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Web Log Teil 243: 18.8.2011 - 21.8.2011

Donnerstag den 18.8.2011: Wirtschaftswachstum

Ein Urgesetz der Wirtschaft scheint es zu sein, dass sie wachsen muss. Wenn das nicht der Fall ist drohen Arbeitslosigkeit, Firmen gehen Pleite, der Staat in die Krise. Doch wozu führt dies? als erstes ist es nicht selbstverständlich. bis vor 200 Jahren war die Wirtschaft vor allem auf die Muskelkraft der Menschen angewiesen. Es gab eine Reihe von mechanischen Hilfsmitteln oder Tiere als Unterstützung und auch das Ausnutzen wurde effektiver, aber die Arbeitsleistung war über Jahrhunderte begrenzt. Das zeigt sich auch daran wie lange Leute an großen Bauwerken wie Tempel, Kirchen etc. arbeiteten. Wenn es dort Wohlstand für einige geben sollte die dann nichts taten und Luxusgüter konsumierten, dann ging dies nur weil entsprechend mehr Menschen am Rande des Existenzminiums lebten (Sklaven, Leibeigene, Bauern etc.).

Die Sache ist die und damit könnte ich den Blog recht einfach abkürzen, dass jedes Wachstum beschränkt ist, das gilt so in der Natur und das gilt auch beim Menschen. Aber ich will es mal ausführen. Es wächst ja nicht nur die Wirtschaft an sich, sondern einzelne Branchen und da sieht es so aus: Zuerst gibt es ein neues Produkt. Anfangs ist es teuer und vielleicht auch nur für wenige nützlich. Es wird im Laufe der Zeit billiger und komfortabler. Dann beginnt eine Phase des rapiden Wachstums, während es vorher nur verhalten war, das Produkt also mehr oder weniger ein Luxusgegenstand war. Nun wird es zum Alltagsgegenstand. Irgendwann ist eine Sättigung erreicht, fast jeder der das Produkt benötigt hat es auch. Die Nachfrage besteht dann nur aus Ersatzkäufen um kaputte und alte Dinge zu ersetzen. Das Wachstum kommt zum Stillstand. Gegen diesen Zyklus hat die Wirtschaft ja schon Gegenstrategien entwickelt, z.b. Varianten zu entwickeln um de Käufer zu einem Neukauf zu bewegen, obwohl er das Produkt schon hat. Das funktioniert wirklich gut wie man am Zweitwagen, dem Notebook neben dem Desktop Computer sieht.

Gut aus sind Branchen die auf den Sammeltrieb des Menschen setzen. Er kauft also mehr, als der braucht. So die Branche der Bekleidungsindustrie. Manche Branchen bringen es auch fertig, Personen zu einem Neukauf zu bewegen obwohl das alte Produkt noch gut ist, und ihn dann zum Entsorgen zu bewegen, so die Handyindustrie. Aber in jeder Branche gibt es einen Sättigungspunkt. Die verschiedenen Tricks können ihn nur heraus verschieben. Die Folgen sind schon heute sichtbar. Als ich noch Kind war, konnte man noch auf der Straße spielen. Das geht heute nicht mehr. Nicht wegen dem Verkehr: Wer berufstätig war, hatte schon damals ein Auto und wenn Spielzeit war kaum Verkehr noch heute ist der Verkehr nicht viel höher als damals. Aber damals hatte jede Familie ein Auto und heute hat fast jeder der einen Führerschein hat einen Wagen, angesichts 41 Millionen zugelassener Wagen in Deutschland (es gibt ja noch die unter 18 Jährigen die keinen Führerschein haben, und ein bestimmter Prozentsatz darf keinen machen, z.B. aufgrund von Behinderungen). Die Folge: es ist alles links und rechts zugeparkt. Der Platz fehlt und wehe es trifft dann ein Ball mal ein solches "Heiligs-Blechle". Da unserer Straßen noch die gleichen wie vor 30 Jahren sind (mit wenigen Ausnahmen) stehen von zwei Fahrspuren nur noch eine zur Verfügung, weil links unrechts auf der Straßenseite Autos parken. Es gibt in unserem Ort inzwischen Straßen, da ist es so eng, das Autos in eine Parklücke fahren müssen, damit der entgegenkommende Verkehr vorbeilkann und selbst ich als Fahrradfahrer bei dicken Autos (sie werden ja auch noch immer größer) Probleme bekomme.

