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Web Log Teil 200: 19.11.2010 - 23.11.2010

Freitag den 19.11.2010: Mission to Mars - Teil 4

Heute im letzten Teil die Begründung warum ich die Mission so skizziert habe und was es auch noch an Alternativen gibt. Es gibt natürlich einen recht praktischen Punkt: Wenn man sich auf Dinge beschränkt, die es heute schon gibt, dann ist eine Mission planbar auch für Laien wie mich, zumindest was die groben Parameter angeht. Es gibt aber auch einen großen Grund für eine konventionelle Auslegung: Die Kosten.

Die meisten Alternativen, die ich kenne, gehen davon aus die Masse durch Technologien zu minimieren, also die Zahl der Starts zu verringern. Auf Treibstoffseite gibt es zwei Ansatzpunkte. Zum einen den von mir angesetzten mittelenergetischen Treibstoff (NTO/MMH) durch einen höher energetischen zu ersetzen. Das können z.B. Ionentriebwerke sein. Idealerweise - und nur dann sehe ich eine fundamentalen Vorteil - wird man diese schon beim Start von der Erde aus einsetzen. Wegen des langen Aufenthalts im Van Allen Gürtel wird dies wahrscheinlich aber nicht in Frage kommen. Bleibt noch die Möglichkeit beim Mars in eine Umlaufbahn einzuschwenken, diese zu erniedrigen und so die Geschwindigkeit der Startstufe zu reduzieren und später diese wieder zu verlassen.

Beim chemischen Treibstoff in einer elliptischen Umlaufbahn benötigt man aber nur wenig Geschwindigkeit (rund 900 m/s jeweils beim Abbremsen und Beschleunigen), sodass der Gewinn gering ausfällt, da ja die Solarzellen, Treibstoff und Triebwerke mitgeführt werden müssen. Da nur an einem von fünf Flügen so ein Vorteil gegeben ist sehe ich hier nicht den Vorteil, der die Entwicklung rechtfertigt (wir reden hier in etwa um eine Steigerung der Leistung um den Faktor 100, verglichen mit bisher eingesetzten Triebwerken - Das dies nicht zum Nulltarif zu erhalten ist, sollte logisch sein.

Anders sähe es aus wenn Ionentriebwerke schon in der Erdumlaufbahn eingesetzt werden würden. Dann würde sich die Nutzlast verdoppeln uns es gäbe die Möglichkeit die Transferstation in einen Erdorbit einzubremsen und mehrmals zu verwenden (und die Startkapsel von der Marsoberfläche müsste nicht auf der Erde landen und könnte viel leichter ausgeführt werden).

Das zweite ist die Verwendung von kryogenen Treibstoff und die Herstellung von Treibstoff auf der Marsoberfläche. Es gibt eine Reihe von Ideen kryogenen Treibstoff über längere Zeitraum im Weltraum flüssig zu halten. Im wesentlichen indem man einen Schutzschild vor dem Tank anbringt. Analog kühlt das James Webb Teleskop auch seine Instrumente durch einen Schutzschild. Ich habe drauf verzichtet weil auch dies noch nicht erprobt ist, es keine Daten über das Gewicht gibt und Verdampfungsverluste / Energieverbrauch einer Rückverflüssigungsanlage.

Noch problematischer ist die Treibstoffherstellung auf der Marsoberfläche. Das Prinzip ist, so wird betont, nicht neu und basiert auf der Herstellung von Gas für die Gaslampen Ende des vorletzten Jahrhunderts. Aus flüssigem Wasserstoff und Kohlendioxid werden Methan und Sauerstoff synthetisiert. Es klingt auf dem Papier so toll: Aus 1 t Wasserstoff werden 4 t Methan und 16 t Sauerstoff. Nur: es gibt auf der ganzen Erde keine funktionierende Anlage die automatisch und kontinuierlich über zwei Jahre läuft und dabei den erzeugten Treibstoff auch flüssig hält (dessen Masse ja laufend ansteigt). Geschweige denn, dass man eine solche für den Mars entwickelt hätte. Darüber hinaus benötigt eine solche Anlage so viel Strom, dass es nicht ohne einen Kernreaktor geht. Die eigentliche Station hat vielleicht einen Strombedarf von einigen kW die auch mit Solarzellen gedeckt werden können (zumindest solange man sich nahe des Äquators aufhält).

