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Web Log Teil 198: 8.11.2010 - 13.11.2010

Montag den 8.11.2010: Der ALDI Effekt

Vielleicht seid ihr überrascht, hatte ich doch angekündigt diese Woche nicht zu bloggen. Ich schaue zweimal im Jahr nach dem Rechten bei unserem Ferienhaus in Nesselwang. Doch da mir mein Fuß immer noch weh tut, ich Schuhe nur kurzzeitig anziehen kann ist es wenig sinnvoll dorthin zu fahren, wo schon der nächste Ort 2,5 km entfernt ist. Zudem habe ich seit heute morgen auch noch einen Schmerz auf der Brust. Ich vergaß Kevin darüber zu informieren, so seid ihr zu einem Gastbeitrag gekommen. Ich hoffe aber es kommen auch ohne Anlass mehr. Das gilt übrigens auch für alle anderen Dauerleser. Es gibt hier so ein halbes Dutzend Leute die regelmäßig kommentieren. Wenn jeder nur einen Blog pro Monat hinbekommen würde, dann müsste ich nur jeden zweiten Tag schreiben, was eine deutliche Erleichterung wäre und es kämen auch mal neue Perspektiven, Themen und Ideen in den Blog. Jeden Tag gibt es rund 400-500 Seitenabrufe, also das Publikum ist vorhanden....

Kompetente Leute haben wir ja: Die Weltraum- und Computerrätsel werden so schnell gelöst, selbst wenn sie schwer sind. Also warum nicht mehr Gastbeiträge?

Da ich mir heute wieder einen Jogging Anzug bei ALDI gekauft habe möchte ich heute mal auf ein Phänomen eingehen dass ich als ALDI Effekt bezeichne: wie man auf die kurzfristig verfügbaren Angebote reagiert, also der typische Non-Food Bereich der meist in einer Woche verkauft ist.

Wie war es früher? Man ging einkaufen mit einem Vorsatz. Ich kaufe fast nur die Einkaufsliste. Manchmal sehr ich bei anderen Leuten etwas auf dem Band liegen und wundere mich, dass dies der Laden hat, weil ich eigentlich immer das gleiche kaufe. Das gilt auch beim Einkauf von Non-Food Sachen: Wenn ich früher Kleidung brauchte wartete ich meist bis zum Sommer- oder Winterschlussverkauf und kaufte das ein was ich brauchte. Andere Sachen wurden benutzt obwohl sie vielleicht beschädigt alt oder nicht mehr schön waren, aber meistens vergaß man bei einem Einkauf dass man die auch ersetzen könnte, so wurde erst Ersatz beschafft, wenn es nötig war.

Bei ALDI (entsprechendes gilt auch für LIDL oder andere Discounter) ist es so, dass ein Angebot meist in der Woche wegverkauft ist in der es Sie gibt, manchmal schon am ersten Tag. Weiterhin gibt es den Artikel je nachdem wie speziell er ist nur ein paar Mal im Jahr oder nur einmal im Jahr wie z.B. jetzt gerade Schneeschaufeln. Das führt zu einer Hamstermentalität: Man kauft auf Vorrat. Schließlich könnte es sein, dass man dieses oder jedes im nächsten Jahr brauchen kann. Es verkürzt auch die Nutzungsdauer: Vorinformiert über den Prospekt weiß man was es nächste Woche gibt und man sieht Dinge die man nicht neu bräuchte, aber das alte sieht vielleicht eben nicht mehr so gut aus, ist nicht mehr modern etc. Vor allem kann man ja meist was sparen. Hier im Schwabenland gibt es den Spruch: "Man glaubt nicht wie viel die Leute ausgeben, wenn sie etwas sparen können". Und das trifft auch auf die Angebote zu - obwohl sie billiger sind, führen zu einem Mehrkonsum, der die Einsparung kompensiert und in der Summe gibt man mehr aus.