Dann kann die Wirtschaft nur hoffen, ihre Produkte in Länder zu exportieren, die noch nicht so gesättigt sind. Wir kennen das auch von der Automobilindustrie, die 1990 erst mal nach Russland und Osteuropa exportierte und nun auf gute Geschäfte mit China hofft. Irgendwann aber ist auch dieser Markt gesättigt und dann gibt es nur noch ein Wachstum entsprechend dem Wachstum der Menschheit. Was ja auch beängstigend ist, denn wie jedermann logisch einsehen kann, es nicht sinnvoll sein, dass es immer mehr Menschen auf der Erde gibt, einfach weil alle Ressourcen (landwirtschaftlich nutzbare Fläche, Bodenschätze) endlich sind. Doch das ist ein anderes Thema, das ich vielleicht auch bald aufgreife.

Die Lösung für dieses Dilemma kann nur sein, regelmäßig neue Nachfragen zu erzeugen. Also entweder über neue Produkte - so gab es vor 20 Jahren noch keine Handys die für die Allgemeinheit nützlich waren, heute sind neue Produkte MP3 Player, Webpads etc... Oder die vorhandenen Produkte zu zerstören, was bei uns im Regelfall auf Krieg hinausläuft - danach gibt es einen so großen Nachholbedarf, dass man dann sogar von einem Wirtschaftswachstum spricht. In kleinerem Maße gab es das nach der Wiedervereinigung, wobei allerdings der ostdeutsche Markt viel kleiner war und die westdeutsche Wirtschaft schon groß war und nicht mehr im Wachstum, sodass der Effekt geringer war.

Letztendlich, dass ist aber doch klar ist alles auf der Erde begrenzt: Rohstoffe, Fläche, aber auch die Nachfrage. Die Wirtschaft sollte sich daher auf umstellen, weg von einem inflationären Modell zu einem Modell mit stagnierender Wirtschaft umstellen. Allerdings glaube ich nicht, dass dies möglich ist. Mit Vernunft hat unserer Wirtschaft schon lange nichts mehr zu tun, eher mit Dogmatik und Religion.

Freitag 19.8.2011: Was ist "man rated" - an den Triebwerken festgemacht

Der Begriff "man rated" ist nicht so fest definiert, wie man es gerne hätte und ich denke er hat sich auch im Laufe der Zeit geändert. So würde man wohl die Atlas D und Titan II die man für den Start von Mercury und Gemini benutzt hat sicher nicht mehr heute als "man rated" bezeichnen. Weiterhin ist es natürlich ein Begriff, der eigentlich auf ein System als ganzes angewandt werden muss. Vereinfacht gesagt muss ein System als Ganzes sicher sein. Die schlechte Zuverlässigkeit früher Trägerraketen wurde durch den Fluchtturm ausgeglichen. Doch ich will mich mal auf etwas beschränken, von dem man relativ viel weiß, den Triebwerken.

Triebwerke werden ausführlich getestet bevor der erste Start ansteht. Es fängt an mit den Tests einzelner Komponenten wie Turbopumpen oder der Brennkammer, es geht weiter über Prototypen. Die Tests fangen an mit kurzen Zündungen an, dann folgen längere Tests. Schließlich welche über die nominelle Betriebsdauer hinaus und unter verschärften Bedingungen wie höhere, Schub als normal. Natürlich werden auch Störungen simuliert.

Dieses Programm durchlaufen alle Triebwerke. Triebwerke für bemannte Einsätze unterscheiden sich dabei von denen für unbemannte Flüge, dass selbst kleine Abweichungen genauer untersucht werden und nach Lösung eines Problems viel mehr weitere Tests erfolgen um wirklich sicher zu sein, das das Problem gelöst ist. Das ergibt sich schon aus der Statistik. Nehmen wir an, ein Triebwerk soll zu 99% zuverlässig sein. Dann ist eine statistische Aussage darüber nur möglich, wenn man mindestens so viele Tests absolviert hat, dass ein Fehler statistisch wahrscheinlich ist. Hier ist es einer bei 100 Einsätzen, also sind mindestens 100 Tests nötig, damit ein solcher statistisch vorkommt. Eher mehr, weil die Fehler ja zufällig auftreten und es genauso wahrscheinlich ist, dass in 100 Tests kein Fehler auftritt wie dass man zwei Ereignisse davon hat. Und 99% Zuverlässigkeit ist für bemannte Einsätze nicht wirklich hoch, während es für unbemannte Einsätze völlig ausreichend ist. Das Shuttle SSME (Block II) hat eine Zuverlässigkeit (und zwar beweisen, nicht berechnet) von 0,9983, basierend auf 970.000 Einsatzsekunden.

