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Web Log Teil 301: 31.10.2012 - 16.12.2012

 31.10.2012: Die Reichensteuer

Ein Stichwort das immer wieder angesichts der Probleme des Staates fällt ist die Wiedereinführung der Vermögenssteuer. Im Heute Journal gab es dazu mal eine Übersicht. Ich weiß nicht ob die Zahlen stimmen, aber ich will sie mal als Diskussionsgrundlage anführen. In den letzten 20 Jahren stieg das private Vermögen von 2,5 auf 5,2 Billionen Euro. Davon gehört die Hälfte rund 20% der Bevölkerung. Wenn es nach der Meinung einiger geht ist es ganz einfach: Die Reichen werden immer reicher und die Armen immer ärmer. Ohne den Verstand dieser anzuzweifeln: das wird immer so sein. Wer arm ist hat kein Geld übrig. Er kann also keine Rücklagen anlegen. Daher hat er keine Chance aus diesem Zustand herauszukommen, außer er erhält eine Einkommensquelle die ihn aus der Armut befreit (Job mit höherem Einkommen, Erbschaft, Lottogewinn). Jemand der überdurchschnittlich gut verdient kann Geld zurücklegen und dies nicht einmalig, sondern regelmäßig. also wird das angesparte Geld anwachsen, wozu auch noch Zinsen kommen. Das kann man nur verhindern, wenn man alle gleichmacht. Doch dieses Konzept ging baden, auch weil es ignoriert, dass manche eben gerne besser verdienen wollen und nicht jeder der vorher arm ist es deswegen ist weil er keine Chance hat sondern weil er vielleicht gar nicht arbeiten will.

Die Frage ist nun: brauchen wir eine Reichensteuer und was ist das? Nun der Anstieg der privaten Vermögen ist auffällig, vor allem dass der Anteil der auf die Spitzenverdiener entfällt immer größer wird ist schon auffällig und wenn schon einige dieser Vertreter für eine Reichensteuer denken, dann sollte man darüber nachdenken. Wie kann man sie begründen? Nun obwohl Politiker ohne Problem auch Steuern ohne jede Begründung einführen könnten, wäre es sinnvoll sie zu begründen. Fakt ist: Der Staat verdient heute überall mit. Der Arbeitnehmer bekommt Lohnsteuer vom Lohn abgezogen, muss eine Einkommensteuererklärung abgeben und wenn er etwas kauft wird Mehrwertsteuer fällig, wenn er Geld anlegt eine Kapitalertragssteuer und wenn er eine Wohnung kauft Grunderwerbssteuer und Grundstückssteuer. Alles was verbraucht wird, ist mit Steuern belegt wie Mineralölsteuer, Stromsteuer etc.

Wer reich ist kann sich zumindest einem Teil dieser Steuern entziehen. Zwar ist die MwSt überall fällig, aber irgendwann hat man genug konsumiert und steigert kaum noch die Steuereinnahmen des Staates. Der Kapitalertragssteuer kann man sich entziehen wenn man das Geld im Ausland anlegt- Doch selbst wenn, dann sind sie im Verhältnis zum Einkommenssteuersatz den wir bei dieser Gruppe haben, klein. Das man wegen der Kapitalertragssteuer die Kapitalerträge nicht mehr angeben muss, bedeutet sogar bei jedem mit einem Steuersatz über 25% eine Steuerentlastung.

Also ich bin gegen eine Vermögenssteuer, aber für eine Reichensteuer. Die Vermögenssteuer habe ich noch mitbekommen und bezahlen müssen, obwohl ich damals als Student kein eigenes Einkommen hatte. Die Grenzen ab der man "vermögend" war, waren recht niedrig angesetzt. Mein subjektiver Vorschlag: Jeder sollte ein Vermögen in einem Umfang anhäufen dürfen, die für ein gutes Leben ausreicht. Das schließt eine Altersabsicherung und ein eigenes Haus mit ein. Oft wird ein Betrag von 1 Million Euro pro Person genannt, das wäre wirklich eine gute Grundlage. Das bedeutet einerseits dass nicht jeder automatisch nur weil er gut verdient und Rücklagen bildet gleich Steuern zahlen muss.

