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Web Log Teil 262: 6.9.2012 - 9.9.2012

6.9.2012: Die schlechtesten Songs aller Zeiten / So wirds nichts mit Plastiksprengstoff

Als ich ein Lied im Radio hörte wurde mir klar, dass ich in dieser Rubrik schon einige Zeit nichts mehr hatte. Doch das heutige Lied gehört dazu, es ist "When the Rain beginns to Fall" it Pia Zadora und Jemaine Jackson. Der letztere tut mir leid, weil er nichts dazu kann, auch nicht das Lied, aber Pia Zadora singt definitiv falsch, das geht schon mit ihrem ersten Einsatz los. In den USA kletterte das Lied nur auf Platz 54, bei uns wo auch Lieder wie "Schni-Schna-Schnappi" auf Platz 1 kommen, natürlich Platz 1.

Immerhin hat Pia Zadora danach das Auftreten ohne Bekleidung in Filmen und das Singen aufgegeben und einen Millionär geheiratet. Den letzten Auftritt den ich vorn ihr wahrnahm war als Millionärsgattin, also sich selbst spielend in die Nackte Kanone 33 1/3. Allerdings habe ich Wikipedia entnommen, dass sie nun wieder angefangen hat zu singen.

Dann kam am Dienstag Abend "Mord mit Aussicht", wo zwei Täter Keramiken sprengen. "Lausbuben" mit Plastiksprengstoff und ein Attentäter mit TNT. Darauf entspann sich dieser Dialog:

 "Dumme Jungen Streiche mit Plastiksprengstoff"?

"Das sieht man heute im Internet" - geht an den Computer und macht eine Website auf, dort steht:

"Die erforderlichen Chemikalien bekommt man in jeder Drogerie: Blondiercreme und Nagellackentferner".

So so... Okay ich gebe gerne zu, dass ich nicht auswendig weiß, woraus Plastiksprengstoff besteht, ich hätte aber 100 Euro drauf gewettet das es ein hochnitrierter Aromat wie Trinitrotoluol (TNT) oder Piktrinsäure ist. Ein kurzer Griff in das Bücherregal bestätigt: Aromaten mit Gruppen mit einem +M Effekt können mit Nitriersäure (einem Gemisch hochkonzentrierter Salpetersäure und Schwefelsäure) quantitativ nitriert werden. Bei -I Effekten, wie sie bei der Piktrinsäure, die aus Benzoesäure hergestellt wird, sulfoniert man zuerst und tauscht dann durch Nitriersäure die Sulfatgruppen aus. Beide Synthesen sind keine Hexerei, aber die Chemikalien gibt es nicht in der Drogerie.

Das Nachschlagen in der Wikipedia bestätigt: Plastiksprengstoff enthält neben der Plastiziersubstanz als Sprengstoff Cyclotrimethylentrinitramin. Das ist eine nitrierte Triazinverbindung (andere Triazine sind die umweltrelevanten, weil schwer abbaubaren Atrazine, die als Herbizide eingesetzt werden). Es ist noch leichter nitrosierbar als Aromaten und man benötigt keine Nitriersäure, konzentrierte Salpetersäure reicht. Das Problem ist eher, dass es bei der Synthese leicht explodiert, weshalb man es in der industriellen Produktion aus Urotropin, einem Kondensationsprodukt von Formaldehyd und Ammoniak mit Ammoniumnitrat herstellt. Damit ist die Nitrosierung und die Temperatur besser steuerbar. Hexogen ist anders als TNT erst sicher zündbar, wenn es mit der Plastifizierungssubstanz vermischt ist. Isoliert ist es hochexplosiv. Das ist so ähnlich wie beim Nitroglycerin, dass schon durch starken Stoß explodiert und in Kieselgur gebunden den absolut sicheren Sprengstoff Dynamit bildet.

Kurzum: Für Laien ist Cyclotrimethylentrinitramin zu explosiv um es herstellen zu können. Doch dies geht auch nicht mit Substanzen aus der Drogerie. Ich vermute eher das etwas anderes gemeint ist: Nagellackentferner enthalten ein Lösungsmittel: Ethylacetat (Essigsäureethylether) oder Aceton, Blondiercreme Wasserstoffperoxid. Aus diesen Substanzen kann man tatsächlich einen Sprengstoff herstellen nämlich Acetonperoxid, darüber habe ich schon einen Blog geschrieben. Das ist der Sprengstoff, denn die Attentäter in der Londoner U-Bahn eingesetzt haben. Nur passt das nicht zu der Angabe. also wirklich schlecht recherchiert. Nun zumindest eines hat Acetonperoxid mit Cyclotrimethylentrinitramin (auch RDX oder Hexogen genannt) gemein: die Empfindlichkeit. Mit diesem Sprengstoff wären die Gegenstände schon explodiert wenn man sie abgesetzt hätte....

