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Web Log Teil 131 : 23.9.2009-

Mittwoch den 23.9.2009: Die modernen Seeungeheuer

Seemonster vor Island

Gestern sah ich auf N-24 einer dieser Moon Hoax Reportagen. Teile davon sah ich schon in Ausschnitten vor ein paar Wochen. Doch in der vollen Länge kommen die Moon Hoaxer erst so richtig "gut" rüber - als Leute mit geringem Bildungshorizont und großer Selbstüberschätzung. Mich erinnerte das immer mehr - vor allem das Gerede - an etwas bekanntes, und irgendwann machte es "klick":

Vor ein paar Jahrhunderten war die Seefahrt gefährlich. Menschen wagten sich nur entlang der Küsten weiter und Vasco de Gama erreichte trotzdem auf diesem Weg Indien. Warum sollte man auch kreuz und Quer über den Ozean ins Unbekannte fahren, und war es nicht viel zu gefährlich? Waren nicht auf jeder Karte Seeungeheuer eingezeichnet, die auf offenem Meer die Schiffe samt Mann und Maus verschlangen? Da gab es Riesenkraken, große Schlangen, Reptilien und große Wale auf den Karten. Alles unbekannte Gefahren und man wusste nicht mal wohin es geht! Was war, wenn man an den Rand der Welt kam, und von der Scheibe herunterfiel?

Also wagten die meisten es nicht und auch Christof Kolumbus wurde verspottet als er zurückkam. Immerhin brachte er "Beweise" mit: Eingeborene und Tiere und Pflanzen die er in Indien fand. Vielleicht waren die Leute damals leichtgläubiger, dass sie das glaubten. Schließlich hätten die Eingeborenen auch irgendwelche Neger von Afrika sein können und die Pflanzen stammten aus irgendeinem botanischen Garten. Vielleicht war Kolumbus nur bis Afrika gefahren, dass man ja schon kannte, hatte sich dort ein paar Wochen entspannt und war einfach zurückgefahren und behauptete er hätte Indien entdeckt! Sicher hatte er alle umbringen lassen die diese Lüge nicht mitmachten, schließlich kehrte nur ein Teil der Mannschaft und Schiffe zurück. Heute sind die Leute kritischer und glauben nicht an Mondgestein aus einem "Keramiklabor der NASA". Vielleicht hatte Kolumbus, aber auch einfach Glück, weil bald danach noch andere nach Indien segelten (und dabei entdeckten, dass es nicht Indien war). So konnte doch beweisen werden, dass er niemanden getäuscht hat, höchstens sich selbst, denn er glaubte ja einen Seeweg nach Indien gefunden zu haben. (Daher nennt man die Einwohner des neuen Kontinents auch Indianer). Was wäre gewesen, wenn 40 Jahre nach Columbus Reisen, es nur seine vier Entdeckungsreisen gegeben hätte und nichts mehr? Wenn kein anderer ihm gefolgt wäre? Hätte man ihm immer noch geglaubt oder hätten sich die Zweifler erneut gemeldet und uns vorgerechnet, dass wenn er tatsächlich so weit gefahren wäre, wie er behauptet, er schon längst vom Rand der Erdscheibe hätte runter fallen müssen?

Christof Kolumbus hatte wohl Glück. Aber die Seeungeheuer leben weiter. Sie heißen heute Van Allen Gürtel, Mikrometeoriten, tödliche kosmische Strahlung und Sonneneruptionen. Alle diese Dinge hätten die Astronauten getötet, so sagen die Moon Hoaxer. Deswegen bleiben die Moon Hoaxer auch lieber an Land, während die echten Helden in See stechen.....