Bei diesen Grenzen wären nur wenige betroffen nach der Tabelle in der Wikipedia weniger als 0,5% der Bevölkerung, die rund 2 Billionen Euro ihr Eigen nennen. Wie hoch sollte sie sein? Nun wenn sie in 20 Jahren sich das Vermögen verdoppelt hat, dann ist die Steigerung doppelt so hoch wie der Wertverlust durch die Inflation. Gerecht wäre es 50% des Gewinns dem Staat zu geben. Eine Verdopplung in 20 Jahren entspricht 4% Steigerung pro Jahr, die Inflationsrate betrug über die zwanzig Jahre durchschnittlich 2% pro Jahr. Die Hälfte des Differenzbetrages sind 1% des Vermögens pro Jahr. Das würde dem Staat 20 Milliarden pro Jahr bringen. Und für den Gewinn aus den letzten Jahrzehnt wäre auch ein Abschlag fällig, sinnvollerweise dann 10% des Vermögens dieser Gruppe, das wären dann 200 Milliarden pro Jahr.

Was aber noch fehlt ist auch, dass die Steuerlast auch sonst besser verteilt ist. De größte Teil der Steuereinnahmen stammt von den Arbeitnehmern. Entweder direkt durch die Lohnsteuer, oder indirekt durch die Verbrauchssteuern. Wer noch als Privatperson ein Unternehmen führt, beteiligt sich auch durch die Einkommensteuer. Doch die meisten Arbeitnehmer arbeiten bei juristischen Personen - AG, GmbH etc. Die zahlen nur Körperschaftsteuer und die wurde in den letzten Jahrzehnten stark abgesenkt. Auch hier hilft ein Blick in die Wikipedia. Das ist nach 40 Jahren FDP in der Regierung ja auch kein Wunder. Meiner Ansicht nach sollten Betriebe genauso viel für den Staat beitragen wie Arbeitnehmer. Stattdessen bekommen sie sogar noch Steuergeschenke in Form von Subventionen oder Erlass von Abgaben auf Energie etc. Wenn man die Steuergerechtigkeit wirklich ernst nehmen würde, dann hätten wir nicht das Problem der Staatsverschuldung.

1.11.2012: Herausforderungen für die Landung auf fremden Himmelskörpern

Heute mal wieder ein Grundlagenartikel. Es gehört zu den eher einfacheren Sachen. Der Landung auf einem festen Himmelskörper, das impliziert das er eine feste Oberfläche hat. Es scheiden also die Gasriesen aus. Übrig bleiben die vier erdähnlichen Planeten Merkur, Venus, Erde, Mars. Die Monde im Sonnensystem, Plutoide und Asteroiden und Kometen.

Zu unterscheiden ist noch zwischen der Landung auf einem Himmelskörper ohne Atmosphäre (die meisten) und einem mit (Venus, Erde, Mars, Titan). Wenn man Kometn hinzu nimmt sollte man vielleicht die Einschränkung machen "mit einer nennenswerten Atmosphäre, die das Gefährt zumindest etwas abbremsen kann",

Bei den Himmelskörpern ohne Atmosphäre ist es relativ einfach: Die abzubremsende Geschwindigkeit beträgt mindestens die Orbitalgeschwindigkeit in einem niedrigen Orbit. Sie wäre genau gleich dieser, wenn es gelänge sie auf den Punkt abzubremsen, also das oberflächennächste Punkt wird auf oder unter die Oberfläche gelegt (wir reden von der Bahnform, natürlich wird in der Realität die Oberfläche im Weg sein) und wenn wir kurz vor der Oberfläche sind, bremsen wir auf 0 ab um dann sanft zu landen.

In der Praxis ist das nicht möglich, aber Feststofftriebwerke mit kurzen Brennzeiten können dem fast nahe kommen. Surveyor setzte ein Feststofftriebwerk mit rund 40 s Brennzeit ein. Es wurde in rund 75 km Höhe gezündet und brannte bis in 11 km Höhe. In diesen 40 s senkte es die Geschwindigkeit von 3800 auf 160 m/s ab. Den Rest erledigten dann schubschwächere Düsen.

Energetisch ist es günstig wenn es keine lange Schwebephase gibt, da in jeder Sekunde Treibstoff verbraucht wird. Das ist beim Mond und vielen kleinen Himmelskörpern nicht so wesentlich. Hält man auf dem Mond etwas in der Schwebe so braucht man 0,06% der aktuellen Masse an Treibstoff pro Sekunde. Bei Merkur ist dies deutlich mehr. Ansonsten ist das Landeverfahren aber das gleiche. Aufgrund der höheren Gravitation kann man auf Merkur aber nur einen Bruchteil der Orbitalmasse landen, selbst wenn es aus einer Umlaufbahn erfolgt.