7.9.2012: Warum der Mars nicht bewohnbar ist - das Wasser

Teil zwei der kleinen Untersuchung warum Marskolonien recht problematisch werden ist das Wasser. Scjauen wir uns zuerst einmal an wie es auf der Erde aussieht, Die Erde ist zu 70% mit Wasser bedeckt, Es sind insgesamt 1,4 Milliarden Kubikkilometer, was einer Kugel von von 1.400 km Größe entspricht. Die Erde hat so viel Wasser wie die mittelgroßen Monde des Saturn oder Uranus (Tethys, Dione, Rhea, Iapetus, Ariel, Umbriel, Oberon und Miranda haben in etwa diese Größe und bestehen auch vornehmlich aus Eis).

Auf derEerde ist der größte Teil Salzwasser in den Meeren. (rund 96,5%)  Es entstand weil das Wasser leichtlösliche Salze über Millionen von Jahren aus dem Gestein löste. Das betraf vor allem die Ionen Natrium und Chlorid, die gut wasserlöslich sind und kaum im Gestein gebunden werden. Dagegen wurde das Kalium durch Gesteine fixiert. Nur 3,5% des Wassers sind Süßwasser, die Hälfte davon ist relativ immobil an den Polen fixiert. Die Menschheit und alle Lebeweisen auf dem Land leben von den restlichen 23,4 Millionen Kubikkilometern, von denen auch das meiste als Grundwasser kaum verfügbar ist. Nur rund 250.000 km³ sind die Wassermengen die wir wahrnehmen in Form von Regen, Bächen, Flüssen und Seen. Das sind weniger als 0,18% des gesamten Wassers.

So gesehen sollte eine Marskolonie eigentlich mit wenig Wasser auskommen, zumal man es ja auch wiederverwendet. Neben der Funktion als Trinkwasser, zum Bewässern oder als Lösungsmittel für Abfallstoffe gibt es einen Aspekt der schwerer bezifferbar ist: Der Einfluss auf das Klima. Wir leben heute mit so viel Wasser um uns, das es schwer möglich ist uns vorzustellen, wie die Erde mit wenig Wasser aussehen würde. Aber es gibt einige Indizien, Hier einige Einflüsse des Wassers auf unser Klima:

Wasser vermindert die Temperaturextreme. Geht man in Europa, auf demselben Breitengrad immer weiter nach Osten, z.B. über spanien - Frankreich - Deutschland - nach Russland so wird das Klima immer "kontinentaler", das bedeutet die Tagestemperaturen steigen an, die Nachttemperaturen fallen stark ab. Wir entfernen uns vom Atlatik und dem Golfstrom. Wasser hat anders als der Erdboden eine sehr große Wärmekapazität, das bedeutet es speichert tagsüber Wärme, die auch viel tiefer eindringt (je nach Klarheit erreichen Lichtstrahlen bis 100 m Tiefe) und nachts gibt es die Wärme an die Luft wieder ab. Zudem erzeugt erwärmtes wasser Strömungen, die dazu führen, das ständig neues Wasser Wärme aufnehmen kann. Damit wird aber auch Wärme umverteilt, sodass küstennahe nördliche oder südliche Regionen weitaus wärmer sind als die im Landesinneren gelegenen Gebiete. Deis betrifft die Jahrsmitteltemperaturen. Wasser heizt sich tagsüber nicht so stark auf wie Erdboden, speichert aber die Wärme und gibt sie des Nachts ab, daher sind die Temperaturextreme über den Tag geringer. Deutlich wird dies in Wüstengebieten, wo es Tagsüber +%0° C heiß werden kann, aber nachts die Temperatur unter den Gefrierpunkt fällt. Bedingt durch den Temperaturunterschied zwischen Land und Wasser kommt es auch zu Windströmungen die kühlen und über dem wasser zu Wolkenbildung die dann ins Land ziehen und sich ausregnen. Besonders an der Küste ist dies Extrem, es gibt dann ein mildes Küstenklima, wie man sieht wenn man Küstenregionen mit dem Landesinneren vergleicht (Südküste von Spanien mit dem Landesinneren, Mittelmeerküste der Türkei mit dem Landesinneren). Gerade das Mittelmeer und das schwarze Meer zeigen wie nicht einmal große Wasserflächen (verglichen mit den Ozeanen) das Klima beeinflussen können. Im Extremfall reichen dazu sogar Seen, wie die Insel Mainau mit mediterranem Klima inmitten des Bodensees zeigt.

