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Web Log Teil 153 : 21.2.2010-27.2.2010

Sonntag den 21.2.2010: Hotel "ET"

So, ich denke heute wird das ISS/ATV Buch fertig sein und kann dann raus zum Korrekturlesen. Weil ich deswegen genug in den letzten Monaten über die ISS und ihre Versorgung, die politischen Querelen und was sonst noch damit zusammenhängt, gelesen habe wird wohl das für einige Zeit der letzte Blog zum Thema Raumstationen. Ich bin hier auch etwas enttäuscht von meinen Bloglesern, die wohl auf eine ergebnisoffene Frage nicht einsteigen, aber besser wissen als ich selbst, wie mein Alternativplan zur ISS aussieht...Na ja rummosern ist wohl einfacher als selbst sich mal hinzusetzen und das ganze zu durchdenken und manche scheinen den Blog auch mit einem Forum zu verwechseln.

Zum Abschluss: Man kann die Raumfähren nach der Ausmusterung kaufen - für 28,8 Millionen Dollar pro Stück, also ein echtes Schnäppchen (ich glaube die Endeavour kostete als letzte Fähre über 2 Milliarden bei der Herstellung). Das brachte mich auf die Idee dies mit einer alten Vorschlag zu kombinieren. Bevor die Space Shuttles operationell wurden, gab es mal die Idee die Tanks mit in den Orbit zu bringen. Es fehlt nur noch wenig, so dass bei rund 10 % niedriger Nutzlast der Tank in einen Orbit kommt. Dort sollten sie zu einer Raumstation ausgebaut werden. Es könnten sogar mehrere Tanks kombiniert werden. Auch Ruppe schreibt in seinem Buch über so was, doch ich habe beim Suchen nichts gefunden (Der Ruppe ist ein tolles Buch, leider völlig chaotisch geschrieben und das Stichwortverzeichnis hilft auch nichts, vielleicht findet Michel Van die Stelle).

Nehmen wir mal an. Heute greift das jemand auf und will den ET als Hotel ausbauen. Wie könnte das gehen.

Der Tank als Hotel.

Der Tank braucht erst mal einen Mikrometeoritenschutzschild. Das war in den späten Siebzigern ohne Belang, aber heute nicht. Der von Columbus wiegt 2 t, bei 95 m³ Innenvolumen. Der Shuttle Tank hat ein Volumen von 2075 m³, da die Oberfläche in etwa mit der Potenz 2/3 zur Fläche steht, resultiert somit eine 7,8 fach größere Oberfläche. Also eine Zusatzmasse von 16 t.

Am Wasserstofftank müsste unten eine Luftschleuse vorhanden sein. Ich plädiere hier auf einen CBM Adapter. Zusatzgewicht: 1 t. Dazu müsste es zwischen Sauerstofftank und Wasserstofftank einen Tunnel mit jeweils verschlossenen Luken geben, weil ja anfangs noch Treibstoffe drin sind. Dann kann noch an der Tankwand jeweils die Befestigung der später eingezogenen Zwischenwände angebracht werden und die Wasser und Stromleitungen und Anschlüsse für elektrische Geräte. Ein Innenausbau ist nicht möglich wenn der Tank zu schwer ist und würde auch die Funktion beeinträchtigen.

Im Orbit angekommen, müssen nun noch einige andere Komponenten gestartet werden:

Diese können eventuell auch unbemannt gestartet werden. Die folgenden allerdings nur bemannt:

Wie viel mag dies wiegen? Nun vergleichen kann man es nicht mit der ISS. Die ist vollgestopft mit schweren Racks. Der Vergleich mit dem Skylab OWS, der auch aus einer umgebauten Raketenstufe entstand ist sinnvoller. Der OWS wog 35,8 t bei 292 m³ Volumen. Damit würde ein ausgebauter Shuttletank rund 255 t wiegen.

Zum Tank würden die Bestandteile mit einem Frachtmodul kommen, ähnlich dem MPLM, nur eben ohne eingebaute Racks. Man könnte auch die beiden MPLM nehmen die jeweils 4,1 t wiegen und je 9,1 t Fracht transportieren. Dann wären 12 Flüge notwendig um den Tank auszubauen

Der Touristenshuttle

Die Touristen müssen nun zum ET kommen. Dazu benötigt man den Shuttle und ein Modul im Nutzlastraum welches die Touristen aufnimmt. Auch hier kann die Struktur der MPLM als Basis dienen. Es sollte aber Fenster haben, da der Tank selber keine hat und der Einbau vor dem Start schwierig ist. Wenn ich den ganzen Nutzlastraum von 18,3 m Länge ausnutze, ein Deck für Passagiere und ein darunter liegendes für die Fracht vorsehe, dann kann ich bei 6 Sitzen pro Reihe und einem Reihenabstand von 0,82 m die 108 Touristen unterbringen (sowie 24 Personen für die Versorgung der Touristen)

