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Web Log Teil 250: 16.10.2011 - 19.10.2011

16.10.2011: Das ISS Gewurstel

Eigentlich sollte man annehmen, wenn man 20 Jahre an einem Projekt plant. Dann wird das auch was. Doch bei der ISS gilt wohl eher ein anderes Motto: zu viele Köche verderben den Brei.

Mal eine kleine Zusammenfassung. Das was wir heute als ISS kennen, wurde 1984 aus der Taufe gehoben. Das Shuttle war nun operationell geworden, es konnte an das nächste Projekt gehen, einer amerikanischen Raumstation. Doch sehr bald geriet "Freedom", wie das Projekt im kalten Krieg hieß, in Schieflage. Zuerst war der ursprüngliche Plan nach dem Challengerunglück nicht zu halten. Er setzte zahlreiche Montagevorgänge im All voraus und diese erschienen nun als zu riskant.

wurde die Station zu teuer und es stand mehrmals auf der Kippe. Die Wende kam, als man bei der NASA auf den Dreh kam die Russen mit ins Boot zu holen. Zwei russische Module sollten ein Antriebsmodul und Wohnmodul der USA ersetzen. Da diese auch Finanznöte hatten, war dies die Möglichkeit ihre Mir-2 fertigzustellen. So wurde daraus eine US-russische Raumstation. Drei Jahre später kamen dann noch Japan und Europa dazu, die sich schon an Freedom beteiligen wollten. Während die Zusammenarbeit bei der Konzeption der Station mit Japan und der ESA noch gut lief - sie stellten Elemente für die Station als Kompensation für den Transport der Labore mit dem Shuttle her, gab es von Anfang an einen Sollbruchpunkt bei Russland. Die Raumstation ist nämlich nicht so sehr international, sondern eher eine Verbindung einer russischen Raumstation mit einem westlichen Teil. Russland hat eine eigene Ausstiegslucke, eigene Ankopplungspunkte, und sie sollen es natürlich selbst ausbauen. Sie haben auch das Recht auf ihrer Station und Wohnkabinen für ihre zwei Astronauten - und nutzten das auch aus, um Weltraumtouristen zu befördern, welche die NASA nicht auf der ISS haben wollte.

Das es mit Russland nicht richtig lief zeigte sich schon während noch an der Station gebaut wurde. Die NASA musste Gelder zuschießen, damit das zweite Modul rechtzeitig fertig wurde. Die russischen Module wurden nach und nach gestrichen und auf eines reduziert, das nun 15 Jahre nach dem restlichen endlich ins All gebracht werden soll. Doch sollte sich die NASA nicht beschweren, denn schon vor Columbia dachte sie selbst schon wegen den explodierenden Kosten die Station nur im Kern fertigzustellen und als die Columbia verloren ging, wurden ein Forschungsmodul, das einzige reine Wohnmodul und das Gefährt zur Rettung der Crew gestrichen.

Genauso wenig stimmte man sich bei den Transporten ab. Im Prinzip war klar, dass Russland ihre Sojus/Progress einsetzen würde und die USA ihre Shuttles, die ja neben der Mannschaft auch bis zu 17 t Fracht zur Station bringen konnten. Sie existierten und waren erprobt. Die anderen beiden Juniorpartner bekamen dann nur die Vorgaben, was sie bringen sollten - und jeder entwickelte einen eigenen Transporter. Sinnvoll wäre wohl eher eine Zusammenarbeit und ein gemeinsamer Transporter. Vor allem weil für Europa und Japan ja die Zahl ihrer Flüge begrenzt ist.

Als die Columbia verglühte, wäre erneut Gelegenheit gewesen, das Transportsystem zu überdenken, denn nun fiel ja das Space Shuttle aus. Das heißt auch, die USA benötigten einen eigenen Transporter. Man sollte nun annehmen, dass die ISS als 100 Milliarden Euro Projekt wichtig genug ist, als dass man diese Frage nicht auf die lange Bank schiebt und vor allem damit auch jemanden betraut, der sein Geschäft versteht. Doch was macht die NASA? Anstatt Lockheed-Martin und Boeing zu beauftragen, welche den (zumindest in meinen Augen nicht ganz unsinnigen Vorschlag) hatten, einfach angepasste Versionen des ATV und HTV mit US-Trägern zu starten, also schon existierende und verfügbare Transporter und Träger zu nutzen, gibt man erstmals zwei Entwicklungsaufträge an zwei Firmen, die bis dahin im Raumfahrtgeschäft noch nichts bewegt hatten: SpaceX und Rocketplane-Kistler. Sie hatten beide weder einen verfügbaren Transportern noch eine Trägerrakete. Bis die NASA nach einigen Monaten merkte, das Rocketplane-Kistler pleite war und sie dann ein Jahr später den Auftrag nochmals an OSC vergab. Das war übrigens 2006, also gute drei Jahre nachdem die Columbia verloren ging - Fehler Nummer zwei, dadurch verliert man wertvolle Zeit.