Regenwolken bilden sich vor allem über dem Wasser und die meisten regnen auch dort zum größten Teil aus. Sie entstehen durch die Verdunstung von Wasser und der Auskondensation in der kühlen Luft. Sie ziehen dann übers Land und regnen dort auch aus. Ohne große Wasserflächen gäbe es keinen Regen. Damit würde aber auch ein Großteil des von uns Süßwassers, das schlussendlich fast alles auf Regen zurückgeht, der irgendwann in Bächen, Flüssen oder Seen landet wegfallen.

Allerdings ist die Betrachtung sehr stark vereinfacht. So bilden sich auch durch die Wärmeunterschiede Meereströmungen die genau gegenteilige Effekte haben können. Zwei Beispiele sind der Golfstrom, der dafür sorgt, dass in Europa das Klima recht warm ist, an der Küste Amerikas wo er entsteht, aber kaum der Effekt des milden Klimas zum Tragen kommt und der kalte Benguela Strom aus der Antarktis, der dazu führt, dass sich an der Westküste von Südafrika praktisch keine Regenwolken über dem Meer bilden, Als Folge ist ein 2000 km langer Küstentriefen nur Wüste - die Namib Wüste.

Wir können uns aber vorstellen wie das Klima aussehen würde, wenn sich das Wasser sehr ungünstig verteilen würde. In dem späten Perm und der frühen Trias bildet sich der Superkontinent Pangäa. In ihm waren praktisch alle heutigen Kontinente vereinigt. Als Folge waren die meiste Fläche weit vom Ozean entfernt und es bildet sich im inneren ein heißes Wüstenklima. Die starke Erwärmung der Landmasse führte dazu, dass die warme Luft aufs Meer trieb und nicht umgekehrt, sodass man auch nicht damit rechnen konnte, das viel Wasser durch Regen ins Landesinnere drang. global war es daher vor allem trocken. Die Hauptgesteinsformation die in der Trias gebildet wurde ist daher auch der Buntsandstein - eine bis zu mehrere Hundert Meter dicke Gesteinsschicht aus Sand, der über Jahrmillionen durch Temperatur und Druck zu einem Gestein verbunden wird. Sand gibt es in reichlicher form in der Wüste und das ist auch der Grund für seine Entstehung.

Wasser auf dem Mars

??????Wie sieht es nun auf dem Mars aus? Nun seit vier Jahrzehnten läuft eine Debatte wie viel Wasser es gibt. Was relativ gesichert ist, ist die Menge die man sehen kann, d.h. die auf Aufnahmen der Orbiter erkennbar ist. Viel mehr Wasser wird aber im Untergrund in Permafrost vermutet. Doch dieses ist auch mit Radargeräten nicht direkt nachweisbar. Man kann nur wasserführende Gesteinsschichten feststellen aber nicht wie viel Wasser sie enthalten.

Bisher versuchte man sich der Frage, wie viel Wasser der Mars als Relikt aus der Vergangenheit enthalten müsste, über indirekte Methoden zu nähern. So kann man annehmen, dass der Mars wie die Erde das Wasser durch das Bombardement mit kleineren Körpern in den ersten Millionen Jahren nach der Bildung erhielt. Berücksichtigt man seine Größe und Position, so sollte dies (je nach Schätzung) für einen globalen Ozean mit 600 bis 2700 m Tiefe ergeben (der höhere Wert entspricht der Erde, die niedrigen sind Schätzungen aufgrund der größeren Sonnenentfernung und der kleineren Größe = kleinere Anziehungskraft).

Eine weitere Methode ist es, sich die Geologie anzusehen und abzuschätzen wie viel Wasser man braucht um bestimmte Strukturen zu bilden. Am stärksten sieht man Wasserspuren rund um das Chryse Becken. (Bild links). Um diese zu verursachen müsste eine Wasserschicht oder ein Gletscher von 500 m Dicke nötig sein. Die sehr alten Einschlagskrater aus der nochstachischen Ära sind überall auf dem Mars stark erodiert, mit Sedimenten aufgefüllt. Dazu gibt es Kanäle, die wir ausgetrocknete Flussbette aussehen, aber auch Krater umflossen haben, und dabei diese typischen tropfenförmigen Inseln bildeten. Wir kennen auch andere Phänomene die mehr auf die Tätigkeit von Gletschern passen, aber auch chaotisches Terrain, so starke Zerstörungen der Oberfläche vorherrschen die man damit erklären kann, dass Permafrostboden auftaute und der Boden einbrach.