Bei den anderen Verbrauchsgütern gibt es schon heute ein Optimum. So benötigt die ISS nur noch 1.650 kg Wasser für sechs Personen pro Jahr. Das wären bei drei Personen rund 5 t über die Missionszeit - wenig verglichen mit den Massen der Stationen. Aus diesem Wasser wird auch ein Großteil der Luft hergestellt. Es spricht viel dafür dass eine Marsexpedition mehr Wasser benötigt, weil sich die Astronauten nicht dauerhaft in einer Station aufhalten wo die Luft leicht regeneriert wird, sondern sie in Anzügen arbeiten bei denen ein solches System aus Gewichtsgründen nicht einsetzbar ist. Zudem arbeiten Sie mehr körperlich, während die Astronauten auf der ISS weniger Energie verbrauchen als wie auf der Erde. Das Essen ist nicht selbst herstellbar - zumindest nicht wenn man nicht will, dass die Besatzung sich von weitgehend unverarbeiteter Rohkost ernährt. Der Arbeitsaufwand, Flächen und Materialeinsatz steht in keinem Verhältnis zum einsparten Geweicht, das bei dehydratisierter Nahrung bei etwa 3 t liegt.

Ein Problem ist es die großen Massen zu landen. Es gibt hier noch einige Alternativen. Die Geschwindigkeit ist minimierbar, indem die Module zuerst mehrmals die Atmosphäre streifend passieren und dabei zuerst in eine Umlaufbahn eintreten, dann die Umlaufbahn verkürzen und zuletzt mit 3,5 km/s anstatt 6 km/s eintreten. Es gibt neben den aufblasbaren Hitzeschutzschilden noch die Möglichkeit ausfahrbarer Schilde, die wie z.B. Blütenblätter um die Oberfläche zu vergrößern. Das würde es erlauben größere Module zu landen und damit mehr Wohnkomfort zur Verfügung zu stellen.

Der optimistischste Vorschlag ist der des Hollywood Regisseurs Camerons, der auf eine Behausung verzichten und ein Wohnmobil als Behausung nutzen will. Doch ob das über 550 Tage geht? Immerhin wäre die Besatzung so hoch mobil und 550 Tage würden selbst bei geringen Strecken ausreichen jeden Punkt des Mars zu erreichen. (bei 20 km Strecke (Luftlinie) pro Tag kann jeder Punkt auf dem Mars innerhalb von 550 Tagen erreicht werden.

Warum gehe ich auf diese Features nicht ein? Weil heute die Planungen leider immer auf die Reduzierung der Startmasse und nicht der Kosten hinauslaufen. Die letzten Schätzungen für das Constellation Programm beliefen sich auf 120 Mrd. Dollar. Dabei setzt es nur Technologie ein, die zumindest vom Prinzip her schon bei Apollo erprobt wurde. Ein Marsprogramm benötigt neue Technologien. Alles was auf dem Mars landet ist im Prinzip eine Neuentwicklung. Darüber hinaus braucht es vier bis fünfmal mehr Flüge pro Mission und eine Mission dauert 3 Jahre anstatt einige Wochen. Es dürfte klar sein, dass es aus diesen Gründen es deutlich teurer als ein Mondprogramm ist.

Neue Technologien wie Treibstoffgewinnung treiben die Kosten weiter nach oben. Doch was sparen sie ein? Einen oder zwei Flüge mit der Ares V. Nun für die kann man zumindest eine Kostenabschätzung machen. Die Ares V setzt sechs Triebwerke der Delta IV ein und ein J-2X. Nimmt man an, dass die Kosten für die Stufen proportional zu der Anzahl der Triebwerke sind, so müssten Zentralstufe und Department Stage 7/3 mal so viel kosten wie eine Delta IV Heavy - die kostet 254 Millionen Dollar. Das sind dann also 593 Millionen Dollar. Dazu kommen die beiden Booster. Ein Test eines solchen Boosters kostet 75 Millionen Dollar. Also zwei 150 Millionen Dollar. Rechnet man also mit 750 Millionen Dollar pro Ares V Flug, so können maximal 1,5 Milliarden Dollar gespart werden.

Das sind etwa 1% der Kosten von Constallation. Selbst die Entwicklung des mobilen Marslabors, dessen Fähigkeiten weitaus kleiner als die einer Treibstofffabrik auf dem Mars sind ist teurer. Meiner Meinung nach sollte daher die Auslegung konventionell sein. Ist man sicher, dass es mehr als eine Mission zum Mars geben wird, so ist meiner Ansicht nach der Einsatz von Ionentriebwerken sinnvoll um die Transferstation in einen Erdorbit zu bringen und so Kosten bei der nächsten Mission einsparen.

Dienstag 23.11.2010: Der ct 8-Bit Benchmarktest

Für alle die es genauer wissen wollen, die Ergebnisse von zahlreichen ct Benchmarks aus den ersten Ausgaben. Alle in BASIC - damit wird nicht nur der Prozessor sondern vor allem auch die BASIC Implementierung getestet, wie sehr unterschiedliche Ergebnisse von Rechnern mit gleichen Prozessoren und ähnlichen Taktfrequenzen zeigen. Die ct Liste enthält auch zahlreiche Exoten wie tragbare Computer mit Zeilendisplay.

