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Web Log Teil 158 : 24.3.2010-1.4.2010

Donnerstag den 25.3.2009: Geschmacksverstärker

Damit es nicht zu langweilig wird heute wieder einmal ein lebensmittelchemisches Thema und zwar eines das sicher viele interessiert: Wie ist das mit den Geschmacksverstärkern. Viele meinen ja die Nahrungsmittel wären damit vollgepumpt um den Geschmack zu intensivieren. Nun das Thema hat zwei Gesichter: Die lebensmittelchemische und die lebensmittelrechtliche Seite. Lebensmittelrechtlich ist es recht einfach: Bestimmte Stoffe sind als Geschmacksverstärker eingruppiert und andere nicht. Die Liste ist recht kurz und kann in drei Gruppen unterteilt werden:

Lebensmittelchemisch ist es schwieriger: Es gibt nicht den Geschmacksverstärker per Se. Jeder Stoff hat auch ein Eigenaroma. Sehr deutlich wird dies bei den Süßstoffen, die ja selbst viel süßer als Zucker sind. Aber auch bestimmte Aromastoffe wirken als Geschmacksverstärker. So wirkt Vanillin (das nicht als Geschmacksverstärker zugelassen ist) genauso wie das Ethylvanillin (zugelassener Geschmacksverstärker) verstärkend auf den süßen Geschmackseindruck. Sie können das Testen indem sie einfach einmal eine Süßspeise mit der gleichen Zuckermenge herstellen, einmal mit Vanillinzucker und einmal ohne.

Das gilt auch für den prominentesten Vertreter die Glutaminsäure. Sie kommt natürlich in Fleisch und Käse vor, aber auch Tomaten. Sie entsteht vor allem bei der Spaltung von Eiweiß, so  bei gereiftem Käse oder fermentierter Sojasoße. Größere Mengen stehen im Verdacht pseudoallergische Symptome zu Versursachen. Glutaminsäure hat aber auch einen ausgeprägten Eigengeschmack, der an Bouillon erinnert (sie wird z.B. in Fleischwurst eingesetzt und prägt mit den Geschmack von Fleischbrühe)

Geschmacksverstärker sind auf dem Vormarsch, das ist nicht zu bestreiten. Vor allem weil inzwischen gesichert scheint,. dass es einen fünften Geschmackseindruck neben Bitter, salzig, süß und sauer gibt, nämlich "Unami", also herzhaft. Entsprechende Rezeptoren auf der Zunge wurden gefunden. Dieser Geschmackseindruck wird von Glutaminsäure und ihren Salzen, aber auch Nucleotiden vermittelt. Früher wurde er als "fleischartig" beschrieben, vielleicht weil diese Zusatzstoffe früher auch vorwiegend Fleischaromen hervorgehoben haben.

Das ist leider passe. Geschmacksverstärker finden sich in immer mehr Produkten. Die Geschmacksverstärker für süße Eindrücke vor allem in Süßwaren - vielleicht hier nicht ohne Grund, sie sparen so Zucker ein. Mancher Zusatz von Vanillin dürfte auch diesem Zweck gelten und nicht, damit das Produkt nach Vanille schmeckt. (Es ist z.B. auch in Cola enthalten). Was mich ärgert, ist aber der Einsatz von Glutamaten und Ribonukleotiden in immer mehr Produkten. Bei Höchstmengen von 1-5 g/kg bei Glutamaten kann man auch nicht mehr von einem Geschmacksverstärker reden, sondern vielmehr einem Aromastoff der so zugesetzt wird.

Noch ärgerlicher ist es, wenn der Hersteller zwar einen Geschmacksverstärker wünscht, aber keinen deklarieren will. Es gibt hier Methoden dies natürlich zu bewirken, z.B. der Zusatz eines Lebensmittels, das als Geschmacksverstärker wirkt. Das kann z.B. Tomatenmark und Käse sein. Pizza profitiert von beiden natürlichen "Geschmacksverstärkern". Doch da ist nicht immer möglich ist, wird in die Trickkiste gegriffen. Sehr oft finden sie den Zusatz "Hefeextrakt" oder "Hefehydrolysat" - Hefe enthält da der Pilz einen viel höheren Stoffwechsel als der Mensch hat, viele Purine und Zell-DNA. Weiterhin enthält Hefe freie Aminosäuren die ebenfalls wie Glutaminsäure den Unami Geschmack vermitteln. Wenn nun Hefe extrahiert wird oder noch besser hydrolysiert (in elementare Bausteine aufgespalten) so erhält man einen natürlichen Geschmacksverstärker, der aber nicht als solcher gekennzeichnet ist. Der Zusatz von Hefeextrakt ist mittlerweile Gang und gäbe, auch bei Erzeugnissen die primär nicht nach Fleisch schmecken sollen wie Chips oder anderem Knabberartikeln.

