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Web Log Teil 123: 4.8.2009-10.8.2009

Dienstag 4.8.2009: Feste Treibstoffe

Nachdem es ja da eine Mini Diskussion im Blog "Ich bin ein Wasserstofffan" gab heute mal was allgemeines zu festen Treibstoffen und aus raketentechnischer Sicht, also ohne konkret auf realisierte Antriebe einzugehen. Im Prinzip gelten für feste Treibstoffe dieselben Regeln wie für flüssige auch. Die Ausströmungsgeschwindigkeit aus der Düse (und damit der spezifische Impuls) hängen neben dem konkreten Aufbau des Motors (Brennkammerdruck, Entspannungsverhältnis) vom Treibstoff ab und zwar:

Das erste ist wohl allen klar: Je höher die Verbrennungsenergie ist desto heißer ist es in der Brennkammer, desto höher die Geschwindigkeit des Abgases. In der Tat haben einige feste Elemente oder Verbindungen Verbrennungsenergien die sehr gut sind, bedingt durch ihr unedles Verhalten. Zu nennen wären hier Lithium, Natrium, Magnesium und Aluminium verbrannt mit Sauerstoff. Leider sind viele Verbindungen an Luft instabil, so dass z.B. bei der obigen Liste nur noch Magnesium und Aluminium übrig bleiben.

Das zweite ist die Molasse. Gemäß der allgemeinen Gasgleichung ist die Geschwindigkeit eines Gasmoleküls bei einer bestimmten Temperatur nur von der Temperatur und Molasse ab. Das ist der Grund warum Wasserstoff so hohe spezifische Impulse hat: Er ist das leichteste Element und Wasser als Verbrennungsprodukt von Wasserstoff ist auch leichter als z.B. Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid die bei der Verbrennung von Kerosin mit entstehen oder Stickoxide oder Stickstoff wie bei der Verbrennung von Hydrazine.

Aber es gibt einen Unterschied: Feste Treibstoffe beinhalten meist ein Produkt, dass auch fest ist. In der Mischung HTPB / Aluminium / Ammoniumperchlorat ist es z.B. Aluminiumoxid. Würde man Aluminium mit Sauerstoff verbrennen, so entsteht dieses ausschließlich.

Der Schub eines Raketentriebwerks kommt daher, dass die Düse die Gasbewegung in eine Richtung kanalisiert und sie dadurch nach dem Gesetz Aktion = Reaktion die Rakete in die andere Richtung fortschieben. Je länger sie es können (je größer die Düse ist), desto höher ist er, wobei durch die Entspannung der Gase der Druck und damit der Schubgewinn rasch abnehmen. Wenn nun beim Abgas irgendwann die Schmelztemperatur von Korund erreicht ist fällt es aus - und das ist schon bei 3300°C der Fall. Der Effekt ist wie wenn Sie einen Dampfrdrucktopf unter kaltes Wasser stellen - auch hier kondensiert das Gas zu Flüssigkeit und dadurch verringert sich das Volumen enorm. Der Druck fehlt und es gelten nicht mehr die Gasgesetze. Man hat nun Schmelze die sich bald zusammenklumpt. (Die Ablagerung von Schmelzprodukten an der Düse ist z-.B. ein wichtiger Punkt der bei dem Design von Feststoffantrieben bedacht werden muss

In diesem Moment scheidet das Aluminiumoxid aus dem Gasgleichgewicht aus und der Druck geht zurück. Das ist aber kein Beinbruch, wenn noch gasförmige Produkte entstehen. So entsteht bei der Verbrennung des üblichen festen Treibstoffs ja auch noch Wasser, Salzsäure, Stickstoff und Stickoxide - alles Gase. Diese werden durch das heiße Aluminiumoxid erhitzt und dadurch ist der spezifische Impuls nicht so schlecht wie man zuerst annehmen sollte.

