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Web Log Teil 326: 24.5.2013 -

24.5.2013: Zeit idiotische Forderungen aufzustellen

Es gibt ja genügend Leute die Lebensmittel ohne Zusatzstoffe fordern. Immer wieder gibt es auch welche in den Medien, vor allem Talkshows. Und es gibt genügend Dumme die das übernehmen. Also habe ich mir mal gedacht, fordere ich mal dasselbe was für Zusatzstoffe gilt, für einige traditionell erlaubte Stoffe und Lebensmittelinhaltsstoffe die als gesundheitlich bedenklich gelten. Kein Verbot, nur das Einhalten der für Zusatzstoffe geltenden Standards für normale Lebensmittel

Damit wir auf demselben Kenntnisstand sind, hier eine Kurzzusammenfassung wie die Höchstmengen bei Zusatzstoffen bestimmt werden:

Es wird im Tierversuch Tiere (meistens Mäuse und Ratten) lebenslang mit dem Stoff als Zusatz im Futter gefüttert. Danach seziert und es wird die Menge bestimmt, die die Tiere ihr Leben lang im Futter vertrugen ohne das es einen Unterschied zu einer Vergleichsgruppe gab. Das ist der NOEL Wert (No observable Effect Level). Er wird dann durch einen Sicherheitsfaktor (meist 100) geteilt um den ADI Wert zu erhalten (Accepable Daily Intake). Das ist die Gesamtmenge die man pro Tag aufnehmen darf, meist berechnet auf Kilogramm Körpergewicht. Die in den Lebensmitteln zulässige Menge wird dann ermittelt indem man die durchschnittliche Aufnahme des Lebensmittels schätzt und diese Menge dann auf die zugelassenen Lebensmitteln verteilt.

Ein Zusatzstoff wird verboten, wenn er im Verdacht steht cancerogen zu sein, genschädigend oder fruchtschädigend. Bei einem allergischen Potenzial wie es bei Salicylaten vorliegt muss dieses erheblich niedriger als bei Lebensmitteln sein. (auch hier liegt es um den Faktor 100 niedriger).

So, nach dieser Vorinformation wenden wir das System auf einige Zusatzstoffe an, die "Bestandsschutz" haben. Sie sind älter als das Lebensmittelrecht und dürfen heute noch eingesetzt werden.

Fangen wir an mit Phosphaten. Phosphate und Phosphorsäure stören das Calcium-Phosphatgleichgewicht. Natürlicherweise enthält die Nahrung etwa 0,8 g Phosphat. Bei 1,5 bis 2,5 g/Tag beobachtet man schon erste Veränderungen: Ein Absinken der Blutcalciumkonzentration. Daher ist schon die zusätzliche Aufnahme von 0,7 g pro Tag schädlich. Teilen wir das durch einen Sicherheitsfaktor von 100 so sind wir bei 7 mg/Tag. Das bedeutet ein völligen Verbot von Phosphaten, denn in dieser kleinen Menge wirken sie nicht mehr technologisch.

Meine Meinung: kein großer Verlust. In Schmelzkäse kann man Zitronensäure als Ersatzstoff einsetzen, in Cola ebenfalls und in Wüst eben weniger Wasser zusetzen oder eben das Fleisch gleich schlachtwarm verarbeiten anstatt die Schweinehälften durch die ganze Republik zu fahren.

Nun zu Schwefeldioxid. Schwefeldioxid wird als Antioxidationsmittel genutzt um die enzymatische Bräunung von Trockenfrüchten und Kartoffelprodukten zu verhindern, aber es wird damit auch die alkoholische Gärung von Most und Wein gestoppt. Es ist viel wirksamer als andere Antioxidationsmittel, da es chemisch sehr reaktiv ist. Es reagiert nicht wie L-Ascorbinsäure mit dem Lebensmittel, sondern es reagiert direkt mit den Enzymen die dadurch inaktiviert werden. Dadurch werden auch die Mikroorganismen abgetötet.

Das Problem bei Schwefeldioxid und schwefeliger Säure, die aus ihm entsteht, ist das die Bevölkerung sehr unterschiedlich reagiert. Pseudoallergische Reaktionen sind relativ verbreitet. Derartige Personen vertragen maximal 5-10 mg Schwefeldioxid pro Tag, der für die Zulassung zugrundeliegende ADI Wert liegt bei 0,7 mg/kg also rund 50 mg bei einem Mann und die meisten Personen vertragen bis zu 1000 mg ohne Probleme. Bei einer Neuzulassung müsste man sich nach dem niedrigsten Wert richten, was einige Umstellungen zur Folge hätte, denn heute ist folgendes erlaubt:

Kartoffelprodukte dürfen bis zu 100 mg/kg enthalten

Bier enthält je nach Sorte zwischen 1 und 15 mg/l (Bier wird nicht geschwefelt, aber der Hopfen)

Wein hat Grenzwerte je nach Alter zwischen 225 und 400 mg/l

Traubensaft und Jungwein 10 und 50 mg/l

Meerrettich, Trockenobst;: 2000 mg/l

Bei einem Grenzwert von 10 mg/tag müsste man die Weinschwefelung ersetzen und Kartoffelprodukte (Pommes) wären wohl nur hell solange bis die Packung angebrochen ist. Man sieht hier übrigens auch wie ein ADI Wert verschiedene Höchstwerte für verschiedene Lebensmittel zur Folge hat: Kartoffelprodukte wie Pommes werden häufiger verzehrt als Wein und wein noch häufiger als Trockenfrüchte. Daher sind für diese höhere Werte erlaubt.