Hier die Programme:

100 REM BMI
300 PRINT "S"
400 FOR K= 1 TO 1000
500 NEXT K
700 PRINT"E"
800 END

100 REM BM2
300 PRINT'S"
400 K = 0
500 K = K + l
600 l F K< 1000 THEN 500
700 PRINT"E"
800 END

100 REM BM3
300 PRINT'S"
400 K = 0
500 K = K+1
510 A = K/K*K + K K
600 IF K < 1000 THEN 500
700 PRINT"E"
800 END

100 REM BM4
300 PRINT'S"
400 K = 0
500 K = K + l
510 A = K/2*3 + 4 5
600 IF K < 1000 THEN 500
700 PRINT'E"

100 REM BM5
300 PRINT'S"
400 K = 0
500 K = K+1
510 A = K/2*3 + 4 5
520 GOSUB 820
600 IF K < 1000 THEN 500
700 PRINT'E"
800 END
820 RETURN

100 REM BM6
300 PRINT'S"
400 K = 0
430 DIM M(5)
500 K = K + l
510 A = K/2*3 + 4 5
520 GOSUB 820
530 FOR L=l TO 5
540 NEXT L
600 IF K < 1000 THEN 500
700 PRINT'E"
800 END
820 RETURN

100 REM BM7
300 PRINT'S"
400 K = 0
430 DIM M(5)
500 K = K+1
510 A = K/2*3 + 4 5
520 GOSUB 820
530 FOR L = l TO 5
535 M(L) = A
540 NEXT L
600 IF K < 1000 THEN 500
700 PRINT'E"
800 END
820 RETURN

100 REM BM8
300 PRINT'S"
400 K = 0
500 K = K + l
530 A = KI2
540 B =LOG(K)
550 C =SIN(K)
600 IF K < 100 THEN 500
700 PRINT'E"
800 END

Hier die Ergebnisse, sortiert nach Geschwindigkeit (Ti 99/4a als 1.0 gesetzt):

Rechner 1 2 3 4 5 6 7 8 V Ti 99/4A
Ti 99/4a 3,4 8,5 24,5 25,0 26,5 62,2 84,8 38,9 1,0
Casio FP-200 4,6 17,6 55,4 56,4 60,7 95,5 137,0 36,9 0,6
TRS-80 Modell 100 3,7 9,8 26,6 29,7 31,4 46,8 62,8 30,9 1,0
Enterprise 128 3,6 10,4 20,3 20,3 22,6 37,1 74,7 23,4 1,2
Oric 1 2,3 17,8 29,7 32,0 39,2 53,2 79,2 12,7 1,2
ATARI 600 XL 2,0 7,0 19,3 22,5 26,0 39,8 60,3 42,4 1,3
TRS-80 Modell 1 L2 2,8 11,2 27,0 27,8 31,0 50,6 78,0 11,8 1,3
TRS 80 Color Modell 2 1,6 12,1 19,5 21,6 22,8 32,8 47,7
1,4
Epson PX-8 2,7 7,3 18,3 18,1 20,8 39,0 61,2 8,8 1,7
Alphatronic PC-8 2,2 5,3 15,4 16,7 18,1 31,0 42,6 17,8 1,7
Commodore CBM 3001 1,4 9,6 18,0 20,0 21,7 32,2 50,6 11,6 1,8
Commodore 16 1,5 9,5 18,4 19,4 21,2 36,4 55,4 10,1 1,8
Commodore Plus 4 1,5 9,5 18,4 19,4 21,2 36,4 55,4 10,1 1,8
Commodore C64 1,3 9,4 18,2 20,5 21,4 32,1 51,1 11,5 1,8
Apple II Plus 1,4 8,4 15,8 17,6 19,0 28,4 45,0 10,4 2,0
Apple IIc 1,3 8,5 16,0 18,0 19,2 28,6 45,0 10,6 2,0
Dragon 32 1,2 8,6 17,0 18,0 19,5 28,9 42,3 10,9 2,0
NEC PC-8201A 1,8 5,6 16,4 16,3 17,6 29,7 45,5 9,0 2,0
Newbrain 1,8 5,6 18,6 17,8 19,4 32,4 49,7 7,4 2,0
Commodore VC 20 1,2 8,1 15,3 16,8 18,1 27,1 43,0 9,6 2,1
Epson QX-10 2,0 6,2 15,6 14,6 16,4 31,8 52,8 6,8 2,2
IBM PC 1,4 4,9 10,4 10,8 12,2 22,8 35,4
2,3
MTX 512 1,9 5,3 11,8 11,5 13,3 23,1 40,9 4,8 2,8
Acorn Elektron 0,9 3,9 11,0 11,6 12,2 18,5 28,6 7,1 3,0
BM-8 MBASIC 1,0 3,4 9,7 9,6 10,0 18,2 28,8 5,1 3,5
Alphatronic PC-16 1,2 4,7 10,1 10,4 11,3 20,6 32,3 3,6 3,5
Laser 3000 80 Zeichen 0,7 4,8 8,3 9,0 9,8 14,5 24,2 5,4 3,8
Armstrad CPC 464 1,1 3,3 9,2 9,8 10,3 19,3 30,4 3,4 3,9
Atari 520 ST 0,8 2,8 5,7 6,5 7,2 13,6 20,3 0,8 4,0
Tandy Genie IIIS 1,1 3,7 8,2 8,5 10,1 17,5 26,3 3,4 4,0
ct'86 (5 Mhz) 0,7 2,9 8,0 8,4 8,8 13,5 21,0 4,8 4,2
Sinclair QL 2,1 5,7 9,6 9,4 11,9 24,4 42,9 2,1 4,2
Acorn BBC 0,7 2,9 8,0 8,4 8,8 13,5 21,0 4,8 4,2
DC-186 (8MHz) 0,7 2,5 5,3 5,5 6,3 11,8 18,0 1,9 4,5
Commodore Amiga 0,8 2,4 4,6 6,2 6,9 11,4 15,5
4,6
Schneider PC 1512 0,2 0,9 2,0 2,0 2,2 4,1 7,4 0,7 12,5