Angenommen jeder Tourist wiegt 120 kg mit Gepäck und eine 14 Tagesmission ist vorgesehen. Dann fallen beim derzeitigen System der Aufbereitung an Bord der ISS noch pro Tag 6 kg Versorgungsgüter pro Person an. Der Frachtbedarf beträgt dann 132 Personen + 6 Personen im Orbiter = 138 Personen * (120 kg + 14 * 6 kg) = 28152 kg. Basierend auf den Daten der MPLM müsste ein Modul, das diese Fracht transportiert leer 12,7 t wiegen. Wir benötigen also einen Shuttle mit einer Nutzlastkapazität von 40,9 t und das für einen etwas höheren Orbit als den meist angegebenen 185 km Orbit.

Die einfachste Möglichkeit die Nutzlast zu erhöhen ist es die Zahl der SRB zu erhöhen. Drei Booster erhöhen die Nutzlast für den ISS Orbit von 18,6 auf 33,6 t und vier Booster auf 45,2 t. Unter Berücksichtigung, dass kein 51,6 Grad Orbit, sondern nur einer von 28,5 Grad erreicht werden muss, ist sie sogar noch etwas höher, so dass eine drei SRB Booster Version reicht.

Flugplan

So könnte der Flugplan aussehen:

Aufbauphase:

Danach befördert das Antriebsmodul die nun rund 321 t schwere Station in einen höheren Orbit und wird abgekoppelt. Später kann der Orbit mit Ionentriebwerken aufrecht erhalten werden, die den Wasserstoff der vom Lebenserhaltungssystem produziert wird, als Treibstoff nutzen. Davon fällt mehr an als man benötigt (ein noch weitergehendes System wäre bei vielen Touristen ratsam. Ein Sabatiersystem würde den Verbrauch pro Person um 0,5 kg/Tag senken).

Kostenabschätzung

Da schon nach 12 Flügen die Touristenbeförderung schon genauso hohe Transportkosten erfordern wie der Stationsaufbau spielt dieser keine große Rolle. Nehmen wir an, ein privatwirtschaftliches Unternehmen managt die Shuttles effektiver als die NASA und erreicht die nominellen drei Flüge pro Orbiter die technisch bei der NASA möglich waren so können über einen 10 Jahreszeitraum 90 Flüge erfolgen. Zwölf sind für den Aufbau nötig, bleiben also noch netto 78 für den Tourismus. Jeder soll 108 Touristen befördern und wie beim Shuttle zuletzt rund 600 Millionen Dollar kosten - dann kostet ein Ticket ohne die Hardware für die Station (nur Flugkosten) rund 6,4 Millionen Dollar. Da dann noch die Station dazu kommt (geschätzte Kosten: 5 Milliarden Dollar) und die Firma vielleicht noch 20 % Gewinnmarge verdienen möchte dann resultiert ein Flugpreis von 8,4 Millionen Dollar.

Das basiert auf der Basis wie die NASA das handhabt. Nehmen wir an ein innovatives Unternehmen drückt den Startpreis eines Space Shuttles wieder auf 300 Millionen Dollar, so halbiert sich der Ticketpreis natürlich und 4,2 Millionen Dollar. Das halte ich sogar für möglich, da die Shuttleflotte recht hohe Fixkosten aufweist und schon die Flugrate von 9 so die Flugkosten wieder auf 350 Millionen reduzieren müsste.

Verglichen dazu ist die Sojus richtig teuer. Selbst mit einem normalen Shuttle (2 SRM, Nutzlast 21,5 t in eine 407 km hohe 28,45 Grad Bahn) resultiert nur ein Ticketpreis von 16,2 Millionen Dollar.

Der Haken dabei: Findet man zeitgleich 108 Multimillionäre, denen dies wert ist? Wohl kaum. Das ist denke ich die Crux jedes Raumtransports. Wenn das Gefährt nur groß genug ist dann ist selbst ein Space Shuttle billig - berücksichtigt man dass er in etwa so viel Innenvolumen und Nutzlast wie eine Boeing 737 bietet - aber trotzdem wird man nicht die Ticketpreise erreichen, bei denen man so viele Personen auf einmal zusammen bekommt und die Anzahl derer die einen Millionenbetrag locker machen ist auch gering. Selbst wenn das Shuttle nur so teuer wäre wie eine Trägerrakete (also 100 anstatt 600 Millionen Dollar pro Flug) selbst dann wäre der Ticketpreis immer noch deutlich über 1 Million Dollar. Erst wenn man in Regionen kommt die mal für das Space Shuttle anvisiert wurden (11 Millionen Dollar pro Flug - aber im wert von 1972!) dann wäre es wohl mit etwas über 100.000 Euro pro Flug massentauglich.