Erst kurz vor Jahresende 2008, also nochmals einige Jahre später wurden dann die eigentlichen Transportverträge vergeben (vorher waren es ja nur Entwicklungsauftrage). Natürlich an dieselben Firmen - das wundert nun sicher keinen mehr. Was man in der Summe hat ist eine Reduktion der Versorgung von 4 Shuttleflügen pro Jahr (jeweils für über 10 t Nettofracht gut) auf 5-6 Versorgungsflüge von OSC und SpaceX pro Jahr mit einer Gesamtkapazität von 8 t, also weniger als einem Shuttletransport. Was dann passiert, wenn eine der beiden Firmen ausfällt kann man sich ja denken.

Noch lustiger ist, dass bisher das kommerzielle Crew Transportprogramm, das nochmals zwei Jahre später initiiert wurde, bisher nur Aufträge für Vorentwicklungen vergab, aber noch keinen für ein Raumfahrzeug. Rechnet man optimistisch mit einer Vergabe 2012 und einen realistischen Rahmen von mindestens 5-6 Jahren für die Entwicklung eines Raumfahrzeugs, so wird es nicht vor 2017/18 zur Verfügung stehen, wenn sich selbst die verlängerte Betriebsdauer der ISS zum Ende neigt. Aber die Orion, an der man seit 2006 arbeitet, darf nicht zur ISS.

Kalt erwischt hat die Verlängerung auch die ESA, die nicht mehr ATV bestellt hat als die bis 2015 benötigte, aber auch verzichtete Vorzusorgen, dass man weitere bauen kann. Dazu kommt, dass die NASA nun wegen einer höheren Umlaufbahn weniger Treibstoff benötigt, der Hauptfracht des ATV, also auch so ein Problem sich ergibt. Die einzigen Profiteure sind die Russen, die nun Sojusflüge anbieten können und damit gutes Geld verdienen.

Die Betriebszeit der ISS wurde verlängert, bis 2020, manche planen sogar bis 2028, doch dafür gibt es keine Langzeitplanungen. Doch was ich vermisse: Wie sieht es mit Ersatz aus? Ersatz für Systeme die defekt sind, bis hin zu Modulen die ja auch ausfallen können (siehe Mir). Schlussendlich wird die Station länger betrieben werden als jede vor ihr. Geplant war mal ein Betrieb bis 2015, was 17 Jahre für das älteste Modul sind, schon ein Jahr mehr als bei Mir. Nun werden es 22 Jahre sein. Mal sehen, was passiert wenn ein wirklich wichtiges System ausfällt....

Zum letzten Teil: wer hat was von der ISS. Natürlich kann man philosophieren über den Nutzen in der Öffentlichkeitsarbeit. Doch quantifizieren kann man sicher nur den wirtschaftlichen und Forschungsnutzen. Den letzteren weniger in Ergebnissen als vielmehr Auslastung. Ein wirtschaftlicher Nutzen ist für Russland gegeben. Alleine die Zahlungen der USA für den Transport von Astronauten und Fracht sind so hoch, wie 40% des nationalen Weltraumetats. Geforscht wird dagegen auf dem russischen Teil kaum. Das einzige Forschungsmodul (dass aber hinsichtlich Volumen und Masse auch nicht mit den westlichen Labors vergleichbar ist) wird erst noch gestartet. Japan hat das größte Labor an Bord, aber es wurde aus genau diesem Grund auch ohne Ausrüstung gestartet, sonst wäre es zu schwer gewesen. So bringt nun jedes HTV ein weiteres Rack an Bord. Die USA nutzen nicht einmal ihr eigenes Labor komplett aus, geschweige denn die vertraglich zugesichten Nutzungsrechte bei Kibo und Columbus. Konkret ist wenig über die Nutzung zu erfahren, weil die einzelnen Racks weitgehend weiter an Universitätsinstitute abgegeben wurden. Bislang ist das die ESA, die Raumfahrtagentur die sowohl ihr Labor weitgehend ausgestattet hat, wie auch europäische Racks im US-.Labor stehen.

Nur haben sowohl Japan wie auch ESA nun Probleme, Astronauten zur Station zu bringen. Es sollten mal sieben Personen dauerhaft an Bord sein, alle 90 Tage ausgewechselt. Während ein Shuttle ankoppelt können weitere Personen kurzzeitig für 1-2 Wochen mitarbeiten. Nun fällt dies weg und es sind nur noch 6 Personen die im 180 Tages Rhythmus ausgetauscht werden - die beiden kleinen Partner haben daher einige Probleme einen Astronauten an Bord zu bekommen. Konkret steht der ESA ein Astronaut alle zwei Jahre für sechs Monate zu. Dafür bezahlt sie rund 400 Millionen Euro pro Jahr plus ein ATV jedes Jahr - viel Geld. Zuviel Geld?