Kleiner Tipp für Katzenfreunde: Was beim Menschen nur eine leichte Ausprägung zu sein scheint, ist bei Katzen offensichtlich der Hauptgeschmackssinn. Sie können sehr deutlich Aminosäuren schmecken und voneinander unterscheiden. Bei vielen Katzen sind daher Bierhefetabletten sehr beliebte Leckerlis, für die sie ihren "Katzenstick" gerne stehen lassen. Vielleicht probieren sie beim nächsten Drogerieeinkauf auch mal aus ob ihr Haustiger Bierhefe mag....

Freitag 26.3.2010: Alles schön gefärbt

Es gibt Farbstoffe und es gibt Lebensmittel die gefärbt werden müssen. Bonbons und Gummibärchen in Weiß sehen nicht appetitlich aus. Dazu hat der Gesetzgeber auch Farbstoffe vorgesehen, aber auch ihre Anwendung beschränkt, denn natürlich ist die Gefahr groß, dass so der Verbraucher getäuscht wird.

Gerade dass ist aber immer häufiger der Fall. Der Trick: Der Verbraucher wird doppelt hinters Licht geführt. Nicht nur dass ein Lebensmittel gefärbt werden, die man für ungefärbt hält, weil sie normalerweise nicht gefärbt werden (oder nicht gefärbt werden dürfen). Nein, da es verboten ist wird nicht mit Farbstoffen gefärbt sondern mit färbenden Substanzen. Hier mal drei Beispiele die mir beim Begutachten vorgekommen sind:

Das sind nur ein paar Beispiele. Sie sind eine Unverschämtheit und sie täuschen den Verbraucher. Denn zum einen rechnet er nicht mit der Färbung weil sie nicht üblich ist, zum anderen sieht er es nicht sofort am Zutatenverzeichnis, denn dort sind die Farbstoffe ja nicht ausgewiesen. Der Hersteller gibt ja nur das Lebensmittel an das er zusetzt, nicht das er einen Farbstoff zusetzt. Bei einigen Dingen kann man es sich denken. Also wenn jemand Karottensaft(konzentrat) oder Rote Beetensaftkonzentrat zusetzt, dann reicht die tägliche Erfahrung noch um zu verstehen warum dies erfolgt. Doch die wenigsten werden jemals eine Runkelrübe gesehen habe (wird sie nicht schnell verarbeitet oxidieren Phenoloxidasen farblose Zellbestandteile zu einem dunkelbraunen, fast schwarzen Saft - genau das wird genutzt um Lebensmittel braun zu färben.

Also wie immer: Augen auf beim Lebensmittelkauf und ab und an mal das Zutatenverzeichnis lesen!

Montag 29.3.2010: In English please!

Last Thursday I watched the last show of Germanys next top model. One of the candidates was a young lady, which could not understand what the customer said to her in English. Then Heidi Klum was cited numerous times, when she said: "A model must speak and understand English. The photographer speaks to you in English and the customer also". So I was not really surprised, when this girl did not made it to the next round. Well, I'm one of the critics of Heidi Klum and this Type of show and how she deals with the girls. But in this particular case she was right: For a model which is working all around the world English is a "Must have". At least when she wants really to be a international model and do it not only as a second job in various small shows in Germany. At least I think it is for Heidi a knock-out criteria. She lives in los Angeles and her company is there too. She is also much more popular in the States as in Europe, perhaps with exception of Germany. So their clients will be mainly in the US and since the winner of the show gets a contract which runs over 4 years I think she is interested that their models speak English. Perhaps she tests this. before she travels with them to south Africa.

I'm really astonished that today there are girls who did not speak much English. At least what the agents and clients say is not much and they use a simple language. Its always the same. I think they use less different words than our famous Chancellor Konrad Adenauer, who frequently used about 1000 words. You only have to know the words "awesome", "Gorgeous" and "personality". I think with the internet today, English is more established in your daily life. Many web pages are in English, programs and help files also. And of course its easier to meet people and to talk to them.

That's a major difference to my youth. I'm now 45. When I learned English in school, I thought I might need it when I'm going in the holidays in another country. When I started studying Chemistry the books were not in English. You got some contact with articles in English, but after a time when you know how some things, you use a chemist are named in English and how some special work is called. Then its easy to read these articles. It is technical terminology. But I had not to deal with much of them. I even did not know, how my profession was called in English. When we met some collateral relatives from the states, they asked me what is my profession and I started to explain what I do. Then they shout out "Oh you a food analyst!". Food Analyst! that sounds so ... profane. Well I analyze Food, but also water, things you use and which come in contact with skin, hair or mucosae. I also must have knowledge about the laws and the chemistry of food. That's so much more....