Und hier nochmals die gleiche Tabelle, sortiert nach Rechnernamen:

Rechner 1 2 3 4 5 6 7 8 V Ti 99/4A
Ti 99/4a 3,4 8,5 24,5 25,0 26,5 62,2 84,8 38,9 1,0
Acorn BBC 0,7 2,9 8,0 8,4 8,8 13,5 21,0 4,8 4,2
Acorn Elektron 0,9 3,9 11,0 11,6 12,2 18,5 28,6 7,1 3,0
Alphatronic PC-16 1,2 4,7 10,1 10,4 11,3 20,6 32,3 3,6 3,5
Alphatronic PC-8 2,2 5,3 15,4 16,7 18,1 31,0 42,6 17,8 1,7
Apple II Plus 1,4 8,4 15,8 17,6 19,0 28,4 45,0 10,4 2,0
Apple IIc 1,3 8,5 16,0 18,0 19,2 28,6 45,0 10,6 2,0
Armstrad CPC 464 1,1 3,3 9,2 9,8 10,3 19,3 30,4 3,4 3,9
Atari 520 ST 0,8 2,8 5,7 6,5 7,2 13,6 20,3 0,8 4,0
ATARI 600 XL 2,0 7,0 19,3 22,5 26,0 39,8 60,3 42,4 1,3
BM-8 MBASIC 1,0 3,4 9,7 9,6 10,0 18,2 28,8 5,1 3,5
Casio FP-200 4,6 17,6 55,4 56,4 60,7 95,5 137,0 36,9 0,6
Commodore 16 1,5 9,5 18,4 19,4 21,2 36,4 55,4 10,1 1,8
Commodore Amiga 0,8 2,4 4,6 6,2 6,9 11,4 15,5
4,6
Commodore C64 1,3 9,4 18,2 20,5 21,4 32,1 51,1 11,5 1,8
Commodore CBM 3001 1,4 9,6 18,0 20,0 21,7 32,2 50,6 11,6 1,8
Commodore Plus 4 1,5 9,5 18,4 19,4 21,2 36,4 55,4 10,1 1,8
Commodore VC 20 1,2 8,1 15,3 16,8 18,1 27,1 43,0 9,6 2,1
ct'86 (5 Mhz) 0,7 2,9 8,0 8,4 8,8 13,5 21,0 4,8 4,2
DC-186 (8MHz) 0,7 2,5 5,3 5,5 6,3 11,8 18,0 1,9 4,5
Dragon 32 1,2 8,6 17,0 18,0 19,5 28,9 42,3 10,9 2,0
Enterprise 128 3,6 10,4 20,3 20,3 22,6 37,1 74,7 23,4 1,2
Epson PX-8 2,7 7,3 18,3 18,1 20,8 39,0 61,2 8,8 1,7
Epson QX-10 2,0 6,2 15,6 14,6 16,4 31,8 52,8 6,8 2,2
IBM PC 1,4 4,9 10,4 10,8 12,2 22,8 35,4
2,3
Laser 3000 80 Zeichen 0,7 4,8 8,3 9,0 9,8 14,5 24,2 5,4 3,8
MTX 512 1,9 5,3 11,8 11,5 13,3 23,1 40,9 4,8 2,8
NEC PC-8201A 1,8 5,6 16,4 16,3 17,6 29,7 45,5 9,0 2,0
Newbrain 1,8 5,6 18,6 17,8 19,4 32,4 49,7 7,4 2,0
Oric 1 2,3 17,8 29,7 32,0 39,2 53,2 79,2 12,7 1,2
Schneider PC 1512 0,2 0,9 2,0 2,0 2,2 4,1 7,4 0,7 12,5
Sinclair QL 2,1 5,7 9,6 9,4 11,9 24,4 42,9 2,1 4,2
Tandy Genie IIIS 1,1 3,7 8,2 8,5 10,1 17,5 26,3 3,4 4,0
TRS 80 Color Modell 2 1,6 12,1 19,5 21,6 22,8 32,8 47,7
1,4
TRS-80 Modell 1 L2 2,8 11,2 27,0 27,8 31,0 50,6 78,0 11,8 1,3
TRS-80 Modell 100 3,7 9,8 26,6 29,7 31,4 46,8 62,8 30,9 1,0