Mittwoch 24.2.2010: Der Titan Rover Teil 1

Derzeit geht es mir nicht besonders gut. Seit einer Woche bin ich ziemlich müde und jetzt habe ich mir noch eine Erkältung eingefangen. Daher heute nur ein kurzer Blog. Wenigstens habe ich eine Baustelle hinter mir, denn seit Sonntag ist das Skript für das ISS/ATV Buch beim ersten Korrekturleser. Ich bin froh dass damit nicht nur eine Baustelle geschlossen ist und von den Projekten, die ich noch vom letzten Jahr offen habe, das zweite erst mal abgeschlossen ist (wenn auch nicht ganz, denn ich muss es ja nochmals durchlesen und alle Bilder noch einfügen). Vor allem war das Thema so frustrierend. Je mehr man sich damit beschäftigt um so mehr muss man sich an den Kopf langen, wie man ein Projekt so vergeigen kann. Daher wird so schnell mehr zu diesem Thema kommen. Auch weil sich seit einiger Zeit auf dem Blog zwei Trolle herumtreiben, die jeden Blog der mit bemannter Raumfahrt zu tun hat, nutzen um das Thema in eine Richtung zu ziehen, die gerade Ihnen in den Kram passt.

Ich habe mir vorgenommen mal einige der Missionen meines Programms zur unbemannten Planetenerkundung skizzieren. Heute beginne ich mit dem Titan Rover, wobei ich die Mission grob skizzieren und abgrenzen will. Warum einen Titan Rover? Nun natürlich um den Titan zu erkunden. Wir wissen heute, dass es auf dem Titan Seen und Flüsse gibt, Formationen die durch Wind und Flüssigkeiten geformt wird. Dabei ist die Oberfläche nicht vom Orbit aus direkt einsehbar. Wir sollten also da hin und es uns vor Ort ansehen. Vor allem weil sich dort eine Chemie entwickelt hat, die es auf der Erde nicht gibt mit der Basis von Kohlenwasserstoffen anstatt von Wasser,

Es gäbe nun mehrere Möglichkeiten die Erkundung des Titan zu forcieren. Ich will hier die Alternativen mal kurz skizzieren.

Titan Orbiter

Es gäbe die Möglichkeit der Fernerkundung mit einem Radar und abbildenden Infrarotspektrometern. Das Hauptproblem: Um einen Orbit zu erreichen, braucht man viel Treibstoff oder viel Zeit. Ich habe mich mal dran versucht, bin aber selbst mit Aerobraking nicht zu einer wirklich leichten Sonde gekommen. Da wäre schon überlegbar ob man als Alternative nicht im Saturnorbit bleibt und den Titan jeweils einmal alle zwei Wochen auf einem synchronen Orbit anfliegt und nur während der Annäherung Aufnahmen macht und diese mit niedriger Datenrate dann zur Erde sendet. Aufgrund der hohen Datenrate von IR-Spektrometern und Radar verliert man nicht so viel dabei, kommt aber mit einer deutlich leichteren Sonde aus. Also: Nicht attraktiv bevor man nicht den Treibstoffverbrauch gravierend senken kann.

Titan Ballon

Eine zweite Alternative ist ein Ballon. Für einen Betrieb eines Ballons ist Titan fast ideal: Die Atmosphäre ist am Boden zehnmal dichter als auf der Erde. Das bedeutet dass ein relativ kleiner Ballon schon ausreicht um eine kleine Sonde über die Oberfläche schweben zu lassen. Sie könnte dann Aufnahmen der Oberfläche machen, ihre Bewegung gibt Informationen über die Winde. Messungen der Atmosphäre (Aerosole, Temperatur, Druck könnten erfolgen. Eventuell kann die Sonde auch einige Male landen und vor Ort Untersuchungen machen.

So attraktiv dies ist. Es gibt ein großes ABER: Die Datenrate. Eine am Ballon hängende Sonde kann keine Richtantenne benutzen. Damit ist die Datenrate aus Saturnentfernung recht klein oder es ist erneut ein Orbiter nötig der die Daten über einige Minuten pro Tag mit hoher Datenrate empfängt und zur Erde weiterleitet. Das Projekt ist interessant, aber nur wenn es zusammen mit einem Orbiter gestartet wird.

Stationärer Lander

Der nächste Schritt ist der stationäre Lander. Er erscheint als der erste logische Schritt. Huygens überlebte die Landung problemlos. Durch die dichte Atmosphäre ist auch die Landung recht einfach. Ein Lander hat auch den Vorteil, dass er viel mehr Instrumente tragen kann. Das Hauptproblem ist aber seine Unbeweglichkeit. Die interessantesten Stellen sind Flussbette, Seen. Auf diesen kann man aber nicht landen. Ein Lander könnte untergehen und wenn man den Sicherheitsabstand halten will sonst einige Kilometer vom Zielgebiet landen. Daher ist ein Lander nur die zweitbeste Lösung, auch wenn er als der nächste Schritt nach einer Atmosphärensonde erscheint.