The same experience (about needed English)  I made when I later bought English books about programming. Here I had to learn much less because the vocabulary in computer engineering is even in German mainly English. Everyone talks about Boot, RAM, ROM, Bugs, Errors and so on. I think even with not knowing much about English its easy to read a book about programming. Well the most interesting part is the code and to understand this you have not to know much english.

When the internet age started, I had no problem to read web pages in English and now most pages I visit regularly are in English. Of course it is a different to read something and to write or to speak. But some email contacts improved here my skills. I think I can now even talk fluent in English about thinks I know very well.  However, I read English books only since some years. Mainly books about space exploration or the memoirs of astronauts. Most books are not published in German. To follow a movie or a TV show is harder. Unlike German I have often problems even to understand what people say, when there is music in the background, and the problem is that you have no time to think. When someone is talking to fast or he uses a word which I don't know I begin to think, what he might meant with that and so I don't hear what the actor says next. But I have no problem to follow the conversations in GNTP and at least I can even understand in a show what the meaning is. So I recently watched a episode of Desperate Housewife's which was aired in the US, and will come to us in autumn. It seems as Susan has a new friend, a stripper called robin. And it seems as she brings something to every housewife in the wisteria lane.

Since I know that today with DVD with original sound many people look them in original and I think reading and writing in the internet, chat and mail should improve the English I'm really surprised that in every season of GNTM there a girls which don't speak English. Is this the young girl dream? You will be a model and nothing should qualify you for the job with exception of your beauty? Well you should get Politian. There you don't have to speak English, as our last prime minister oettinger. A major Faux-Pas of him: In 2005 he said in an interview that every will speak in the future at work only English and German will be the language of your private life. Shame on you if you then go to the EU parliament and then you don't speak English at all!

So much about this. However, I have not much news. I finished collecting and writing the concept about the history of Ariane 5 and Vega for the next book. But the major amount of documents about Ariane 5 technology and future evolution I have to read and to compare to the written facts I already have. It seems unlikely that I finish the concept before I will go in vacations for two weeks at April 11. But since I just had published one new edition of an older book and three new books (however they are only the book about early European launchers, split in three parts) I think I have tome for this book. I have doubts that the readers can read so much as I write.

Dienstag 30.3.2010: Die Hüh-Hott Politik bei der ISS

Nun das Thema könnte man recht lange bei der ISS in die Vergangenheit zurückführen, eigentlich bis zur Entstehung 1984. Doch ich will mich auf die letzten sechs Jahre beziehen und daran mal meine Kritik an der ISS Politik genauer ausführen. Es war klar, dass nach dem Verlust der Columbia eine Zäsur stattfindet, aber wie dies 2004 verlief ist doch die denkbar schlechteste Lösung gewesen.

Im Januar 2004 wurde beschlossen das Constellation Programm durchzuführen. Finanziert sollte es vor allem durch Einsparungen werden - durch die Einstellung der Space Shuttle Flüge 2009/10, die Aufgabe der ISS 2016 und Kürzungen im allgemeinen Budget (also unbemannten Missionen, Aeronautics etc.). Schon damals dachte ich mir, dass so ein Mondprogramm nicht finanziert werden kann, dass während der sechziger Jahre mehr als Zwei Drittel des NASA Budgets ausmachte und dieses stieg in diesen Jahren rapide an.

Schon damals hätte man an einigen Punkten von Constellation Kritik üben können - wenn 2016 die ISS aufgegeben werden soll - warum dann die Ares I entwickeln und die Orion für ISS Missionen vorsehen? Für die zwei Jahre lohnt es sich kaum (geplanter bemannter Jungfernflug damals noch 2014). Vor allem war ab 2004 bekannt dass es von 2009/10 bis frühestens 2014 keinen bemannten US Zugang ins All geben würde und natürlich auch die Versorgungskapazität wegfällt. Sinnvoll wäre daher zweierlei gewesen: zuerst die Ares I und Orion schnell zu entwickeln, dass sie frühzeitig zur Verfügung steht - in sieben Jahren bis 2011 hätte das möglich sein können, wenn die NASA nicht nur einen Auftrag sondern auch die Mittel erhalten hätte. Dann wäre die Lücke vermieden worden und in einem zweiten Schritt könnten dann Ares V und Altair angegangen werden können.