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Zum Schluss noch was informatives / amüsantes: Ich bin irgendwie auf die Website "Websiteoutlook.com"  gekommen. Dort kann man anzeigen lassen, was eine Website wert ist: www.bernd-leitenberger.de z.B. ist 5700 Dollar, also rund 4000 Euro wert. Das klingt nach viel Geld, doch dann habe ich die Suche mit den anderen Websites die ich ja auch noch betreue gefüttert. www.cpc-museum.de und www.ferienlandhaus.de kannte sie nicht und www.lynnetessa-fanpage.de und www.ferienlandhaus.de, Websites die eigentlich nicht so stark frequentiert werden sind auch noch rund 1500 Dollar wert - und das korrespondiert nun gar nicht mit dem Traffic: Diese Website hatte im letzten Monat rund 40.000 Zugriffe und die beiden anderen zusammen gerade mal 1.000. Also Wenn jemand 4000 Euro übrig hat trenne ich mich gerne von der Website und eröffne dann vielleicht zwei neue wie www.unbemannte-raumfahrt.de und http://www.lebensmittelaufklaerung.de. Das die Website nach mir heißt hat ja mehr damit zu tun, dass es 1998 schick war mit seinem eigenen Namen ins Internet zu gehen. Mittlerweile passt es ja nicht mehr ganz zum Inhalt.

Da ich am Donnerstag den ganzen Tag über Vorlesung halte gibt es den nächsten Blog erst am Freitag.

Freitag 24.9.2009: Vermischtes

Es gibt mal wieder neues von SpaceX und wie immer kann man die Nachricht unterschiedlich deuten. Der Start ist nun für 1-3 Monate nach November angekündigt und wird ein Mockup der Dragon Kapsel beinhalten. Das muss doch SpaceX Anhänger freuen. Wer allerdings genauer liest sieht da doch ein paar kleine Wolken vor der Sonne:

Vorher war noch von einem "nicht genannten Kunden" für den Demonstrationsflug die Rede - dem ist es wohl inzwischen zu heiß geworden.

So langsam wird es eng für SpaceX. Die Firma hat zwei Probleme. Das eine ist, dass sie weit hinter dem Zeitplan hinterherhinkt: Sie muss die drei Demomissionen bis Ende nächstes Jahr absolvieren um den COTS Vertrag zu erfüllen. Zwar gab es einen Großteil des Geldes schon (234 von 278 Millionen Dollar), aber ob dann noch Anschlussaufträge kommen? Vor allem halte ich den Zeitplan von drei Dragon Flügen schon für optimistisch, wenn nichts passiert, aber was ist los wenn einer der Flüge fehlschlägt? Bei einem neuen Träger und einem neuen Transportsystem ist das eine Möglichkeit, die nicht ganz unwahrscheinlich ist.

Das zweite Problem ist dass es nun mit OSC einen Konkurrenten gibt. OSC ist zwar erst zwei Jahre später gestartet, aber sie haben zwei Vorteile auf ihrer Seite: Sie können schon weitgehend erprobte Komponenten für ihre Trägerrakete einsetzen und sie kennen das Geschäft schon. Zwar ist ein Versorgungsflug mit der Cygnus Kapsel um einiges teurer als die Dragon Kapsel - aber juckt das wirklich die NASA? Im Vergleich, zu der Alternative den Space Shuttle im Dienst zu lassen, ist es billig und die zweite Alternative - der Zukauf von Frachtkapazität bei Russland, Europa und Japan dürfte aus politischen Erwägungen nicht in Frage kommen.

Es dürfte aber auch noch was anderes wichtig sein: Mit den Dragon Flügen betritt SpaceX eine neue Ebene. Bislang war die Firma der Öffentlichkeit weitgehend unbekannt. Mögen sich Personen die sich mit Raumfahrt beschäftigen, über die Firma und ihre Politik streiten - die meisten juckt es nicht. Das ändert sich wenn nun die ISS im Spiel ist. Kommen da nicht Erinnerungen an Progress 34 auf, wie sie mit der Mir kollidierte? Wie sicher ist in dieser Hinsicht die Dragon? Von SpaceX erfährt man nichts darüber. Demgegenüber gibt es eine ziemlich genaue Beschreibung der Systeme des ATV, die garantieren sollen, dass es nicht mit der ISS kollidieren kann - mehrfach redundante Systeme (doppelte Auslegung und verschiedene Systeme mit unterschiedlicher Meßmethoden) Voting Systeme für Computer und eigene Computer die einspringen wenn es Soft-/Hardwareprobleme bei den Primärrechnern und Navigationssysteme gibt. Das ATV ist dadurch sicher nicht billig geworden, aber es ist verdammt sicher. Ich wage gar nicht mal zu denken was passiert, wenn Musk tatsächlich mal Menschen ins All transportiert und das scheitert. Doch es kann sein, dass es gar nicht so weit kommt: Wenn OSC ihren Zeitplan einhalten kann und SpaceX noch ein bisschen mehr hinterherhinkt wird die NASA sich wohl für OSC entscheiden. Was wird Musk machen? Er nimmt das eingenommene Geld und macht die nächste Firma auf - Da SpaceX erst jetzt kräftig im Personalbestand expandiert, dürften von den 234 Millionen des COTS Programms noch einiges übrig sein.