Ich denke das trifft auch für andere zu. Ich merke das vor allem wenn es ein Angebot gibt und die Leute vor mir an der Kasse mit 4 Fitnessanzügen anstehen. Was mich ein bisschen ärgert ist das die Angebote meist vor der Jahreszeit in der man sie braucht kommen. Also zwei Beispiele: Blumenzwiebeln zum Einpflanzen gibt es deutlich zu früh. Die für den Herbst schon Anfang September. Einpflanzen kann man aber wenn man nicht neu bepflanzt erst wenn die Rabatten abgeräumt sind, also meistens erst ab Oktober. Oder eben letzte Woche die Schneeschippen - bei uns gibt es meist erst richtig Schnee ab Mitte Dezember. Speziell bei LIDL frage ich mich auch wer das alles kaufen soll. Also neben vielen nützlichen Dingen, gibt es dort auch viel, wo der potentielle Kundenkreis recht klein ist, wie z.B. mindestens einmal im Jahr Zubehör für Pferde.

Aber es hat Folgen: Inzwischen besteht ein guter Teil meiner Kleidung aus Dingen von ALDI, 50% werden es nicht sein, aber nahe dran dürfte hinkommen. Bei den Schuhen ist der Prozentsatz noch deutlich höher. Die Discounter gehen ja auch immer weiter. Fotos, Reisen, Handytarife - alles erhältlich. Ich glaube vor ein paar Jahren konnte man bei LDL auch Fertighäuser kaufen. Autos fehlen glaub ich noch im Sortiment, aber die kommen auch noch....

Mittwoch 10.11.2010: Wie startet man ein Raketentriebwerk - Teil 2

Teil 1 erklärte wie ein Triebwerk, genauer gesagt, wie der Treibstoff in der Brennkammer gezündet wird. Bei einem druckgeförderten Triebwerk ist damit alles gesagt. doch die meisten Triebwerke arbeiten nach einem anderen Prinzip.

Ein druckgefördertes Triebwerk kann niemals einen Brennkammerdruck aufweisen, der höher als der Druck in den Tanks ist. Damit ist dieser auf niedrige Werte von etwa 10 Bar begrenzt. Sonst würden die Tanks durch die dicken Wandstärken für den hohen Innendruck zu schwer. Damit nutzt man einen Teil der möglichen Energie des Treibstoffs nicht aus und vor allem ist das Triebwerk vergleichsweise groß: Je größer der Brennkammerdruck, desto kleiner die Brennkammer und damit auch die Düse. Der Schub ist von dem Brennkammerdruck linear abhängig und die Fläche der Düse stiegt ebenso linear an, wenn der Brennkammerdruck absinkt.

Alle größeren Triebwerke arbeiten mit einer Turbopumpenförderung. Eine Turbine die mit Heißgas angetrieben wird, liefert die Energie für eine Pumpe welche den Treibstoff mit hohem Druck in die Brennkammer fördert. Es gibt verschiedene Möglichkeiten das Gas bereit zustellen. Aber vor allem ist die Sequenz wichtig:

Wenn die Turbopumpe zeitgleich mit dem Triebwerk anläuft, dann kann es vorkommen, dass der Brennkammerdruck rasch durch den verbrennenden Treibstoff ansteigt, rascher als sich der Druck durch die Turbopumpe aufbaut. Das kann dann zu Rückkopplungen führen: Der steigende Druck führt zu einem zu niedrigen Treibstofffluss, weil der Eingangsdruck nicht ausreicht viel Treibstoff in die Brennkammer einzuspritzen, das führt zu einem Druckabfall und damit zu einem verstärkten Treibstofffluss, welcher wieder zu ienem Druckanstiegt führt - das Triebwerk "pumpt" und das kann bis zur Explosion gehen.

Um das zu verhindern, muss entweder dies verhindert werden oder der Start der Turbine vorher erfolgen. Fangen wir mit dem letzteren an. Wenn die Turbine schon läuft wenn die Treibstoffventile geöffnet werden, so können sie den Treibstoff schon mit Druck fördern. Es muss ja nicht die volle Leistung vorhanden sein, aber genügend um einen Druck aufzubauen der höher als der bei der Zündung entstehende Druck ist. Ganz einfach war dies bei alten Triebwerken wie dem der A-4 oder den ersten bei der Sojus eingesetzten: Der Gasgenerator arbeitet dort mit katalytisch zersetztem Wasserstoffperoxid. Er war so von dem Treibstofffördersystem getrennt und konnte vorher gestartet werden. Der Gasgenerator lieferte dann das Arbeitsgas für die Turbine.