Vor allem sollte man sich um die Versorgung kümmern und zwar rechtzeitig. Die NASA vergab aber die Entwicklungsaufträge im Rahmen des COTS Programms erst 2006/7 und die Transportaufträge erst 2008. Es ist unwahrscheinlich das Cygnus und Dragon vor 2012 zur Verfügung stehen und wenn dann transportieren sie zusammen nur einen Bruchteil der benötigten Fracht. Vor allem aber wurde die Versorgung der ISS ja nicht umsonst auf internationale Stützen gestellt. Sicher können ATV und HTV sie alleine auch nicht gewährleisten, aber sie können einen größeren Beitrag als bisher geplant leisten. Das ATV sollte mal alle neun Monate fliegen anstatt alle 15 Monate. Das wären immerhin 5 t mehr Fracht pro Jahr. Da nun mehr Sojus Raumschiffe benötigt werden (und damit weniger Progress gestartet werden können, die aus einer Produktionslinie kommen) wäre es sinnvoll gewesen die internationalen Partner zu beauftragen soweit möglich mehr zu leisten, auch wenn das die NASA Geld kostet - aber wenn es um die Aufrechterhaltung des Betriebs der ISS geht sollten doch nicht nationale Interessen den Ausschlag geben.

Allerdings ging es unter Griffin nicht um die ISS. Ich denke man hat sie schon vor 2016 abgeschrieben - warum sonst blieb ausgerechnet das Zentrifugen Forschungsmodul und die Wohnquartiere für die Astronauten auf dem Boden, es reicht aber noch für Versorgungsflüge die ein MPLM zur Station bringen oder Russland einen Zenitstart für sein Rasswetmodul erspart. Das ist auch daran zu erkennen, dass das Forschungsbudget bei der NASA praktisch eingefroren wurde "stalled" wie es die Augustine Kommission ausdrückte. Als Konsequenz betreibt derzeit auf der ISS die ESA genauso viele Racks wie die NASA - diese nutzt nicht mal alle Racks im Destiny Labor, geschweige denn dass sie die ihr zustehenden Racks in Kino und Columbus nutzen kann.

Nun kommt Obama und alles ist neu: Die ISS soll weiter betrieben werden, mehr Geld bekommen - nur gleichzeitig wird Constellation komplett eingestellt - nicht nur Ares V und Altair. Sicher nun sollen kommerzielle Services alles besser machen - doch auch die müssen erst mal entwickelt werden. Realistischerweise wird auch eine private Firma nicht vor 2016 ein neues Raumschiff verfügbar haben. Zumal es nach NASA Sicherheitsstandards gebaut sein muss (ansonsten wird die NASA wohl keine Flüge buchen).

Auf der anderen Sete geht es ja nicht um Forschung und die ISS. Es geht um Jobs. So verwundert es nicht, dass nun plötzlich die Senatoren und Vertreter im Kongress von den Staaten in denen Bestandteile des Space Shuttles gebaut werden fordern dieses länger im Dienst zu lassen. "Ja das geht" sagt dann der neue NASA Administrator Bolden. Das kostet eben nur 200 Millionen Dollar pro Monat an Fixkosten und weil die Produktion schon 2008 eingestellt wurde wird es mindestens 2 Jahre dauern wird sie neu anzukurbeln. Sicher das ist nur ein Nebenschauplatz. Er zeigt aber warum es in Wirklichkeit geht: um Geld in der Aerospace Industrie. Es geht nicht um die ISS, es geht auch nicht um die Forschung. Dies kann jeder nachprüfen der sich die Mühe macht wie viele Racks in den jeweiligen Labors nun tatsächlich belegt sind und wie viele Astronauten derzeit auf der ISS sich befinden, nachdem ja Mitte 2009 angekündigt wurde, nun wäre eine sechs Personen Besatzung möglich. Für alle die nicht nachschlagen wollen: (22 von 33 Racks, davon 6 mit unbekannter Bestückung oder ohne Experimente, nur eine drei Mannbesatzung von der nur ein Besatzungsmitglied halbtags forschen kann). An der ISs kann man recht wenig verdienen, denn für die wird nichts mehr gebaut.

Kein Wunder, dass nun die Weltraumagenturen den Betrieb gleich bis 2028 festschreiben wollen - nach den letzten sechs Jahren benötigt man vor allem Planungssicherheit. Es wird sie aber nicht geben. Wenn der nächste Präsident wieder anders entscheidet, kann es um die ISS geschehen sein. Das ist das neue in der bemannten Weltraumpolitik: Sicher wurde das eine oder andere Projekt schon vorher im Frühstadium gestrichen. MOL in den USA, Hermes in Europa. Aber dass eine funktionierende Raumstation einfach aufgegeben wird, bevor sie fertiggestellt wird und ihr Versorgungssystem noch dazu - das ist einmalig. Wenige Jahre später folgt dann das Ersatzversorgungssystem. Was wird die Zukunft bringen?