17.10.2011: Schlechte Zeiten für bemannte Großprojekte

Es ging in den letzten Jahren hin und her bei der bemannten Raumfahrt in den USA: Das Shuttle wurde eingestellt und Constellation geboren. Nach fehlender Finanzierung wurde auch dieses eingestellt, ohne das die eigentlichen Projekte aber so richtig aufgegeben wurden - Aus der Ares V wurde das SLS. Aus dem Orion das MPCV. Was fehlt ist eigentlich nur ein Ziel - sowie die gesamte Technologie auf ihm zu landen. Daneben gibt es Finanzierungsprogramme für kommerziellen Crewtransport und Versorgung, Technologieforschung ohne konkrete Vorgabe und robotische Vorläufermissionen ohne Missionsziel. Natürlich gab es in den letzten Jahren noch ein paar Nebenkriegsschauplätze, weil jede Lobbygruppe versucht noch was für sich rauszuholen. So wurde als die Entlassungen beim Auslaufen des Shuttles kamen, dann plötzlich vorgeschlagen das wieder zurückzunehmen, obwohl bei vielen Komponenten 2-3 Jahre vergehen würden, bis sie erneut zur Verfügung stehen würden. Oder es wurden völlig unbekannte Firmen beauftragt die Versorgung der ISS zu übernehmen.

Die NASA ist seit Jahren Spielball der Politik. Das Hauptproblem von Constellation war, dass es keine vernünftige Finanzierung hatte. Wir reden von einem Programm das teurer als die ISS war. Doch während sich deren Finanzierung über rund 30 Jahre erstreckt, bekam Constellation nicht mal die Hälfte der Mittel und sollte in der Hälfte der Zeit ablaufen - wie soll das gehen?

Es ist zu befürchten, das dies so weitergehen wird, weil es schon in der Vergangenheit immer schwieriger wurde ein Großprojekt durchzuziehen. An der ISS wurde 10 Jahre lang geplant und wäre die Zusammenarbeit mit Russland nicht auch gerade in das richtige politische Klima gefallen, dann wäre die ISS bald darauf eingestellt worden. Das letzte Projekt davor, die Shuttles wurden nur bewilligt, weil es massive Unterstützung seitens des DoD gab und man sich von Ihnen Wunderdinge versprach. Als sie später operationell waren und weder die Versprechungen, noch die militärische Bedeutung gegeben war, dann waren sie immerhin noch ein Statussymbol - sie standen für Fortschritt, fliegen wie in einem Flugzeug mit größerer Besatzung und passten damit zum Bild der USA von sich selbst als Hochtechnologienation. Die frühen Projekte Amerikas - Mercury, Gemini und Apollo waren die Resultate eines Wettlaufs mit Russland, einem Technologiewettlauf, stellvertretend für die politischen Systeme. Da diese Konfrontation wegfällt fällt auch die Triebfeder für bemannte Projekte weitgehend weg, die ja nicht anders rechtfertigbar (Forschung, wirtschaftlicher Nutzen).

Ich wage aber zu behaupten, dass nachdem sich die Station so verschlechtert hat und jeder Präsident was neues beschließt, das dann vom Kongress wieder zerfleddert wird, dann wird sich auch daran nichts ändern.

Gehen wir weiter zur nächsten Raumfahrtnation Russland. Hier ist die Situation: Nach dem Zusammenbruch der Sowjetunion war die Raumfahrt erst mal am Ende. Russland gelang es nicht mehr die Mir aufrecht zu behalten und die Beteiligung an der ISS wurde aufs mindeste beschränkt. Von wissenschaftlichen Missionen war gar nicht mehr die Rede. Nun gibt es seit Jahren bedingt durch steigenden Rohstoffpreise gute Einnahmen, doch an der Situation der Raumfahrt hat sich nichts geändert. Alle Projekte die es im Laufe der Zeit gab wurden eingestellt. Neue Weltraumbahnhöfe, Trägerraketen, Raumfahrzeuge (Kliper)? Eingestellt oder nur mit minimalen Aufwand weiter betrieben (Angara). So glaube ich kaum, dass Russland wieder ein größeres bemanntes Programm anstreben wird - schließlich verdienen sie derzeit mit 40 Jahre alter Technologie (Proton, Sojus (Rakete und Raumschiff) und Progress sich eine goldene Nase. Im wesentlichen hat auch Russland das Stadium hinter sich gelassen wo sie bemannte Raumfahrt betrieben, weil sie sich als Supermacht präsentieren müssen oder einfach aus Prestige.