Eine zweite Methode ist es zumindest für den Start ein eigenes Gassystem vorzusehen. Es haben sich hier mehrere Methoden etabliert: Die pyrotechnische Gaserzeugung durch eine kleine Kartusche mit festem Treibstoff die innerhalb einiger Sekunden abbrennt und so das Startgas liefert. Dies wird bei dem HM-7B, den Triebwerken der Titan II und dem J-2S eingesetzt. Der Nachteil ist das eine Kartusche nur einmal eingesetzt werden kann. Beim J-2S waren so drei Kartuschen vorgesehen um drei Starts zu ermöglichen. Sie müssen dann natürlich so abgeschirmt sein, dass die folgenden nicht den Treibstofffluss behindern und nicht durch die Hitze entzündet werden.

Andere Startsysteme bei LOX/RP-1 Triebwerke sind meist Kerosintanks für den Start: Das LOX Ventil wird zuerst geöffnet, das Kerosin aus dem Drucktank hinzugegeben und der Gasgenerator gestartet. Der Sauerstoff tritt in die Brennkammer ein, kann sich dort ohne Kerosin aber nicht entzünden. Nun erst kommt das Kerosin hinzu und wird entzündet. Ein Triebwerk muss relativ schnell hochlaufen wenn diese Methode eingesetzt wird, weil sonst über Sekunden hinweg flüssiger Sauerstoff durch die Brennkammer fließt und sich eine große Menge ansammeln kann. Das Triebwerk der Blue Streak und das Triebwerk H-1/RS-27 arbeiteten nach diesem Prinzip.

Bei flüssigem Wasserstoff hat sich ein Starttank eingebürgert. Wasserstoff auf dem Druckgastank sorgt für eine genügend hohe Gasmenge um die Turbopumpe auf niedrige Drehzahlen zu bringen. Dies wird beim J-2 eingesetzt, aber auch beim Vinci Triebwerk. Unter bestimmten Umständen kann der Tank auch nachgefüllt werden, indem heißes Wasserstoffgas aus der Kühlung wieder in den Tank eingebracht wird. Das J-2 konnte so den Tank innerhalb von 30 s wieder auffüllen, es waren beliebig viele Zündungen möglich, solange die Brenndauer mindestens 30 s betrug.

Besser ist natürlich ein System ohne die Notwendigkeit zusätzliches Gas zuzusetzen. Das geschieht so beim Bootstrap Cycle. Durch den Tankdruck wird etwas Treibstoff gefördert. Er passiert nun das Gaserzeugungssystem und erzeugt ein Arbeitsgas, dass nun mehr Treibstoff fördert und so steigt der Druck an. Diese Triebwerke sind die am langsamsten startenden. Das Prinzip kann nur eingesetzt werden wenn es nicht einen Nebenkreislauf gibt, wie beim klassischen Gasgeneratorantrieb. Sonst würde viel Treibstoff in die Brennkammer gelangen bevor die Turbopumpe ihren Nominaldruck erreicht hat. So wird es bei Triebwerken, die nach dem Hauptstromverfahren arbeiten eingesetzt wie dem RL-10 oder SSME. Beim RL-10, das nachdem Expander Cycle arbeitet, passiert der ganze Wasserstoff die Brennkammerwand und verdampft und erzeugt so das Arbeitsgas für die Turbine. Da anfangs diese noch kalt ist, ist es aber auch hier üblich dieses System zu unterstützen, z.B. durch einen Druckgastank wie dies beim Vinci geschieht.

Beim SSME wird Wasserstoff mit einem Teil des Sauerstoffs in einem Vorbrenner verbrannt und dieses Gas treibt dann die Turbopumpen an. Bas Gasgeneratoren ist dieser Start unüblich, weil normalerweise nur 1-4% des Treibstoffs abgezweigt wird und diese kleine Treibstoffmenge nicht ausreicht, genügend Arbeitsgas zu fördern, wenn der Tankdruck zu gering ist. (Die Regelung der Treibstoffmenge erfolgt sehr oft recht einfach durch die Dimensionierung der Leitungen: Hat die Hauptleitung zum Triebwerk 10 cm Durchmesser und die zum Gasgenerator 1 cm Durchmesser, so durchfließt diese bei gleichem Druck eben nur 1% des Treibstoffs).

Donnerstag 11.10.2010: Kann man einen Laptop nur mit Solarenergie betreiben?