Das ist auch der Effekt bei der von Max angesprochenen Verbrennung von Aluminium und Wasserstoff: Hier wird praktisch der Wasserstoff durch das Aluminiumoxid erhitzt und da dieses eher mit dem Sauerstoff reagiert als der Wasserstoff ist auch der spezifische Impuls durch nicht umsetzten Wasserstoff recht hoch. (Kleine Atommasse). Das die Verbrennung von Aluminium mit Sauerstoff überhaupt einen brauchbaren spezifischen Impuls liefert (er liebt bei stöchiometrischer Umsetzung) bei etwa 2200-2400 m/s je nach Entspannungsverhältnis) liegt daran, dass so schnell das ganze Aluminium gar nicht reagieren kann. So findet man auch Sauerstoff im Abgas und das sorgt überhaupt für den spezifischen Impuls.

Die Lösung ist es einfach einen Stoff zuzusetzen, der bei der Verbrennung gasförmig ist. Der Binder von heutigen festen Treibstoffen ist ein Kunststoff. Er verbrennt zu wasser, Kohlendioxid und Kohlenmonoxyd. Dadurch ergibt sich erst der hohe spezifische Impuls. Eine andere Lösung sind die hybride der Metalle, sie sind zum einen meist endotherm, liefern also beim Verbrennen noch mehr Energie als die Metalle selbst und zum anderen ist der Wasserstoff natürlich dann auch wieder ein sehr leichtes Gas.

So an der Stelle maal der Klugscheißer Teil zu ein paar Kommentaren in der letzten Zeit.

Also Ilmenit hat auch auf der Erde eine Fe2+Ti4+ Struktur. So stehst zumindest in meinem Buch über Grundlagen der anorganischen Chemie drin. Es hätte mich auch gewundert, weil Titan (III) Verbindungen recht instabil sind und sich leicht zu Titan IV oxidieren. Das ein Mineral als Halbleiter fungieren soll steht nicht drin, es ist aber auch egal, denn weder auf dem Mond noch auf der Erde findet man es in Reinform und wenn man aufarbeiten muss, kann man dann auch gleich Silizium als Halbleiter nehmen.

Es gibt auch Ionentriebwerke die mit leichten Treibstoffen arbeiten. Nur eben keine elektrostatischen Triebwerke, sondern Plasmatriebwerke. Bei wird der Treibstoff durch einen Lichtbogen oder eine Entladung ionisiert. Der spezifische Impuls ist recht niedrig, aber um so besser je kleiner die Molekülmasse ist (gerade umgekehrt wie bei den elektrostatischen Ionenantrieben).

Min viertes Buch über europäische Träger verkauft sich nun auch langsam recht gut, also ich bin zufrieden. Derweil arbeite ich schon am Band 2 des Raketenlexikons und habe Daten von den russischen und europäischen Raketen schon zusammen gesucht und ärgere mich gerade mit der chinesischen Informationspolitik bei Trägern und ihrer "systematischen" Vorgehensweise bei der Benennung der Träger herum. Morgen gibt es einen Blog von Michael Jahn. Von Thomas akzeptiere ich erst neue Blogs wenn er fertig mit dem Korrekturlesen ist.

Mittwoch: 5.8.2008: Flash-Disks - Richtig eingesetzt

Heute wieder ein Blog von mir. Michael Jahns Artikel waren zu kurz und zu speziell für diesen Blog. Eigentlich hatte ich ja vor eine kleine Serie über Bestandteile der Nahrung zu machen, aber da ich mit einer Erkältung herum laboriere, beschränke ich mich auf ein für mich nicht so zeitintensives Thema: Flash Disks auch SSD genannt (Solid State Disks). Das sind "Festplatten" aus Flash Speichern, so wie sie jeder von SD/CF Karten oder USB-Sticks kennt. Dazu eine Kontrollerlogik und ein SATA Interface. Das ganze sieht dann so aus wie eine 1,8" oder 2.5" Festplatte und wird wie diese eingebaut, hat also auch ein SATA Interface.