Nitrit: Nitritpökelsalz wird eingesetzt um die Verfärbung von Fleisch vom roten ins graue beim Erhitzen zu verhindern. Es reagiert mit dem Myoglobin und es bildet einen roten, stabilen Farbstoff. Bei höheren Mengen erzeugt es auch den Pökelgeschmack. Da aus Nitrit bei Anwesenheit von Säure, Aminen und Hitze die krebserregenden Nitrosamine gebildet werden, wäre es heute verboten. Als Folge gäbe es nur noch graue bis braune Würste (Vergleich: grobe / feine Leberwurst in der Farbe) und Lebensmittel mit Pökelgeschmack wie Kassler gäbe es gar nicht mehr.

So, nun kommen wir zu einigen unerwünschten Stoffenv in Lebensmitteln die keine Zusatzstoffe sind. Dangen wir mal an mit Zucker. Zucker ist nicht lebensnotwendig, aber er ist schuld an vielen Zivilisationskrankheiten, zumindest wenn man einigen Protagonisten glaubt, die ja Zucker ganz rot in der Ampel gekennzeichnet werden sollen. Also nach den DGE Empfehlungen sollte man maximal 60 g pro Tag essen, nach den US-Empfehlungen 90 g. Das wäre der NOEL Wert. Nun müssen wir den aber noch durch einen Sicherheitsfaktor von 100 teilen und landen bei maximal 0,9 g Zucker. Also maximal am Tag 9 g Äpfel oder 2 g Schokolade oder 20 ml Milch (aber bitte nicht alles zusammen sondern nur eines....). Viel Spaß bei der Ernährung. Selbst Tomaten und Karotten sind dann tabu, denn die enthalten auch Zucker.

Cholesterin: Cholesterin steigert den LDL-Spiegel und gilt als ein Risikofaktor für koronare Herzkrankheiten. Die Empfehlungen der DGE vertreten den Standpunkt, dass ein Gesamtcholesterinspiegel von <200 mg/dl wünschenswert ist. Um dies zu erreichen, sollten nicht mehr als 300 mg Cholesterin mit der Nahrung pro Tag aufgenommen werden. Das wäre auch hier der NOEL Wert. Da der Körper selbst Cholesterin produziert ist es wie Zucker nicht lebensnotwendig. Man müsste also das Nahrungscholesterin auf 3 mg/Tag reduzieren (NOPEL/100), das bedeutet: alle werden Veganer. Denn selbst cholesterinarme Lebensmittel enthalten noch viel mehr Cholesterin als erlaubt werden. Da Cholesterin Membranbestandteil aller tierischen Zellen ist, bedeutet das keine tierischen Nahrungsmittel, auch keine Milch und keine Eier. Mit einer strengen cholesterinarmen Diät kommt man auf minimal 200 mg/Tag.

Dann wäre dann noch Salz. Salz enthält Natrium. Natrium ist zum einen lebensnotwendig, aber es gibt viele Personen die sind "natriumsensitiv". Haben sie Bluthochdruck, so verstärkt Natrium diesen. Lebensnotwendig ist eine Zufuhr von 550 mg/Tag, Das entspricht 1,5 g Salz pro Tag. Natriumsensitive sollten maximal 4-6 g Salz pro Tag zu sich nehmen. Nehmen wir den höheren Wert als NOEL Wert und teilen die Differenz zum lebensnotwendigen Wert durch 100, so dürfte man nur 1,54 g Salz pro Tag zu such nehmen. das bedeutet nicht nur den Verzicht auf gesalzene Speisen, schon natürlicherweise enthalten Lebensmittel Salz. Das bedeutet den Verzicht auf praktisch alle Nahrungsmittel bei denen bei der Herstellung Salz zugesetzt wurde wie Brot, Käse, Wurst, Salatdressings, Soße etc...

Das könnte man fast endlos fortsetzen. Coffein: Selbst wenn ich die anregende Wirkung als positiv ansehe und nur die toxische Dosis nehme (1000 mg), komme ich beim Teilen durch 100 auf 10 mg/Dosis. Nun enthält aber eine Tasse Kaffee schon etwa 100 mg und Tee 50 mg. Eine Dose Cola 40 mg und selbst Schokolade zwischen 15 und 90 mg/Tafel. Kurzum: aus ist es mit zahlreichen Getränken.