Das nächste sind die anstehenden Wahlen. Ich will mich hier mal als Prophet betätigen: Ich vermute es reicht nicht zu Schwarz-Gelb. Was wird dann passieren? Ehrlich gesagt sind mir alle anderen Alternativen recht unsympathisch. Wenn CDU/SPD Koalieren, dann wird sich wieder nicht viel bewegen. Schwarz-Gelb-Grün halte ich für eine wirklich dämliche Idee. Da sind die Programme enorm weit auseinander. Die Egozentrikerpartei FDP (Keine Steuern für Reiche, Abschaffung aller Arbeitnehmerrechte und des Sozialstaates) zusammen mit den Grünen? Nie und Nimmer. Genauso wenig ist die Linkspartei regierungsfähig. Die baut Traumschlösser die keiner finanzieren kann. So wird es - das ist meine Prognose- doch wieder auf Rot/Schwarz rauslaufen.

Die Folgen? Ich denke es wird die kleinen Parteien noch stärker machen. Dass nun FDP, Grüne und die Linke mit Ergebnissen über 10 % rechnen können und die größere der beiden Volksparteien nur noch 35 % erreicht ist ja schon ein Ergebnis der großen Koalition. Gerade diese Entwicklung macht aber eine große Koalition immer wahrscheinlicher, da es für die klassische Konstellation "Eine Große und eine Kleine Partei" nicht mehr reicht. In der Folge geht nur noch große Koalition, eben weil die beiden Volksparteien doch viel an Profil verloren haben und gerade deswegen gut koalieren können. Ich muss sagen dass ich mehr programmatische Unterschiede zwischen SPD-Grünen und FDP-CDU sehe als zwischen CDU-SPD. Das trotzdem so wenig rauskommt liegt daran, dass es nun zwei nahezu gleich starke Partner sind und beide ihr Programm durchbringen wollen. Was für Folgen es aber hat, wenn sich beide einig sind, sieht man an den Gesetzen zur Vorratsdatenspeicherung und Sperrliste für Kinderpornographie, die schlicht und einfach durchgewinkt wurden.

Einiges wundert mich dabei: Woher hat die FDP dieses hohe Wählerpotential, dass ihr Umfragen bescheinigen? Sie ist ja nun nur noch in einem Punkt liberal - in dem Punkt dass Besserverdienende entlastet werden. Aus einer Partei mit einem recht breiten Programm wird langsam wieder eine "Ein Programmpunktpartei". Doch müsste nicht die Zahl der Gutverdienenden zurückgegangen sein? Gab es nicht die Meldung, der Mittelstand stirbt aus und es gibt mehr und mehr Arme. Klar ein Großteil dieser sorgt für den Zulauf der Linkspartei. So ist deren Anwachsen nicht verwunderlich. Was mich auch wundert ist, dass die Grünen zulegen -. derzeit haben die Leute doch andere Probleme als die Umwelt. Die ist im Zuge der Krise ziemlich in den Hintergrund gerückt und jeder weiss, dass die Forderungen der Grünen nach ökologischen Alternativen erst mal viel Geld kosten, dass dann jeder Bürger dann auch bei Stromrechnung und anderen Dingen feststellen wird.