Montag 21.11.2010: Wir Deutschen

Nun läuft ja die zweite Staffel der ZDF-History Serie. Die erste hat ja durchaus kritische Stimmen hervorgerufen. Es wurde bemängelt, dass es zu sehr im Spielfilmformat ist, mehr eine Geschichte, weniger eine Dokumentation. Nun ja ich habe mir sagen lassen, dass das Begleitmaterial das mit dem Geschichtslehrerverband für den Schulunterricht erarbeitet wurde sehr gut gewesen sein soll und in diesem Zusammenhang macht das Format sicher auch Sinn - Geschichte lebendig zu machen, aber eben nur ein Baustein in einem Gebäude, ein kleiner Einblick, der vertieft werden muss.

Das entfiel leider beim ZDF - es gab eben nur diese Serie und nicht noch vielleicht Begleitsendungen, die weniger auf den Effekt aus waren. So was probiert ja gerade SAT1 mit einer kleinen Experimentalreihe zum Thema Mittelalter das jeweils nach einer Folge "Die Säulen der Erde" gezeigt wird. Das ist sicher nicht mit einer echten Berichterstattung zu vergleichen, doch mit dem sonst bei den privaten üblichen niedrigen Niveau schon erstaunlich.

Was beim ersten Teil der Serie immer so angekreidet wurde, war der Titel und das die Serie suggerierte, dass die Leute sich schon im Mittelalter als "Deutsche" fühlten. Ich kann das nicht so teilen. Okay, der Titel ist provokant, doch das ist ein Titel. Erwartet denn jeder bei einer Sendung das genau das drin steckt was der Titel sagt? Zudem gibt es ja bei jeder Einleitung einer folge den Spruch das die Deutschen Jahrhunderte brauchten um zur eigenen Identität zu finden. Doch das leitet mich zu meiner Frage an die Blogleser, die ja so schlau sind: Ab wann kann man von einem Deutschen Nationalbewusstsein sprechen? Wann empfanden sich Die Leute in Deutschland vornehmlich nicht als Mitglieder eines Stammes, Königreiches, Fürstentums oder einer freien Stadt?

Ich meine das man den Zeitpunkt in den Befreiungskriegen gegen Napoleon suchen muss. In dieser Zeit kamen auch die Nationalfarben auf. Es bildeten sich Freichors, über Fürstentümer und Ländergrenzen hinweg. Wenn ich ein bestimmtes Datum nennen müsste, so würde ich den 18.10.1813 wählen - als beim dritten Tag der Völkerschlacht bei Leipzig die Sachsen die Fronten wechselten und gegen die Franzosen kämpften. Vielleicht war es Opportunismus, aber es ist ein herausragendes Ereignis in der Geschichte. Was meint ihr und welches Datum würdet ihr wählen?


Noch was zu was anderem. Am Freitag lief mal wieder eine Ausgabe dieser "Chart-Shows". Ich sah nur den Rest nach der Heute-Show (die Dinger sind eh viel zu lang und das Kriterium wonach Platzierungen gemacht werden, ist eh unbekannt). Es ging da um Coverversionen. Was mich erstaunte war das viele Coverversionen aus den Achtzigern dabei waren. Aber: Die waren allesamt besser als die Originale aus den Sechzigern und Siebzigern. Heute ist das leider nicht gegeben. Das sich Qualität nicht durchsetzt zeigen die oberen Plätze der Hitparade: David Hasselhof mit "Im looking for Freedom" (ich dachte immer das stammt von Tony Marschall, war aber von einem anderen Deutschen) und Platz 1: - man glaubt es kaum der Ententanz. 370 mal gecovert. Man fasst es nicht!