Also wenn wir mal die Forderungen die Zusatzstoffe die ja sooooooo schlimm sind, die sie aber heute erfüllen, auf Lebensmittel übertragen, dann müsste man eine Menge Lebensmittel verbieten. Es gäbe nichts mehr vom Tier, nichts was süß ist, nichts was salzig schmeckt und nichts was anregend ist. Molkereien, Käsereien, Schlachter, Metzger, Viehbauern, der Obstanbau, alle Hersteller von fertigen Nahrungsmitteln müssten zumachen, denn sie könnten ihre Produkte nicht mehr vertreiben. Dafür freuen sich Hersteller von Vitamin- und Mineralstoffpräparaten, denn als reine Veganer die auch viele pflanzlichen Lebensmittel nun nicht mehr essen dürfen wird sich sonst bald ein Vitamin und Mineralstoffmangel einstellen.

26.5.2013: Goldrausch auf der ISS

Eigentlich nimmt man solche Pressemitteilungen kaum war - wenn die NASA Ergebnisse aus Grundlagenexperimenten veröffentlicht. Diesmal waren es Ergebnisse eines Materialforschungsexperimentes. An der Außenseite der ISS war neben der US-Luftschleuse ein Tablett von Materialproben angebracht um festzustellen, wie sie sich im Weltraum über Jahre verändern. Derartige Experimente gab es schon bei Skylab und bei dem Satelliten LDEF, doch die ISS erlaubte es neuere Materialen, die eventuell für Marsmissionen zum Einsatz kommen zu testen. Es galt die Beständigkeit von Werkstoffen gegenüber Sauerstoff und Stickstoffatomen und die verursachten Oxidationen zu untersuchen wie auch die Eignung für Mikrometeoritenschutzschilde (Druchlöcherung).

Die Palette enthielt Materialproben in verschiedenen Aluminiumlegierungen, CFK-Werkstoffe, Kevlar, Kapton, Nextel und Mylarfolie. Für die Eignung als Mikrometeoritenschutzschilde wurden Aluminium, verschiedene Stahlsorten, Wolfram, Niob und CFK-Werkstoffe getestet. Die schweren Metalle mit hoher Zähigkeit wurden bisher nicht eingesetzt, die NASA erhofft sich von Ihnen einen besseren Schutz gegen größere Brocken, die beim Durchschlagen von Alumnium nicht zerbröseln.

Die Palette wurde nach vier Jahren bei einem Routine-Außenbordeinsatz geborgen und mit dem CRS1 Versorgungsflug zur Erde zurückgerbacht.

Gestern wurden nun die Ergebnisse veröffentlicht. Eine Randnotiz wurde weitgehend übersehen, doch dann hakte ein Pressevertreter nach: "In der Wolframprobe haben wir in den obersten 10 µm eine Konzentration von 70% Osmium 187, 188 und 192 gefunden, in 20 Mikrometer Tiefe waren es noch 20%, in 30 Mikrometer Tiefe 5 Prozent und darunter nicht nachweisbar". Nur einer traute sich die Frage zu stellen "Was ist Osmium?". Nun ein Chemiker wäre sofort hellhörig geworden. Osmium gehört zur Gruppe der Platinmetalle und ist eines der seltensten und teuersten Elemente die es gibt. Und es ist nicht gerade Billig. Ein Kilogramm kostet etwa 10.000 Dollar.

Doch wie kam es zu dem Metallfund? Die Abnahme in der Tiefe und das Finden von nur drei Isotopen lässt nur einen Schluss zu: Es entstand aus den Wolframisotopen W-183,184 und 186 durch Einfang eines Alphateilchens. als Folge erhält man ein Element mit einer Atommasse um vier höher und zwei Perioden rechts - Osmium. Diese drei Isotopen machen bei natürlichem Wolfram 73,57% aus, was auf eine fast vollständige Umwandlung der obersten Schicht hindeutet. Darauf deutet auch ein anderer Befund hin: 25% der obersten Schicht bestand aus 185-Rhenium. Dieses entsteht aus 182 Wolfram, das ein Alphateilchen einfängt. Das an sich stabile Osmium-186 ist danach noch so angeregt, dass es spontan ein Proton abgibt und dann 185-Rhenium bildet. Rhenium ist das seltenste Element auf der Erde, im August 2011 lag der Kilogrammpreis bei 4600 Dollar.

Die oberste Schicht war weitgehend Wolfram frei, nur noch 5% des Wolframs waren übrig geblieben. Doch nicht dieser wissenschaftliche Befund erregte Aufmerksamkeit, sondern das man Platinmetalle so relativ einfach synthetisieren kann. Die NASA versuchte das mit einer Presseerklärung abzuwiegeln und verwies darauf, dass schon die Schichtdicke von 10-20 Mikrometern eine wirtschaftliche Nutzung ausschließe und sie verwies auf den wissenschaftlichen Status der ISS. doch nachdem ein Lokalblatt in Houston mit "Goldrausch auf der ISS" aufmachte, scheinen nun alle Dämme gebrochen. SpaceX kündigte die "Golden Dragon" an. Ihr Dragon-Raumschiff wäre ideal für die Gewinnung von Osmium und Rhenium. Bedingt durch die Düsen aus Wolfram hätte man große Erfahrungen mit Wolfram und könnte ultradiane Folien herstellen die innerhalb weniger Monate zu 100% in Osmium und Rhenium umgewandelt werden. Die NASA müsste nur die Entwicklung mit 500 Millionen Dollar vorfinanzieren und in 1-2 Jahren könnte die Golden Dragon fliegen und bei jedem Flug 5000 kg Edelmetalle zur Erde zurückbringen.