Sie sind noch recht teuer und haben mit maximal 256 GByte noch nicht die Kapazität heutiger Festplatten erreicht. Wofür also? Nun ich muss sagen in der derzeitigen Form sind sie vielleicht etwas für spezielle Anwendungsgebiete. Personen bei denen die Daten recht wichtig sind (keine Möglichkeit eines Headcrashs) oder für rauen Einsatz in Outdoor-Notebooks. Die Spitzenexemplare sind auch in bestimmten Bereichen schneller als 2.5" Platten und dann vielleicht etwas für das Luxus-Notebook.

Es gibt zwei Gründe, warum der Durchbruch noch nicht da ist. Ein Hardware und ein Softwaregrund. Der Hardwaregrund: Flash Speicher ist vom Prinzip her beim Lesen nicht viel langsamer als normales RAM. (Zum Schreiben komme ich noch).Vor allem addieren sich theoretisch die Datenmengen aller Bausteine, wenn parallel auf sie zugegriffen werden kann. Allerdings sitzen in den meisten SSD recht einfache Controller und deren Datenrate ist sehr schlecht - denn Effekt kennt man ja auch von billigen USB Sticks oder SD-Karten. Nur Intel scheint hier eine Ausnahme zu sein, aber da kostet eine 80 GB SSD dann auch schon 300 Euro. Bei anderen Exemplaren sind SSD's heute sogar noch langsamer als normale Notebook Festplatten.

Der zweite ist ein Softwareproblem kombiniert mit den Eigenschaften eines Flash Speichers. Um zu schreiben muss bei einem Flash Speicher erst ein Block ausgelesen werden, dann werden die Informationen geändert, und dann der Block gelöscht und zurückgeschrieben. Verglichen mit dem Lesen dauert dies sehr viel länger. Auch diesen Effekt kennen Sie: Alls SD-Karten oder USB Sticks schreiben langsamer, als sie auslesen können. Damit es gut geht haben die SSD Disks meistens noch lokales RAM an Bord, typischerweise so 128 MByte. Das ist nötig, weil die Blöcke auf den SSD viel größer als Sektoren auf einer Festplatte sind. Normal sind hier 512 KByte. Dies dient dazu Blöcke zwischen zuspeichern und erst dann zu schreiben, wenn es auch genügend Änderungen gab. Zu viel RAM ist auch nicht gut, obwohl bei den heutigen Preisen sicher auch 1 oder 2 GByte bei den Preisen der SSD drin wären - denn natürlich steigt die Gefahr eines Datenverlustes, wenn dann der Strom mal zu Ende geht oder ausfällt.

Die Lösung wäre es das Dateisystem des Betriebssystems anzupassen. Windows und Linux speichern heute in 4 KByte Blöcken und geben diese Veränderungen auch so an die SSD weiter. Wenn das Betriebssystem Schreibzugriffe sammeln würde, bis ein 512 KByte Block voll wird oder es merkt, dass nun in diesem Block keine neuen Daten mehr dazukommen, so könnten die SSD effizienter werden. Eine zweite Verbesserung könnte das Betriebssystem leisten: Eine SSD weiß Prinzipbedingt nicht, wann ein Block frei ist. also dort zwar noch Daten stehen, aber diese nicht mehr relevant ist, weil die Datei gelöscht wurde. Wenn diese Information an die SSD weitergegeben würde, dann kann dieser Block viel schneller beschreiben werden, weil dann das Auslesen entfällt. So hat auch Intel einen Vorstoß gemacht die SATA Standards um dieses Feature zu erweitern.