Samstag 26.9.2009: Tote Diskussionen

Eigentlich wollte ich hier an dieser Stelle was zur Diskussion Unbemannte / Bemannte Raumfahrt schreiben - doch welch ein Wunder - das habe ich schon mal getan, also verlinke ich nur drauf. Wie ich inzwischen lese, hatten selbst NASA Manager den gleichen Eindruck als sie von Griffins "Apollo on Steroids" lasen. "Da wusste ich es war tot" sagte Dan Rusky Wissenschaftler am Ames Research Center. ISS und Constellation haben zwei zentrale Probleme. Das eine ist, dass bemannte Programme anders verkauft werden müssen als unbemannte. Es geht nicht, wie bei der Erforschung des Mars, um Klärung von Fragen über unser Sonnensystem, oder wie beim JWST um den Ursprung des Universums, oder bei anderen Satelliten um spezielle Fragestellungen. Wann immer die NASA versucht die Forschung hervorzuheben, handelt sie sich ein paar Subprobleme ein: es gibt hier nicht die einfachen Experimente die leicht erklärbar sind. Wenn man sie erklärt fragt allerdings jeder, ob diese Experimente die Summen wert sind, welche die ISS verschlingt. Das gleiche gilt auch für das Constellation Programm. (Wenn es dort jemals Experimente gibt - erst mal muss ja die Hardware der Zeitplan feststehen).

Die Diskussion über bemannte vs. unbemannte Raumfahrt ist zumindest in Fachkreisen tot - die bemannte Raumfahrt kostet so viel, es gibt nur so wenige Experimente, die ausschließlich bemannt durchgeführt werden können, dass selbst radikale Befürworter der bemannten Raumfahrt diese Karte nicht mehr spielen. Man muss sich nur mal ein Buch von Jesco von Puttkammer aus den Siebzigern und frühen Achtzigern durchlesen und mit heute vergleichen. Nachdem alle seine Prognosen mit Wunderlegierungen und Produktion aus dem Weltall sich als Luftblasen entpuppten, argumentiert selbst er heute mit dem Argument von soziokultureller und psychologischer Bedeutung.

Das hat auch die NASA erkannt. Offensichtlich ist im Zusammenhang mit ISS Missionen der Speiseplan und der Lebenslauf der  Astronauten wichtiger als was nun neu an der Station montiert wird.

Die beiden zentralen Probleme der bemannten Raumfahrt sind:

Alle bemannten Raumfahrtprogramme die von der Öffentlichkeit getragen wurden, haben dem Rechnung getragen: Mercury, Gemini und Apollo fanden in einem überschaubaren Zeitraum statt und es waren jeweils Erstleistungen - auch innerhalb des Programms fanden immer mehr Erstleistungen statt (längere Flüge, EVA Manöver Kopplungen bei Gemini, Erdumlaufbahn - Mondumlaufbahn, Erprobung des Mondlanders in der Erdumlaufbahn, in der Mondumlaufbahn und Mondlandung). Das die Öffentlichkeit leicht abstumpft, zeigte sich dann im abnehmenden Interesse als Apollo 11 eben nur noch weitere Mondlandungen folgten. Die Leute wollen Rekorde sehen oder neue Erstleistungen. Wer interessiert sich für das zweite Bergsteigerteam, das auf dem Mount Everest war? Wer war der Zweite der den Nordpol erreichte? Wer in der allgemeinen Öffentlichkeit (Nicht Raumfahrtfans) kennt die Namen der Apollo 12 Besatzung?

Was bringt hier die ISS neues? Es ist eine Raumstation, ja gut die wievielte? Nach meiner Statistik ist es die zehnte nach Skylab, Saljut 1-7 und Mir. Also nichts was einen vom Hocker reist. Was wird Constellation an Erstleistungen bringen? Es wird längere Mondaufenthalte geben, vielleicht (noch nicht finanziert) irgendwann mal so was wie ne Mondbasis. Wenn diese von Anfang an Erstziel wäre, dann könnte man es als etwas neues verkaufen, aber so ist es eben nur eine Wiederholung von Apollo und die Öffentlichkeit ist eben genauso interessiert wie bei der Wiederholung des Musikantenstadls...

Das zweite ist der Zeithorizont. Apollo hatte einen überschaubaren Zeithorizont: Bis zum Ende des Jahrzehnts, was damals nur noch 8,5 Jahre waren. Constellation wurde im Januar 2004 verkündet und die Mondlandung war damals für 14 Jahre später angesetzt - viel zu lang. (Inzwischen wohl eher zwischen 2020 und 2030 glaubt man der Augustine Kommission). Kennedy lieferte auch eine Zielsetzung und ein wichtiges Argument für das Programm: Einen Mann zum Mond bringen und weil es schwierig ist und uns herausfordert. Was ist die Zielsetzung von Constellation: Nochmal (mit mehr Personen) zum Mond fliegen und was ist das Argument dafür: Es wird vielleicht billiger als Apollo.