Charlies Bolden auf diesen Vorschlag angesprochen verlor kurzzeitig seine Contenance. Bei den Transportpreisen von SpaceX von 80.000 Dollar pro Kilogramm wäre dies nicht lohnend, das wäre selbst im besten Fall achtmal teurer als der Gewinn den man auf dem Markt erzielen würde. Die Firma sollte sich lieber darauf konzentrieren die Falcon 1.0 zu bauen, die für den JASON-3 Flug vorgesehen war (wie kürzlich bekannt wurde hatte die NASA den Start auf einer Falcon "v1.0" gebucht weil diese schon drei Flüge hinter sich hatte, Kriterium für die Buchung der NASA. Nun hat SpaceX keine Falcon 9 "1v.0" nicht mehr weil zu viele Triebwerke bei den Testläufen ausfielen.

Doch Elon Musk lies nicht locker: Natürlich wäre die Golden Dragon keine Dragon Kapsel, sondern ein hauchdünnes Sonnensegel aus Wolfram. Es würde als Sekundärnutzlast gestartet und entfaltet, vor dem Wiedereintritt wieder eingerollt und so als Metallkugel vor der Hitze geschützt sein. Da nur die Nutzlast genutzt würde die bei ISS Starts übrig bleibt wäre ein solches Segel für Kosten von 2000 bis 3000 Dollar pro Kilogramm startbar, was für die NASA einen Reingewinn von 4000 Dollar pro Kilogramm bedeutet. Nach 125 t im Orbit wäre die Vorfinanzierung ausgeglichen, das könnte schon nach 3 Jahren der Fall sein. Danach wurde die NASA pro Jahr rund 200 Millionen Dollar durch die Edelmetallgewinnung im Weltall einnehmen.

Trotzdem scheint die NASA nicht interessiert zu sein. Eine Pressesprechern lehnte das Angebot mit dem Hinweis auf die Statuten der NASA und das Verbot in Konkurrenz zu Unternehmen zu treten (hier Bergwerksgesellschaften die die Elemente fördern und gewinnen) ab. Doch SpaceX sei es unbenommen selbst dieses Konzept umzusetzen.

Auf die Antwort von Elon Musk wird gewartet. Manche meinen, Musk könnte die geschäftliche Ausrichtung von SpaceX völlig ändern. Die Gewinnung von Edelmetallen im Weltall könnte viel gewinnbringender als die Durchführung von Starts sein, da der technologische Aufwand minimal ist. Kritiker meinen, dass die Rechnung nicht aufgehen könnte, denn Osmium und Rhenium werden kaum gefördert. Bei Rhenium betrug die weltweite Förderung im letzten Jahr nur 45 t, das bedeutet dass eine Gewinnung von 100 t Edelmetallen mit 25% Rhenium Anteil die Produktion um mehr als 50% erhöhen würde, was sich in einem Preisverfall ausdrücken würde. Auf der anderen Seite könnte eine Subvention durch das Militär kommen, denn beide Metalle sind wichtig für militärische Zwecke. Rhenium ist Bestandteil von hochtemperaturfesten Legierungen für Turbinenblätter, wie für Hochgeschwindgkeitsjets, Rhenium-Platinlegierungen werden für die Isomerisierung von Treibstoffen unter anderem High-Energy Jet Propellant ebenfalls für Düsenjäger eingesetzt. Der Einsatz dessen ist noch beschränkt, doch wenn die USA über sehr große Mengen an Rhenium verfügen würden, könnten sie erheblich mehr Treibstoff produzieren, der die Reichweite eines Jets um den Faktor 1,5 steigern kann. Osmium und Osmiumtetroxid ist ebenfalls ein wichtiger Katalysator in der organischen Chemie, z.B. für Hydrierungen und Stereoisomere. Schon lange bekannt ist, dass eine mit Rhenium-Platin ausgekleidete Brennkammer Hydrazin, aber auch Hydrazinderivate (MMH / UDMH) kalt zersetzt. Da es zu keinem Wärmeübergang auf die Brennkammer kommt liegt der spezifische Impuls derartiger Mischungen um 200 m/s höher als bei der thermischen Katalyse. Das würde die Lebensdauer von geostationären Satelliten um den 10% erhöhen. Bisher war dies zu teuer, der Treibstoff war billiger, das könnte sich ändern wenn die Metalle in großen Mengen zur Verfügung stehen.