Es gab allerdings auch Versuche diese Phänomene anders zu erklären, so mit flüssigem Kohlendioxid, das im Untergrund bei höherem Druck stabil ist oder Methan-Clathraten. Aber da fehlt dann der Nachweis dieser hohen Gaskonzentration. Nach Untersuchungen des Omega-Instruments von Mars Express findet man auf dem Mars Phyllosilikate, eine Gruppe von Gesteinen, die Bestandteil des Tons sind, einem typischen Abbauprodukt von Gestein durch Wassererosion. Phoenix konnte Wasser unter der Oberfläche nachweisen. Daher ist man sich heute relativ sicher, dass der Großteil der Veränderungen die von einem flüssigen Medium gebildet wurden durch Wasser verursacht wurden.

Nach den Untersuchungen von Marsmeteoriten geht man umgekehrt davon aus, dass nur die Hälfte des Wassers aus dem Mantel freigesetzt wurde, da keine ausgeprägte Tektonik vorherrscht.

??????Fasst man alle Daten zusammen so scheint die Gesamtmenge an Wasser die der Planet gebunden oder frei hat in der Größenordnung von 1000 m bei globaler Abdeckung zu liegen - dies ist der Wert nach de Entstehung. Doch wie viel ist davon heute noch übrig bzw. zugänglich?

Während man die Spuren flüssigen Wassers in der frühesten Marsperiode, der noachischen Periode (4,1 bis 3,8 Milliarden Jahre vor heute) deutlich sieht, fehlen sie in der folgenden der hesperianischen Periode. Wenn es dort Überflutungen gibt, so sind es eher lokal begrenzte Überschwemmungsereignisse. Nach dem heutigen Verständnis ist seit der hesperianischen Periode das Wasser als Eis gebunden. Vorher konnte es auch in flüssiger Form existieren. Wenn es nun regional auftaut, entweder durch Klimaveränderungen, tektonische Tätigkeit (Magma) oder einen Asteroideneinschlag, so gibt es entweder eine Schlamm- oder eine Wasserflut, die jedoch bald aufhört, da bei dem niedrigen Atmosphärendruck sich flüssiges Wasser bald sich auftrennt in Wasserdampf und neues Eis. Untersuchungen von Maes Express zeigten, dass es auf der Nordhalbkugel einen See gab der mehrmals über einen Zeitraum von vielen Millionen Jahren existierte, aber niemals länger als 5000 Jahre am Stück. Er füllte sich mit Wasser und es verdampfte wieder und wurde zu Permafrost. Das es überhaupt so lange dauert bis es erneut ausfriert ,liegt darin, dass das Wasser Kohlendioxid als Clathrat einschließt und dieses dann drei wird. Nach Modellrechnen dauert es 1000 bis 100.000 Jahre nach Größe des Ereignisses bis der Planet wieder seine alte Atmosphäre hat. Während dieser Zeit kann das Wasser in flüssiger Form existieren.

Was klar ist, ist was es in sichtbarer Form an Wasser gibt. In der Atmosphäre ist Wasserdampf vorhanden. Ausgeschieden ist es nur ein 10 µm dicker Film. In den Polarkappen und Gletschern findet man genügend Wasser um den Planeten mit einer 29,6 m dicken Schicht zu überziehen. 11 m macht die größere der beiden Polkappen aus, der Rest findet sich in Permafrostboden. und der zweiten Polkappe. Dass es Permafrostboden gibt zeigen Einschlagskrater die ihn aufreißen, wie dieser Krater Yuty, bei 24N, 32 W der knapp 20 km groß ist. Doch über die Abschätzungen was darüber hinausgeht gibt es große Differenzen. Einige Vertreter meinen, dass im "Megaregolith", einem porösen Gestein das bis zu 20% seines Volumens  an Wasser aufnehmen kann, genügend Wasser für eine 540 m große globale Wasserschicht vorhanden ist. Mit etwa 400 bis 500 m Gesamtwassermenge wird auch das Restvorkommen bei optimistischen Schätzungen beziffert,. Doch dieses ist nur zum Teil freisetzbar, denn der größte Teil ist dann Kilometertief unter der Oberfläche. Der Megaregloith soll sich 2,5 bis 4 km unter der Oberfläche erstrecken. Optimistische Schätzer prognostizieren diese große Menge aufgrund der Überschwemmungsspuren und dieses Wasser muss irgendwo hin verschwunden sein. Die zweite Gruppe geht von kleineren Mengen aus. Für die Spuren so argumentieren sie muss nicht immer so viel Wasser vorhanden sein. Es reicht wenn es regional vorhanden ist um die Spuren zu verursachen. Dann kann es wieder ausfrieren. Da wir auch zahlreiche Gesteinsformationen ohne Megaregolith haben, ist mit Sicherheit 500 m die Obergrenze.  Radaraufnahmen von MARSIS an Bord von Mars Express zeigen nahe der Nordrolregion wo man viel Wasser im Gestein vermutet nur einige Hundert Meter dicke Gesteinsschichten, die wasserhaltig sind.