Das schreit nach einem Musiktipp. Da wir ja bald einheitliche Mehrwertsteuersätze haben (so wie ich die Politik kenne: Einheitlich auf 21%). Einer meiner Lieblings Coversongs als heutigen Musiktipp. Er ist immer hörenswert, egal welche Regierung wir haben und um Klassen besser als das Original:

Mittwoch 23.11.2010: Mission to Mars Teil 5

Heute will ich - außer der Reihe mal eine Marsmission mit Ionentriebwerken skizzieren. Es geht dabei nicht um eine genaue Quantifizierung (auch wenn ich natürlich mit exakten Zahlen arbeite), als vielmehr um eine Hausnummer. Das liegt daran, dass wir heute von Ionenantrieben die z.B. bei Dawn genutzt werden für den Antrieb einer Raumsonde über längere Zeit (mehrere Jahre) extrapolieren müssen auf einen Antrieb eines 100 mal schwereren Marslabors extrapolieren müssen., Das ist natürlich fehlerbehaftet. Daher als Vorgabe die technischen Ausgangsvoraussetzungen:

Unter diesen Vorgaben und einer angenommenen Nutzlast von 175 t in eine 600 km hohe Umlaufbahn (sie muss so hoch sein wegen der Solarzellen die sonst zu starke Reibung in der Atmosphäre verursachen würden) bei einer Ares V (188 t in eine 200 km Umlaufbahn als Vergleich) errechne ich folgende Nutzlast: (Ausgaben meines eigenen Berechnungsprogramms)

Ionentriebwerk:
Spezifischer Impuls: 44150 m/s
Stromverbrauch 5000 W
Schub 0,15 N
Wirkungsgrad 66 Prozent
Gewicht eines Triebwerks 7,00 kg
Treibstoffverbrauch 0,0034 g/s
Gewichtsbilanz:
Strukturgewicht: 3.927,00 kg
Solargenerator: 16000 kg
Leistung: 175 W/kg
Gesamttreibstoff: 25.871,06 kg
Tankgewicht: 4.320,47 kg
Triebwerksanzahl 559
Triebwerksgewicht: 3.927,00 kg
Nutzlast: 120.000,00 kg
Startgewicht: 174.045,53 kg
----------------------------------------
Bahnmanöver 1 (Sonnenumlaufbahn)
Mittlere Distanz zur Sonne: 149,60 Mill km
Leistung Solargenerator 174,98 W
Eingesetzte Triebwerke 559 Stück
Anteil der Bahn mit Sonnenlicht: 100,00 Prozent
Geschwindigkeitsänderung: 3.500,00 m/s
Treibstoff bei diesem Manöver: 12.034,01 kg
Arbeitsdauer bei diesem Manöver: 73,34 Tage
----------------------------------------
Bahnmanöver 2 (Erdumlaufbahn)
Mittlere Distanz zur Sonne: 149,60 Mill km
Leistung Solargenerator 174,98 W
Eingesetzte Triebwerke 559 Stück
Anteil der Bahn mit Sonnenlicht: 80,00 Prozent
Geschwindigkeitsänderung: 3.702,00 m/s
Treibstoff bei diesem Manöver: 13.837,06 kg
Arbeitsdauer bei diesem Manöver: 105,41 Tage
----------------------------------------
Gesamtübersicht:
Gesamte Geschwindigkeit: 7.202,00 m/s
Gesamte Reisedauer: 178,74 Tage

Es ist also möglich 120 t (anstatt 49 t beim chemischen Antrieb) zum Mars zu befördern. Das ist bei drei Flügen schon eine enorme Verbesserung.

Etwas komplizierter wird es bei der Mannschaft. Wenn ich dem Vorschlag bei einem der letzten Blogs folge und erst mal unbemannt die Station über den Van Allen Gürtel bringe (er erstreckt sich bis in 25.000 km Entfernung, also wähle ich als Bahnhöhe 26.000 km), dann mit einer Ares I eine Kapsel dorthin starte und zum Mars folge so kann ich folgendes Profil fliegen:

Bei der Rückreise zur Erde fallen dann nochmals die gleichen Geschwindigkeitsäquivalente an mit Ausnahme der Anhebung von 600 km in 26.000 km Höhe. Das sind dann zweimal 13.240 m/s - 4.150 m/s

Für die fett hervorgehobenen Manöver ist eine Mannschaft anwesend. Die anderen können unbemannt erfolgen. Lässt man sich dafür 180 Tage Zeit so kommt man auf folgende Gesamtbilanz:

Ionentriebwerk:
Spezifischer Impuls: 44.150,00 m/s
Stromverbrauch 5.000,00 W
Schub 0,15 N
Wirkungsgrad 66 Prozent
Gewicht eines Triebwerks 7,00 kg
Treibstoffverbrauch 0,0034 g/s
Gewichtsbilanz:
Strukturgewicht: 4.907,00 kg
Solargenerator: 20.000,00 kg
Leistung: 175 W/kg
Gesamttreibstoff: 62.571,08 kg
Tankgewicht: 10.449,37 kg
Triebwerksanzahl 699
Triebwerksgewicht: 4.907,00 kg
Nutzlast: 64.000,00 kg
Startgewicht: 166.834,45 kg
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Bahnmanöver 1 (Sonnenumlaufbahn -> Erdumlaufbahn 25000 km)
Mittlere Distanz zur Sonne: 149,60 Mill km
Leistung Solargenerator 174,98 W
Eingesetzte Triebwerke 699 Stück
Anteil der Bahn mit Sonnenlicht: 100,00 Prozent
Geschwindigkeitsänderung: 1.460,00 m/s
Treibstoff bei diesem Manöver: 3.172,01 kg
Arbeitsdauer bei diesem Manöver: 15,46 Tage
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Bahnmanöver 2 (Marstransferbahn -> Sonnenumlaufbahn)
Mittlere Distanz zur Sonne: 149,60 Mill km
Leistung Solargenerator 174,98 W
Eingesetzte Triebwerke 699 Stück
Anteil der Bahn mit Sonnenlicht: 100,00 Prozent
Geschwindigkeitsänderung: 3.500,00 m/s
Treibstoff bei diesem Manöver: 8.113,30 kg
Arbeitsdauer bei diesem Manöver: 39,54 Tage
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Bahnmanöver 3 (300 x 34000 km Marsbahn -> Marstransferbahn)
Mittlere Distanz zur Sonne: 227,80 Mill km
Leistung Solargenerator 75,47 W
Eingesetzte Triebwerke 301 Stück
Anteil der Bahn mit Sonnenlicht: 100,00 Prozent
Geschwindigkeitsänderung: 2.700,00 m/s
Treibstoff bei diesem Manöver: 6.698,50 kg
Arbeitsdauer bei diesem Manöver: 75,81 Tage
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Bahnmanöver 4 (300 km Bahn -> 300 x 34000 km Bahn)
Mittlere Distanz zur Sonne: 227,80 Mill km
Leistung Solargenerator 75,47 W
Eingesetzte Triebwerke 301 Stück
Anteil der Bahn mit Sonnenlicht: 80,00 Prozent
Geschwindigkeitsänderung: 1.430,00 m/s
Treibstoff bei diesem Manöver: 3.700,70 kg
Arbeitsdauer bei diesem Manöver: 52,35 Tage
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Bahnmanöver 5 (300 x 34000 km Bahn -> 300 km Bahn)
Mittlere Distanz zur Sonne: 227,80 Mill km
Leistung Solargenerator 75,47 W
Eingesetzte Triebwerke 301 Stück
Anteil der Bahn mit Sonnenlicht: 80,00 Prozent
Geschwindigkeitsänderung: 1.430,00 m/s
Treibstoff bei diesem Manöver: 3.823,20 kg
Arbeitsdauer bei diesem Manöver: 54,09 Tage
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Bahnmanöver 6 (Marstransferbahn -> 300 x 34.000 km Bahn)
Mittlere Distanz zur Sonne: 227,80 Mill km
Leistung Solargenerator 75,47 W
Eingesetzte Triebwerke 301 Stück
Anteil der Bahn mit Sonnenlicht: 100,00 Prozent
Geschwindigkeitsänderung: 2.700,00 m/s
Treibstoff bei diesem Manöver: 7.604,97 kg
Arbeitsdauer bei diesem Manöver: 86,07 Tage
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Bahnmanöver 7
Mittlere Distanz zur Sonne: 149,60 Mill km
Leistung Solargenerator 174,98 W
Eingesetzte Triebwerke 699 Stück
Anteil der Bahn mit Sonnenlicht: 100,00 Prozent
Geschwindigkeitsänderung: 3.500 m/s
Treibstoff bei diesem Manöver: 10.566.07 kg
Arbeitsdauer bei diesem Manöver: 51,5 Tage
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Bahnmanöver 8
Mittlere Distanz zur Sonne: 149,60 Mill km
Leistung Solargenerator 174,98 W
Eingesetzte Triebwerke 699 Stück
Anteil der Bahn mit Sonnenlicht: 100,00 Prozent
Geschwindigkeitsänderung: 1.460,00 m/s
Treibstoff bei diesem Manöver: 4.648,87 kg
Arbeitsdauer bei diesem Manöver: 22,66 Tage
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Bahnmanöver 10
Mittlere Distanz zur Sonne: 149,60 Mill km
Leistung Solargenerator 174,98 W
Eingesetzte Triebwerke 699 Stück
Anteil der Bahn mit Sonnenlicht: 80,00 Prozent
Geschwindigkeitsänderung: 4.150,00 m/s
Treibstoff bei diesem Manöver: 14.243,50 kg
Arbeitsdauer bei diesem Manöver: 86,77 Tage
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Gesamtübersicht:
Gesamte Geschwindigkeit: 22.330,00 m/s
Gesamte Reisedauer: 484,25 Tage

Es ergeben sich für die Hinreise ein Betrieb mit der Besatzung von 108 Tagen und die Rückreise um 183 Tage. Es reduziert sich auch die Aufenthaltsdauer auf dem Mars um 183 Tage also auf rund 370 Tage bei einer normalen Hohmann Ellipse.