Zu Europa ist nur wenig zu sagen: Das Budget der ESA ist nicht mal ein Drittel der NASA, also damit reist man nicht viel (trotzdem bewegt sie noch mehr als die NASA welche derzeit die Milliarden in Projekte reinschiebt welche wieder eingestellt werden).

China könnte angesichts seines Wirtschaftswachstums und seiner Einwohnerzahl ein durchaus großes Raumfahrtprogramm auf die Reihe bekommen. Sie starten immer mehr Satelliten und haben nun auch den Sprung von reinen Anwendungssatelliten zu wissenschaftlichen Satelliten gemacht und fangen gerade an bemannte Raumfahrt zu treiben. Derzeit ist aber nicht sichtbar, dass aus dem recht bescheidenen Programm eines werden könnte das über den Erdorbit hinaus führt. Was China antreibt, dürfte auch der Antrieb von Indien sein: Prestige. Eine eigene bemannte Präsenz im Weltraum mag für uns unwichtig sein, aber für diese sich entwickelnden Ländern mit einem höheren Anteil einer Bevölkerung mit niedriger Bildung ist bemannte Raumfahrt noch immer ein Statussymbol. Eine Möglichkeit zu zeigen, dass man mit den Industriestaaten der ersten Welt mithalten kann. Trotzdem werden beide Nationen schlau genug sein, ein Programm zu vermeiden dass recht teuer ist. In den Erdorbit kommt man mit einer kleinen Kapsel. Eine Raumstation kann man auch aus zwei kleinen Modulen aufbauen. Das geht alles noch mit überschaubarem Mitteleinsatz und man braucht nur Trägerraketen dazu die man auch für größere Kommunikationssatelliten braucht. Doch Expeditionen zu den Planeten oder Mond werden um den Faktor 10 teurer werden.

Daher sehe ich schwarz für größere bemannte Unternehmen. Vielleicht wird die ISS mal durch eine chinesische Raumstation abgelöst oder eine indische. Aber Expeditionen zu Mond, Asteroiden oder Mars? Das ist was für Hollywood, nicht für die Wirklichkeit.

18.10.2011: Staatliche lizensierte Ruhestörung

Heute war mal wieder lautes Bumm-Bumm zu hören. Nein, nicht die Nachbarn haben die Musik laut aufgedreht, sondern unsere Stadt. Im Scharnhäuser Park finden öfters "Events" statt, wie das so auf neudeutsch heißt. Im Sommer z.B. ein Feuerwerk mit Musik. Das ist so laut, wie mein Fernseher. Diese Lautstärke wird bei geschlossenem Fenster schon gut wahrgenommen. Im Sommer, wenn man einschlafen möchte, und vielleicht die Fenster offen lassen möchte, echt störend. Bevor nun jemand sagt "Augen auf bei der Wohnortwahl" - der Scharnhäuser Park ist der nächste Stadtteil, 1.5 km Luftlinie von mir entfernt. Man kann sich also denken, wie das für die direkten Anwohner ist. Ich bin mir relativ sicher, wenn eine Privatperson nur einen Bruchteil dieser Musikbelästigung produzieren würde, dann stände bald die Polizei da. Eine Privatperson hat gar nicht die Chance auch nur annähernd so laut Musik zu machen wie eine große Anlage der Stadt, das man sie sie noch in 1,5 m Entfernung als störend wahrnimmt. Aber wenn die Stadt es betreibt, dann ist es okay? Was ist das für eine Welt wo so mit zweierlei Maß gemessen wird.

Dann ist nun die Cherry G80 angekommen und ich bin begeistert. Also die Cherry G83 ist ja schon besser als die meisten mitgelieferten Standardtastaturen (und dabei mit rund 20 Euro durchaus erschwinglich), doch die G80 übertrifft sie noch bei weitem. Ein sauberer Druckpunkt, und diese satte Klack-Klack als akustische Rückmeldung. Also wenn ihr mal im Fernsehen Tastaturen hört (so Hacker oder ähnliches), dann ist es genau das Geräusch. Ich fühle mich ein bisschen in die achtziger Jahre zurückversetzt als die Standardtastaturen alle so waren. Ich verstehe nicht so richtig, warum viele Leute an den Eingabegeräten, also Tastatur und Maus sparen, aber andererseits dann wenn sie was besseres kaufen, viel Geld für Schnick-Schnack ausgeben anstatt auf eine gute Bedienung. Also es gibt viele, die geben viel Geld für Gamer- oder Multimediatastauren aus mit Spezialtasten um Anwendungen zu starten oder drahtlose Geräte, anstatt auf eine gute Bedienung zu achten. Genauso denke ich reicht eine optische Maus mit einem Scrollrad, aber guter Verarbeitung (ich habe eine Logitech M-BT58, auch seit mindestens 8 Jahren) ausreicht anstatt mit zig verschiedenen Zusatztasten. Echte Qualität ist Zeitlos. Der wesentlichste Unterschied zwischen der G80 und G83 war auch der dass die G83 einen PS/2 Anschluss mit USB-Adapter hat und die nun jüngere G80 einen USB Anschluss mit PS/2 Adapter.... Die G83 wird nun weiter ihren Dienst in der DHBW tun, wo ich Dozent bin. Die leisten sich dort zwar gute Rechner, aber absolute Schrotttastauren, Mäuse und Bildschirme mit knalligen, nicht realistischen Farben.