Ich mache mir ja so meine Gedanken, Nicht nur über Raumfahrt, sondern auch andere Dinge, vor allem aber um technische. So habe ich mir mal überlegt - wäre es nicht toll ein Notebook nur über Sonnenenergie zu versorgen?

Also mal ein Szenario überlegt. Jemand will sein Notebook pro Tag zwei Stunden lang nutzen. Der Energieverbrauch soll dem Durchschnitt entsprechen und das soll in Deutschland möglich sein. Also mal auf Datensuche gegangen. Zuerst habe ich mir aus der aktuellen ct' die Daten von vier Notebooks geholt:

Name Stromverbrauch (Mittel) Abmessung Betriebsdauer mit Standardakku
Acer Extensa S635Z (15,6") 15.2 W 37 x 24,2 x cm 3,1 h
Samsung EJ372 (17,3") 21,5 W 41,2 x 27,3 2,3 h
Macbook Air v11,6" 5,8 W 30 x 19,2 cm 6 h
Mcbook Air 13,3" 6,2 W 32,5 x 22,7 cm 8 h

Die Angaben sind schwer vergleichbar, da die Apple Produkte recht teuer sind und die anderen beiden Notebooks aus einem Test von Billignotebooks stammen (500 Euro Klasse) - natürlich haben die nicht gerade die stromsparendsten ULV Prozessoren, Displays und Chipsätze.

Das zweite ist die Leistung die Solarzellen liefern. Vor allem ist ausschlaggebend nicht die durchschnittliche Leistung, sondern die minimale. Schließlich gibt es bei uns im Dezember weniger Strahlung als im Juli. Der Winkel ist geringer und die Tageslänge kürzer. Ich fand bei einem Hersteller für Solarzellen folgende Angaben:

Nun kann man eine einfache Rechnung per Dreisatz aufmachen: Wenn Solarzellen im Deckel angebracht sind. Was liefern sie pro Tag an Strom? Nun einfach Multiplikation der Deckelfläche mit der minimale Energie von 0,8 kWh pro Tag und Quadratmeter liefert:

Name Energie minimal Energie Mittel
Acer Extensa S635Z (15,6") 71 Wh 161 Wh
Samsung EJ372 (17,3") 90 Wh 202 Wh
Macbook Air v11,6" 46 Wh 103 Wh
Mcbook Air 13,3" 59 Wh 132 Wh
Es wird klar, dass selbst im ungünstigsten Fall beim 17.3" Notebook der gelieferte Strom für 4 Stunden Betriebszeit reicht. Beim größeren Macbook Air sind es sogar über 9 Stunden. Das sind so gute Werte, dass sie sogar einige Mankos auffangen, so kann man die Solarzellen ja nicht schräg für optimale Ausbeute aufstellen (der Sonnenstand schwankt im Laufe des Jahres) und natürlich ist das Notebook nicht dauernd in der Sonne (immerhin kann der Standardakku beim größeren Macbook auch 4 Tage ohne sonne auffangen).

Die Idee hatte ich durch einen Beitrag in "Neues" in 3sat wo über die IT-Entwicklung in Afrika berichtet wurde und dort wurde gebracht, dass z.B. der Computerunterricht durch Stromausfälle über Tage lahmgelegt wurde. Natürlich gäbe es sicher auch Leute, die beruflich viel unterwegs sind oder als Forscher in Gegenden ohne Stromversorgung wie bei uns. Wobei diese wahrscheinlich wegen anderen Geräten sicher einen Generator hätten oder zumindest noch etwas Strom für eine Datenverbindung per Satellit brauchen.

Doch bei diesem Ergebnis - beim Macbook reicht selbst im Winter wo maximal 8n Stunden lang die Sonne scheint die Deckelfläche aus um das Gerät mit Strom zu versorgen (wenn die Sonne scheint), frage ich mich, warum Apple die Dinger nicht wirklich mit Solarzellen ausstattet und dann als "Macbook free" vertreibt, so mit dem Slogan - "Arbeiten sie unabhängig ohne Netz, das ökologische Netbook". Bei meiner letzten Recherche kostete eine Komplettanlage für Dächer rund 1000 Euro pro m² (das ist aber glaub ich 1-2 Jahre her), dabei ist die Integration in ein Notebook einfach - keine Montage, direkte Verbindung zum Akku. Selbst bei gleichen Kosten würden die 737 cm² Oberfläche dann aber nur rund 74 Euro zusätzlich kosten - bei einem Verkaufspreis von 1.600 Euro für das Macbook gerade mal 5% des Verkaufspreises.