Warum so viele von einer Marslandung sprechen, obwohl sie viel teuer als eine Mondexpedition ist, ist, dass sie wieder der Öffentlichkeit verkauft werden kann:

Es ist auch in 8-10 Jahren zu schaffen, wenn man es richtig macht und nicht erst mal ein halbes Jahrzehnt lang plant. Meine Meinung: Constellation einstampfen. Die ISS betrieben, solange sie noch funktioniert und dann alle Ressourcen auf ein Marsprogramm kombinieren, so dass man es in 8-10 Jahren durchziehen kann.

Dienstag 29.9.2009: Reduktion der Kosten für Planetenmissionen

Verschiedene Kommentare, aber auch der letzte Blog von tp1024 brachten mich darauf ein Thema aufzugreifen, was ich sicher auch schon mal im Blog behandelt habe: Die Reduktion der Startkosten für Planetenmissionen. Bringen wir mal zwei Beispiele:

Der Grund ist ganz einfach: Die hohe Geschwindigkeit die erreicht werden muss. Relativ zum Erdorbit sind es zu Mars/Venus rund 3.4-4.0 km/s und für einen Fluchtkurs aus dem Sonnensystem rund 9 km/s. Dann muss die Nutzlast am Planeten noch einen Orbit erreichen und benötigt dazu weiteren Treibstoff. In der Summe erhält man dann eine Trockenmasse von 500-600 kg bei einem Start mit der Sojus zu Venus oder Mars. Das ist weniger als ein Zehntel der Nutzlast in eine Erdumlaufbahn.

Der Ausweg?

Für mich liegt der Ausweg eindeutig in Ionenantrieben. Sie reduzieren den Treibstoffverbrauch radikal auf Kosten der Reisezeit. Doch dies ist bei Planetensonden mit ihren langen Flügen zum Ziel eigentlich nicht das Problem. Eine Alternative dazu (Swing-By Manöver) bewirkt ja auch einige Extrarunden im inneren Sonnensystem. Nun mag der geneigte Leser sagen "Ionenantriebe - das ist doch nichts neues! Gab es nicht schon Deep Space 1, SMART-1 und ist nicht gerade Dawn mit einem Ionenantrieb unterwegs?" Ja, das ist richtig. Aber es gibt zwei Einschränkungen: Zum einen benutzten diese Raumsonden ihren eigenen Solargenerator und der Ionenantrieb war dazu mehr eine Ergänzung, vielleicht vergleichbar dem sonst eingebauten Antrieb um in eine Umlaufbahn einzuschwenken. Zum zweiten brachte die Rakete sie schon auf hohe Geschwindigkeit - bei DS-1 und Dawn auf Fluchtgeschwindigkeit und bei SMART-1 in eine GTO Bahn, also 0,8 km/s unter Fluchtgeschwindigkeit. Sie brauchen daher auch eine leistungsstarke Rakete und die zusätzliche Flugzeit (verglichen mit einer energiearmen Hohmann Transferbahn) ist recht lang.

An was ich denke ist eine standardisierte Oberstufe, mit Möglichkeiten zur Anpassung an variable Geschwindigkeiten und Nutzlasten. Mein Ziel: Start mit einer Vega (oder einem anderen Träger der 2 t Nutzlastklasse wie der Rockot, PSLV oder Dnepr) und 500-1000 kg reine Nutzlast zu den inneren Planeten oder den Asteroidengürtel.

Als Referenzmission habe ich die Beförderung von 750 kg Nutzlast in einen 250 km hohen Venus Orbit gewählt. Eine Sojus transportiert rund 1300 kg in einen Venus Transferorbit, Im Orbit sind dort noch 700 kg übrig, wobei man aber noch 100-150 kg für das Antriebssystem abziehen muss, das bei unserer Lösung entfällt. Dabei habe ich die Angaben von Venus Express übernommen, der aus dem erreichten 250 x 66000 km mittels Aerobraking dann einen endgültigen Orbit erreichen muss. Es ist also nicht ganz vergleichbar. Trotzdem ist diese Lösung ist um rund 150-200 kg besser und kommt mit einer kleineren Rakete aus.