Suborbitaler Start mit einer Rakete vom Flugzeug aus

Da man mich gefragt hat, wie man wohl mit Behälter eine Person auf eine suborbitale Bahn bringen könnte hier eine Antwort. Ich habe aber keine existierende Rakete angenommen, sondern eine neue konstruiert.

nochmal das Szenario: eine Mig 31 trägt eine Kapsel unter dem Rumpf auf >12 km Höhe und wirft diese bei Mach 2 im 45 Grad Steigflug ab. Diese enthält eine Rakete und eine kleine Raumkapsel in einer aerodynamischen Verkleidung. In der Kapsel sind die Passagiere in Raumanzügen mit einer Sauerstoffversorgung über Sauerstoffflaschen - wegen der geringen Flugzeit braucht man kein Lebenserhaltungssystem. Die Kapsel soll 600 kg wiegen, davon 100 kg für den Passagier (das klingt wenig für eine Raumkapsel, doch sie muss ja nicht luftdicht sein, keinerlei Technik beinhalten, sondern es reicht eine gute gepolsterte Kapsel mit Fallschirmsystem und einer Aluminiumhülle. Nimmt man 200 kg für Fallschirme und Ausrüstung und 2 cm Aluminium als Wandstärke so sind das 5,5 m² oder eine Kapsel von 1,32 m Durchmesser - das reicht für eine Person die sitzt gut aus. Mercury war unbequemer.

Zur Rakete. Als erstes kann man Massen festlegen. Es kommt nicht so sehr auf jedes Gramm an, ich habe eine Startmasse von 1900 kg und eine Brennschlussmasse von 380 kg (5:1 angesetzt, das ist deutlich über Boostern für Raketen die bei 8:1 bis 12:1 liegen). Der Schub sollte hoch sein um möglichst geringe Gravitationsverluste zu haben, aber die Spitzenbeschleunigung sollte erträglich sein. Wenn die Startbeschleunigung 2 g beträgt, so ist die Bennschlussbeschleunigung bei 5 g - ein erträgliches Maß, die Sojus liegt in derselben Größenordnung. Die Brennzeit ist dann 82 s.

Basierend auf den Daten des Antares Boosters folgt so eine Abbrandfläche von anfangs 0,681 m². Bei einer Brenngeschwindigkeit von 4,56 mm/s wäre das eine Rakete von 95 cm Durchmesser und 2,17 m Länge. Aus 4 mm Stahl (Castor I: 2,80 mm) wiegt das Gehäuse dann leider schon 207 kg. Dazu kommt noch die Düse. Wenn der Düsenmündungsdurchmesser so groß ist wie die Rakete und der Brennkammerdruck 64 bar beträgt, dann benötigt man einen Düsenenghals von 79 cm² Fläche und die Düse hätte 7058 cm² Fläche, das ist ein Expansionsverhältnis von 89. Wahrscheinlich reicht um Gewicht zu sparen auch etwas weniger 25 bis 30 würden schon ausreichen. Die Düse wird weitere 100 kg wiegen. Das lässt noch 60 kg für ein Fallschirmsystem um die Stufe zu bergen und erneut zu befallen. CFK-Werkstoffe wären denkbar, ich habe Stahl wegen der Kosten und der Robustheit genommen.

Beim Aufstieg kommt es drauf an wie dieser erfolgt. Nimmt man einen Aufstieg mit 45 Grad an, wie dies z.b. durch Flügel als Stabilisierung möglich wäre, so ergeben sich folgende Daten:

Die Berechnungen erfolgten mit einer Fläche von 1,37 m² und einem cw Wert von 0,08 für die Kapsel und 30 m² Fläche und cw von 1,35 für den Rundfallschirm. Hier das Höhendiagramm:

Höhendiagramm

und hier das Geschwindigkeitsidagramm::

Beschleunigungsdiagramm

Man sieht, das man zwischen 82 s und etwa 590 s 0 G Bedingungen hat. Hier einige in der Simulation verwendete Eckdaten und die Ergebnisse:

Stufendaten
Vollmasse (kg) Leermasse (kg) Brennzeit (s) Schub (Sl/kn) Schub (vac/kn)
1: 1900 380 82,8 50 50
nutzlast = 600,00
vertzeit = 100,00
neigung = 0,00
orbit = 0,00
inklination = 0,00
geobreite = 0,00
vges = 3000,00
flache = 1,32
cw_wert = 0,08
zeitpunkt = 0,00
ausfalltriebwerk = 0,00
anzahltriebwerk = 0,00
anfangshoehe = 12,00
anfangswinkel = 45,00
vvert = 466,00
vhoriz = 466,00
fallschirmflaeche = 30,00
cw_wert_fallschirm = 1,35
Entfalthoehe_Fallschirm = 3,00

Ergebnisse:
Gesamtgeschwindigkeitsgewinn: 2537,0 m/s
Daten zum Brennschluss:
Geschwindigkeit horizontal: 2007,5 m/s
Geschwindigkeit vertikal : 1199,7 m/s
Höhe bei Brennschluss : 54,4 km
Entfernung vom Startort : 99,2 km
Winkel zur Erdoberfläche : 45,0 Grad
Im Gipfelpunkt
Geschwindigkeit horizontal: 2004,2 m/s
Geschwindigkeit vertikal : 0,0 m/s
Aktuelle Höhe : 138,6 km
Maximalhöhe : 138,6 km
Entfernung vom Startort : 352,0 km
Winkel zur Erdoberfläche : 0,0 Grad
Gesamtzeit : 208,9 s
Fallschirmentfaltung
Geschwindigkeit horizontal: 1038,5 m/s
Geschwindigkeit vertikal : -981,1 m/s
Aktuelle Höhe : 3,0 km
Entfernung vom Startort : 728,3 km
Winkel zur Erdoberfläche : 43,4 Grad
Gesamtzeit : 401,0 s
Aufschlag
Geschwindigkeit horizontal: 0,0 m/s
Geschwindigkeit vertikal : -19,9 m/s
Aktuelle Höhe : 0,0 km
Maximalhöhe : 138,6 km
Entfernung vom Startort : 728,5 km
Winkel zur Erdoberfläche : 90,0 Grad
Gesamtzeit : 535,6 s