Missionsszenario

Der Rover sollte direkt auf dem Titan landen, ähnlich wie die letzten Rover. Eine einfache "Cruise Stage" soll für Kurskorrekturen und Kommunikation sorgen. Sie könnte auch, da Saturn schon drei Monaten vor der Annäherung von den Fernerkundungsinstrumenten erfasst werden kann einige Instrumente fassen wie Kamera und abbildendes IR Spektrometer. Sie kann dann auf Titan verglühen oder nach der Abtrennung zum Saturn weiterfliegen (mittels Batterien wäre ein Betrieb über einige Tage möglich. Interessant wäre eine Passage des Ringsystems (Nahaufnahmen, Zerstörung?) oder Aufschlag auf dem Saturn.

Der Rover landet dann durch Fallschirm. Eine Landung ist mit Airbags oder mit einem kleinen Raketenantrieb möglich, da der Fallschirm vorher abgetrennt werden muss, damit er nicht auf dem Lander niedergeht.

Der Lander wird dann in einem Zyklus von 16 Tage betrieben, entsprechend einem Titan Tag (8 Tage Bewegung und Untersuchung, 8 Tage Ruhe). Da von Saturn aus die Erde sich immer nahe der Sonne befindet, fallen Tag und Kommunikationsverbindung zusammen. Eine genaue Beschreibung folgt in Teil 2.

Wie zu Saturn gelangen?

Es gibt hier einige Möglichkeiten. Es spricht viel dafür, dass ein Titan Lander in etwa so schwer wie ein Mars Rover wird, also rund 1 t zum Saturn befördert werden müssen. Dafür gibt es prinzipiell drei Möglichkeiten:

Soviel zu den Grundlagen. Morgen dann mehr über die Mission selbst.

Donnerstag 25.2.2010: Respekt vor dem Amt

Gestern ist Margot Käßmann von ihrem Amt zurückgetreten, nur zwei Tage nachdem die Alkoholfahrt am Steuer bekannt geworden ist. Ich finde das sehr traurig und kann zwar ihre Haltung nachvollziehen, wenn sie auf die Vorbildfunktion verweist, auf der anderen Seite sehe ich hier nicht den direkten Bezug zum Amt. Was hat eine persönliche Verfehlung damit zu tun, dass sie öffentlich Kritik am Afghanistan Einsatz übt? Man kann sicher auf dem Standpunkt stehen, dass Bischöfe, Pfarrer, Priester & Co Vorbildfunktion haben und daher einen tadellosen Lebenswandel führen sollten. Auf der anderen Seite sollten sie die Gläubigen verstehen und wer keine Fehler macht, der hat auch Probleme die Fehler anderer zu verstehen. Vor allem aber hat das nur sekundär etwas mit dem Amt zu tun. Sie war ja schließlich nicht betrunken als sie in die Kanzel stieg. Irgendwo denke ich gibt es eine Grenze, wo auch Bischöfe Mensch sein dürfen und dazu gehört auch Dummheiten zu begehen und daraus zu lernen. Auch wenn das Fahren mit 1,5 Promille keine Kleinigkeit ist. Ich denke wenn sie im Amt geblieben wäre, so wäre sie daraus gereift hervorgegangen und vielleicht eine noch bessere Bischöfin geworden.

Vor allem würde ich mir wünschen, dass auch andere diesem Beispiel folgen würden. In der Katholischen Kirche dürfen Bischöfe den Holocaust leugnen und werden gedeckt. Es kommt zu sexuellem Missbrauch über Jahre und die Leute werden gedeckt und nur versetzt .- damit sie woanders weiter machen können. Das alles sind keine privaten kleinen Verfehlungen. Das sind Dinge die im Amt getan werden und wurden und die keinerlei Konsequenzen innerhalb der Kirche nach sich gezogen haben.

Noch schlimmer sind Politiker. Es muss schon eine Menge passieren, damit einer von Ihnen zurücktritt. Dabei ist der Grund ja meistens nicht eine persönliche Verfehlung, sondern Amtsmissbrauch, Belügen der Öffentlichkeit oder anderes. Wir haben einen Finanzminister, der sich nicht erinnern kann von einem Waffenhändler 100.000 Euro Parteispenden angenommen zu haben, nicht mal dann wenn gegen diesen ermittelt wird.