Ich will eines herausgreifen von dem das Testprogramm sehr gut bekannt ist: Das F-1 Triebwerk. Beim F-1 Triebwerk gab es bei der Entwicklung zwei Probleme. Das eine war das Problem der Verbrennungsinstabilität. Eine instabile Verbrennung drückt sich in schankenden Brennkammerdrücken und Temperaturen aus, die wiederum Folgen haben können. So muss das Treibstofffördersystem gegen den Brennkammerdruck arbeiten. Schwankt dieser so schwankt auch die Treibstoffzufuhr und oft ist dies mit Vibrationen verbunden. Beim F-1 trat dies während des zweiten Entwicklungsjahr elfmal vor, dabei wurden drei Triebwerke zerstört. Die Folge war, dass die Anordnung der Blenden im Injektor fünfzehnmal verändert wurde und 14 Injektordesigns erprobt wurden, bis das Phänomen wegging und dann wurde es bewusst durch "Bomb" Tests projiziert wobei es bei neun Fällen gelang einen instabilen Zustand zu induzieren. Danach wurde das Design des Injektors soweit verfeinert bis er den Test bestand. Später gab es ein Problem bei der LOX-Turbopumpe. Viermal zerlegte sich der Flügel der Turbine und zerstörte das Triebwerk. Obwohl dies immer um den gleichen Zeitpunkt herum geschah konnte man keinen Fehler finden. Da es nun schon 1965 war kam eine Neukonstruktion nicht mehr in Frage. Allerdings fiel auf, dass alle Triebwerke bei denen es passierte sehr lange betrieben wurden. Eines über 5.000 s lang. So setzte man eine feste Lebensdauer für die LOX-Turbine von 3.500 s fest die bei Tests und Einsatz nicht überschritten werden dürfte. Trotzdem waren alle am F-1 Testprogramm beteiligten erleichtert, wenn die 110 Flugsekunde verstrichen war - alle vier Vorkommnisse traten zwischen der 107 und 110 Betriebssekunde auf. Insgesamt gab es beim F-1 Triebwerk 28 Vorkommnisse bei den Tests. Die letzten Mitte 1964. Trotzdem wurde weitere drei Jahre getestet um sicher zu sein, dass sie nicht nochmals vorkommen.

Das nächste war die Lebensdauer. Ein F-1 Triebwerk wurde maximal 165 s lang betrieben. Es war jedoch als wiederverwendbar konzipiert und hatte eine Solllebensdauer von 2.250 s und 20 Zündungen. Immerhin bedeutete dies, das die Triebwerke vor dem Start extensiv getestet werden konnten. Jedes Triebwerk hatte vor dem Start folgende Akzeptanztests absolviert:

In der Summe wurde jedes Triebwerk vor dem Start schon 495 s lang getestet, obwohl sie danach maximal 165 s lang betrieben wurden. Auch dies gehörte zum „All up Testing“ : Nicht nur die Beschleunigung indem ganze Träger auch für Testflüge genommen wurden, sondern auch das jedes Triebwerk vor dem Start alleine, mit den anderen zusammen und nochmals in der Stufe integriert getestet wurde. Das führte auch zum Entdecken der Fehlinstallation einer Leitung bei der elften gefertigten S-II Stufe, welche zur Beschädigung von zwei Triebwerken beim letzten Test führte, aber eben vor dem Flug noch korrigiert werden konnte.

Alleine die eingesetzten Triebwerke kamen so auf 336 Tests/Einsätze mit über 50.000 s Betriebszeit. Die Gesamtzahl aller Tests ist noch erheblich höher und darin drückt sich auch der Hauptunterschied zwischen "man rated" und nicht aus. Hier einige Daten von Triebwerken die ich habe:

 

Triebwerk Tests vor dem ersten Einsatz akkumulierte Betriebszeit vor dem ersten Einsatz nominelle Betriebszeit
F-1 2-471 239.124 s 165 s
SSME 730 110.253 s 480 s
NK-33/43 677 108.000 s 120 s
Vulcain 1 278 87.000 s 590 s
Vulcain 2 122 64.600 s 535 s
RS-38 180 18.915 s 251 s
Merlin   3.200 s 158 s

Da die Betriebsdauer eine wichtige Rolle spielt (60.000 s Brenndauer entsprechen 100 Einsätzen bei 600 s Brenndauer oder 500 Einsätzen bei 120 s Brenndauer) habe ich die auch mit aufgeführt. Es ist recht deutlich zu sehen, dass die Testdauer bei den oberen drei Typen die für bemannte Einsätze konzipiert wurden. Das Vulcain steht wohl dazwischen. War die Ariane 5 bei Entwicklungsbeginn für bemannte Einsätze konzipiert, so fiel das später weg. Ich denke am Testprogramm hat es aber nicht mehr viel geändert, weil die Planungen für Hermes doch noch einige Jahre weiter gingen und erst kurz vor dem Jungfernflug es auf "unbestimmte" Zeit verschoben wird.