Viel einfacher ist es auf der Venus. Die dichte Atmosphäre erlaubt sogar die leichteste Landung im Sonnensystem. Die ersten Raumsonden der Russen, die noch durch einen Fallschirm abgebremst wurden, fielen schon aus bevor sie den Boden erreichten. Später als man wusste wie dicht die Atmosphäre ist verzichtete man auf einem Fallschirm: Auf der Venus fällt eine Raumsonde auch ohne Fallschirm so langsam zum Boden, dass sie keinen Schaden nimmt. Die untere Atmosphäre hat mehr Ähnlichkeit mit einer Flüssigkeit als Gas. An der Oberfläche hat sie eine Dichte von 67 kg/m³. (Wäre sie nicht so heiß, so wären es sogar 177 kg/m³). Bei der Venus reicht ein Hitzeschutzschild, denn man dann in 50 km Höhe abwerfen kann.

Bei der erde braucht man zusätzlich Fallschirme, will eine Nutzlast nicht auf dem Boden zerschellen, ansonsten ist es aber auch recht einfach zu landen. Beim Mars reichen Fallschirme nicht aus. Bisher landeten Raumsonden nur in tiefer gelegenen Gebieten, damit die Fallschirme etwas wirksam waren doch trotzdem reichen sie nicht aus. Ohne Triebwerke würden die Landesonden mit hoher Geschwindigkeit (180-240 km/h) auf der Oberfläche zerschellen. Zwei Lösungen gibt es um das zu verhindern: Man wirft rechtzeitig den Fallschirm ab und verringert mit Raketentriebwerken die Restgeschwindigkeit (Viking, Mars Polar Lander, Phoenix, Curiosity) oder man bläst Airbags auf und zündet kurz vor der Landung ein Raketenantrieb um die Geschwindigkeit zu reduzieren.

Gehen wir weiter hinaus ins Sonnensystem so kommen die Eismonde in den Fokus. Geht es nur um die Geschwindigkeit die man aus einem Orbit abbauen muss, so sieht es gut aus. Bei den größten (Io, Ganymed) ist es in etwa so viel wie beim Mond. Bei den vielen kleinen Monden von Saturn und Uranus noch deutlich weniger. Dafür ergibt sich ein anderes Problem: Anders als bei allen anderen bisher besprochenen Himmelskörpern ist es sehr schwer die Relativgeschwindigkeit in einer Umlaufbahn um den Planeten zum Mond zu reduzieren. Beim Jupiter ist es durch die schweren Monde noch technisch möglich, doch durch den Strahlungsgürtel dessen Intensität nach innen rapide ansteigt ist nur die Reduktion der Geschwindigkeit durch Vorbeiflüge bei Io und Europa zu zeitaufwendig. Das Risiko besteht, dass eine Landesonden den Strahlentod vor der Landung stirbt.

Beim Saturn und Uranus scheiden die vielen kleinen Monde schon wegen ihrer kleinen Masse zum wirksamen Abbremsen aus. Einzige Ausnahme ist Titan. Er ist nicht nur schwerer, er hat auch eine Atmosphäre. das erlaubt nicht nur die direkte Landung sondern sie würde auch einen Orbiter ermöglichen der zusätzlich zu der Abbremsung über Swing-Bys die Atmosphäre mittels Aerobraking nutzt. Für eine Landung ist Titan fast ideal. Die Dichte der Atmosphäre nimmt langsam zu. Die äußersten Ausläufer reichen fast 1000 km in das All. Das macht den Hitzeschutzschild leichter. Sie ist recht dicht - am Boden 1,5 Bar bei der 10-15 fachen Erddichte, das erlaubt es sehe wirksam mit Fallschirmen abzubremsen. Huygens brauchte 150 Minuten um die Atmosphäre zu durchqueren. Venussonden ohne Fallschirm in der Regel 60 Minuten und auf der erde kann eine Kapsel schon 10-15 Minuten nach Auftreffen auf die Atmosphäre wieder da sein. Die Dichte der Atmosphäre macht auch ganz neue Landegeräte denkbar, so hat sie den 15-fachen Auftrieb der Erdatmosphäre, sodass Ballone attraktiv wären.