Das Konzept

Um die Stufe universell einzusetzen, muss sie anpassbar sein. Daher sieht mein Konzept eine Struktur vor, die bis zu 49 RIT22 Triebwerke aufnimmt. Werden weniger benötigt, können einfach welche weggelassen werden. Das gleiche gilt für die Xenon Tanks, die jeweils 100 kg wiegen und bis zu 80 kg Xenon aufnehmen. Je nach Geschwindigkeitsbedarf können davon mehrere mitgeführt werden. Das gleiche gilt für den Solargenerator: Je nachdem wie schnell es gehen soll, oder wie groß die Nutzlast ist, kann er vergrößert oder verkleinert werden, indem Panels weggelassen oder hinzugefügt werden.

Zuerst mal der Geschwindigkeitsbedarf und damit Treibstoffbedarf für die Mission. Bei klassischen Hohmannbahnen fallen folgende Manöver an:

Manöver Geschwindigkeit
Erdumlaufbahn -> Fluchtgeschwindigkeit 3154 m/s
Fluchtgeschwindigkeit ->Venus Transferbahn 2495 m/s
Venus-Transferbahn -> Venus Fluchtgeschwindigkeit 2707 m/s
Venusfluchtgeschwindigkeit --> Venusumlaufbahn 2975 m/s

Bevor nun Kommentare von Laien aufkommen: Bei einem chemischen Antrieb sieht es viel günstiger aus, weil dann die Geschwindigkeitsvektoren addiert werden können (Stichwort: hyperbolischer Exzess). Die Geschwindigkeiten gelten auch nicht so für Ionenantriebe, weil dieser die Bahn laufend ändert. Ich übernehme daher die Faustformel von H.O. Ruppe in einer Planetenumlaufbahn nochmals 20 % zu addieren. In der Sonnenumlaufbahn ändert sich die Distanz kaum, so dass hier keine Änderung nötig ist. Das führt uns zu einem Gesamtgeschwindigkeitsbedarf von rund 12600 m/s. Bei dem spezifischen Impuls von 44100 m/s (4500 s)  des RIT22 und einem Startgewicht von 2.200 kg (maximal 2.250 kg Nutzlast einer Vega für eine 500 km hohe Erdumlaufbahn) benötigt man dann rund 547 kg Xenon, bei einer Füllmenge von 80 kg pro Tank also 7 Tanks (maximal 560 kg Xenon). Damit wiegt das Treibstoffsystem 700 kg und ist für einen Geschwindigkeitsbedarf von rund 12970 m/s ausgelegt.

Die Struktur der Stufe selbst (ohne Triebwerke) soll 150 kg wiegen. Abzüglich der Nutzlast verbleiben dann noch 600 kg für Solargenerator und Triebwerke. Bei dieser Mission ist eine optimale Konfiguration eine mit 36 Triebwerken. Da ein Triebwerk des Typs RIT-22 genau 7 kg wiegt, bleiben noch 348 kg für den Solargenerator. Solargeneratoren haben heute eine Leistungsdichte von 300 W/kg. So beträgt die Leistung 104.4 kW bei der Erde und 199,5 kW bei der Venus (Betrieb von 39 bzw. 20 Triebwerken ohne Degradation der Solarzellen).

Daraus ergibt sich folgende Betriebszeit (bei Erde und Venus ohne Zeiten im Schatten):

Manöver Geschwindigkeit
Erdumlaufbahn -> Fluchtgeschwindigkeit 31 Tage
Fluchtgeschwindigkeit ->Venus Transferbahn 19 Tage
Venus-Transferbahn -> Venus Fluchtgeschwindigkeit 11 Tage
Venusfluchtgeschwindigkeit -.< Venusumlaufbahn 16 Tage

Deutlich sichtbar: Bei entsprechend hoher Leistung wird die Betriebszeit der Ionentriebwerke recht klein. Selbst mit der Zeit im Schatten kann man die Mission in rund 4 Monaten durchführen. Das ist recht wenig, wenn die Raumsonde Aerobraking einsetzen würde, dann würde dies länger dauern. (Würde man aus der ersten Umlaufbahn chemisch in die 250 km Bahn abbremsen, so würde die Nutzlast auf unter 300 kg sinken - nur um die Nachteile des chemischen Antriebs bei hohen Geschwindigkeitsanforderungen zu illustrieren).