Ich hätte einen anderen Vorschlag: Die Frage ist nicht die: SSD oder Festplatte, sondern das Beste aus beiden Welten zu übernehmen. Die SSD ist gut, wenn ich nur Daten auslesen muss. Schreiben dauert lang, vor allem der Random Access Zugriff auf viele unterschiedliche Blöcke. Eine Festplatte ist hier noch überlegener und sie ist viel preiswerter. Nun gibt es Daten die ändern sich bei mir fast nie und bei denen ärgere ich mich immer über die langsamen Startzeiten: Das Betriebssystem, bestimmte Programme. Diese beruhen sicherlich nur zu einem Teil auf dem Lesen von der Festplatte (selbst bei meinem 4 Jahre alten Computer dauert das Einlesen aller Firefox Dateien vielleicht 1 Sekunde, aber die Startzeit beträgt rund 10 Sekunden) - aber diese Dateien könnte man auf eine SSD auslagern. Die müsste dann auch nicht so groß sein. Wenn man sich auf das Betriebssystem beschränkt vielleicht 10 GByte, mit den wichtigsten Anwendungsprogrammen vielleicht 20. Alle Daten, alles was sich ändert kommt dann auf die Festplatte. Ich denke das wäre eine gute Lösung.

Donnerstag 6.8.2009: Analogkäse und Schwarzwälder Schinken

Gestern konnte ich bei einer Talkshow eine Auseinandersetzung zwischen einem Autor von "Verbrauchraufklärungsbüchern" und einem Vorsitzenden der Lebensmittelindustrie sehen. (Fragen sie mich nicht nach dem Namen, kam gestern im Anschluss an Abenteuer Forschung, sonst hätte ich es wahrscheinlich gar nicht mitbekommen). Es ging anfangs um Analogkäse , Formschinken und Pesto mit wenig Olivenöl und ohne Pistazien. Aber schwenkte dann ziemlich schnell in Unterstellungen an die Firma des Vorsitzenden um, wahrscheinlich weil sich alle beim Thema Analogkäse einig waren.

Also: Diese Firma stellt offenbar Wurstwaren her und hat auch eine Räucherei im Schwarzwald. Dort wird dann Schinken nach traditioneller Art geräuchert und von der Firma als "Schwarzwälder Schinken" verkauft. Die Schweine selbst stammen aus Nordrhein-Westfalen. Nun sei dies Betrug am Verbraucher und er sollte schreiben "geräuchert im Schwarzwald", anstatt "Schwarzwälder Schinken". Auch wenn ein Koch noch schlichten wollte indem er sagte, die Fronten wären inzwischen so verhärtet, dass es nur noch "Schwarz und Weis" gäbe. hörte der angebliche Verbraucherschützer nicht auf weiter auf, seinem Gegenspieler bzw. seinem Produkt herumzuhacken und muss den Moderator angesteckt haben, der nun auch Gratinkäse als Betrug empfand, weil dieser aus geriebenem Edamer und Tilsiter bestand, anstatt aus Mozzarella wie er meinte. Nur Mozzarella gehört auf eine Pizza.