Was ist der Vorteil? Nun es werden hier rund 64  t zum Mars befördert - beim chemischen Antrieb wären es bei zwei Starts 49 t - also schon mal das dreifache. Vor allem aber befindet sich nach der Ankunft die Wohnstation in einer sicheren Erdumlaufbahn. Sie kann erneut verwendet werden. Für einen zweiten Start ist nun nur noch folgendes nötig:

Zwei Starts mit der Ares I (transportieren zuerst eine Stufe mit chemischen Treibstoff, um die Landekapsel von der hohen Bahn wieder in eine niedrige zu transferieren und später die neue Besatzung) und einer oder mehrere Versorgungsflüge mit neuem Treibstoff. Da Xenon ein Druckgas ist könnte man die nun fast leeren Tanks sehr einfach füllen. Der Treibstoff wiegt allerdings mit Tanks rund 75 t, sodass der Nutzen nicht mehr sehr groß ist - ein Verzichten auf das Abbremsen in die Erdumlaufbahn  würde die beiden Ares I Transporte einsparen und die Nutzlast um 13 t erhöhen.

Das Abbremsen von der 300 x 34.000 km Bahn hat den Vorteil, dass der Rückstartkomplex ca 1,2 km/s weniger Geschwindigkeit erreichen muss, wodurch die Nutzlast um rund 43 % ansteigt. (Es gäbe auch andere Möglichkeiten z.B. das Abbremsen aerodynamisch zu erledigen oder nur das Ionenantriebsmodul abzusenken um dann dann die lechte Kapsel in kurzer Zeit anzuheben, doch selbst dann liegt die Reisezeit im Bereich von rund 25 t und ob die Leute so lange in einer sehr kleinen Kapsel ausharren?, eventuell kann man aber auch auf das Absenken verzichten - mehr Nutzlast gibt es ja eh schon durch die Ionenantriebe)

Insgesamt ist der Vorteil recht offensichtlich. Ohne Berücksichtigung des Rückstartlanders sieht es so aus:

Es sind also ca. 150% mehr Nutzlast obwohl ein Start eingespart wird. Dieser Effekt ist aber nur gegeben wenn schon in einer Erdumlaufbahn Ionentriebwerke eingesetzt werden.

Warum ich es trotzdem nicht in meiner Baseline vorgesehen habe? Nun 544 t benötigt man nicht auf dem Mars. Mein Plan ist zwar mit der spitzen Feder gerechnet und die Margen sind recht klein bzw. die Wohnungen oder die Menge der Ausrüstung ist begrenzt. Aber gleich 150% mehr benötigt man nicht. Mit 50 % käme man zurecht. Dann könnte man eine kleinere Trägerrakete einsetzen. Eine der 50-70 t Klasse könnte die Starts durchaus bewältigen, wenn man Module und Antrieb separat startet und erst im Orbit zusammenkoppelt. Es gibt bei Ionenantrieben auch nur noch eine bedingte Abhängigkeit von Startfenstern - sie können erst mal die Erde verlassen und in einer Sonnenumlaufbahn parken bis der optimale Zeitpunkt gekommen ist, sodass man z.B. um 300 t auf den Mars zu transportieren man dies mit 12 Starts einer 50 t Rakete über zwei Jahre erledigen könnte - sechs Starts pro Jahr, keine Abhängigkeit von engen Startfenstern.

Auf 50 t sind aber Träger wie Ariane 5 und Delta IV / Atlas V ausbaubar. Entsprechende Pläne gibt es ja schon. Da ich allerdings nicht glaube dass die NASA von ihrem Liebling Ares V lässt (andere Alternativen zu der Rakete hat sie ja immer abgelehnt) stellt sich die Frage nicht - okay mit Ares V und Ionenantrieb kann man es in zwei anstatt fünf Starts machen, aber wozu hat man die Rakete entwickelt? Sie muss ja eine Existenzberechtigung haben und daher wird die NASA diese Option nicht verfolgen.

Was sie aber sicher tun wird ist viele Technologien erproben um das Gewicht zu senken anstatt einfach einen oder mehrere Starts der Ares V mehr anzusetzen.


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