YutyDie meisten Autoren setzen die Menge die der Mars heute noch in oberflächennahen Schichten hat, deutlich kleiner an, 100-150 m werden oft genannt. Das zu den früheren Überflutungen fehlende Wasser könnte zu einem großen Teil in dem oxidierten Oberflächengestein stecken. Die rote Farbe stammt von Rost, das bedeutet das ursprünglich metallische Eisen wurde oxidiert. Selbst wenn es 500 m sind, so ist nur das Wasser in oberflächennahen Schichten, zugänglich. Ich gehe im folgenden von der Annahme aus, dass eine Marskolonie 100-150 m Wasser (als globale Schicht) freisetzen kann.

Das Problem der Verteilung

Wie auf der Erde würde beim Mars das Wasser, wenn es durch Klimaerwärmung oder künstliches Auftauen freigesetzt wird, sich in den tiefer gelegenen Gebieten sammeln. Rechts ist eine topographische Karte, basierend auf den MOLA Messungen von Mars Global Surveyor wiedergegeben. Blau sind tiefer gelegene Gebiete, rot die höchsten Spitzen. Die beiden tiefsten Gebiete sind das Agryre Becken (links) und das Hellasbecken (rechts) auf der Südhalbkugel.

Aber auch auf der Nordhalbkugel gibt es tiefer gelegene Gebiete. Anders als auf der Erde gibt es keine Verbindungen zwischen allen tiefer gelegenen Gebieten. Auf der Nordhalbkugel gibt es je zwei tiefer gelegene Ebenen und in der Südhalbkugel je zwei eng begrenzte Einschlagsbecken.  Sie sind also mehr mit großen Binnenseen vergleichbar.

Wenn wir davon ausgehen, das eine zukünftige Marskolonie es nicht schaffen wird den Mars global so warm zu bekommen wie die Erde (siehe Artikel über die Atmosphäre), so wäre sie daran interessiert, Wasser möglichst an der Äquatorregion zu haben, da man hier wie auf der Erde die höchsten Temperaturen zu erwarten sind. Bei den nördlichen Gebieten sind dies Tiefebenen verbunden. Das Wasser würde sich im Westen im tiefsten Gebiet, dem Amazonisbecken sammeln, dass bei 196 Ost, 24 Grad Nord zentriert ist. Es hat einen Durchmesser von 900 x 1300 km im tiefsten Gebiet, das über -3500 m tief geht. Noch etwas tiefer und südlicher gelegen ist die Isidisebene vie 13 N, 87 West. Mit 1200 km Durchmesser könnte man einen kleinen Binnensee unterbringen. Es sammelt das Wasser aus dem östlichen Teil der Nordhalbkugel. Die tiefe von Isidis geht bis zu -3900 und -3600 m. Die südlich gelegenen Einschlagsbecken liegen schon in mittleren Breiten, sind aber noch tiefer.

??????Egal wie man es aber dreht und wendet - 100 m globale Wassersäule sind recht wenig. Für ein Klima wie bei uns wird es nicht reichen, da selbst im optimistischen Fall die "Meer" nur rund 1000 km groß wären. Es wäre also eher ein Wüstenklima wie in der Trias. Eine Zivilisation wird daher sich um natürliche Wasserreservoirs wie Einschlagskrater und Becken ansiedeln und ausgehend von diesen die Umgebung bewässern. Ideal wäre z.B. das Valles marineris, da es tief ist, sich über 4000 km erstreckt und so eine lange Küste hat. Da sich ohne zutun des Menschen über geologische Zeiträume das Wasser an wenigen Orten sammeln würde, darunter auch zu weit polwärts gelegenen wie dem Hellasbecken, wird es nötig sein das Wasser zu transportieren wo man es benötigt, z.B.in kleinere Krater die dann als lokale Depots dienen.

Ist das Wasser genießbar?