Taschenrechner für 15 euro mit Solarzellen gibt es seit 20 Jahren - wann gibt es auch Notebooks mit Solarzellen?

Freitag 12.11.2010: Mission to Mars 1

Ich will heute mal in einer losen Blogserie die technischen Herausforderungen einer bemannten Marsmission skizzieren. Heute geht es um das Bahnmechanische. Es gibt eine ideale Bahn mit niedrigstem Energiebedarf und beliebig viele andere. Die mit dem niedrigsten Energiebedarf hat folgende Eigenschaften:

Das Problem ist nun folgendes: Wenn man auf einer Hohmannellipse zum Mars fliegt, so benötigt man dazu etwa acht Monate. Man muss also acht Monate vor dem Zeitpunkt der idealen Position losfliegen. Das Problem ist nun nur folgendes: Die Rückreise dauert wiederum acht Monate. Wenn man ankommt ist die Erde weiter gewandert und nicht an der Position an der man sie braucht.

Die früheren Planungen in den sechziger und siebziger Jahren wollten die gesamte Missionsdauer minimieren. Das ist nur möglich, wenn die Erde bei der Rückkehr da ist wo man sie benötigt. Doch auch sie wandert weiter. Acht Monate später, also der Rückreisezeit ist sie in der Umlaufbahn um 240 Grad weiter gewandert, man müsste also um sie zu erreichen gegen die Bahnrichtung starten, also praktisch die Bahn umdrehen. Daher plante man damals Bahnen mit Ellipsen die weit exzentrischer sind, also der sonnennächste Punkt innerhalb der Erdbahn oder der sonnenfernste außerhalb der Marsbahn liegt. Die Flugzeit auf diesen ist kürzer und vor allem schneiden sie die Marsbahn an einem Punkt vor der Konjunktion und gleiches gilt für die Erdbahn. Solche Bahnen erlauben dann Aufenthalte von bis zu 30 Tagen Dauer auf dem Mars. Der Preis dafür ist, dass auf diesen Bahnen viel höhere Startenergien benötigt werden. Unter bestimmten Umständen ist dies leicht reduzierbar indem der Rückweg über die Venus erfolgt. Doch der Preis dafür ist eine sehr hohe Wiedereintrittsgeschwindigkeit von über 14 km/s in die Erdatmosphäre.

Damals gab es keine Erfahrungen mit langen Missionen im All, sodass die Minimierung der Reisezeit maximale Priorität hatte. Diese Mission wäre aber nur mit nuklearen Antrieben durchführbar gewesen. Chemische Antriebe hätten nicht die Energie aufgebracht, elektrische Antriebe hätten eine zu lange Zeit zum Beschleunigen gebraucht.

Heute gehen die Planungen davon aus, das unausweichliche zu akzeptieren. Das bedeutet eine Rückfluggelegenheit gibt es dann, wenn wieder eine Hohmannbahn vorliegt. Das ist nach einem Marsjahr nach dem Abflug von der Erde der Fall. Die Aufenthaltsdauer auf dem Mars beträgt dann 776 Tage minus der Dauer für den Rückflug , also je nach Ellipsenbahn um die 500-550 Tage Aufenthaltsdauer. Die gesamte Missionsdauer beträgt dann knapp unter 3 Jahren.

Für Hohmannellipsen sind die Geschwindigkeiten recht einfach berechenbar:

Schon bei diesem klassischen Szenario kann man einige Parameter variieren. Neben der Minimierung der Reisedauer (etwas höhere Startgeschwindigkeiten führen zu exzentrischen Ellipsen mit kürzeren Reisezeiten) gibt es mehrere größere Variationen:

Aus meiner Sicht wäre die ideale Bahn eine 24,6 Stunden Bahn um den Mars, z.B. eine 200 x 34000 km Bahn. Ein Tag dauert auf dem Mars 24,6 h. So gibt es pro Tag ein Startfenster von der Oberfläche zur Station. Gleichzeitig werden nur etwas mehr als 900 m/s benötigt um diese Bahn zu erreichen. Der Rückstart vom Mars ist dagegen rund 1.300 m/s aufwendiger als wie für eine kreisförmige 300 km Bahn.