Das schlimme ist das Parteispenden und Gesetze zum Wohle der Spender ja keine Verfehlung darstellen, obwohl ich dies erheblich schlimmer finde, denn ich erwarte von einem Politiker dass er sich für das Wohl der Allgemeinheit einsetzt und nicht nur für die Interessen von finanzkräftigen Parteispendern. Da sind wir bei meiner Lieblingspartei der FDP. Ich bin erstaunt, dass diese es fertig gebracht hat meine negativen Erwartungen noch zu unterbieten. Seit Guido Westerwelle Parteivorsitzender ist hat die FDP nur noch ein Programm: "Steuern Senken" (für Besserverdienende, diesen Zusatz schreibt sie aber nicht auf die Wahlplakate) und Abbau des Sozialstaates. Früher gab es diese "Wirtschaftsliberalen". Früher hatte die Partie noch ein zweites wichtiges Standbein, das waren die "Bürgerrechtsliberalen", die sich gegen die Bevormundung und Eingrenzung der Freiheit des Einzelnen durch den Staat einsetzten. Leutheusser-Schnarrenberger ist die einzige in der FDP die noch dazu gehört. Sie trat schon unter Kohl als Ministerin zurück, weil damals der "Große Lauschangriff" beschlossen wurde. Heute ist diese Seite der Partei weitgehend verschwunden und sie macht nur noch Klientelpolitik. Auch dies ist schon eine Einschränkung des früher weitaus größer gefassten Begriffes dessen wofür die Partei steht. So verwundert es nicht, dass die Partei ein Drittel ihrer Wähler in 100 Tagen verloren hat.

Vor allem bin ich erstaunt über Guido Westerwelle. Sympathisch war er mir nie. Doch hielt ich ihn immer für Intelligent. Er beweist nun das Gegenteil. Zuerst stellt sich raus, dass er kein Englisch kann (Ja, das gehört heute zur Allgemeinbildung! Von vielen Berufstätigen wird englisch verlangt, und Westerwelle hat sogar mal studiert, bevor er Berufspolitiker wurde), dann bringt er es fertig als Außenminister unbeliebter zu sein als zu zuvor. Ich meine Außenminister... Das ist doch der Traumjob schlechthin. Außenminister sind immer beliebter als andere Minister. Sie machen durch Staatbesuche eine gute Figur und sie müssen sich nicht in innenpolitische Dinge einmischen und fallen nicht negativ auf - bis Westerwelle den Job inne hat. Der ist sogar zu doof um zu kapieren dass er sich damit schadet. Wenn er weiter polemisieren will soll er Parteivorsitzender bleiben, aber kein Ministeramt einnehmen oder andere vorschicken.

Mich wundert auch was aus Merkel und der CDU geworden ist. Wie schwierig waren die Entscheidungen bei der CDU/SPD Koalition wo keiner nachgeben wollte und beide Partner gleich stark waren. Nun nimmt man an, wenn einer der Partner kleiner ist kann die CDU ihr Programm durchsetzen, doch es ist die FDP, die dies tut und die Merkel sagt nicht mal etwas zu den Entgleisungen von Westerwelle, wie der "Spätrömischen Dekadenz" (siehe Video).

Ich vermute das geschieht aus der Überlegung heraus, dass eine FDP die sich demontiert automatisch der CDU mehr Wähler bei den nächsten Landtagswahlen beschert, da die SPD immer noch am Boden liegt und wenige FDP Wähler wohl zu Grünen und Linken wechseln werden. Doch im Endeffekt zeigt sie nur Führungslosigkeit wenn ihr Juniorpartner ihr auf der Nase herumtanzt.

Spätrömische Dekadenz ist z.B. wenn Kaiser Caligula (37-41) plante ein Pferd zum Konsul zu machen (er wurde ermordet bevor er es umsetzen konnte). Heute setzt die Kanzlerin einen Esel als Außenminister ein - DAS ist spätrömische Dekadenz! (Oder das Beschwichtigen des Volkes mit Brot & Spielen, sprich Steuergeschenken).

Zum Schluss: Wenn Alkoholismus zum Rücktritt führen sollte, dann sollten auch Politiker die besoffen im Bundestag auftauchen ihr Mandat zurückgeben. Und was ist mit diesen Bildern vom politischen Aschermittwoche wo alle an Maßkrügen mit Bier sitzen? Dazu noch ein Video: (Bitte schaut euch beide Videos an, sie sind echt sehenswert!)

Freitag 26.2.2010: Der Titan Rover Teil 2

So heute zum zweiten Teil des Titan Rovers. Er kommt etwas verspätet weil ich durch die nun häufigeren Berechnungen von Daten von Ionenantriebsmodulen erst mein Programm angepasst habe, da dies nun häufiger ist und komfortabel als jedes Mal Excel zu bemühen. Heute will ich die Mission genauer skizzieren. Natürlich geht das nicht "vom the Sketch". Ich orientiere mich daher an schon existierenden Missionen. Grundlage für den Rover sollten die derzeitigen Mars Rover sein, nicht das geplante Labor, vor allem wegen der Gewichtsbeschränkung. Teile der stationären Phoenix Landermission, von Philae und Cassie werden auch genutzt. Titan und Mars sind recht vergleichbar in den Bedingungen für einen Rover: Sie sind beide recht kalt (Titan noch kälter, aber das ist durch Heizung gut beherrschbar) und die Schwerkraft ist ähnlich. Bei Titan gibt es noch eine dichtere Atmosphäre als auf dem Mars.