Wir wissen seit Viking, dass die Marsoberfläche chemisch sehr reaktiv ist. Phoenix konnte Perchlorate als starke Oxidationsmittel nachweisen. Diese sind wasserlöslich, aber nicht stabil, Trotzdem wird man wohl sehr lange erst jedes Wasser von ihnen befreien müssen, zumal sie bei jedem Regenfall erneut aus dem Boden ausgewaschen werden. Offen ist, wie viel Salz der Mars enthält. Wenn wir Parallelen zur Erde ziehen so wird im Marseis viel Salz gebunden sein, weiteres könnte aus der Oberfläche ausgewaschen werden wenn wir das Wasser freisetzen. Bei der geringen Wassermenge (100 m beim Mars, gegenüber 2700 m bei der Erde, bei globaler Abdeckung) würden schon wesentlich geringere Natriummengen als auf der Erde ausreichen, um ein sehr salzhaltiges Wasser zu erhalten. Für die landwirtschaftliche Nutzung müsste man es aufwendig per Umkehrosmose vom Salz befreien. Das gleiche gilt erst recht für Trinkwasser. Auch Niederschlagswasser wäre nicht trinkbar, denn es würde Salz und Perchlorate aus der Oberfläche lösen und das über Jahrmillionen. (Die Meere waren bei uns nicht immer so salzig wie heute, das meiste Salz steckt heute in Lagerstätten, im Archaikum waren die Meere wohl fünfmal salzhaltiger als heute und das dürfte auch beim Mars so sein).

Es ist daher nicht damit zu rechnen, dass wir das Wasser unaufbereitet trinken können, das gleiche gilt für die Landwirtschaft die noch viel mehr Wasser benötigt. Für die Entfernung von Salz benötigt man viel Energie. Je nach Salzgehalt auf der Erde zwischen 2 und 4 kWh pro Kubikmeter Wasser. Da es aber auch unwahrscheinlich ist, dass wir jemals den Mars so warm bekommen, dass Menschen dort ohne Schutz leben können, wäre dies kein Problem, denn für die Erhaltung der Atmosphäre bräuchte mal viel mehr Energie, wenn man dieses Szenario wirklich durchdenkt. Eine kleine Kolonie in einem abgeschlossenen Ressort, könnte das Wasser aus den Polkappen beziehen. Diese entstanden durch Niederschläge und trägt man eine Oberflächenschicht ab, die durch Sande verunreinigt ist, so dürften die tieferen Schichten Wasser mit nur wenig Salz (hereingetragen durch Flugsand) enthalten. Dieses kann als Eisblock zur Kolonie befördert und dort aufgetaut werden, da es beim Mars heute niemals so warm wird, dass Wasser in flüssiger Form existieren kann. Die Sublimationsverluste sind bei großen Blöcken klein, viel weniger als bei den Plänen auf der Erde Eisberge zur Bewässerung in Wüstengeboete zu ziehen. Allerdings gibt es keinen Schiffsweg und das Gelände ist sehr unwegsam.

Für eine Marsbesiedelung in Form einer zweiten Erde, wird es aber zu wenig sein und in großen Teilen des Planeten wird ein Wüstenklima herrschen. Eher werden die Menschen wenn sie wirklich jemals eine für Menschen atembare Atmosphäre hinbekommen dann wie Wüstenbewohner rund um kleine Wasseroasen oder Binnenseen leben und mit Rohrleitungsnetzen das Wasser von den tiefer gelegenen Einschlagsbecken dorthin leiten. Wenn es so viel Megaregolith gibt wie prognostiziert wird, so könnte er nicht nur eine Quelle sondern auch eine Senke für Wasser sein, denn wie ein schwamm würde er das Wasser das durch Regen fällt aufsaugen und so könnte im ungünstigsten Falle gar kein Wasser mehr an der Oberfläche verbleiben, weil nach dem Abschmelzen der Polkappen auch dieses Wasser vom Megaregolith aufgesaugt wird.

9.9.2012: Positive und negative Redundanz

Als sie Space Task Group (STG) gegründet wurde, um das Mercury Programm zu imitieren war auch klar, dass man eine Trägerrakete brauchte. Für die orbitalen Flüge gab es nicht viel Auswahl, die einzige Trägerrakete die dafür geeignet war, war die Atlas, die 1958, als die Planung begann, selbst noch in der Erprobung war. Die Atlas war die neueste Interkontinentalrakete der US-Air Force und damit waren auch die Zuständigkeiten geklärt. Die USAF würde die Atlas stellen und auch starten. Sie wehrte sich dagegen, dass man ihren Träger modifizierte. Im Prinzip bekam die Atlas nur ein neues Lenksystem, das das autonome, aber fehleranfällige ersetzte. Dazu kam ein System zum Erkennen von Abweichungen, das bei Mercury aber noch nicht den Fluchtturm auslöste, sondern nur einen Fehler signalisierte. Man befürchtete, dass dieses System selbst nicht zuverlässig genug sei und wollte die volle Kontrolle haben. Erst als sich bei den Flügen zeigte, dass die Atlas durchaus nicht die zuverlässige Rakete war, welche die Air Force versprach, wurde nachgebessert. Intern rechnete man nur einer Zuverlässigkeit von 0,75 Mitte 1961 und 86% ein Jahr später. Trotzdem waren Änderungen nur nach Fehlstarts durchsetzbar.  So scheiterte Mercury Atlas 1, als die obere Struktur nahe des Punktes der maximalen aerodynamischen Belastung kollabierte. Die folgenden erhielten zuerst eine Verstärkung im oberen Teil (belly Band), später wurde die Struktur aller Atlas auch für unbemannte Programme verstärkt. MA-3 wurde gesprengt, weil sie ihr Rollprogramm nicht ausführte. Der Fehler lag im Autopilot. Die genaue Fehlerursache wurde nie gefunden, aber erst jetzt wurde der Autopilot durch einen zweiten ergänzt um Redundanz zu haben.