Es bleiben noch die kleinen Körper im Sonnensystem. Asteroiden oder Phobos und Deimos. Phobos und Deimos haben Fluchtgeschwindigkeiten in der Größenordnung von 20-20 m/s und Schwerebeschleunigungen im Bereich von etwa 1 cm/s oder kleiner. "Landungen" sind daher vollständig anders als auf einem größeren Himmelskörper. Es ist sinnvoller auf den Himmelskörper zu fallen und nur bis zu einer geringen Geschwindigkeit abzubremsen. Die meisten Marslandesonden landeten mit 1-2 m/s, entsprechend der Geschwindigkeit wenn etwas mit Fussgängertempo mit einer Wand zusammenstößt. Ein 20 km großer Asteroid mit einer Dichte von 2,5 hat z.B. eine Kreisbahngeschwindigkeit an der Oberfläche von 8,35 m und ein g von 0,7 cm/s. Bremst man in 1000 m Höhe auf 0 ab, so landet man mit 3,5 m/s oder rund 11 km/h. Damit man nicht durch den Rückstoß abprallt oder umfällt muss man sich etwas einfallen lassen. Der Kometenlander Philae wird eine Harpune abfeuern die ihn an der Oberfläche verankert. Phobos Grunt sollte Steuerdüsen auf der Oberseite zünden, welche den Lander auf den Boden pressen. Wird der Himmelskörper nochmals etwas kleiner, liegt also im Bereich von nur wenigen Kilometern Durchmesser, so kommt man in einen Bereich in dem sogar der geringe Schub von Ionentriebwerken ausreicht um von ihn wieder abzuheben. Der bessere Weg ist es aber zu hüpfen, z.B. durch gespannte Federn. Eine Beschleunigung 1 m/s würde bei obigem Himmelskörper zu einem Sprung über 10 km Distanz führen. Daran wird allerdings auch klar, dass diese Himmelskörper von uns Menschen kaum sinnvoll erkundet werden können, denn schon ein unbeabsichtigter Schritt könnte zu einem größeren Flug werden. Immerhin, wenn einem etwas aus der Hand fällt hat man genügend Zeit es aufzufangen bevor es am Boden ist. Lässt ein Astronaut auf obigem Asteroid seinen Hammer aus 1m Höhe fallen, so braucht er rund 17 s bevor mit sagenhaften 0,12 m/s auf dem Boden angelangt.

8.11.2012: Ein Teleskop für Astronomen in den Orbit - Schnapsidee oder Geschäftsidee

Vor ein paar Jahren wurde ich mal von jemanden angeschrieben, ob ich nicht was über sein Projekt eines "Dobson" Teleskops im Orbit bringen sollte. Da das ganze nicht sehr weit gediehen war, außer einer Projekt-Homepage, habe ich es nicht weiter verfolgt. Nun taucht die Idee wieder auf, diesmal bei der 31.ster Bochumer Herbsttagung der Amateurastronomen. Man scheint einige prominente Befürworter gefunden zu habe, darunter Gerhard Thiele.

Der Plan: ein 80 cm Teleskop wird in den Orbit gebracht und die Beobachtungszeit für mehrere Hundert Euro pro Stunde vermietet. 80 bis 130 Millionen Euro soll es kosten und 300 kg wiegen.

Nun was ist davon zu halten? Für ein Amateurprojekt ist das recht teuer. Natürlich sind "echte" Forschungssatelliten noch teurer, aber für den relativ kleinen Satelliten ist die Summe doch recht hoch. Zum Vergleich 130 Millionen Euro kostet auch ein 2 t schwerer Terrasar-X oder Tandem-X Satellit oder Cryosat. SWARM als kleine ESA Mission 86 Millionen Euro. Beide mit exklusivem Start auf russischen Trägerraketen, also nicht als Sekundärnutzlast.

Dafür ist das Teleskop recht klein, wahrscheinlich um das Startgewicht zu begrenzen, nur als Sekundärnutzlast wird es nicht gehen. Ein klassisches Cassegrain-Teleskop wie Hubble ist etwa 3-4 mal länger als der Durchmesser und dann kommen noch die Instrumente dazu. Das Hubble HST war bei dreimal größerem Spiegeldurchmesser 13,1 m lang, so wäre man bei analogem Aufbau 4 m Länge bei 80 cm Durchmesser. Okay, das kann man durch Schiefspiegler minimieren, aber sicher bleiben noch 2 m übrig und dann sind wir bei einer Höhe die für Sekundärnutzlasten zu groß ist. Das bedeutet man braucht einen dezidierten Start.

Wenn ich diese Erkenntnis schon gewonnen habe, dann wäre es sinnvoll gleich ein großes Teleskop einzubauen. Die selbst kosten relativ wenig (ein neues deutsches Teleskope mit 2 m Durchmesser z.B. nur 8 Millionen Euro). Der Satellitenbus wird in jedem Fall gebraucht und eine sehr genaue Lageregelung auch. Sie muss sowieso um einiges besser als bei normalen Satelliten sein, ob dann nochmal die doppelte Genauigkeit für einen dopplet so großen Spiegel benötigt wird ist dann wurst.