Ideal wäre ein senkrechter Aufstieg, doch der ist mit dem Flugzeugabwurf wird nicht zu machen, da müsste die Rakete nach dem Abwurf eine 90 Grad Drehung machen. (Die Rakete dreht sich über 90 Grad, doch der Geschwindigkeitsvektor zeigt wegen der Startgeschwindigkeit von 525 m/s in der Horizontalen noch auf +86,7 Grad). Immerhin: bei 60 Grad erreicht man schon 200 km Höhe. Mit 90 Grad und Start vom Erdboden aus kommt man auf 186 km Höhe, hat bis dahin rund 170 s Schwerelosigkeit erlebt. 20 km Höhe, wenn ich das so pi mal Daumen als die Grenze definiere in der die Atmosphäre anfängt abzubremsen, erreicht man nach 441 s also nach rund 360 s Schwerelosigkeit.

Es gäbe noch eine zweite Möglichkeit: Abwurf im Winkel von 30 Grad, aber mit einer fest zur Achse um 1,5 Grad geneigten Düse. Diese dreht das Gefährt in den 82,8 s Brennzeit auf fast 90 Grad, also fast in die Senkrechte. Dann benötigt am zwingend eine Stabilisierung (Flügel, Leitwerk) damit die Düse nach unten und nicht zur Seite oder oben schaut. Ich habe auch das modelliert. Hier wird in etwas höher Höhe (15 km) abgeworfen und die stufe ist leer etwas schwerer.

Stufendaten
Vollmasse (kg) Leermasse (kg) Brennzeit (s) Schub (Sl/kn) Schub (vac/kn)
1: 1900 450 82,8 50 50
nutzlast = 600,00
vertzeit = 0,00
neigung = -1,50
orbit = 0,00
inklination = 0,00
geobreite = 0,00
vges = 3000,00
flache = 1,32
cw_wert = 0,08
zeitpunkt = 0,00
ausfalltriebwerk = 0,00
anzahltriebwerk = 0,00
anfangshoehe = 15,00
anfangswinkel = 30,00
vvert = 330,00
vhoriz = 525,00
fallschirmflaeche = 25,00
cw_wert_fallschirm = 1,35
Entfalthoehe_Fallschirm = 2,00
pilotfallschirmflache = 2,00
cwwert_pilotfallschirm = 1,33
entfalthoehepilotfallschirm = 7,00
Gesamtgeschwindigkeit: 2537,0 m/s
Daten zum Brennschluss:
Geschwindigkeit horizontal: 83,8 m/s
Geschwindigkeit vertikal : 1449,1 m/s
Höhe bei Brennschluss : 79,4 km
Entfernung vom Startort : 59,0 km
Winkel zur Erdoberfläche : 86,7 Grad
Im Gipfelpunkt
Geschwindigkeit horizontal: 83,8 m/s
Geschwindigkeit vertikal : 0,0 m/s
Aktuelle Höhe : 190,9 km
Maximalhöhe : 190,9 km
Entfernung vom Startort : 71,9 km
Winkel zur Erdoberfläche : 0,0 Grad
Gesamtzeit : 237,5 s
Pilotfallschirmentfaltung
Geschwindigkeit horizontal: 67,1 m/s
Geschwindigkeit vertikal : -1518,5 m/s
Aktuelle Höhe : 7,0 km
Entfernung vom Startort : 88,6 km
Winkel zur Erdoberfläche : 87,5 Grad
Gesamtzeit : 437,0 s
Fallschirmentfaltung
Geschwindigkeit horizontal: 0,7 m/s
Geschwindigkeit vertikal : -94,2 m/s
Aktuelle Höhe : 2,0 km
Entfernung vom Startort : 88,7 km
Winkel zur Erdoberfläche : 89,6 Grad
Gesamtzeit : 461,6 s
Aufschlag
Geschwindigkeit horizontal: 0,0 m/s
Geschwindigkeit vertikal : -22,6 m/s
Aktuelle Höhe : 0,0 km
Maximalhöhe : 190,9 km
Entfernung vom Startort : 88,7 km
Winkel zur Erdoberfläche : 90,0 Grad
Gesamtzeit : 543,0 s

So erreicht man auch fast 200 km Höhe. Hoffe, das beantwortet alle Fragen.

28.5.2013: Wie geräumig müssen Raumstationen sein?