Die Steuerung der Stufe sollte durch die Raumsonde erfolgen. Sie verfügt über einen Bordrechner, Navigationseinrichtungen und Kommunikationsmöglichkeiten. Im Idealfall gibt es einfach einen elektrischen Stecker, der die Signale zur Stufe durchschlieft. Es kann die Stufe dann permanent mit der Raumsonde verbunden bleiben, um auch in Zukunft Kurskorrekturen durchzuführen und den Strom zu liefern (sie braucht dann keinen eigenen Solargenerator, was zusätzlich Gewicht einspart), oder man trennt sie ab, wenn sie nutzlos ist (z.B. bei Missionen zu Jupiter und äußeren Planeten). Für unsere Venusmission wäre die erste Möglichkeit vorzuziehen. Sie verbilligt auch die Venussonde und würde massig Strom (z.B. für leistungsfähige Sender, RADAR) zur Verfügung stellen.

Zusammenfassung

Die folgende Tabelle informiert über die Vor und Nachteile einer konventionellen Lösung und des Ionenantriebs

  Chemischer Antrieb Ionenantrieb
Startgewicht in einen 500 km hohen Orbit 7000 kg 2200 kg
Nutzlast in den Venusorbit 550 kg 750 kg
zusätzliche Reisezeit 0 Tage 110 Tage
Weitere Besonderheit Nur elliptischer Orbit,
Aerobraking nötig oder weitere Nutzlastreduktion
Solargenerator und Antriebssystem des Satelliten kann eingespart werden,
Variation der Reisedauer

Zu beachten ist, dass diese Angaben variiert werden können. Der Treibstoffbedarf hängt vom verwendeten Triebwerk und seinem spezifischen Impuls ab. Das Gewicht wiederum vom spezifischen Impuls. Der wiederum von der Spannung, die wiederum die benötigte Leistung bestimmt. Zusätzlich kann man Nutzlast erhalten, wenn man die Reisedauer verlängert. Halbiert man im vorliegenden Beispiel die elektrische Leistung, so wird der Solargenerator um 174 kg leichter und es können 18 Triebwerke eingespart werden, die weitere 126 wiegen. Bei einer verdoppelten Reisezeit (rund 220 Tagen) steigt so die Nutzlast um 300 kg auf 1050 kg.

Bei anderen Missionen (Mars, Mond, Asteroiden) ist mehr oder weniger Treibstoff nötig, in der Regel weniger Triebwerke (so viele sind nur nötig, weil wir den zusätzlichen Strom bei der Venus ausnutzen wollen) und eventuell muss der Solargenerator größer sein (Missionen ins äußere Sonnensystem). Daher auch mein variabler Ansatz mit unterschiedlichen Triebwerkszahlen und zugeladenen Tanks. Prinzipiell wären damit auch Missionen ins äußere Sonnensystem möglich. Dazu im nächsten Blog mehr.

Basiskonzept Basiskonzept mit längerer Reisezeit
Nutzlast: 750 kg 1050 kg
Struktur 150 kg 150 kg
Xenon Tanks 700 kg (560 kg Füllmenge) 700 kg (560 kg Füllmenge)
Triebwerke 36 (252 kg) 18 (126 kg)
Solargenerator 348 kg (104.4 kW) 174 kg (52.2 kW)
Betriebszeit 10 Tage 220 Tage

Eine solche Stufe erfordert natürlich zuerst einmal Anfangsinvestitionen. Sie muss erst mal entwickelt werden. Die Kosten werden dann aber durch Flüge hereinbekommen. Sie wird um so attraktiver, je höher der Geschwindigkeitsbedarf bei chemischen Antrieben ist oder je länger deren Missionen dauern (z.B. wegen Swing-Bys) - denn auch die Missionsüberwachung kostet zweistellige Millionenbeträge pro Jahr. Der nächste Blog wird dann den Einsatz für den Flug ins äußere Sonnensystem beleuchten.


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