Einzigartig ist sicher dieses Testprogramm der F-1 Triebwerke vor dem Einsatz: 495 s Abnahmetests bei einem Triebwerk das später 165 s lang läuft. Das Vulcain wird immerhin noch so lange getestet, wie später die Stufe arbeitet. Dasselbe finden wir bei den NK-33 Triebwerken, die vor dem Einbau in die Taurus II getestet werden. Bei dem Merlin ist es noch ein kurzer statischer Test über wenige Sekunden. Wie es beim RS-68 aussieht weiß ich nicht.

Natürlich sind Tests nur ein Punkt. Es spielt auch die Auslegung des Triebwerks eine Rolle, doch das ist ein anderer Punkt. Klar dürfte aber sein, dass ein Triebwerk, das vor jedem Flug getestet wird, das 500 Tests vor dem ersten Einsatz absolviert hat, nominell besser erprobt ist als eines ohne Prüfung und nur 100 Tests. Das schützt allerdings nicht vor Designfehlern, die erst unter Flugbedingungen auftreten können, wie das axiale Ausbeulen und dadurch das Durchbrennen der Vulcain 2 Düse.

Ich meine aber eines ist sicher: Die NASA die nun auf die Erfahrungen von SSME und F-1 zurückgreifen kann, wird sich nicht auf Designs einlassen die erheblich weniger erprobt sind, wie dies einige postulierte Alternativen sind. Natürlich nur solange, wie es nicht anderen (finanziellen, politischen) Druck gibt. Denn das dies zu Fehlentscheidungen führt zeigte sich schon beim Space Shuttle - er war in der Form nicht zu finanzieren, wie er gewünscht war, wodurch praktisch die Flugsicherheit bis zum Abtrennen der Feststoffbooster geopfert wurde. Das er auch als System nicht die Sicherheit hat, die nötig wäre, wissen wir spätestens seit 1986. Trotzdem gab es keine Alternative, weil niemand eine finanzieren wollte.

Samstag 20.8.2011: Überzeugungstäter

Vor einigen Tagen habe ich bei ARTE eine Dokumentation über Nina Hagen angesehen (Wiederholungen um 3:45 heute und um 5:00 am 23.8). Die Dokumentation war, sagen wir mal höfflich "sehr wohlwollend". Ich wusste nicht so viel über die Sängerin, aber das was ich wusste, war irgendwie im Gegensatz zu der Berichterstattung. Mir kamen da die Fernsehauftritte in den letzten Jahren in den Sinn, wo ich sie als jemand wahrnahm, der nicht mehr alle Tassen im Schrank So z.B. bei zwei Talkshows bei Maischberger mit Jutta Ditfurth und Joachim bublath. In dem Beitrag kam nur was davon, dass sie sich zur Punkbewegung zugehört fühlte und nun spiritistisch angehaucht ist. Auch das ihre Plattenerfolge recht lau waren, findet man nicht und die Band, die sie nach einem Jahr als sich der erste Erfolg ankündigte einfach sitzen lies, kam einem als der große Looser vor. Nina Hagen macht Karriere und sie verschwinden in der Versenkung. Komisch nur das mir einer der Musiker so bekannt vorkam.

Also habe ich mal in der Wikipedia nachgeforscht und da sieht es anders aus. Was mich am meisten überrascht hat war, das Nina Hagens erste Band später als Spilff erfolgreich war, was nun auch zwanglos das bekannte Gesicht erklärt. Und auch warum die einzigen Nina Hagen Titel die mir gefallen, die aus dieser frühen Zeit sind. Schade, denn da passte die Kombination aus Stimme und Musik. Immerhin stammt mein Nina Hagen Lieblingshit aus dieser Zeit, der die wohl beste Beschreibung des deutschen Fernsehens enthält: "Alles so schön bunt hier". Eigentlich sollte eine Dokumentation neutral sein, aber diese war es nicht.