Ein Vorteil der immer wenn es um die Raumstation von Bigelow herausgestellt wird, ist dass sie viel geräumiger sei als die Module der ISS. Zeit mal das genauer zu beleuchten. Fangen wir zuerst einmal mit den ISS Modulen an. Die drei Labormodule Destiny, Columbus und Kino wiegen zwischen 12,275 und 14,8 t beim Start. Voll ausgerüstet sogar bis zu 24 t. Da steht Bigelows Station natürlich besser da, genaue Zahlen gibt es von Bigelow nicht, doch da die Entwicklung bei der NASA begonnen wurde, kann man die des Transhab Modules nehmen. Das Transhab Modul hat einen Durchmesser (entfaltet) von 25 Fuß (7,28 m) äußerem Durchmesser und 40 Fuß (12,19 m) Länge. Das Volumen beträgt 342 m³. Der Innendurchmesser beträgt 6,70 m. Nur die Struktur wiegt 5,4 t, die gesamte Station wird mit 20-23 t angegeben. Das klingt wenn man das Volumen vergleicht natürlich viel besser als bei den Labormodulen (das größte, Kibo, hat ein Gesamtvolumen von 169 m³ und wiegt beim Start 14,8 t.

Die Frage ist allerdings - braucht man dafür eine aufblasbare Struktur? Eigentlich nicht. Wenn man nur das Hüllengewicht nimmt, also ohne die Ausrüstung, dann können Module recht leicht sein. Es gab ja zahlreiche Ideen ausgediente Oberstufen zu Raumstationen umzubauen. Das hat man beim Shuttle Tank so angedacht, für die SLS-Oberstufe gibt es einen Vorschlag und bei Skylab hat man es auch gemacht. Hier eine kleine Übersicht der Minimalgewichte (nur Hüllenstruktur, bei STS inklusive Kopplungsadapter/Luftschleuse, bei STS/S-IVB inklusive nicht genutztem Sauerstofftank).

  Volumen Gewicht
S-IVB Stufe 270 6,348 t
STS-ET 1523 m³ 35,8 t
SLS Oberstufe 495 m³ 4,2 t

Man sieht, dass die Systeme gemessen an ihrem Volumen gar nicht so schlecht abschneiden. Dabei handelt es sich beim STS und Skylab um die gesamten Stufen (inklusive LOX Tank) obwohl dieser nicht benutzt wird. Nimmt man nur das Volumen, so schneiden die Treibstofftanks besser als das Transhab ab. Das Transhab liegt bei 63 m³/Tonne, der LH2-Tank der SLS bei 117 m³/t, STS und S-IVB bei rund 40 m³/t.

Das ist kein Wunder die Tanks sind so ausgelegt, dass sie zum einen einem viel höheren Innendruck aushalten müssen als später in der Station herrscht und und natürlich auch die Lasten des Wasserstoffs aufnehmen müssen. Bei der S-IVB betrug z.B. die Windstärke kur 0,812 mm. Klar ist natürlich auch, dass die Hülle, verglichen mit dem Volumen immer weniger wiegt, je größer der Tank ist. Die S-IVB hat 6,70 m Durchmesser, STS-ET 8,38 und für die SLS sind 8,50 m geplant. Dagegen haben die Labormodule der ISS meist zwischen 4,2  und 4,4 m Durchmesser. Steigen die Abmessungen um den Faktor 2, so steigt das Gewicht um den Faktor 4, das Volumen aber um den Faktor 8.

Doch das ist nur ein Aspekt. Bei Skylab wogt der gesamt OWS ausgerüstet 35,8 t, da ist es egal, wenn die Hülle nur 6,3 t wiegt oder doppelt so viel. Auch beim Skylab 2 Konzept ist eine Startmasse von 35,2 t geplant. Wir finden dies auch bei den Labormodulen. Columbus basiert z.B. auf der Struktur des MPLM: Dieses mit einer Startmasse von 4,5 t enthält zumindest die Thermalisolierung und Befestigungsstrukturen im Inneren. Columbus wiegt leer schon 10 t, die Differenz: Kühlleitungen, Stromleitungen andere Anschlüsse, Kühlsystem, Heizungssysteme, Stromverwaltungssysteme. Voll ausgerüstet mit allen Racks 21 t. Selbst wenn man dann die Strukturmasse von 4,5 t auf 1,5 t reduzieren kann (hochgerechnet von den Daten des Transhabs) so reduziert das das Gewicht eines voll ausgerüsteten Moduls von 21 auf 18 t, also nicht signifikant.

Aus Sicht des Betriebs ist das aufblasbare Modul sogar in einer Hinsicht nachteilig. Die ISS Module haben sich aus dem Spacelab entwickelt. Sie haben an allen vier Wänden standardisierte Racks mit Experimenten, aber auch Umweltkontrollsysteme oder Stauraum. In der Mitte bleibt ein kleiner Korridor: so wird der Platz maximal ausgenutzt, für die Besatzung vorteilhaft ist, dass man bei einem kleineren Korridor sich leichter fixieren kann wenn man arbeiten muss. Ohne Fixierung erzeugte jede Kraft eine Gegenkraft, die en Astronauten bewegt, Viel freier Raum ist da eher hinderlich.