Geht man auf etwa 2 t Startgewicht (Dnepr kompatibel), dann kann man ein 1,60 m Teleskop transportieren. Das wäre dann immerhin das drittgrößte im Weltraum (nach Herschel auf Platz 1, Hubble auf Platz 2). Der Gewinn wäre für die Kundschaft sicher gegeben.

Aber vielleicht taucht auch eine andere Idee auf, die mir damals mein Gegenüber skizzierte - man kann das Teleskop natürlich auch schwenken und zur "Erdbeobachtung" nutzen. Ein Dreisatz ergibt das ein 80 cm Teleskop aus 500 km Höhe noch 35 cm große Details auflösen könnte.

Nur: die Auslegung von astronomischen Teleskopen und Erdbeobachtungssatelliten ist eine völlig andere. Erstere müssen über längere Zeit auf einen Punkt ausgerichtet sein, Stunden können bei sehr lichtschwachen Objekten zusammenkommen. Der Rekord beim Hubble Ultra Deep Sky Field sind 1 Million Sekunden oder rund elfeinhalb Tage. Die Sensoren erstrecken sich über das gesamte nutzbare Feld um möglichst viel Information auf einmal zu gewinnen. Rekord sind derzeit Kameras mit 16 GPixeln.

Ein Erdbeobachtungssatellit muss entweder dem Boden sehr schnell nachgefühlt werden oder er muss Bilder mit extrem kurzer Belichtungszeit gewinnen. Eingesetzt wird üblicherweise die letztere  Technik und dies ist möglich mit Zeilen-CCD, die sehr schnell ausgelesen werden können (das Bild entsteht wie bei einem Flachtbrettscanner nur besorgt die Bewegung die Orbitalbewegung um die Erde während die Scanzeile sich nicht bewegt.

Kurzum, wenn man ein astronomisches Teleskop baut, dann ist es für die Erdbeobachtung ungeeignet. Das geht auch bei der Optik weiter. Erdbeobachtungssatelliten haben Weitwinkeloptiken, um einen möglichst breiten Scanstreifen abbilden zu können. Astronomische Teleskope wollen dagegen eher ein kleines Feld, das aber ohne den Effekt der Vignettierung und Randaufhellung abbilden. Letztere bemerkt man bei viel Helligkeit wie Erdaufnahmen nicht.

Aber vielleicht denken die Entwickler mal dran, ihr Teleskop zuerst nur für Erdbeobachtungen zu entwickeln und die Bilder einfach zu veröffentlichen. Ich prognostiziere folgendes: sehr schnell wird jemand auf den Plan kommen und alle Bilder aufkaufen und dann nur noch bestimmte zur Weiterveröffentlichung freigeben. So geht es bei Digiglobe. Alle Bilder landen zuerst bei der NRO, die praktisch den Betrieb finanziert. Sobald einige Bilder von Afghanistan oder Guantánamo mit 35 cm Auflösung erhältlich sind, habt ihr einen treuen Kunden, zumal die Auflösung noch besser wäre als das was Digiglobe liefert.

Und mit der kohle könnt ihr dann den Amateursatelliten bauen - mit 1,6 m Auflösung, oder wenn es in der Größe einer Falcon oder Sojus sein darf, können es auch 2,4 m sein - Herschel zeigt ja dass man heute Spiegel viel leichter bauen kann.

Buchkritik Herrmann-Michael Hahn: Unser Sonnensystem

Das heutige Buch ist von einem in Deutschland recht bekannten Astronomieautor: Herrmann Michael Hahn ist seit 30 Jahren Autor diverser Bücher, jährlich erscheinender Astronomie-Kalender und auch aktiv als Coautor. Amazon listet (mit Dubletten) 104 Bücher. Zwanzig Jahre vor diesem Buch erschien vom selben Autor "Sonne, Erde und Planeten" und dieses Buch könnte man als aktualisierte Auflage dieses Buches ansehen.

Ich suchte für meinen Urlaub in Nesselwang etwas Gutes zu Lesen und das erste Buch das ich dafür auswählte (Kritik siehe hier) eignete sich so recht dafür. Immerhin gibt es bei Hin- und Rückfahrt rund 6 Stunden Zugfahrt. Und da ich bekennender Schwabe bin, kaufe ich Bücher, vor allem wenn sie nicht mehr ganz taufrisch sind, dafür billig zu haben.