Der nächste Teil skizziert nun die einzelnen Elemente einer Marsmission und möglich Variationen dieser.

Samstag 13.11.2010: Mission to Mars - Teil 2

Heute geht es um den Ablauf der Marsmission. Um es gleich zu sagen: Das ist eine Möglichkeit. Es gibt auch andere Konzepte, vielleicht am extremsten der Plan "Mars Direct" von Zubrin. Will man mit der heutigen Technologie also dem was erprobt ist eine Marsmission durchführen kommt man aber zu folgendem Ablauf:

Start von der Erde mit einer Transferstation

Irgendwo müssen die Astronauten ja wohnen auf der Reise zum Mars, die wahrscheinlich mindestens 6 Monate dauert. Das wird wohl das konventionellste sein, dann praktisch können schon entwickelte Module für die ISS verwendet werden. Da diese Station zum Mars und zurückreist ist hier das Minimieren des Gewichts natürlich wichtig. Neben regenerativen Systemen geht dies vor allem beim Raum. Bislang waren die Saljut Stationen die Raumstationen mit dem geringsten Volumen, rund 50 m³ pro Person bei einer Stammbesatzung von zwei. Würde man dies auf eine Sechsmann Besatzung übertragen, so würde die Station mindestens 50 t wiegen (drei Saljut 6 Stationen) - ziemlich viel. Optimierungsmöglichkeiten gibt es natürlich im Platzangebot selbst. Anders als bei anderen Raumstationen wird daher dort nicht geforscht werden. Das nimmt Platz weg, macht sie schwerer und sinnvolles zum Forschen gibt es eh nicht.

Eine weitere Optimierung besteht darin ein sehr großes Modul zu bauen, anstatt mehrere kleine, wie sie heute bei der ISS eingesetzt werden. Die Ares mit ihrer 10 m Nutzlasthülle lässt z.B. ein Modul mit 9 m Durchmesser zu. Würde man 300 m³ Volumen in einem 9 m langen Modul unterbringen, so wäre es nur 4,7 m lang. Module mit 4,5 Durchmesser, wie bei der ISS dagegen 18,9 m lang. Da bei Columbus bei nur 7 m Länge das Modul schon leer 10 t wiegt (also die Hälfte der Gesamtmasse auf die Hülle entfällt) bedeutet dass eine Reduktion der Oberfläche um 31% mit deutlicher Gewichtsersparnis verbunden ist. Zudem ist der Platz um so besser aufteilbar je weniger Wandfläche vorhanden ist. So erreicht die ISS nicht das "Wohlfühlvolumen" von Skylab, obwohl die Station pro Person 50% mehr Raum zur Verfügung stellt. Hier wäre auch das Konzept der aufblasbaren Strukturen wirklich sinnvoll einzusetzen, da das Gewicht schon kritisch ist.

Wohnen auf dem Mars

Auch auf dem Mars wird eine Wohnung benötigt. Da diese unter Schwerkraft bewohnt wird, wird ihr Design konventioneller sein, z.b. ein Zylinder mit einer geringen Höhe. Das Hauptproblem ist aber, das diese nicht aus Teilen zusammengebaut werden kann und noch von einem aerodynamischen Schild umgeben werden muss. Damit ist die Größe beschränkt. Maximal ist ein solches Modul so groß wie der Durchmesser der Nutzlasthülle der Trägerrakete, also bei der Ares V 10 m. Wenn es keine aufblasbaren Hitzeschutzschilde gibt (die Technologie ist derzeit noch nicht soweit, dass sie die thermischen Beanspruchungen aushalten kann) dann muss die Behausung sogar kleiner sein, weil der Hitzeschutzschild ja deutlich größer sein muss. Auch in die Höhe kann man wegen der elliptischen Form der Hitzeschutzschilde nicht bauen.  Wahrscheinlich wird es nur eingeschossig sein.

