorräte und kleine Gegenstände in die Habitate und bringt größere Ausrüstung wie das Mondauto an der Seite an.

Eine Mission würde so drei SLS-Starts, drei Abstiegsstufen und 1-2 Labors erfordern. Das gibt dann auch einen Einspareffekt durch Serienbauweise. Mit zwei Missionen pro Jahr kommt man so auf 6 SLS Starts. Reichen die Vorräte für mehr als 14 Tage so könnte man eine Station auch zweimal besuchen. Dann braucht man für den zweiten Start nur eine SLS. Landeplätze gibt es genug. Bei Apollo ging man auf Sicherheit und landete nur in den Maria und nahe des Äquators auf der Mondvorderseite. Die Hochländer sind kaum erforscht. Die Mondrückseite komplett unerforscht. Für die Kommunikation auf der Mondrückseite müsste man im L4 oder L5 Librationspunkt einen Kommunikationssatelliten platzieren, da die Mondrückseite permanent von der Erde abgewandt ist.

Verglichen mit einem Marsprogramm wäre der Investitionsaufwand gering:

• Die Missionsdauer ist kurz, das Risiko ebenfalls – man kann schnell wieder zur Erde zurück.
• Man muss daher nicht so viele abgeschlossene Systeme entwickeln, wie beim Mars, weniger Vorräte und viel weniger Masse transportieren.
• Raumfahrzeug (Orion) und Trägerrakete (SLS) stehen bald zur Verfügung man braucht nur noch einen Mondlander und ein Habitat.
• Man kann jederzeit starten und hat nicht nur kurze Startfenster alle 26 Monate zur Verfügung.

Unter der Prämisse finde ich sogar die 99 Milliarden Dollar für Bushs Mondprogramm für zu hoch angesetzt.

Für ein Marsprogramm wäre das Mondprogramm in der Form als Vorbereitung nur bedingt geeignet. Man hat dann die nötige Trägerrakete und die Kapsel, die man braucht, um vom Mars zu starten bzw. von der Erde zu starten und landen. Man könnte, wenn man ein Marsprogramm solarelektrisch durchführen will, die Module dafür entwickeln. Sie werden eine wesentlich höhere elektrische Leistung brauchen als heutige Ionenantriebe und auch die Ionenantriebe mit diesem Schub wären technisches Neuland. Dann könnte man zumindest die beiden unbemannten Teile aus einer Erdumlaufbahn in eine Mondbahn spiralen. Das würde die Nutzlast um 70 bis 100% erhöhen, da typisch nur 30% der Masse aus der Erdbahn beim Mond ankommen und man noch etwas Geschwindigkeit spart da man aus einer Umlaufbahn und nicht direkt landet.

Aber wie schon gesagt ich glaube nicht dran. Ich würde von Trump eher erwarten, dass er das Budget radikal beschneidet oder noch mehr kommerzialisiert.