Steigern kann man die Cherry G80 wohl nur noch durch die IBM Modell M Tastaturen. Noch massiver, noch lauter, mit noch mehr haptischem Feedback. Bei EBay gibt es noch welche von 1984 zu kaufen - das spricht für sich. Ich habe kurz mit dem Gedanken gespielt, aber den Ausschlag gab das ich Cherry schon kannte und es sie auch überall gibt. Die Modell M Tastaturen werden heute von Unicomp produziert und ich habe nur einen deutschen Distributor gefunden. Bei dem waren sie noch dazu doppelt so teuer wie in den USA (107 Euro zu 79 Dollar).

Dann habe ich mir eure Tipps für das Absturzproblem zu Herzen genommen. Der Rechner ist nun an einer eigenen Steckdose, die Spannung des RAM von 1,8 auf 1,95 V erhöht und dann habe ich auch die Taktfrequenz von 742 auf 650 MHz abgesenkt. (Die ergab sich aus dem Takt von 2.600 MHz). Seitdem gibt es keine Probleme, doch wenige Tage sind zu wenig Zeit, um eine endgültige Aussage zu machen. Wenn ich Mitte November mal wieder nach Stuttgart komme werde ich mir wohl auch neuen Speicher kaufen.

Dann kam am Donnerstag ein Film, den ich in der Vorschau ziemlich interessant fand. "Das große Comeback". Es sah im Trailer wie eine gute Mischung aus Comedy und Satire". Das war auch die erste Viertelstunde so, wo gezeigt wurde wie ein Fernsehsender auf die Idee kam sich an der Erfolglosigkeit eines Schlagerstars zu ergötzen - genauso so wie dort gezeigt, stelle ich mir auch die Vorgänge in den Redaktionen von Sat1, RTL, Pro7 und RTL2 vor. Doch dann glitt das ganze in eine Liebesgeschichte ab. Ein Highlight war allerdings die schauspielerische Leistung von Andrea Sawatzki, die ich bisher eher in mehr stereotypen Rollen gesehen habe. Nächste Woche ist sie in der kleinen Serie "Die Borgia" zu sehen. Mal sehen wie das wird.

Dann fiel mir die Dacia Werbung auf, die seit einiger Zeit damit wirbt, das dieses Auto etwas wäre für Leute die unter dem "Problem" Statussymbole leiden. Früher war das Lustig. Da ist der Juppie, der mit seinem Auto beim Rendezvous angeben will und nur Mitleid erntet. Nun werden Überwachungsvideos gezeigt von Leuten die Dacias demolieren weil sie unter Statussymbolen leiden. Hallo? Wie geht es im Land der grenzenlosen Dummköpfe? Ihr wollt ein Auto verkaufen und suggeriert das die Käufer dann damit rechnen müssen, das ihnen Rückspiegel abgebrochen werden und die Scheiben eingeschlagen werden? Da hilft dann auch kein Carglas mehr....

19.11.2011: Ein Weltraummärchen

Gestern hat die ESA überraschend den Ausstieg aus der ISS angekündigt. Direktorin des Bereichs "Human Spaceflight", Simonetta Di Pippo sagte: "Durch die Reduzierung der Stammbesatzung haben wir schon vorher einen schlechten Stand gehabt und nur noch die Chance alle zwei Jahre einen Astronauten zur ISS zu entsenden. Die Probleme durch das Grounden der Sojus schlagen nun schon auf die weitere Missionsplanung durch. Wir sehen nun die Probleme der ISS durch den Wegfall des Hauptversorgers. Auf der anderen Seite ist das Interesse an Columbus schon vor dem Start bei der Industrie gleich Null gewesen und selbst Universitätsinstitute wollten sich nicht beteiligen, obwohl wir ihre Experimente umsonst eingebaut hätten. So waren wir gezwungen eigene Experimente zu entwickeln, damit dies niemanden auffällt. Das hat zusätzliche Mittel erforderlich gemacht. Die ISS Beteiligung hat den europäischen Steuerzahler bis jetzt schon 8,5 Milliarden Euro gekostet."