Das war wieder mal eine Gelegenheit wo man aufklären könnte und die man vertan hat. Zuerst einmal wie sieht es um das Verbot von Analogkäse und Co aus? Unser Lebensmittelrecht hat zwei wichtige Dinge: Das eine ist der Schutz von gesundheitlichen Schäden und das zweite ist der Schutz von Täuschung. So sind Lebensmittel die verdorben sind, oder ekelerregend, nicht verkehrsfähig. Hackfleisch darf nur einen Tag lang verkauft werden und aufgetaute Ware nicht mehr eingefroren werden. Das alles sind Gebote für den Gesundheitsschutz. Doch darum geht es nicht bei Analogkäse: Sojaeiweiß ist verkehrsfähig. Daraus wird Tofu gemacht und Pflanzenöle sind es auch, damit braten und kochen Millionen von Menschen, also ist der aus beiden Teilen bestehende Analogkäse verkehrsfähig. Das zweite ist der Schutz vor Täuschung und das wird sehr oft verletzt. Weniger von den Herstellern. Die verwenden das Wort "Käse" bewusst nicht auf den Produkten. Das ist wegen der möglichen Täuschung verboten. Das ganze heißt nun "Pizza-Mix" oder "Gastromix". Die Täuschung fängt da an, wo dieses anstatt Käse eingesetzt wird und der Verbraucher dies nicht weis. Wer eine Pizza in einer Pizzeria kauft, geht davon aus, das darauf Käse ist und kein Käseimitat. Doch das ist ein Täuschungsversuch wie er schon bisher oft möglich war und begangen wurde. Als ich LM-Chemie studierte, wurden die meisten Kebab Buden abgemahnt. Einige wegen Verstößen gegen den damaligen §8 LMBG (das Hackfleisch war nicht frisch, teilweise waren die Spiese innen grün) meistens aber wegen Verstoß gegen den damaligen §17 also Täuschung, weil die Spieße nur aus Hackfleisch bestanden oder der Mindestgehalt an stückigem Fleisch unterschritten war. Man kann Wurst mit geringem Gehalt an Muskelfelsich herstellen, Trüffelleberwurst ohne Trüffel, etc. Wo immer Zutaten teuer sind und es billigen Ersatz gibt, wird es Leute geben, die das ausnützen. Aber es kann nicht Aufgabe der Politik sein, deswegen den billigen Ersatz zu verbieten. Nun könnte man bei Formfleisch darauf kommen, dass eine schnittfeste Stärkemischung mit Eiweiß ekelerregend ist und es deswegen verbieten. Doch wo ist da die Grenze? Ich finde Weinbergschnecken ekelerregend und fermentierte asiatische Soßen sind für mich verdorben - werden die dann auch verboten?

Das nächste wäre es festzulegen, woraus bestimmte Lebensmittel bestehen. Doch abgesehen dass dies eine riesige Aufgabe wäre - was wäre dann mit neuartigen Lebensmitteln? Für mein Buch hatte ich einen Waldfruchtriegel besprochen, bei dem die Obstfüllung fast ausschließlich aus Äpfeln und Datteln bestand. Waldfrüchte machten 2,9 % des Riegels aus, 72 % der Gesamtfurchtanteil, Das halte ich für eine Unverschämtheit. Natürlich kann man dies vor dem Kauf durch Lesen des Zutatenverzeichnisses herausfinden können. Doch es sollte nicht möglich sein. Es sollte eine Regelung geben, dass wenn etwas heraus beworben wird, es in größerer Menge - verglichen mit analogen Produkten enthalten ist. Der Vergleich mit dem Markt ist wichtig, denn natürlich werden Fruchtbonbons nicht zu 50 % aus Fruchtsaftkonzentrat bestehen - das geht technologisch nicht, dann sind es keine Bonbons mehr sondern Sirup.

Man sollte sich eines aber immer im Klaren sein: Es ist nicht möglich jedes Lebensmittel zu definieren. So ist die Anwandlung des Moderators, dass auf eine Pizza nur Mozzarella gehört seine persönliche Meinung, Vielleicht ist das so bei echt italientischen Pizzas in den Edelrestaurants in denen er speist. Aber alle Pizzas die ich kenne, sowohl Tiefkühlpizza wie auch vom Italiener, nehmen normalen Schnittkäse dafür. Wenn Mozzarella drauf ist dann heißt die Pizza auch "Pizza Mozzarella" oder "mit Mozzarella" - und das ist gut so, denn ich kann Mozzarella nicht ausstehen. Das gleiche ist die Sache mit dem Pesto: Diese Pestosoße soll nur wenig Olivenöl und sonst Sonnenblumenöl enthalten und Cashewkerne anstatt Pistazien. Ich bin mir nicht sicher, ob jede italienische Pestosoße nur aus Olivenöl und Pistazien besteht. Bei Produkten die variiert werden können gibt es eben solche Möglichkeiten. Nach Wikipedia ist das zumindest der Normalfall. Wenn es nach dem Moderator ginge gäbe es wahrscheinlich nur noch Produkte nach "Original" Rezepturen - wenn es diese bei einem Gericht mit so, vielen Variationen wie z.B. Pizza gibt.