Fangen wir mal an warum es bei dem Buch geht: es ist unser Sonnensystem. Nicht nur, wie bei vielen anderen, die Planeten, sondern auch die Sonne, die Asteroiden, die Kometen und es gibt auch ein Kapitel über die Entstehung des Sonnensystems und Exoplaneten. Das Buch ist im Farbdruck, gebunden und gut gestaltet. So gibt es zahlreiche Kästen, die einige Dinge erklären, z.B. das die Temperatur von Gasen so hoch sein kann und Millionen Grad betragen kann - da es ein Fast-Vakuum ist verbrennt trotzdem darin nichts. Ich schätze am Autor, dass er gut erklärt und dabei nicht an der Oberfläche bleibt sondern auch aktuelle Forschungsergebnisse mit einarbeitet und gut erklärt.

Stand des Buchs ist 2004, genauer gesagt kann man es recht präzise datieren: Das Buch muss zwischen dem Vorbeiflug Cassinis an Phoebe und dem Einschwenken in den Orbit entstanden sein, denn dass sind die letzten Bilder die aktuell sind. Liest man es nun, acht Jahre später, so wünscht man sich eine Aktualisierung. Um Merkur kreist seit einem Jahr Messenger und schon die Vorbeiflüge dieser Sonde haben neue Erkenntnisse gebracht. Venus Express durchleuchtet seit 2005 die Venus Atmosphäre. Lunar Prospektor, Kaguya, Chandrayaan haben neue Erkenntnisse über den Mond geliefert, einige neue Marssonden gab es. Auch bei den Exoplaneten gab es Neuigkeiten und zwei Satelliten untersuchen sie nun.

Was leider nicht ganz mit dem hervorragenden Inhalt korrespondiert, ist das Layout. Der Textteil nimmt zwei Drittel der Seitenbreite ein, Kästen zur Erklärung sind manchmal im äußeren Drittel, sehr oft aber auch Abbildungen und die haben dann die Größe einer Sonderbriefmarke. Wenn das dann ein Querschnitt eines Planeten zurv Erklärung seines inneren Aufbaus ist, so ist da fast nichts zu erkennen. Insbesondere bei Voyager hat man uralte Bilder aus den Achtzigern genommen. Da findet man heute selbst bei der NASA bessere, man muss nur eben ein bisschen suchen und nicht gleich die aus dem  planetary Photojournal nehmen.

Etwas ungewohnt fand ich die Aufteilung des Buchs. Zwischen Mars und Jupiter findet sich das Kapitel über Kometen und Asteroiden, dann gibt es aber noch eines über den Kuipergürtel und die Entstehung des Sonnensystems folgt am Schluss. Dieses Kapitel hätte ich vorgezogen und die kleinen Himmelskörper in einem gemeinsamen Kapitel zusammengezogen.

Mir fielen dann noch ein paar Fehler auf, vor allem bei Raumsonden, was aber primär damit zusammenhängt, dass ich mich da gut auskenne. Seinen Aussagen nach sollte Clementine in der Südpolregion des Mondes aufschlagen (tat sie nicht, sie befindet sich nach der Passage des Asteroiden Geographos auf einer interplanetaren Umlaufbahn) oder 2001 alle Marssonden gestrichen worden sein (nur eine, Odyssey 2001 startete). Es gab noch einige mehr und zumindest einen Fehler bei der Astronomie, wo er einen Transit eines Exoplaneten mit dem Schattenwurf verwechselte. Das verwundert mich ein wenig, weil ich mal von ihm eine Mail bekam als er auf meiner Website den genauen Zeitpunkt der Pioneer 10 Passage von Jupiter (auf die Minute genau) fand und sich bedankte.

 Das kann aber den Gesamteindruck des Buchs nur wenig trüben. Ich finde es nur zu kurz: ich hatte es in 6 Stunden durch. Das ist bedingt durch nur 2/3 Fließtext pro Seite, viele Bilder und rund 215 Seiten eigentlichen Text ohne Vorwort und Index Umfang. De Faktor wäre es besser gewesen ein doppelt so dickes Buch zu schreiben, dann kann man auch mehr als einen Absatz über jeden der größeren Jupiter und Saturnmonde schreiben.

Da es heute gebraucht für wenige Euro zu haben ist, ist es aber trotzdem ein echter Kauftipp.