Nun kam Paolo Nespoli zurück, und was wirklich Aufsehen erregte, waren die Fotos die er nach dem Ablegen von der ISS machte, die also mit seinem Aufenthalt gar nichts zu tun haben. Auf der anderen Seite kostet uns die ISS rund 400 Millionen Euro pro Jahr. Derselbe Betrag kommt nochmal dazu durch einen ATV Transport jedes Jahr, der genauso viel kostet. Das ist viel Geld für ein Projekt, dass niemand mehr bemerkt.

So wird André Kuipers nächster Aufenthalt der letzte eines ESA Astronauten an Bord der ISS sein. Er wird dort auch nicht mehr forschen, sondern vor allem Filme drehen. Die Fotos und Filme sind sowieso das einzige was man wahrnimmt. Bisher entfielen 15 Minuten pro Tag auf diese Tätigkeiten, nun werden es acht Stunden sein. Die Ergebnisse werden wir dann in den nächsten Jahren schrittweise veröffentlichen und ich denke niemand wird den Unterschied bemerken und es wird genauso sein, als würden wir weitere die ISS betreiben.

Wir sind diesen Schritt dem europäischen Steuerzahler schuldig, der derzeit wenige Verständnis für Prestigeprojekte hat, wenn ganze Staaten vor dem Bankrott stehen und Hunderte von Milliarden für Rettungsschirme benötigt werden."

Was wird mit dem eingesparten Geld passieren? Profitiert, nun davon auch der Steuerzähler? Der Direktor der ESA Jean-Jacques Dordain ergänzte:

""Nein, aber wir werden damit endlich Projekte umsetzen können, die schon lange nicht vorwärts kommen. So wird nun die Ariane 5 ME endlich umgesetzt werden. Auch hier haben wir Fortschritte zu vermelden. EADS Astrium LV in Bremens Konzept der ESC-B war lange Zeit zu schwer. Als wir ankündigten, die Fertigung nach Frankreich zu vergeben, setzte Astrium Bremen in einem neuen Entwurf nun neue Legierungen, Verbundwerkstoffe und Druckstabilisierung ein und konnte so die Leermasse um 2 t senken. Somit wird die Ariane 5 ME wesentlich leistungsfähiger sein und keine Subventionen mehr erfordern.

Neue Aufträge wird sie auch bekommen, wir haben nun die Einführung von Galileo verschoben, den Auftrag für die zweiten 12 Satelliten an Starsem gestrichen und die Satelliten werden mit der Ariane 5 ME gestartet werden. Deren Entwicklung wird nun beschleunigt werden, sodass sie schon 2015 ihren ersten Einsatz hat. Wir möchten auch ein neues Trägerprojekt ankündigen, dass wir mit den ISS Mitteln finanzieren wollen. Die neue Rakete "Ariga" wird aus einem Booster der Ariane 5 bestehen, der eine Vega huckepack trägt. Aufgrund der einfachen technischen Konzeption soll sie schon in drei Jahren zur Verfügung stehen und die Sojus für polare Starts ersetzen. Zeitgleich werden wir die Zuschüsse an Starsem einstellen. Die Firma darf weiter die Sojus vom CSG aus starten, doch wird sie sich genauso wie die ESA und CNES an den Fixkosten beteiligen müssen.

Die ISS war so teuer, dass wir nun durch die eingesparten Mittel auch an die Umsetzung von Exomars denken können. Wir hätten es sonst einstellen müssen. Weitere ESA Projekte die lange nicht über das Planungsstadium heraus kamen, wie Gaia oder das eines Europa oder Titanorbiters werden nun auch in den nächsten Jahren auf den Weg gebracht. Wir sind nun dafür nicht mehr auf die Zusammenarbeit mit der NASA angewiesen."

Sein Resümee lautet: "Wir wollen zurück zu den Wurzeln der ESA. Die ESA wurde erfolgreich mit ihren Trägern und ihren wissenschaftlichen Missionen. Sie haben ihr weltweite Anerkennung eingebracht und unseren Ruf als Hochtechnologieregion mitbegründet. Wir haben den Fehler gemacht in ein Feld zu investieren, dass seine beste Zeit hinter sich hat, das heute jeder nur noch als ein relikt des letzten Jahrtausends betrachtet: die bemannte Raumfahrt. Doch wir sind anders als andere Staaten noch fähig unsere Fehler zu korrigieren anstatt weiteres Geld zu verbrennen".

Charles Boulden befragt zu den Entwicklungen bedauerte den Ausstieg Europas. Doch sei die Versorgung der ISS bis 2015 gesichert, da Jean-Jacques Dordain zugesagt habe die schon bestellten ATV weiterhin zu starten. "Danach dachten müssen wir sowieso die Versorgung neu regeln. Ich hoffe bis dahin können OSC und SpaceX die Lücke schließen, aber die rund 7 t pro Jahr fehlen uns, das bedeutet 3-4 zusätzliche Flüge pro Jahr und auch eine viel größere organisatorische Belastung als durch den Schwertransporter der ESA". Die Roskosmos war wie die NASA schon vor der Presseankündigung unterrichtet worden und begrüßte dies. "Das eröffnet uns wieder Touristen zur ISS zu bringen. Wie stehen auch in Verhandlungen mit der ESA das Columbuslabor für diesen Zweck zu mieten. Die Nutzung von Swesda gestaltete sich durch den NASA Zuschuss immer schwierig und so haben wir endlich eine rechtlich einwandfreie Lösung um Touristen auf der ISS zu beherbergen."