Die anderen beiden anderen Gesinnungstäter sind Werner Büdeler und Stratis Karamanolis. Ich habe von beiden Raumfahrtbücher gelesen, bzw.. bin gerade dabei. Bei Büdeler handelt es sich um das Buch "Weltraumfahrt - Möglichkeiten und Grenzen", der in seiner typischen Art einen Bogen spannt von den ersten Ideen für die Raumfahrt bis zum aktuellen Stand der bemannten Raumfahrt im Jahr 1967, als das Buch geschrieben wurde. Also mir hat das Buch nichts neues gebracht, auch weil es für ein nicht vorgebildeten Publikum gedacht wird. Aber es fiel mir auf weil es so in dem Stil geschrieben ist, "die Weltraumfahrt ist die Spitze der Technologie". Es wird als fast wunderbar geschildert dass eine Rakete aus hunderttausenden von Einzelteilen funktioniert, wo doch ein Ausfall schon alles kaputt macht oder wie man einen kleinen Korridor zum Mond erreicht. Alles was negativ ist, wird ausgeblendet. So findet der Tod der Apollo 1 Besetzung gerade mal in einem Nebensatz Erwähnung und das die Gemini 8 Besatzung auch hätte tot sein könnte, findet man auch nicht.

Das ist überzeugend, wenn man nicht vorgebildet ist. Denn wenn eine Rakete ausfällt weil ein Teil defekt ist, dann tut es das auch ein Verkehrsflugzeug das in etwa genauso kompliziert aufgebaut ist. Wenn das Erreichen des Flugkorridors ein Wunder ist, dann ist es sicher auch ein Massenspektrometer, das bis zu Femtogrammmengen detektieren kann. Das ist z.B. ein Fingerhut voll einer Flüssigkeit, aufgelöst im Bodensee. Hinreichend beschrieben ist jede Technik, deren Leistung weit weg von der täglichen Erfahrung weg ist "wunderbar". (Nebenbei bemerkt ist bei der Massenspektrometrie die Aufgabe nicht die Bestimmung, sondern die Isolation genau der Stoffe die man bestimmen will aus der Matrix, denn natürlich wird auch jeder andere Scheiss genauso empfindlich detektiert).

Heute sind die Leute schlauer und so fängt Stratis Karamanolis gleich an die Weltraumfahrt zu verteidigen. Bei ihm handelt es sich um das Buch "Die internationale Raumstation" von 1967. Als erstes geht es darum, dass wohl die Raumfahrt selbst kritisiert werde. Meiner Erfahrung nach wird sie das nicht, sondern nur die bemannte Raumfahrt. Dann kommen Plädoyers über die Fähigkeit des Menschen Dinge zu reparieren wie bei Apollo 13 und Skylab. Auch hier ist das ganze suggestiv, obwohl selbst der Verfasser schon die Schwachheit seines Arguments bewusst ist "Man könnte natürlich argumentieren, wenn es sich bei Apollo 13 um ein umbenanntes Raumfahrzeug gehandelt hätte, wäre es gar nicht notwendig gewesen, dieses Raumfahrtgefährt nach dem versagen wieder zurückzubringen. Doch das steht auf einem anderen Blatt". Nein, das ist der entscheidende Punkt. Auch bei Skylab. Das es darin zu heiß war spielt nur eine Rolle wenn es bemannt ist. Für eine rein unbemannte Mission hätte auch die Stromversorgung ausgereicht. Wenn man von den Fähigkeiten schreibt die der Mensch Robotern voraus hat, hinsichtlich Flexibilität, dann sollte man auch unbemannte Missionen erwähnen bei denen entscheidende Dinge ausfielen und die an durch umkonfigurieren noch rettete, wie Voyager 2 mit dem ausgefallenen Primärsender und beschädigtem Sekundärsender oder Rosat nach Ausfall der Lageregelungsgyros. Überhaupt sind hier unbemannte Projekte flexibler als der Mensch der nicht "umprogrammiert" werden kann und dass eine Marsmission die 2 Jahre dauern sollte, über 10 Jahre lang arbeitet wie dies bei schon mindestens zwei Marssonden der Fall ist, ist beim Menschen nicht möglich.

Die Argumentation von Stratis Karamanolis steht auf schwachen Füßen. Dann sollte wenigstens der Text nicht angreifbar sein. Doch das ist nicht der Fall. Ich habe von dem Buch erst wenige Seiten gelesen. Doch schon stolpere ich über etliche Fehler wie hier:

Voyager 1 startete am 5.9.1977 und passierte am 11.11.1980 den Saturn. Voyager 2 den Jupiter am 9.7.1979. Schon wenn man die Daten vergleicht sollte auffallen, das der Jupitervorbeiflug nicht nach dem Start sein kann. Und natürlich dauerte der Uranusvorbeiflug nicht nur 15 Stunden, sondern die Sonde war über mehrere Monate aktiv. Auf der nächsten Seite geht es weiter. Demnach durchflog Pioneer 11 zehn Tage lang zweimal die Ringe von Saturn und näherte sich bis auf 2000 km an die Wolken. Richtig wäre wohl 10 Stunden und 20.000 km. Dazu kommen dann Grafiken wie diese:

Demnach sind Sojus und Proton breiter als die Saturn V. Das ist natürlich völliger Unsinn. Das Bild ist nicht maßstäblich. Bei der Apollokapsel ist die Saturn V 3,91 m breit, das entspricht in etwa der Rumpfbreite der Proton. Die Proton ist mindestens um den Faktor 2-3 zu groß dargestellt. Und bei der Sojus liegt der Fall ähnlich.