MR-3Während die Space Task Group bei der Air Force keinerlei Befugnisse hatte, was zu ändern war, war das Verhältnis zur Army Ballasitic Missle Agency (ABMA) eine andere. Diese war schon durch den Start von Explorer 1 und die ersten Mondsonden mit dem Weltraumprogramm verbunden. Während das Mercuryprogramm begann wurde beschlossen sie in die NASA zu integrieren, was am 21.10.1959  auch abgeschlossen wurde. Damit war das nun in Marshall Space Flight Centre umbenannte Zentrum für Raketen- und Antriebentwicklung ein NASA-Zentrum bei dem die STG ihre Wünsche durchsetzen konnte. Zuerst war geplant zwei Träger einzusetzen, die Redstone und die Jupiter. Die Redstone sollte das Wiedereintrittssystem erproben und die Jupiter den Hitzeschutzschild, der bei der Redstone nur geringen Belastungen ausgesetzt wurde. Aus Budgetgründen wurden die lediglich zwei geplanten Flüge mit der Jupiter gestrichen. Blieb noch die Redstone. Damit diese auch die Jupitermissionen mit durchführte wurde sie substanziell geändert. Was kam war nun eine Debatte, die bis heute anhält.

Die Position Wernher von Brauns und anderer Experten des ABMA war die: Wir haben die Redstone die seit 1952 entwickelt wurde, Sie hatte die meisten Flüge aller Trägerraketen absolviert (60 bis Ende 1959, gegenüber 30 bei der Atlas) und befand sich in der Produktion, während die Atlas noch in der Entwicklung war. Wir nehmen diese zuverlässige Trägerrakete und erhöhen die Zuverlässigkeit dadurch dass wir mehr Redundanzen einbauen, wo es nur geht. Das ist möglich bei der Elektronik, Kabelbäumen, Ventilen etc.. Diese Position erhielt später den Titel: "positive Redundanz".

Die Space Task Group hatte eine andere, die geprägt war, von den Erfahrungen beim Kapselbau. Dort war es so, dass aufgrund der vielen Fehlermöglichkeiten bei diesem völlig neuen Raumschiff man versuchte die Fehler zu eliminieren indem man überflüssiges wegließ. Als Beispiel wurde vorgeschlagen eine LED zu installieren die rot, orange und grün leuchten konnte. Rot für Systemausfall, gelb, für abnormales Verhalten, aber noch kein Versagen, und Grün für normale Funktion. Als man das diskutierte stellte sich heraus, dass der orange Zustand dem Piloten nichts brachte, er hätte nichts machen können, wäre nur beunruhigt. So entschied man sich für eine LED die nur rot leuchten konnte wenn es einen Fehler gab. Die Maxime war die: alles aus der Redstone, das nicht für Mercury benötigt wurde sollte raus. Was nicht da ist kann nicht ausfallen. Oder es sollte durch etwas ersetzt wenden, dass einfacher und zuverlässiger ist. Diese Position wurde später "negative Redundanz" genannt. Als Folge wurde neben den benötigten Änderungen für die Performance (siehe unten) noch zahlreiche Subsysteme verändert, und es gab in der Summe über 800 Änderungen.

Die Mercury Redstone würde sich signifikant von den bisherigen Exemplaren unterscheiden. Die Redstone hatte in den Einsatzversionen zwei Triebwerke A-6 und A-7. Die für Satellitenstarts genutzte Jupiter-C setzte andere Treibstoffe ein und hatte verlängerte Tanks. Man verwandte keine dieser Versionen. Die verlängerten Tanks wurden nun für die Mercury-Redstone übernommen, aber mit den alten, ungiftigen Treibstoffen (Kerosin und LOX) und als Triebwerk die letzte Einsatzversion des A-7, obwohl es noch nicht so ausgetestet wie das ältere A-6 war. Aber dieses war aus der Produktion. Teile wurden knapp. Die Übergangssektion wurde durch einen 5 m langen Adapter ersetzt, es gab zusätzliche Tanks für Druckgas und Wasserstoffperoxid. Durch das Drängen der STG gab es weitere Veränderungen wie ein vom Boden gesteuerter Autopilot anstatt einer Inertialplattform, die Entfernung der Trennung von Nase und Rumpf, gemäß dem Paradigma, was man nicht braucht, kann auch nicht ausfallen.