Zurück zum Schwarzwälder Schinken. Mich wundert dass hier zwei Fragen nicht gestellt wurden:

Selbst meine Mutter wusste sofort, das bei Schwarzwälder Schinken die Räuchermethode das entscheidende ist. Natürlich spielt auch noch die Fleischqualität eine Rolle, doch über die entscheiden die Haltungsbedingungen und nicht die geographische Region, in der ein Schwein aufgewachsen ist. Daher ist die Kennzeichnung in Ordnung und eine andere ist auch nicht möglich: Denn "Schwarzwälder Schinken" ist eine geschützte geographische Angabe. Sie steht für ein bestimmtes Verfahren und für ein bestimmtes Produkt. "Schinken im Schwarzwald geräuchert", hat diesen Bezug nicht. Er sagt auch nichts übers Produkt aus. Das spezifische ist z.b. das Räuchern mit Nadelholz, Wacholder, dass einen besonders kräftiges, rauchiges Aroma ergibt. Der Vorstoß dieses "Verbraucherschützers" wäre daher nicht mehr Aufklärung sondern weniger.

Natürlich könnte man nun fordern, dass bei Schwarzwälder Schinken die gesamte Produktionskette im Schwarzwald liegen muss, also auch die Schweinezucht. Das kann man fordern. Aber dann muss man auch mit den Konsequenzen leben. Im Schwarzwald gibt es nur wenig Schweinezucht und der Schinken wäre dann wahrscheinlich genauso selten im Kühlregal wie Kaviar. Im Übrigen kauften auch schon früher die Schwarzwälder Metzger ihre Schweine aus Frankreich oder dem Rest von Baden Württemberg, so dass dies nicht mal die früheren Zustände abdeckt. Das ganze gilt dann auch für zahlreiche andere regionale Spezialitäten wie Parmaschinken, Serraner Schinken oder Frankfurter Würstchen.

In jedem Falle tun solche "Verbraucherschützer" sich keinen Gefallen und auch der Moderator war keine Glanzleistung. Aufgeklärt hat diese Sendung rein gar nichts - aber dafür gibt es ja diesen Blog.

Sonntag 9.8.2009: Niemals genug Zeit

Seit Anfang Juli bin ich im Urlaub, noch bis Ende August, dann arbeitslos, weil mein ehemaliger Arbeitgeber, die Hochschule Esslingen lieber in Zeiten der Krise nun lieber neue Leute einstellt, anstatt die Verträge der bestehenden zu verlängern. Schließlich eröffnet sich ja die Chance die vielen offenen Stellen zu besetzen, auf die sich sonst niemand bewirbt, weil die Bezahlung schlecht ist und es keine Chance auf Daueranstellung gibt und man nur von Jahresvertrag zu Jahresvertrag hüpft - oder eben nicht, wenn man wie ich an die 6 Jahresgrenze kommt ab der das nicht mehr möglich ist.

So gesehen habe ich eigentlich viel Zeit. Doch das Gegenteil ist der Fall: Ich hätte genug zu tun um einige Stunden mehr zu füllen. Um es mal konkret zu machen:

Ich weiß nicht ob es das Gesetz gibt, dass man die ganze zur Verfügung stehende Zeit versucht für einen sinnvoll auszufüllen und Dinge die man nicht mag wegzuschieben. Dabei ist es Wurst ob man nun 8 Stunden arbeitet und danach den Alltagskram machen muss oder eben nicht. Wenn ich arbeiten würde, hätte ich eben nicht die Zeit innerhalb eines Monats ein Buch zu scheiben, sondern bräuchte etwa 3 Monate dafür. Leider ist unsere Arbeitswelt nicht besonders flexibel. Bei vielen Betrieben ist es recht schwierig vielleicht nur 30 Stunden zu arbeiten und dann mehr Freizeit zu haben. Da ich ja schon mal längere Zeit arbeitslos war weiss das es eigentlich nur zwei Möglichkeiten bei uns gibt: Entweder man verdient Geld und hat keine Zeit es auszugeben (oder zumindest das ausgeben zu genießen) oder man hat kein Geld, aber genug Zeit welches auszugeben.