19.10.2011: Der spezifische Impuls - ein Beispiel

Ein Kennzeichen unserer PISA Generation ist ja, dass es mit Mathe nicht so weit her gehen. Es ist ja auch so in der Schule das unbeliebteste Fach. Und der Standardspruch ist natürlich immer: "wofür brauch ich das mal später im Leben?" Na zum Beispiel, wenn man sich für Raumfahrt interessiert, dass man nicht alles glauben muss was man liest und selbst nachprüfen kann. Das ist nämlich bei vielen Dingen recht einfach und dazu braucht man nicht mal Excel. Ein Taschenrechner mit der ln/exp Funktion reicht völlig aus.

Also die Endgeschwindigkeit einer Stufe ist berechenbar nach:

Ausströmgeschwindigkeit der Gase * ln (Masse bei der Zündung / Masse bei Brennschluss)

Die Ausströmgeschwindigkeit der Gase ist auch eine der möglichen Definitionen des spezifischen Impulses. Wenn man mehrere Stufen hat, so setzt man die Rechnung für jede Stufe an, wobei man dann die Endgeschwindigkeiten addiert. Zwar erhöhen die Stufen die Masse bei Brennschluss, womit der Teiler in der ln-Funktion kleiner wird, aber aufgrund der Eigenschaft der Ln-Funktion immer langsamer anzusteigen wird es in der Summe trotzdem ein Gewinn.

Ich will das heute mal bei einem sehr einfachen Beispiel demonstrieren, wie verschiedene spezifische Impulse sich auswirken. Wir nehmen mal an, wir sitzen bei der ESA und sollen eine neue Trägerrakete konstruieren. Die Aufgabe: Sie soll 4 t in einen niedrigen Erdorbit bringen. Gegeben ist das wir die H10 Oberstufe der Ariane 4 als Oberstufe nehmen. Die erste Stufe müssen wir neu konstruieren. Danach haben wir folgende Angaben:

die letzte Stufe: verwendet wird die H-10 mit folgenden Daten:

Diese Daten enthalten auch das Gewicht der VEB, die mit in den Orbit gebracht wird. Damit kann man schon mal die Leistung dieser Stufe berechnen:

v2 = 4365 m/s * ln (4000 + 13660 / 4000 + 1760)

v2 = 4890 m/s

Das bedeutet diese Stufe bringt schon mehr als die Hälfte der Geschwindigkeit auf. Es verbleiben:

v1 = v - v2

v1 = 9400 - 4890 m/s

v1 = 4510 m/s

Die Unterstufe sollen wir nun aus drei Möglichkeiten wählen:

Das Strukturmassenverhältnis ist der obige Teiler, also das Verhältnis von Startmasse zur Masse bei Brennschluss, allerdings nur für diese Stufe, ohne Berücksichtigung dass sie noch die obige Stufe mit Nutzlast tragen muss.

Setzt man x als die gesuchte Größe (Stufenmasse beim Start), c als das gegebene Strukturverhältnis und berücksichtigt man die schon bekannte Masse der Oberstufe mit Nutzlast, plus weiterer 1000 kg für eine Nutzlastverkleidung und den Stufenadapter so kann man die Formel auch so schreiben:

v1 = vgas *  ln ( x + 13660 + 4000 + 1000 / (x/c) + 13660 + 4000 + 1000)

v1 = vgas * ln (x + 18660 / (x/c)+18660)

Da X sowohl in Zähler wie Nenner enthalten ist, ist es nicht möglich x auf eine Seite zu bringen. Was man machen kann ist, einfach mal mit einem einem Gewicht die Berechnung anfangen und sehen was rauskommt. Ist die Geschwindigkeit höher als die 4510 m/s, so kann man es erniedrigen, ist es kleiner so muss man erhöhen. Heute in Zeiten von Excel kann man das auch automatisieren. (bei Openoffice muss die Extension non-linear Solver installieren, ich hatte vorher durch Probieren aber auch fast die Lösungen hinbekommen - nur eben auf 1000 kg genau....)