Mir stieß das auf. Ein Sachbuch sollte weitgehend fehlerfrei sein. Kein Sachbuch ist fehlerfrei und auch mir kommen bei Überarbeitungen immer wieder Fehler unter, meistens sind es Sachen die ich falsch verstanden habe und wenn ich genauer drüber schreiben will und mich nochmal einlese entdecke ich das. Ich glaube nicht dass dies für einfache Autoren, die eine kleine Auflage haben, praktisch vermeidbar ist. Bei Lehrbüchern oder Nachschlagewerken gibt es etliche Lektoren auch mit fachlichem Know-How. Das muss bei Raumfahrtbüchern meistens entfallen. Es wird also immer Fehler geben. Nur ist eben die Frage wie viele und wie auffällig. Hier finde ich sind es besonders peinliche: Datums- oder Datenfehler weil sie so einfach nachprüfbar sind und wenn sie in dieser Menge auftreten. Das lässt einen das Vertrauen in das Buch verlieren.

Zumindest bei Stratis Karamanolis finde ich die Überzeugungsarbeit für die bemannte Raumfahrt überflüssig. Wer sich ein Buch über die "internationale Raumstation" kauft ist daran interessiert also steht er dem Projekt positiv gegenüber.  Aber es muss eben fachlich korrekt sein. Da der Autor ja schon einige Bücher geschrieben hat, ist das um so unverständlicher.

Ich stehe auf dem Standpunkt, dass ein Sachbuch neutral sein sollte. Wenn man von Technik begeistert ist, dann verbessert das den Schriftstil, man sollte aber nicht versuchen Überzeugungsarbeit zu leisten und wenn, dann eben fachlich fundiert. Klar, man versucht immer eigene Meinung einzubringen. Ich habe das auch in meinen Büchern getan, aber vielleicht besser und nicht so aufdringlich. Vor allem aber am Schluss und nicht am Anfang. Ich denke wenn man die Fakten erst mal dargestellt hat kann man seine eigenen Schlüsse präsentieren, aber nicht schon mit der Meinung gleich anfangen.

Sonntag 21.8.2011: Warum ich gegen das JWST bin

Das James Web Space Telescope (JWST) wird das teuerste unbemannte Weltraumprojekt überhaupt werden, teurer als Cassini, Viking, Galileo oder das Mars Science Laboratory - nicht nur absolut (mit derzeit auf 7,8 Milliarden Dollar Gesamtkosten) als auch inflationskorrigiert. Doch lohnt es sich?

Was der Knackpunkt ist, sind natürlich die Kosten. 7,8 Milliarden Dollar ist wirklich viel Geld. Es kostet damit so viel wie 4 Jahre ISS Betrieb oder 2-3 Jahre Space Shuttle Betrieb. Bei dem Vergleich mit unbemannten Projekten wird es sogar noch auffälliger. Das nächst kleinere Projekt ist das 2,5 Milliarden Dollar teure MSL, das um den Faktor 3 kleiner ist.  Neue Missionen zum Mars dürfen maximal 480 Millionen Dollar ohne Trägerrakete kosten. Das ist auch in etwa das Preisetikett eines anspruchsvolleren Forschungssatelliten.

Nun existieren auch unbemannte Raumfahrtprojekte nicht im Vakuum. Ihre Kosten müssen gerechtfertigt sein. Und da hapert es. Astronomische Satelliten können zwei Vorteile aus dem Weltraum ziehen:

Die Satelliten die Prinzip 1 ausnutzen sind ohne Alternative. Wer den Weltraum im Bereich der UV-, Röntgen- und Gammastrahlen, aber auch im Infraroten beobachten will muss die Erde verlassen. Alle Strahlen mit einer Wellenlänge kleiner als des sichtbaren Lichts werden absorbiert - zum Glück für uns, denn sonst gäbe es kein Leben auf der Erde. Das zweite sind die Infrarotstrahlen. Hier gibt es einige Fenster in denen man auch auf der Erde beobachten kann. Aber auch hier absorbieren Spurengase in der Atmosphäre und beim langwelligen Infrarot gibt es das Problem, dass man Strahlung von Objekten misst, die so warm sind wie die Teleskope. Es ist auf der Erde möglich zwar die Detektoren zu kühlen, aber nicht die ganzen Teleskope. Daher müssen auch Infrarotteleskope ab einer bestimmten Wellenlänge ins All ausweichen.