Mittwoch den 1.4.2010: Neues von SpaceX

Nachdem ich den Artikel von Eigen Reichl über SpaceX gelesen habe, dachte ich mir: Mal sehen was die für positive P&R bezahlen. Und tatsächlich es gibt ein Programm für Pressekontakte, bei denen nicht nur weiteres Material über die Falcon 9 und Dragon zur Verfügung gestellt wird, sondern auch eine Aufwandsentschädigung für Pressearbeit geleistet wird. Es hat eine Weile gedauert, bis wir die Konditionen ausgehandelt hatten, aber mit dem Hinweis auf meine schon existierenden Falcon Webseiten wurden wir dann doch handelseinig. Nun muss ich diese allerdings umschreiben, bis dahin sind sie offline genommen. Dafür habe ich exklusiv Informationen über die Technik bekommen, die ich erstmals in Deutschland veröffentlichen kann. Allgemein verfügbar werden sie erst beim Launchmanifest des ersten Falcon 9 Fluges sein.

Heute möchte ich in diesem Artikel einmal zwei der großen Widersprüche aufklären, die mich selbst beschäftigt haben. Das eine ist der hohe spezifische Impuls des Merlin in der Falcon 9 Zweitstufe. Erreicht wird dies durch eine Reihe von Technologien. Zuerst setzt SpaceX in der Zweitstufe eine besondere Kohlenwasserstofffraktion ein. Dies ist nicht neu. Schon die Sojus U2 setzte eine besondere Mischung namens "Sintin" ein, um den spezifischen Impuls zu steigern. SpaceX benutzt dazu eine Kohlenwasserstofffraktion, die reicher an Wasserstoff ist und weniger ungesättigte und ringförmige Kohlenwasserstoffe enthält. Dadurch ist der spezifische Impuls automatisch höher.

Ein zweiter Trick ist der Zusatz von Palladiumnitrat zum Treibstoff. Palladium ist in der chemischen Industrie als Katalysator bekannt und beschleunigt chemische Reaktionen. Er bewirkt dass in der Brennkammer der Treibstoff weitgehend vollständig verbrennt und damit den maximalen Schub ohne Verluste durch ungebrannte Stoffe liefert. Das Hauptproblem war, dass Palladiumnitrat weder löslich in Kohlenwasserstoffen ist, noch stabil in Lösung bleibt. Es würde sich auf dem Boden der Tanks absetzen. SpaceX setzt dafür ein Hydrokolloid ein, eine gelartige Substanz mit einem hydrohoben Außenteil (löslich in Kerosin) und einem hydrophilen Innenteil in dem das Palladiumnitrat gebunden ist (ähnlich wie bei einem Chelat-Komplex). Es stabilisiert die Lösung, so dass sich das Palladiumnitrat nun gleichmäßig im Treibstoff verteilt. Bei der Verbrennung entsteht dann reaktives metallisches Palladium, das die Verbrennung katalysiert und bewirkt dass kaum Kohlendioxid dafür mehr Wasserstoff und Kohlenmonoxid gebildet wird.

Das zweite ist eine  neue Technologie bei der Vakuumversion des Merlin 2. Dieses ist ja im Schub regelbar von 60-100 %. Anders als bei anderen Triebwerken wird die Turbopumpe aber immer mit voller Leistung betrieben. Über einen zweiten Eingang saugt sie bei Reduzierung des Schubs dann bei verringerter Förderleistung für den Treibstoff aus einem Ring am Düsenhals das Abgas wieder an. Dieses wird in einem inneren Ring des Injektors wieder in die Brennkammer injiziert. Dadurch erhöht sich der Brennkammerdruck gravierend und es erreicht das Merlin Leistungen die sonst nur von Hochdrucktriebwerken bekannt sind . SpaceX sieht den Test dieser Technologie bei dem Erstflug der Falcon 9 als kritisch an, weil sie nicht am Boden erprobt werden konnte (die Düse ist hier zu kurz, weil der Expansionsteil für den Vakuumbetrieb fehlt und so würde viel Luft mit angesaugt werden und die entstehenden Luftdruckschwankungen würden zu Druckschwankungen beim Brennkammerbetrieb führen).

Noch mehr wird bei der Falcon 9 Heavy zum Einsatz kommen. Zum einen zeigen Untersuchungen von SpaceX dass die 27 Triebwerke ausreichend sind, für den schon für die OTRAG Rakete postulierten Staustrahleffekt. Das Postulat ist, dass die vielen Düsen eine gemeinsame Große Düse bilden und zu einer Nachverbrennung des Treibstoff führen. Dabei wirkt das ganze Heck der Rakete als Düsenhals. Während des Betriebs am Erdboden verstärkt sich der Effekt sogar noch durch das Ansaugen von Luft zwischen den Flammenstrahlen der einzelnen Düsen. Wie bei der OTRAG wird so ein um 300 m/s höherer spezifischer Impuls postuliert, der zu einer gravierenden Nutzlaststeigerung führen sollte. SpaceX rechnet mit noch größeren Effekten für eine Falcon 9 mit vier oder sechs Boostern - entsprechende Pläne gab es schon, die Falcon 9 Ultima wird aber nach Einstellung des Constellation Programms nicht mehr gebaut werden.