Weiterhin ist so die Ausrüstung einfacher. Bei der Umrüstung von Stufen gibt es immerhin noch die Möglichkeit alles gleich einzubauen. Bei einem aufblasbaren Modul ist es aber relativ schwierig feste Strukturen einzubauen. Bigellow wird nur in der Mitte einen 2,30 m breiten Schacht haben in dem man Experimente unterbringen kann - der Rest der Station ist freies Volumen - lustig für die Astronauten zum rumfliegen, aber ohne Zusatznutzen für den Betrieb.

Das ganze spielt aber sowieso eine untergeordnete Rolle. Die ISS wird dieses Jahr von vier Progress angeflogen, einer Dragon, einem ATV. Das sind zusammen rund 19 t Versorgungsgüter bei einem durchschnittlichen Beladung von 30% des Startgewichts. Also 60 t jedes Jahr in Form von Transportern. Diese kosten Geld, sie verursachen Startkosten. Ob dann ein Modul 10 t mehr oder weniger wiegt, ist dann relativ egal, wenn man die Gesamtfracht über die zwei bis drei Jahrzehnte rechnet ist es viel sinnvoller diese zu reduzieren.

29.5.2013: Ein Musikvideo und ein Rätsel

Von Michael K. habe ich ein Computer/Weltraumrätsel bekommen, da das recht kurz ist nutze ich die Zeit noch für eine kleine Betrachtung eines Musikvideos. Wie der eine oder andere von euch schon weiß, hat Chris Hadfield ein Musikvideo an Bord der ISS aufgenommen: Space Odditiy von David Bowie. Das Video ist gut gemacht und ich habe schon einen Link gefunden, dass sich mit den Kosten des Videos beschäftigt. Nur meine ich das sich der Autor ziemlich verrechnet hat. (siehe hier). Er hat zwei Alternativen durchgespielt: Einmal die gesamten Kosten der ISS für das Musikvideo angesetzt, was es so über 100 Milliarden Euro teuer macht und einmal nur die Arbeitszeit von Hadfield für die paar Minuten angesetzt, was schon deswegen falsch ist, weil der Nachspann vier weitere Personen nennt die beteiligt waren und auch die Musik nicht einfach Bowies Musik ohne Sänger ist, sondern neu arrangiert. Die Drehzeit ist auch viel länger als die paar Minuten, weil ich mehr Dutzend verschiedene Einstellungen gezählt habe. So nun 8 Dollar anzusetzen ist genauso falsch.

Mein Ansatz ist ein anderer. Anstatt das Video zu produzieren könnte auch Hadfield arbeiten. Die sechs Astronauten arbeiten nach dieser Quelle je 44 Stunden in der Woche. Das sind 264 Stunden für die gesamte Besatzung und 13728 im Jahr. Die ISS macht beim 2013 NASA Haushalt 3007,6 Millionen Dollar aus. Bein der ESA macht der Posten Human Spaceflight 2012 413 Millionen Euro oder rund 536 ;illionen Dollar aus. Die ESA hat einen 8,3% Anteil an der ISS. Damit kann man die Gesamtkosten auf etwa 6,5 Milliarden Dollar abschätzen, fast die Hälfte entfällt auf die NASA. 12 % auf die JAXA.

Teilt man diese 6368 Millionen Dollar durch 13.728 Arbeitsstunden, so kostet jede 471.000 Dollar. Chris Hadfield hat meiner Schätzung nach mindestens 2 Stunden für die verschiedenen Drehs benötigt, eher mehr wenn er sich mal versprochen hat oder es einen "Glitch" gab. Für 5 Minuten hätte er sich kein "Recording" Schild machen müssen. Das Video kostet also in der Herstellung etwa 1 Million Dollar. Die kosten für die Nachbearbeitung, die Musikkomposition etc. sind dann schon Peanuts.

Nun angenommen, dass Hadfield dies in seiner Freizeit gemacht hat, wobei der Begriff Freizeit relativ weit gedehnt ist, denn zu der Freizeit gehört auch Sport, damit man nicht Muskeln verliert und tägliche Arbeiten um für das weibliche Wohl zu sorgen und es wird eben auch Öffentlichkeitswirksame Dinge wie Blogs, Videos und Fotos erwartet. Also im Prinzip müsste man die Freizeit zum Teil zur Arbeitszeit hinzurechnen, was diese zwar verbilligt, aber auch so wird das Video mehrere Hunderttausend Dollar teuer sein.

Aber es ist gut gemacht und das ist ja auch was. Es gab schon weniger sinnvolle Zeitverschwendungen von ISS Arbeitszeit. Ich bin mal gespannt ob Alexander Gerst, der im Mai 2014 zur ISS aufbricht seinem Beispiel folgt. Also ich wüsste ja aus dem Stand zwei tolle Lieder für die ISS "Major Tom" von Tom Schilling und "Codo" von DÖF.

So, nun das versprochene Rätsel von Michael K. Ich halte es für ziemlich schwierig, doch immer wenn ich das bei meinen Rätseln dachte hat es jemand gewusst:

  welcher Computervirus hatte erfolgreich im Weltraum ausgebreitet,
  wann, wo, wer war der Traeger, und wer war infiziert, und was
  war das Ziel dieses Viruses. Mehrere Antworten sind moeglich.

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