16.11.2012: SpaceX zum Nachrechnen

Nun, da man sehr bald meine Wette einlösen kann - der nächste Start wird der letzte der "v1.0" Version sein. Diese war die, die aktuell war als ich die Wette vor vier Jahren startete.Ich will an der Stelle mal eigen, warum ich mir damals so sicher war, dass die Angaben falsch waren. Meine Werte kamen durch Simulation mit Nutzung der damals bekannten Angaben von SpaceX und Ergänzung durch Schätzung aufgrund bekannter Werte ähnlich aufgebauter Werte zustande, doch will Ich hier mal zeigen wie auch ein Laie mit einem Taschenrechner sehr einfach beweisen kann, dass SpaceX da einen Wurm drin hat, um es mal vorsichtig auszudrücken.

Es geht im detail um die angaben für GTO und LEO. Basis ist dafür nicht die dauernd sich ändernden Angaben auf der Website, sondern der seit 2009 unveränderliche Users Guide, der sich an zahlende Kunden wendet. Man sollte diese Angaben also als Verbindlich anzusehen.

Auf S.19 des Users Guide wird eine Angabe für die LEO Nutzlast gemacht: 10.454 kg in einen 200 km hohen Orbit mit einer Inklination von 28,5 Grad. Die Nutzlast in Standard GTO (Apogäum 35786 km, 28,5 Grad Inklination) beträgt nach S.23 des Users Guide 4536 kg. Auf der Website wird der spezifische Impuls zu der zweiten Stufe zu 342 s = 3354 m/s angegeben.

So nun der Ansatz wie man eine Schätzung der Prüfung der Werte machen kann. Eigentlich ist der Ansatz dazu gedacht, die Trockenmasse der zweiten Stufe abzuschätzen, doch wenn man ihn durchrechnet, so wird man sehen, dass da etwas nicht stimmt.

Die Überlegung ist folgende: Der geostationäre Orbit hat einen höheren Geschwindigkeitsbedarf als ein 200 km zirkularer Orbit. Er kann bei einem gemeinsamen Perigäum vojn 200 km und unveränderter Inklination leicht zu 2454,7 m/s berechnet werden. Aufgrund der höheren Geschwindigkeit muss die Nutzlast abnehmen. Die Zielgeschwindigkeit einer Stufe ist nach Ziolkowski leicht berechenbar nach v = spezifischer Impuls * ln (Startmasse / Brennschlussmasse)

Nun der Ansatz: die Falcon 9 ist eine zweistufige Rakete. Sie hat nach COTS Presskit eine Startmasse von 314 t. Da diese Mission in den LEO Orbit geht dürfte dies der Maximalnutzlast entsprechen. Was verändert sich, wenn nun ein GTO Start durchgeführt wird?

Nun für die erste Stufe wenig. Die Startmasse sinkt von 314 auf 308 t. Die Brennschlussmasse ist unbekannt, doch nimmt man eine Schätzung basierend auf Erfahrungswissen an, so dürfte die Erste Stufe rund 260 t wiegen und die zweite etwa unter 50 t. Die Brennschlussmasse liegt dann bei etwa 70 bis 75 t. Kurzum, das verändert den Teiler Startmasse / Brennschlussmasse bei der ersten Stufe kaum. Als Resultat müsste die Geschwindigkeit die die erste Stufe aufbringt bei beiden Fällen in etwa die gleiche sein.

Die zweite Stufe wird den Hauptteil der Geschwindigkeit aufbringen müssen. Für sie ändert sich vor allem die Brennschlussmasse. Die Startmasse wird nun bei 54 bzw. 60 t liegen. Die Brennschlussmasse dagegen bei 13 bzw. 7 t. Der Teiler beträgt dann einmal 7,7 und einmal 4,6 weshalb die kleinere Nutzlast mit einer höheren Geschwindigkeit korrespondiert.

So nun ein Ansatz mit dem ich normalerweise eine Abschätzung der Trockenmasse der zweiten Stufe mache. Der Ansatz ist folgender: Wir gehen davon aus, dass bei einer GTO Mission nicht die Nutzlast kleiner ist, sondern die Differenz an Nutzlast zum LEO Orbit in Form von Treibstoff transportiert wird. Sobald die Geschwindigkeit des LEO Orbits erreicht wird, besteht die "Nutzlast" dann noch aus 4536 kg Satellit und 104354-4536 = 5918 kg Treibstoff. Das reduziert die Zahl der Unbekannten (Vollmasse / Leermasse beider stufen) von 4 auf 1. Die Frage ist nun, ob diese Vereinfachung zulässig ist. Nun man kann diese Methode ja bei anderen Raketen durchführen und wird feststellen, dass sie eher zu niedrige Werte für die zweite Stufe liefert, die jedoch nahe an den realen sind. Sie ist deswegen "optimistischer", weil in der Natur natürlich die gesamte Masse nicht nur aus Treibstoff besteht, sondern auch aus Tanks.