Eine weitere Anpassung wird es beim Treibstoff an der zentralen Stufe und der Oberstufe geben. Diesmal beim Sauerstoff. Er wird mit 10 % Ozon versetzt und (wie das Kerosin) unterkühlt. Das bewirkt zwei Effekte: Zum einen steigt so die Treibstoffmenge um 10 % an. Zum zweiten ist die Verbrennungsenergie höher und erreicht nun fast das Niveau von Wasserstoff/LOX. Da die Mischung nahe am Punkt ist, wo die Explosionsgefahr ansteigt (11,5 %) setzt SpaceX noch 2 % Fluor hinzu. Fluor ist reaktiv und wird mit radikalischem Sauerstoff wie er beim Zerfall von Ozon entsteht spontan zum relativ stabilen OF Radikal reagieren, das bei den Lagertemperaturen nicht mehr zerfällt.

Damit erreicht die Heavy Version fast die Leistung des RS-68 Antriebs der Delta IV (dem zugegebenermaßen schlechtesten LH2/LOX Antrieb der verfügbar ist). Erst damit ist die hohe GTO Nutzlast von über 19 t möglich. Wenn die Falcon 9 ab 2016 einsatzbereit ist soll die Technologie auch für die Oberstufe der Falcon 9 eingesetzt werden und dort die Nutzlast auf 12 t in den ISS Orbit anheben.

Donnerstag 2.4.2010: Ariane 5 - sinnvolle Upgrades

So ich hoffe ihr seid alle gut in den April gekommen und nicht auf meinen plumpen Aprilscherz mit SpaceX reingefallen. Sorry, aber ich bin nicht sehr fantasievoll in solchen Dingen. Nachdem die ESA nun ja schon die Ariane 6 plant, will ich mal als Gegenakzent skizzieren, was mit der Ariane 5 möglich ist. Einiges davon ist auch Thema des nächsten Buches und dort ausführlicher dargestellt. Ich will dies im folgenden durch einige eigene Bemerkungen ergänzen. Thema sollte sein: Wie weit kann die Nutzlast der Ariane 5 noch sinnvoll und preiswert erhöht werden?

Neues Vulcain 3 Triebwerk

Snecma und ESA haben zusammen untersucht wie ein Vulcain Mark III aussehen sollte. Ziel ist es nicht nur die Nutzlast zu steigern, sondern auch die Produktionskosten. Das Vulcain ist schon immer der wunde Punkt der Ariane 5 gewesen. Zum einen ist es der teuerste Teil der Rakete. Schon ein Vulcain 1 kostete rund 15 Millionen Euro in der Fertigung. Zum anderen wurde Ariane 5 während der Planungen immer schwerer und die Zentralstufe stieg im Gewicht von 130 auf 170 t, während der Schub des Vulcains gleich blieb. Daraus resultieren hohe Gravitationsverluste - bedingt zum einen durch die längere Zeit die Orbithöhe zu erreichen und zum anderen durch die geringe Beschleunigung nach Wegfallen der Booster. Der Hauptnutzen des Vulcains 2 ist daher durch einen höheren Schub diese zu reduzieren, der spezifische Impuls ist weitgehend gleich geblieben. Folgende Optionen wurden untersucht:

ESA/SNECMA schlugen das MC 1500G vor, wahrscheinlich wegen der geringsten Entwicklungskosten. Ich würde das MC 1700G bevorzugen. Es liegt nahe des Schuboptimums und offeriert mehr Möglichkeiten eine schwerere Oberstufe zu transportieren. Zudem ist der Gewinn an Nutzlast deutlich höher. Jeder der MC 2000 Typen hat irgendwelche Nachteile. Der wohl leistungsstärkste wäre ein Triebwerk mit "staged Combustion" Prinzip. Dies wurde jedoch bei der Vulcain Entwicklung untersucht und wegen zu hoher Kosten verworfen. Ich kenne auch kein LOX/LH2 Triebwerk mit diesem Prinzip, das preiswert wäre. Wenn dann wäre es sicher eine Option für ein mehrfach verwendbares Raumgefährt, aber nicht für Ariane.