Das zweite sind die Teleskope, die im sichtbaren Licht arbeiten. Hier gab es schon Vorläufer. In den sechziger Jahren die OAO Serie und seit 1990 Hubble. Auch die Vorgänger waren nicht billig. Die drei OAO kosteten damals 200 Millionen Dollar, vor allem wegen der hohen Anforderungen an die Genauigkeit der Lageregelung. Hubble wurde noch teurer. Im Januar 1977 fiel der Startschuss für das Projekt. Ursprünglich 450 Millionen Dollar teuer gab es zuerst Probleme bei der Entwicklung und später durch den verspäteten Start der Shuttles, welche die Projektkosten explodieren ließen. Obwohl der Teleskopdurchmesser von 3,05 auf 2,38 m geschrumpft war, kostete Hubble bis zum Start viermal so teuer wie geplant. Beim Start prangte ein Preisetikett von 2 Milliarden Dollar auf dem Weltraumteleskop. Davon 1,5 Milliarden für das Teleskop, der Rest für den Start.

Wie bekannt, zeigte sich dann dort ein Konstruktionsfehler, der zu einer Anpassung der Servicemissionen führte. Die Servicemissionen, das waren die eigentlichen Neuigkeiten bei Hubble. Hubble sollte 10 bis 15 Jahre lang betrieben werden. Das ist ein Zeitraum, in dem es laufend verbesserte Instrumente gibt. Sie sollten gewährleisten dass Hubble laufend dem aktuellen technischen Stand angepasst werden konnte und das Raumteleskop wurde für eine Wartung ausgelegt. Die erste Servicemission wurde nun vorgezogen und neben anderen Arbeiten wurde eine Korrekturoptik eingebaut. Sie kostete 674 Millionen Dollar, davon nur 100 Millionen für die Korrekturoptik. Das zeigte auch die Kehrseite: mit den Shuttles waren die Servicemissionen teurer. Es folgten weitere. 1997 die 795 Millionen Dollar teurere SM-2. Die Servicemission 3A, die nur Teile austauschen sollte, kostete dann 95 Millionen Dollar für diese, plus die Shuttle Missionskosten. Da in diesem Jahr nur drei Shuttlemissionen stattfanden, addiert das weitere 999 Millionen Dollar.

Die Kosten für die Servicemission 3B habe ich nicht gefunden. Doch die letzte wurde richtig teuer, weil alleine die Rettungsmöglichkeiten die NASA 553 bis 636 Millionen Dollar kosteten, was die Gesamtkosten für diese Mission auf 1104 bis 1176 Millionen Dollar katapultierte, davon nur 475 Millionen Dollar für die Instrumente. Insgesamt kostete Hubble die USA nach der letzten Servicemission 9,6 Milliarden Dollar, die ESA weitere 593 Millionen Euro. Etwa ein Viertel der Summe entfällt auf den Betrieb, ein Drittel auf den Bau des Teleskops und neue Instrumente. der Rest auf die Durchführung der Servicemissionen. So gab es nicht wenige Vorschläge, anstatt der letzten Servicemission, deren Preisschild die NASA anfangs noch mit 1,7 bis 2,3 Milliarden Dollar angab, einfach ein nachgebautes Hubble Teleskop mit einer Atlas oder Delta zu starten, das wäre immer noch billiger.

Das James Webb Teleskope wird nicht gewartet werden. Das Konzept hat sich als zu kostspielig erwiesen. Es ist auch nicht direkt mit Hubble vergleichbar. Das JWST wird im nahen Infrarot, also dem Spektralbereich forschen, der an das sichtbare Licht angrenzt. Da nun die Wärmestrahlung von Körpern mit Zimmertemperatur stark stört, wird nicht nur das ganze Teleskop von einem entfaltbaren Sonnenschirm geschützt werden. Es kann auch nicht in einer Erdumlaufbahn betrieben werden, bei der die Erde fast die Hälfte des Himmels bedeckt und ihre Wärme das Teleskop aufheizen würde. Daher wird es von einer Ariane 5 in einen Librationspunkt entfernt von der Erde gestartet.