MR-1Als Folge musste man die Redstone praktisch neu qualifizieren. Der Zeitplan war nicht zu halten. Auch hier zeigten sich Unterschiede. Während die nun in Missionskontrolle umbenannte STG möglichst schnell eine Kapsel starten wollte, auch wenn der Träger vielleicht noch Fehler hatte, man könnte dann ja das Abtrennungsysstem testen, wollten "die Deutschen" nur eine getestete und ausgereifte Rakete ausliefern. Zuverlässigkeit erreiche man durch harte Arbeit, Überprüfungen und Tests.

Schließlich musste man aber die Mercury-Redstone ausliefern. Es kam wie es nach 800 Änderungen kommen musste: es gab neue Fehler. MR-1 hob nur um 10 cm ab, und wurde später als MR-1A neu gestartet. Fehlerursache: Man hatte zwei Kabel für die Stromversorgung und Steuersignale durch neue ausgetauscht. Deren Länge war anders, wodurch die Abtrennreihenfolge umgekehrt wurde, was praktisch nach dem Abheben zur Triebwerksabschaltung führte. Ein neuer Beschleunigungsmesser lieferte falsche Signale, als Folge erreichte MR-1A eine um 80 m/s zu hohe Brennschlussgeschwindigkeit. Nun wurde ein zweiter, anderer Beschleunigungsmesser eingebaut und ein Timer der das Triebwerk nach 143 s abschaltete. MR-2 erreichte wieder eine zu hohe Geschwindigkeit, diesmal weil ein neues Ventil mehr Wasserdampf (aus Wasserstoffperoxid) für die Turbopumpe lieferte, die nun einen höheren Förderdruck erreichte, was mit einem höheren Schub einher ging. Anstatt nach 143 s war der Treibstoff schon nach 132 s erschöpft und durch die stärkere Beschleunigung landete die Kapsel 300 km vom Zielpunkt (684 km anstatt 370 km Weite) entfernt. Der STG war dies egal, der Hitzeschutzschild sollte ja einer Rückkehr aus dem Orbit wiederstehen und das Wiedereintrittsprogramm funktionierte ordnungsgemäß. Aber die Spitzenbeschleunigung erreichte über 12 g.  Daher wollten "die Deutschen" noch eine Redstone starten. Die Missionskontrolle hatte kein Verständnis für diese in ihren Augen übergründliche und penible Vorgehensweise, schließlich wollte man vor den Russen im Weltall sein. So bekam der Start auch nicht die nächste Nummer sondern die Bezeichnung MR-BD - BD stand für "Booster Developmentt". Robert Gillruth wählte diese Bezeichnung er war gegen eine neue Nummer, er wollte damit zeigen, dass er den Flug für überflüssig hielt. Er war reibungslos. Die einzige Änderung bei den folgenden bemannten Einsätzen war, dass nachdem man die Redstone verlängert hatte starke Vibrationen auftraten. Man brachte im Adapter 154 kg Blei unter um diese zu reduzieren. Die höhere Performance erlaubte dieses Mehrgewicht. Nach MR-3 kamen weitere 46 kg Blei hinzu um die Vibrationen noch weiter zu reduzieren, nachdem Shepard über deutliche Vibrationen berichtet hatte.

Die beiden bemannten Flüge, MR-3 und MR-4 verliefen dann auch reibungslos. Die Debatte um die Positionen "negative und positive Redundanz" gibt es aber bis heute. Ein recht junges Beispiel ist die Firma SpaceX. Deren erste Philosophie war die der negativen Redundanz. Allerdings setzte diese Firma auf negative Redundanz nicht wegen der Zuverlässigkeit, sondern um Kosten zu sparen. Fehler bei den ersten drei Testflügen der Falcon 1 zeigten, dass diese Philosophie falsch war. Flug 2 scheiterte weil man es nicht für nötig hielt Prallbleche in die Treibstofftanks einzubauen. Flug 3, weil man darauf vertraute, dass es ausreichte durch Federn die Stufen zu trennen, anstatt dazu Raketen zu benutzen die die Stufen auf Distanz bringen. So kollidierten erste und zweite Stufe. Inzwischen versucht es die Firma mit positiver Redundanz, so soll die Falcon 9 die Engine-out capability besitzen.


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