Daher sollte die Basis ein veränderter Mars Exploration Rover sein.

Die Veränderungen sind:

Stromversorgung: Bei Titan kommt nur eine nukleare Stromversorgung in Frage. Die Abschätzung ist nicht so einfach. Die MER hatten anfangs pro Tag 950 Wh zur Verfügung und benötigen mindestens 350 Wh zur Arbeit. Das entspräche einer Dauerleistung von nur 15-40 W. Allerdings sind die Anforderungen an einen Rover auf Titan deutlich höher: Aufgrund der großen Entfernung muss die Sendleistung höher sein, da die Daten direkt zur Erde gesandt werden. Auch ist durch die Dichte Atmosphäre mehr Energie für die Fortbewegung nötig. Vor allem ist das Regime ein anderes: Titan hat einen Tag/Nacht Zyklus von rund 16 Tagen, also 8 Tage Betrieb am Tag und 8 Tage keine Aktivität. Daher denke ich benötigt die Sonde eine bessere Stromversorgung. Ich habe 80 W Dauerleistung angesetzt. Die Abwärme heizt dann zugleich den Rover auf. Schaut man im NASA Archiv nach, so gibt es den älteren 110 W Stirling-RTG mit einem Gewicht von 30,6 kg und in der Projektion, aber noch nicht verwirklicht der 110 W Advanced Version mit einem Gewicht von 15,8 kg. Beide wären als Stromversorgung geeignet. (Viking kam mit 70 W Leistung aus).

Kommunikation: Ein wichtiges Problem: Der Saturn ist zwischen 4 und 20 mal weiter entfernt als der Mars mit entsprechender Abnahme der Datenrate. Anders als bei den MER wird also eine Richtantenne benötigt. Deren Größe ist aber auch aufgrund des aerodynamischen Widerstandes begrenzt. Ich habe mich für ein Exemplar mit 90 cm Durchmesser entschieden. Trotzdem wird eine hohe Sendeleistung benötigt. Aufgrund der Verluste hat eine Wanderfeldröhre mit 90 W Eingangsleistung aber maximal eine Sendeleistung von 30 W. Die Nachführung ist auch ein Problem. Sofern vom Titan aus die Sonne zumindest als Aufhellung erkennbar ist, kann eine Sendeantenne erst mal auf die Sonne ausgerichtet werden (die Erde ist nicht weiter als 6 Grad von der Sonne entfernt, wenn man von Saturn aus ins innere Sonnensystem schaut). Vier kleine Empfänger die am Rand der Parabolantenne positioniert werden, können dann die Feinausrichtung erlauben, indem ihr Signal jeweils in einer Achse subtrahiert wird. Von der Bodenstation muss dazu eine starke Trägerwelle gesandt werden.

Landung: Bei den MER entfiel recht viel Gewicht auf eine Plattform mit einem Raketentriebwerk und Airbags. Erst danach wurden die Rover aus ihrer zusammengefalteten Position ausgefahren und fahren davon. Bei m Titan ist die Situation anders. Die langsam dichter werdende Atmosphäre von Titan macht einen recht leichtgewichtigen Schutzschild möglich und nach Abwurf dessen vergehen noch eineinhalb Stunden bis zum Aufsetzen. Das ist genug Zeit um zumindest die Räder auszufahren, auch wenn Experimente und Antenne noch nicht aktiviert werden. Gesteuert durch ein Radar sollte der Fallschirm etwa 100 m vor der Landung abgeworfen werden und die letzten 100 m werden dann zurückgelegt abgebremst durch Hydrazintriebwerke. Selbst ohne wäre bei der dichten Atmosphäre des Titan und geringen Schwerebeschleunigung die Landung noch relativ weich.

Cruise Stage. Meine Planung basieret auf dem Start mit Ionentriebwerken von der Erde aus. Das Modul dient zugleich als Cruise Stage und liefert Strom und Kurskorrekturkapazität, ergänzt bei Saturn durch kleine Hydrazintriebwerke für Feinkorrekturen und den Strom des Landers zur Unterstützung. Die Cruise Stage kann zwei Experimente aufnehmen (eine Kamera und ein abbildendes Spektrometer) und nach Abtrennung des Landers noch bis zum Saturn weiterfliegen und dort oder auf den Ringen aufschlagen (der Betrieb über etwa 2 Tage kann dann durch Batterien erfolgen).