Das macht schon mal 1.500 kg mehr Nutzlast

EAP Booster

Es gibt zahlreiche Optionen an den EAP Boostern etwas zu machen, doch weil sie die erste Stufe stellen, bringen die meisten fast keine Nutzlast - um 100 kg mehr Nutzlast zu generieren müsste das Leergewicht um 1300 kg sinken. Sinnvoll scheint nur der radikalste Schritt zu sein: Der bei der Vega Entwicklung schon mit einkalkulierte Schritt die Booster aus CFK-Werkstoffen zu fertigen. Fiat Avio hat die Fabrik schon dafür ausgelegt und die erste Stufe der Vega hat nicht zufälligerweise 3 m Durchmesser.... Ein CFK-EAP hätte einige Vorteile:

Insgesamt würde so die Nutzlast um 1.750 kg steigen. Ohne Anpassungen an der Rakete ist diese aber nicht voll nutzbar, so steigt die aerodynamische Belastung um 30 % was eine veränderte Aufstiegsbahn notwendig macht. Realistischerweise kostet das wieder etwas Nutzlast und es bleiben noch 1.000 bis 1.500 kg übrig. Ich rechne mit 1.250 kg.

Das sind dann schon 2.750 kg mehr Nutzlast

ESC-B / EPC

Beim Vinci könnte durch Steigerung des Brennkammerdrucks der Schub leicht auf 200 kN angehoben werden. Die Reserven sind in den Turbopumpen vorhanden, deren geforderte Leistungsdaten zwischen 2002 und 2008 reduziert wurden. Wie viel dies bringt hat die ESA offengelassen. Denkbar wäre nach ESA auch die Nutzung unterkühlter Treibstoffe, die ein etwas höhere Dichten aufweisen. Auch hier wurde offen gelassen was es bringt. Ich habe selbst einmal berechnet und bin zu 1.300 kg mehr Nutzlast gekommen, 500 kg durch mehr Treibstoff in der ESC-B und 800 kg durch mehr Treibstoff in der EPC. Das erscheint mir etwas optimistisch zumal die ESA nur die Möglichkeit bei der EPC ansetzte. Also rechnen wir mal mit 800 kg mehr Nutzlast

Zusammen sind dies 3.550 kg Nutzlast

So komme ich zu fast dem gleichen Ergebnis wie die ESA, die für eine Ariane 5 mit allen Änderungen rund 14-15 t GTO Nutzlast (mit MC 1500G Triebwerk!) errechnet hat. Mit dem MC-1700G komme ich auf 14.950 kg (bei 11.200 kg Vorgabe für die ESC-B). (13.950 kg mit dem MC 1500G). Das deckt sich recht gut mit den ESA Angaben.

Tune me up!

So nun kommen wir zum spekulativen Teil: Wie viel Nutzlast ist möglich? Sicher wenn man zwei Vulcain 2 in die Erststufe einbaut, sechs Booster ansetzt wird es mehr - entsprechende Pläne für eine 50 t Ariane gibt es ja von EADS. Doch ich will das Tunen weitführen in der Form wie bisher - keine entscheidenden Änderungen. Dreh und Angelpunkt ist für mich die Oberstufe und VEB.

Die ESC-B Oberstufe wiegt leer 6.250 kg. (bei 27.500 kg Treibstoffzuladung ) - das ist (Negativ)Rekord! Leider ist offen ob dies die Gesamtmasse der Oberstufe mit Stufenadapter ist oder ohne, bei dem es z.B. bei der ESC-A rund 1.245 kg Unterschied gibt. (4.545 kg zu 3.300 kg). Ich habe daher die Forderung der ESA nach 11.200 kg Nutzlast mit der ESC-B unter Verwendung der bisherigen EPC/EAP genommen und berechnet wie schwer die ESC-B sein darf um dieselbe Endgeschwindigkeit wie die ESC-A mit 9.600 kg Nutzlast zu erreichen. Ich komme auf eine Gesamtmasse von 7.350 kg. Bei einer VEB von 950 kg korrespondiert dies tatsächlich recht gut mit der angegeben Trockenmasse von 6.250 kg.

Hier muss man ansetzen: 7.350 kg Trockengewischt von VEB und ESC-B sind zu viel!

Schweifen wir mal zu einer vergleichbaren Stufe, der zweiten Stufe der Delta 4 mit 5,00 m Durchmesser und dem RL-10B2 Triebwerk. Diese hat mit 27,2 t Treibstoffzuladung fast genauso viel Treibstoff an Bord, wiegt aber nur 3.640 kg leer. Das Vinci Triebwerk wiegt 550 kg, das RL-10B2 nur 310 kg. Rechnet man noch einen Puffer für das Schubgerüst dazu, dann wäre für die ESC-B bei gleicher Technologie also eine Trockenmasse von rund 4.000 kg angemessen - 2.250 kg weniger oder 2.250 kg mehr Nutzlast - mehr als ein neues Vulcain 3 bringt, mehr als komplett neue Booster bringen, nur durch einen Strukturfaktor der bei einer so großen Stufe angemessen ist. Wenn Astrium Bremen es nicht hinbekommt (ihre Vorschläge für Oberstufen der Vega hatten auch 25-29 % Strukturgewicht und senkten dadurch die Nutzlast ab....) dann sollte die ESA eben einen anderen Hersteller auswählen, vielleicht MT Aerospace die auch Strukturen entwickeln, oder der Auftrag wandert nach Frankreich, wo man bei der EPC zeugt dass leichtgewichtige Strukturen möglich sind. Blamabel für Deutschland aber immer noch besser eine konkurrenzfähige Rakete als eine die der Technik hinterherhinkt. Selbst wenn man ein Vibrationsdämpfungssystem in den Stufenadapter einbauen muss (die NASA Lösung bei der Ares I) bleibt noch ein Plus - 100 kg mehr in der EPC korrelieren nur mit 30 kg weniger Nutzlast.