So nun der Ansatz. Wir können folgende Gleichung aufsetzen:

2454,7 m/s = 3354 m/s * ln (10454 kg + x / 4536 kg + x)

(nach Ziolkowski unter Benutzung oben angegebener Werte)

x ist die Trockenmasse der zweiten Stufe. Wir formen nun um:

0.7318 = ln ( 10454 + x / 4536 + x )

2.079 = (10454 + x) / (4536 + x)

9200,4 + 2.079 x = 10454 + x

1.079 x = 1253,6 kg

x = 1162 kg

Nach dieser Rechnung sollte die zweite Stufe nur 1161 kg wiegen. Doch dies kann nicht sein. Andere Angaben von SpaceX über Schub und Brennzeit der zweiten Stufe sprechen lassen die Treibstoffzuladung auf 47 t berechnen. Ein Merlin 1C wiegt 640 kg, das würde heißen, wenn man Schubgerüst, Lenkung etc. noch vollständig ignoriert, dürften die Tanbks nur 500 kg wiegen, und das ist unrealistisch. Andere Dokumente die inzwischen vorliegen, sprechen von einer Leermasse von 2957 kg, ich hatte damals 3000 kg angesetzt. Die Folge ist natürlich, dass bei 3000 kg Leermasse die Nutzlast (wenn die für den LEO korrekt ist) nur noch 2698 kg beträgt.

Doch es kommt noch schlimmer. Wenn man versucht mit realistischen Werte zu arbeiten die man von anderen Raketen kennt, dann kommt man auch nicht auf die 10,5 t LEO Nutzlast, sondern nur etwas über 8,2 t. Ich glaube auch, dass diese Nutzlast beim letzten Flug nicht überschritten wird, denn nach SpaceX Angaben hat die Dragon (mit 20% Sicherheitsreserve) eine Startmasse von 4,9 t trocken und fasst 1,29 t Treibstoff. Die letzte Nutzlast war mit Verpackung knapp unter 1 t schwer. Das sind zusammen dann 7,19 t. Wenn also SpaceX nicht beim letzten Flug nochmals 3 t mehr transportiert habe ich meine Wette gewonnen.

Man kann das aber auch an der nun angekündigten "v1.1" Version sehen. Ihre Startmasse ist um 52% höher. Die LEO-Nutzlast aber nur um 26 %, die GTO Nutzlast steigt aber nur um 6,9%. Tja, da sieht man dann dass man doch nicht einfach die Physik mit Planvorgaben umgehen kann. Daher zum Abschluss mal noch eine kleine Tabelle, welche die sich laufend ändernden Nutzlastangaben von SpaceX veranschaulicht:

  September 2005 März 2006 Juni 2006 August 2007 Juni 2008 Juli 2008 Januar 2009 März 2010 / Users Guide Juli 2010 Dezember 2010 Mai 2011 (für Starts ab 2013) Mai 2012
Nutzlast
LEO (kg)
8.700
9.300
10.320
10.400
12.500
9.900
10.450
10.454
11.500
9.800
16.000 (v1.1)
10.450 (v 1.0)
13.230 kg
Nutzlast
GTO (kg)
3.400
3.400
4.536
5.070
4.640
  3.600-4.680*
4.536
    5.000 (v1.1)
3.000 (v1.0)
4.850 kg
Nutzlast
SSO (kg)
            8.560
         
Startkosten
(Millionen Dollar):
27
  35
  57,75
46,8 36,75-57,75 49,9-56,6     54-59 54
Bemerkung:                     neue Version "v1.1" neue Version "v1.1"

Offensichtlich sind die Falcon 9 Raketen die andauernd ihre Leistungsdaten verändern ....

Ach ja und hier die Nachlese zum angeblichen Superstart im Oktober, wenigstens von der NASA erfährt man einiges was schiefgegangen ist. So verwendet das "für bemannte Einsätze" vorgesehene Dragon Raumschiff Computer ohne strahlengehärtete Elektronik, die dann auch schon einen Tag nach dem Start ausfällt....

http://www.spaceflightnow.com/falcon9/004/121114anomalies/#.UKSekYeqkmw

 


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