Hmmm, was meint ihr? Ich glaube das war auch schon genügend philosophisches für den Sonntag. Ich greife mal den Videotipp auf, weil mir wieder ein Titel meiner Lieblingsband den Beatles einfällt:

Montag 10.8.2009: Unbemannte Vorbereitungen zur Marsexpedition

Nachdem ich die letzte Woche mal bewusst ein paar Nicht-Raumfahrtthemen angesprochen habe, heute mal wieder ein Raumfahrtthema. Die bemannte Marslandung wird ja noch einige Zeit auf sich warten lassen, aber man kann schon einiges mal klären und das geht unbemannt.

Das erste was offensichtlich nicht geklärt ist, ist die Strahlenbelastung der Astronauten. Dazu erst mal eine Erklärung. Es gibt zwei wichtige Quellen für eine Strahlenbelastung, Das eine sind kosmische Quellen wie Supernovaausbrüche, oder Gammastrahlenburster. Das zweite ist die Sonne, die einen Elfjahreszyklus hat, mit Aktivitätsmaxima und Minima und bei der es auch temporär Ausbrüche geben kann. Beide Quellen unterscheiden sich ziemlich. Kosmische Quellen liefern neben leichten Teilchen auch sehr schwere Teilchen bis hin zur Atommasse von Eisen und Röntgen- und Gammastrahlen. Mit heutigen technischen Mitteln kann man sich kaum dagegen schützen, aber die Belastung ist auch nur kurz wirksam. Die Aktivität der Sonne steht dagegen in Zusammenhang mit beobachtbaren Eruptionen wie Flares oder Protuberanzen. Es gibt daher eine gewisse Möglichkeit das Risiko einzuschätzen, auch wenn nicht jede Sonnenfleckengruppe einen Sonnensturm verursacht. In jedem Falle brauchen die Teilchen einige Stunden bis Tage um zur Erdbahn zu kommen und nochmals länger um bis zur Marsbahn kommen. Satelliten zwischen Mars und Sonne könnten rechtzeitig vorher warnen. Die Ausbrüche dauern einige Stunden bis Tage und die so akkumulierte Strahlungsdosis kann dann recht hoch sein.

Eine bemannte Marslandung würde daher ein Satellitennetz aufbauen, um rechtzeitig gewarnt zu sein. Denkbar wären z.B. zwölf Satelliten entlang der Erdbahn im 30 Grad Abstand. Es müssten keine komplexen Satelliten sein, sondern es reichen einfache Konstruktionen mit der Sonne zugewandten Teilchendetektoren. Eine Atlas-431 transportiert rund 5.500 kg auf einen Fluchtkurs. Das müsste ausreichen für 12 der Satelliten wenn diese rund 400 kg wiegen. Damit gewinnt man einige Stunden Vorwarnzeit für die Besatzung auf dem Mars.

Das zweite ist die Frage der Abschirmung. Als ich mal meinen Aufsatz "Flug zum Mars" überarbeitet habe, stieß ich drauf, dass die Frage wie hoch die Gefahr und die Belastung anscheinend vollkommen ungeklärt ist. Die Meinungen gehen von "Überhaupt keine Gefahr, die normale Außenhülle des Raumschiffs reicht aus" bis hin "Zur effektiven Abschirmung braucht man einen Meter Wasser oder noch mehr Gestein".

Also diese Frage schreit nach Klärung. Es gibt einige Fragen zu klären:

Gegen kosmische Quellen kann man sich wegen ihrer hohen Energie kaum schützen - Wenn Teilchen gegen den permanenten Sonnenwind bis ins innere Sonnensystem vordringen sind sie hochenergetisch. Doch diese Belastung ist bekannt und tritt auch im Erdorbit auf. Uns schützt lediglich die dicke Erdatmosphäre vor ihr. Sie gilt daher nicht als Hauptrisiko. Anders ist es bei der Sonne. Da die Belastung auch vom Sonnenzyklus abhängt, wird man mindestens 11 Jahre lang Daten sammeln müssen. Zeit also jetzt damit zu beginnen.