Experimente

Die Experimente müssen natürlich angepasst werden. Praktisch keine Änderung gibt es bei den Kameras, sei es den Navigationskameras oder Kameras für Aufnahmen der Landschaft oder von Proben. Aufgrund der großen Entfernung oder dem Betrieb bei Nacht sollten sie mit LED Leuchten und Blitz ausgerüstet werden.

Da die Möglichkeiten für die direkte Analyse begrenzt sind, ist es wichtig ein leistungsfähiges Fernerkundungsinstrument zu haben. Mini-TES sollte durch ein Spektrometer mit einem viel größeren Chip und einer höheren spektralen Auflösung ersetzt werden. Ich denke hier an einen HgCdTe Chip mit 256² Elementen. Er ist bei entsprechender Dotierung gut für den Spektralbereich von 1,5 bis 14 µm. Da die meisten Komponenten die man sucht organischer Struktur sind und somit im langwelligen Bereich liegen. Diese Kamera kann weitwinkelig sein (60 x 60 Grad). Am Arm sollte zur genaueren Untersuchung ein deutlich höher auflösendes Spektrometer sein, das aber nur einen Punkt untersucht und vom Arm auf eine Probe ausgerichtet wird.

Eine direkte Untersuchung von Proben habe ich verworfen. Dazu wird ein GC/MS als Kombination benötigt. Derartige Instrumente wiegen deutlich mehr als die derzeitigen Experimente der Rover und haben nur eine begrenzte untersuchungszahl, begrenzt durch den Gasvorrat des GC oder begrenzte Anzahl an Öfen (wobei dieses wahrscheinlich bei der Oberfläche aus Wasser/organischen Substanzen besser recycelt werden können indem man sie einfach erhitzt). Stattdessen sollten am Arm einfach Sensoren für die Bestimmung elementarer Oberflächeneigenschaften (Leitfähigkeit, Widerstand, Temperatur, Erhitzen zur Feststellung der Veränderung etc.). Hier kann man Anleihen am Kometenlander Phiale machen.

Das Alphateilchenspektrometer kann bleiben, da es auch Elemente kleinerer Ordnungszahl detektiert. Die anderen Instrumente des Rovers machen auf dem Titan keinen Sinn. Ergänzt wird dies aber durch eine Wetterstation (Druck, Temperatur, Wind) und ein Seismometer - beide machen nur Sinn, wenn der Rover steht, aber das ist über 8 Tage pro Zyklus der Fall.

Zusätzlich müssen sich an der Seite des Rovers und in der Unterseite sieben Kameras mit jeweils 60 Grad Blickwinkel befinden, die beim Abstieg Aufnahmen machen.

Daraus ergibt sich für den Rover folgende Gewichtbilanz:

Die Kapsel wog bei Huygens nur 104 kg bei 318 kg Gesamtmasse. Eine ähnliche Massebilanz beim Rover angesetzt, kämen nur 90 kg für die Kapsel hinzu (und dies obwohl die Kapsel von Huygens genauso groß ist wie die der MER). So resultiert eine Masse von 350 kg für die Kapsel mit Lander, selbst bei Hinzunahme einer Landeplattform wie beim Mars Rover von 348 kg Gewicht kommt man nur auf eine Gesamtmasse von 800 kg.

Cruise Stage

Für die Cruise Stage habe ich zusätzlich zu den Strukturen des Antriebsmoduls noch Treibstoff für 100 m/s Kurskorrektur und das Antriebssystem (80 kg), die Experimente (20 kg) und 50 kg für die Kommunikationssysteme (4 m Antenne, anlog Cassini) hinzu. Dies sind 150 kg Mehrmasse.

Das ergibt dann eine Gesamtstartmasse von maximal 950 kg + Ionenantriebsmodul. Für dieses habe ich eine Startmasse von 2300 kg (Vega kompatibel für niedrigen Orbit mit 7° Inklination) angesetzt und daraus resultieren dann folgende Daten:

Ionentriebwerk:
Spezifischer Impuls: 44000 m/s
Stromverbrauch 5000 W
Schub 0,15 N
Wirkungsgrad 66 Prozent
Gewicht eines Triebwerks 7 kg
Treibstoffverbrauch 34,1 mg
Gewichtsbilanz:
Strukturgewicht: 180 kg
Treibstoff: 705 kg
Tankgewicht: 84 kg
Triebwerkszahl 10
Triebwerksgewicht: 70 kg
Nutzlast: 950 kg
Startgewicht: 2280 kg
Solargenerator:
Leistung: 300 W/kg
Gewicht: 290 kg
Mittlere Distanz zur Sonne: 200,0 Mill km
Bahndaten:
Geschwindigkeit um die Erde zu verlassen: 3900 m/s
Geschwindigkeit um zum Planeten zu gelangen: 12400 m/s
Gesamte Geschwindigkeit: 16300 m/s
Gesamte Reisedauer: 321 Tage
Davon in der Erdumlaufbahn (12 h/d) 131 Tage
Davon in der Sonnenumlaufbahn (24 h/d) 190 Tage

Damit steht die Umsetzbarkeit der Mission. Sie ist mit einer Vega möglich. Bei Abstrichen in der Reisedauer ging auch ein SLA von 180 W/kg, wie er in jedem Falle heute schon verfügbar ist.