Auch das Gewicht ist beschränkt. Die dünne Marsatmosphäre macht sehr große Schutzschilde nötig. Geht man von den bekannten Marssonden aus, so würde ein 9 m großer Schutzschild nur maximal 8 t auf die Marsoberfläche absetzen können. Das ist zu wenig. Viel zu wenig. Es nützt auch nichts, dass man später mit Treibstoff die Restgeschwindigkeit vernichtet und keine Fallschirme einsetzt, weil der Hitzeschutzschild benötigt wird um die Geschwindigkeit in der Hochatmosphäre abzubauen. Ist er zu klein, so durchquert die Wohnung weitgehend ungebremst die Atmosphäre. Es gibt hier also noch viel zu tun. Eventuell wird man auch mehrere Module landen, die dann getrennt in Wohnquartier, Arbeitsraum etc sind, weil die Gewichtsbeschränkungen so umgangen werden können.

In der Wohnung wird die Besatzung fast zwei Jahre wohnen.

Expeditionen

Das alleine nützt natürlich nichts. Die Besatzung soll ja auch Forschen. Sie muss dazu mobil sein und benötigt wahrscheinlich auch schweres Gerät um zum einen in die Tiefe Bohren zu können oder mit Wohnmobilen sich weiter als 1 Tagesdistanz von der Zentrale entfernen zu können. Desweiteren kann die Wohnung nicht mit Vorräten für die Zeit vollgestopft werden (wo soll die Besatzung wohnen, Gewichtsprobleme) und es wird auch eine Stromversorgung benötigt. Das alles macht eine weitere Landung nötig mit einem großen Container mit der Ausrüstung, auch hier, weil es die Probleme mit dem Wiedereintritt entschärft wahrscheinlich mehrere Container z.B. einer mit dem Wohnmobil, ein zweiter mit der Stromversorgung ein dritter mit Vorräten und ein letzter mit verschiedenen Gerätschaften.

Landung auf dem Mars und zurück

Die Besatzung muss auf dem Mars landen und zurück in den Orbit kommen. Es bietet sich an, dass zu kombinieren. Gelandet wird eine Kapsel auf einer Raketenstufe. Sie wird sehr kompakt sein, schon alleine deswegen weil für jedes Kilo dass in den Orbit kommt, mindestens 5 kg gelandet werden müssen. Die Kapsel selbst könnte auch für den Wiedereintritt bei der Erde genutzt werden - doch dann ist sie höheren Belastungen ausgesetzt, als wie bei der Marslandung und benötigt einen Hitzeschutzschild. Eventuell wird es insgesamt leichter, zwei Kapseln zu benutzen. Bei der Landung wird die Kapsel von einem separaten Hitzeschutzschild umgeben. Für das letzte Stück zur Oberfläche nutzt sie einen Teil des Treibstoffs zum Rückstart.

Raketenantriebe

Es gibt mindestens vier Antriebsmanöver bei der Mission:

Alle andere Teile landen aerodynamisch abgebremst und brauchen nur etwas Treibstoff in der Endphase, um weich zu landen.

Justieren kann man den Treibstoffverbrauch bei der Umlaufbahn der Transferstation um den Mars: Ist diese sehr exzentrisch, so benötigt sie weniger Treibstoff, um diese Bahn zu erreichen und später auch wieder zu verlassen. Dafür benötigt die Rückstartstufe mehr Treibstoff um die Umlaufbahn zu erreichen. Da diese aber deutlich leichter als die Transferstation ist, wäre eine 24 Stunden-Bahn die optimale Lösung.

Stromversorgung

Die Transferstation ist mit Solarzellen zu versorgen. Die Marsstation ist komplizierter. Die Marsatmosphäre lässt das Sonnenlicht zwar weitgehend passieren, es gibt keine Wolken, aber die Hälfte der Zeit scheint keine Sonne, Solarzellen würden durch Staub bedeckt und an Leistung verlieren und eine Nachführung der Sonne wird aufwendig werden oder wenn man darauf verzichtet braucht man eine größere Fläche.

Auf der anderen Seite liefern Solarzellen heute bis zu 80 W/kg, während die NASA für das Prometeus-Programm bei Kernreaktoren 13 W/kg anstrebt und Zubrin sogar 50 W/kg möglich hält. Das bedeutet, dass Solarzellen schon bei der heutigen Technologie leichter als Kernreaktoren sind. Sollte ein Wert von 50 W/kg erreichbar sein, so sind sicher Kernreaktoren von Vorteil, da sie dauerhaft Strom liefern (nicht nur die Hälfte der Zeit) und kein Strom zur Heizung benötigt wird (dazu kann die Abwärme genutzt werden).


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