LOX/LH2 LOX/Kerosin Feststoff
Vollmasse 49594,8 72577,1 121580,7
Strukturverhältnis 10,0 20,0 13,0
Leermasse 4959,5 3628,9 9352,4
Oberstufe und Nutzlast 18660,0 18660,0 18660,0
Zielgeschwindigkeit 4510,0 4510,0 4510,0
Ausströmgeschwindigkeit 4250,0 3200,0 2800,0
Reale Geschwindigkeit 4510,0 4510,0 4510,0

Wenn man das macht, so kommt man darauf, dass die Unterstufe bei LOX/LH2 ungefähr 50 t wiegt, bei LOX/Kerosin etwa 73 t und bei Feststoff 122 t. Das LOX/Kerosin so nahe am Wasserstoff liegt, hat neben dem niedrigen spezifischen Impuls natürlich auch mit der kleineren Leermasse zu tun. Trotzdem kann das doppelt so gute Strukturmasseverhältnis nicht den nur um 30% kleineren spezifischen Impuls kompensieren. Ist er um rund 50% kleiner, wie bei Feststoff und auch das Strukturmassenverhältnis nicht viel besser, so wird die Stufe schon zweieinhalbmal so groß.

Die Situation wird extremer, wenn die Geschwindigkeitsanforderung höher wird. Nehmen wir dieselbe Oberstufe, diesmal aber nur 1 t auf einen Fluchtkurs in den GTO Orbit. (v12.60 m/s). Die Oberstufe bringt dabei 7320 m/s auf. 5280 m/s bleiben für die erste Stufe. Obwohl also die unteres Stufe weitaus weniger zusätzlich leisten muss als die Oberstufe, sieht das Ergebnis ganz anders aus:


LOX/LH2 LOX/Kerosin Feststoff
Vollmasse 70336,5 106134,2 211623,1
Strukturverhältnis 10,0 20,0 13,0
Leermasse 7033,6 5306,7 16278,7
Oberstufe und Nutzlast 18660,0 18660,0 18660,0
Zielgeschwindigkeit 4510,0 4510,0 4510,0
Ausströmgeschwindigkeit 4250,0 3200,0 2800,0
Reale Geschwindigkeit 5280,0 5280,0 5280,0

Nun ist die Feststoffstufe schon dreimal so schwer bei nur rund 800 m/s mehr Geschwindigkeitsanforderung. Die Lösung in der Praxis ist es dann nicht eine stufe einzusetzen, sondern eben zwei.

Die Verhältnisse sind noch extremer, wenn man zwei Stufen mit demselben Treibstoff einsetzt. Hier ebenfalls die Raketen für 4 t Nutzlast bei reinen LOX/LH2, Kerosin und Feststoffantrieben. Die zweiten Stufen haben dabei die höchsten spezifischen Impulse die heute in gebauten Triebwerken vorhanden sind:

erste Stufe 40000 81000 220000
Strukturverhältnis 10 20 13
Leermasse 4000 4050 16923,08
zweite Stufe 11500 20000 30000
Leermasse 1150 1000 2307,69
Zielgeschwindigkeit 9400 9400 9400
Ausströmgeschwindigkeit 4250 3200 2800
Ausstromgeschwindigkeit 2 4500 3300 2900
Reale Geschwindigkeit 1 4445,37 4223,91 4499,65
Reale Geschwindigkeit 1 4958,29 5176,43 4885,31
Endgeschwindigkeit 9403,66 9400,34 9384,96
Startmasse Rakete 55500 105000 254000

Die LOX/Kerosinlösung ist nun doppelt so schwer, die reine Feststoffrakete sogar fast fünfmal so schwer. Da der spezifische Impuls aber auch eine so starke Bedeutung hat, macht es einem auch recht einfach die Daten unbemannter Träger abzuschätzen. Kleine Fehler bei der Schätzung von Leer- und Startmasse schlagen nicht so stark durch. Hauptsache, die Ausströmgeschwindigkeit ist bekannt. Wenn man zwei Nutzlastangaben für verschiedene Bahnen hat, die sich am besten etwas unterscheiden (z.B. GTO/LEO), dann kann man sogar recht genau die Trockenmasse der letzten Stufe bestimmen, auch wenn man viel probieren muss. Zumindest, bei Firmen, bei denen die Angaben "echt" sind. Ich hatte ja schon mal die Angaben von SpaceX bezweifelt. Neben dem vergleich mit existierenden Trägern derselben Technologie kommt man auch aus physikalischen Überlegungen zu diesem Ergebnis. So gab SpaceX bis zum April dieses Jahres 10,45 t LEO und 4,5 t GTO Nutzlast an. 40% GTO Nutzlast ist aber physikalisch bei dem speifischen Impuls nicht möglich (beziehungsweise nur, wenn die Oberstufe praktisch nichts (<900 kg) wiegt). Nun gibt es ja eine neue Falcon, die ist um 50% größer (480 t anstatt 330 t Startgewicht), die GTO Nutzlast ist aber gleich geblieben. Vorhersagen konnte ich das schon vor Jahren....


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