Doch es ist in seiner Auslegung auch extrem anspruchsvoll. Der Nutzlastraum der Ariane 5 ist nicht größer als der des Space Shuttles. Doch der Hauptspiegel des JWST wird 6,5 m Durchmesser haben (geplant waren mal 8 m, auch diese Reduktion eine Parallele zu Hubble) anstatt 2,4 m bei Hubble - damit passt es nicht mehr in den verfügbaren Platz. Also besteht der Hauptspiegel aus 18 Segmenten von 1,3 m Durchmesser. Der entfaltbare Sonnenschild ist sogar 12 x 22 m groß. Gerade diese Herausforderungen machen, es aber auch so teuer und die Gefahr, dass beim Entfalten etwas schief geht - optische Instrumente müssen bis auf Mikrometer genau einer vorgegebenen Form folgen - bei Hubble betrug die Abweichung des Spiegels von der Idealform nur 2 µm! ist natürlich groß.

Das Problem eines optischen Weltraumteleskops ist die Konkurrenz auf der Erde. Als die ersten Weltraumteleskope starteten, war die Welt noch in Ordnung: Die größten Teleskope auf der Erde hatten Durchmesser von 2,5 bis 5 m. Ein 6 m Teleskop Russlands blieb hinter den Erwartungen zurück, weil nun so große Spiegel massive Probleme machten. Sie wurden schwer, Glas verformte sich unter dem Eigengewicht. Bis 1990 baute keiner ein größeres Teleskop als das 5 m Teleskop von Mount Palomar, weil es unwirtschaftlich war. Neue Teleskope lagen eher in der 3 bis 4 m Klasse. Bewegung kam durch die Erfindung des CCD. Nicht nur war es um den Faktor 10-20 empfindlicher als Film. Es ermöglichte auch die Echtzeitverarbeitung und damit hatte man eine Möglichkeit die Luftunruhe, den Hauptfeind der Astronomen zu begegnen. In den achtziger Jahren erprobte man adaptive Optiken. Das Prinzip: Die Luftunruhe welche die Auflösung der Teleskope begrenzt, wird bestimmt und die Teleskopspeigel durch mechanische Elemente so verformt, das wieder ein besseres Bild resultiert. Das wurde in den achtziger Jahren bei kleineren Teleskopen erprobt und in den neunziger Jahren entstanden neue Teleskope welche auf dieser Technik basierten, wie das VLT und die Spiegeldurchmesser stiegen an. Innerhalb von wenigen Jahren wurden 12 m erreicht. Das sie sich verformen war nun sogar erwünscht - denn das sollten die Aktoren ja gerade tun und damit wurden sie auch dünner und leichter. Seit dem Keck Teleskop weiß man auch, dass man ein großes Teleskop aus vielen Einzelspiegeln aufbauen kann, so wie dies auch beim JWST geplant ist.

Das Problem: Als Hubble 1990 startete es das 22. größte auf der Welt. Heute ist es das 54.ste. Wenn das JWST 2018 startet, wird es zwar auch nach dem heutigen Stand die Nummer 20 sein. Aber der Unterschied ist größer. 1990 hatte das größte Teleskop, das brauchbare Bilder lieferte, 5 m Durchmesser. Hubble war halb so groß. 2018 werden drei Teleskope von 21,4, 30 und 39,3 m Durchmesser ihren Betrieb aufnehmen. Sie sind die ersten einer neuen Generation, bei der bis zu 100 m Durchmesser geplant ist. Dagegen wirkt JWST wie ein Zwerg und trotzdem sind die Baukosten dieser überschaubar. Das größte, das European Extreme Large Teleskope wird 1,04 Milliarden Euro kosten - einen Bruchteil der Kosten des JWST. Bodengebundene Teleskope haben seit 1990 dramatische Fortschritte gemacht. Sie wurden auch mit immer leistungsfähigeren Kameras und Instrumenten ausgestattet. Auch das wird beim JWST ausbleiben. Es kann nicht modernisiert werden, weil wir es nicht erreichen können, wenn es einmal 1,5 Millionen km von der Erde entfernt ist. Wir werden auch nichts reparieren können, wenn es Probleme beim Entfalten des segmentierten Spiegels oder des Sonnenschildes gibt, ohne das das Teleskop viel zu warm sein wird.

Daher bin ich gegen dieses Projekt. Gemessen an den Kosten ist der Nutzen recht gering. Es steht zu erwarten, dass man bald die gleiche Leistung auf der Erde für einen Bruchteil der Kosten erhält. So, da dies ein sehr langer Blogeintrag war gibt es ausnahmsweise mal einen Tag Pause, damit ihr nicht überfordert werdet....


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