Wie könnte es gehen? Ein Weg wäre es wenn jeder Lander ein Messgerät mitführt. Bei Rovern kann man es auch auf der Basisstation installieren, die nutzlos ist, wenn der Lander wegrollt. Einige Solarzellen und ein kleiner Sender erlauben es Messwerte zu nehmen und zu einem Orbiter zu senden (es wird keine hohe Datenrate benötigt). Die ersten Geräte würden nur die Strahlungsbelastung messen. Die folgenden (oder besser gleich beide Typen auf einmal) würden verschiedene Abschirmungen testen - Kunststoff, Wasser, Aluminium oder Gestein (das letzte könnte von den Rovern über die Sensoren gehäufelt werden, oder sie graben ein Loch und versenken dort die Sensoren).

Beginnt man heute damit, so hat man bis in 15 Jahren, wenn vielleicht eine Marslandung beginnen könnte (optimistische Annahme), genügend Daten, um den Schutz für die Besatzung auszulegen.

Die nächste Frage die geklärt werden muss: Ist es möglich und finanzielle attraktiv Treibstoff auf dem Mars zu produzieren? Die Reduktion von Kohlendioxid mit Wasserstoff zu Methan und Sauerstoff wird ja von manchen Autoren als das Non-Plus-Ultra vorgeschlagen um die Startmasse zu reduzieren. Das Problem ist nicht die technische Umsetzung: Diese ist möglich, die Prozesse sind gut ein Jahrhundert alt und wurden früher zur Gaserzeugung genutzt. Einige Teilprozesse finden schon heute ihren Einsatz in den Lebenserhaltungssystemen der ISS. Das Problem ist wohl eher, einige Tonnen flüssigen Wasserstoff als Edukt und noch viel mehr flüssiges Methan und Sauerstoff als Produkte über Jahre hinweg flüssig zu halten (1  Tonne Wasserstoff ermöglicht die Erzeugung von 20 t Treibstoff: 16 t Sauerstoff und 4 t Methan). Das sollte man ausprobieren, bevor man die Rückkehr der Besatzung an diese Frage hängt.

Zuletzt ist ein Weg die Kosten zu senken, die Teile der Expedition, die vor der Besatzung auf dem Mars oder Marsorbit sein muss und unbemannt gestartet, wird mit Ionenantrieben zu befördern. Ionenantriebe gibt es schon. Doch bislang haben sie Satelliten oder Raumsonden angetrieben. Nun reden wir von 100 oder 200 t Nutzlast. Das ist in etwa der gleiche Sprung wie zwischen dem A-4 und F-1 Triebwerk. Auch hier gilt es neue Technologien zu erproben - leichte ausrollbare Solarzellen, extrem große Ionentriebwerke. Spannungs und Hochspannungserzeuger für einige Megawatt Eingangsleistung. Das schreit nach einem Programm, in dem über einige Zeit zunehmend leistungsfähige Aggregate entwickelt werden. Die Zwischenversionen könnte man ja für unbemannte Raumsonden oder den Satellitentransport vom LEO in den GEO Orbit nutzen.

Ich frage mich, warum diese Fragen heute keine Priorität haben. Es gab einmal den Einsatz von Marie an Bord von Odyssey: Es fiel just aus, als einen Strahlungssturm gab und es erprobte keine Abschirmmethoden. Bei Ionentriebwerken sind wir auch nicht viel weiter und von Versuchen auf der Erde in der Arktis Flüssiggas über 3 Jahre flüssig zu halten habe ich auch noch nichts gehört. Es gibt viel zu tun - packen's wir an.


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