Dabei rede ich nicht von modernster Technik: Die Stufe der Delta ist weder innendruckstabilisiert, noch nutzt sie Li-Al Legierungen. Der erste Effekt ist schwer bezifferbar, aber Li-AL Legierungen (2195 vs. 2219) sind 25 % leichter bei gleicher Beanspruchungswerten. Nimmt man an, dass die Treibstoffranks rund 2/3 der Masse ausmachen, dann können von den 4000 kg so nochmals 750 kg eingespart werden - schon sind es 3.000 kg mehr Nutzlast!

Zuletzt noch zur VEB. Die VEB ist ein Relikt der Ariane Entwicklung. Bei Ariane 1-4 vermittelte sie als strukturelles Element zwischen 2,60 m Drittstufendurchmesser und dem Durchmesser der Nutzlasthülle von 3,20 bzw. 4,00 m. Bei der Ariane 5G übertrug sie die Lasten der EPS auf die Struktur, die dadurch 400 kg leichter sein konnte. Sie wurde auch schon leichter und wiegt bei der Ariane 5 ESC-A nur noch 950 anstatt 1.500 kg bei der Generic Variante. Trotzdem entfallen davon noch 480 kg auf die reine Struktur und nur der Rest auf Elektronik, Batterien, Lageregelungssystem und Triebwerke. Bei den meisten anderen Stufen ist dies in der letzten Stufe integriert - auch bei der ESC-B gäbe es genügen Platz in dem oberen Kreisring, weil der LH2 Tank einen sphärischen Dom hat, also in der Mitte höher ist als am Rand. Wird dies gemacht und die VEB komplett eingespart so denke ich können nochmals 400 kg Nutzlast hinzugewonnen werden: Die kombinierte ESC-B/VEB wöge dann nur noch 3.800 kg anstatt 7.200 kg - in der gleichen Größenordnung wie die zweite Stufe der Delta IV, die auch einen integrierten Bordcomputer in der Stufe hat.

Der lohn sind 3.400 kg mehr Nutzlast -mehr als alle anderen Maßnahmen zusammen erbringen. Das beste: Dies ist heute noch möglich! Die ESA muss nur nicht das Design von Astrium akzeptieren. Als die DLR eine Venus II Studie in Auftrag gab, weil die erste Studie so hohe Strukturmassen aufwies, war plötzlich bei Astrium es auch möglich CFK Werkstoffe einzusetzen und plötzlich geht das was vorher unmöglich erschien....

Zusammengefasst: (Ausgegangen von der ESA Forderung von 11.200 kg für eine Ariane 5 ESC-B):

+ 1.250 kg neue EAP

+ 1.500 kg Vulcain Mark III

+ 800 kg unterkühlte EPC Treibstoffe

+ 3.400 kg neue ESC-B/VEB

macht....

18.150 kg in GTO - vielleicht eine optimistische Angabe, da man wohl das eine oder andere nicht umsetzen wird, oder es sich gegenseitig ausschließt und beeinflusst. (Auf der anderen Seite rechne ich mit den Mindestforderungen der ESA und die 400 kg die Veränderungen an der EPC/EAP bis Ende 2010 für die Ariane 5 ECA bringen sollen wurden außen vorgelassen). Ich denke aber eine leichtgewichtige ESC-B/VEB, die die Nutzlast alleine auf 14-15 t anhebt, sollte möglich sein. Aber vielleicht will das ja auch keiner. Es muss ja noch Argumente für eine Ariane 6 geben, und die fallen um so leichter je näher die an der Ariane 5 liegt (würde man eine Ariane 5 mit 18 t Nutzlast durch eine Ariane 6 mit 3-8 t Nutzlast ersetzen? Ich glaube nicht).

Ansonsten war ich fleißig und habe für meinen Urlaub (11-25.4) für alle zwei Tage kurze Ausschnitte aus meinem neuen ATV Buch online gestellt, die zusammen über Sojus, Progress und MPLM informieren. Ich hoffe das hält die Leser bei Stange. Sie erscheinen alle ungeraden Tage im Blog. Vielleicht füllen Thomas und Kevin, die direkten Zugang zum Blog haben den Rest noch mit einigen ihrer Aufsätze.

 

 


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