Daraus kann man folgende Eckdaten für die Kommunikation berechnen: Bus: 134,4 KBit/s bei Saturn, 450 KBit/s bei Jupiter (übernommen von Cassini, 850 W stehen zur Verfügung). Für den Lander sind es bei 30 W Sendeleistung von 10 KBit/s,

Missionsablauf

Ich habe schon im ersten Teil skizziert, welche Alternativen es gibt. Da keine Abbremsung am Zielplanet nötig ist diese Mission ein heißer Kandidat für einen Start mit einem Ionennantrieb. Ich habe hier mal die wesentlichen Daten für ein ΔV von 3900 m/s für das Verlassen der Erdbahn und 12,4 km/s zum Planeten. Das sind die Minimaldaten für einen Hohmanntransfer mit 6 Jahren Flugzeit. Beim Start 2016 (zu bevorzugen) wäre ein FlyBy über Jupiter möglich. Das erlaubt es noch zahlreiche Aufnahmen des Jupiters anzufertigen und gleichzeitig die Reisezeit zu Verkürzen.

Mit einem 20 cm Teleskop mit 3,4 m Brennweite und einem 1024² Chip für Aufnahmen und einem 256² Chip für ein abbildendes Spektrometer, ebenfalls mit einem 20 cm Teleskop errechnen sich Auflösungen von 0,6" und 2,3". Wird 90 Tage vor und Nach Jupiter jeweils 6 Stunden am Tag zur Erde gesandt, dann können rund 104.000 Bilder und 6500 Spektren angefertigt werden.

In den 90 Tagen vor Erreichen des Saturns kommen noch weitere 31.000 Bilder und 1950 Spektren hinzu. Der verfügbare Strom von rund 850 W würde auch einen Betrieb nach der Passage erlauben. Ziel sowohl bei Jupiter wie auch Saturn sollte es seinen einen der Monde die noch nicht gut erforscht sind nah zu passieren. Bei Jupiter einen der näheren Monde (Amalthea, Io, Europa) und bei Saturn Phoebe oder Iapetus, die von Cassini nicht mehr angeflogen werden.

Die Landung erfolgt ähnlich wie bei Huygens. Gekoppelt durch einen Radarhöhenmesser wird rechtzeitig der Fallschirm abgeworfen und danach die Raumsonde durch Triebwerke die mit Hydrazin betrieben werden abgebremst. Für 100 m/s reicht der Treibstoff. Das sollte ausreichen einen freien ungebremsten Fall aus 3000 m abzufangen. Wichtig sind zahlreiche Aufnahmen beim Abstieg, da nicht aus dem Orbit die Umgebung einsehbar ist. Die Bilder beim Abstieg sind daher die wichtigste Planungsgrundlage für die erste Route.

Der erste Tag nach der Landung besteht also darin die Aufnahmen des Landeplatzes und beim Abstieg über 12 h über 8 Tage zur Erde zur Senden. Das sind 3,4 GBit oder bei 8:1 Komprimierung rund 3400 Bilder mit je 1 MPixel. Bei 7 Kameras sind dies 460 Aufnahmen pro Kamera beim Abstieg und 75 Bilder für das Landepanorama. Über Nacht kann das AXPS schon einmal eine Stelle am Boden untersuchen.

Die richtige Exkursion beginnt am zweiten Tag. Dabei sollen sich jeweils 12 h mit Kommunikation mit 12 h Fahren abwechseln. Während der 8 Tage dauernden Nacht erfolgen nur Untersuchungen von Wetter und des AXPS. Interessant ist es natürlich einen Flusslauf oder See zu erreichen. Da der Lander eine nukleare Stromversorgung mit einer Wärmeleistung anfangs 496 W hat sind seine Langzeitüberlebenschancen erheblich besser als bei den Mars Rovern, sofern nicht mechanische Verschleißerscheinungen die Mission beenden.

Kostenabschätzung

Durch Benutzung eines existierenden Rovers, des Schildes von Huygens und Antriebseinheiten von Phoenix sollte die Mission recht gut finanzierbar sein, zumal nur eine Vega als Trägerrakete nötig ist. Auch der RTG schlägt nicht so arg auf die Mission durch, da die Stirling Motoren weniger radioaktives Material benötigt wird. Ein MER Rover kostete rund 325 Millionen Dollar. Dazu kommen noch ein paar Extras, Instrumente, RTG, Trägerrakete und Ionenantriebsmodul. Eine Kostenabschätzung würde daher im Bereich von 400 Millionen Euro liegen.


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