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Web Log Teil 330: 10.6.2013 - 13.6.2013

10.6.2013: Zwei Weltraumteleskope

Eigentlich hatte ich es ja für die Rubrik "Satire" vorgesehen, die man wohl eher als "Satire und Fiction" bezeichnen kann. Dort veröffentliche ich aber immer etwas was aus verschiedensten Gründen nicht möglich ist, zumeist physikalische Gründe. Doch bei dem heutigen Thema ist es so, dass es nicht unmöglich ist, sogar einfach umsetzbar.

Ich habe mir wieder mal Gedanken gemacht, wie eine Nutzlast für die SLS aussehen könnte. Und da gibt es die beiden von der NRO gestifteten Teleskope. Es handelt sich um Teleskope für KH-11 Satelliten die sich in Langzeitlagerung seit etwa 10 Jahren befinden und die der NASA geschenkt wurden. Die genauen Spezifikationen wurden nicht offengelegt, aber sie sollen denselben Durchmesser wie das HST besitzen aber ein zehnmal größeres Feld abbilden. Leider ist die letzte Angabe zu ungenau. Man könnte damit die zehnfache Breite des größten Hubble Instrumentes meinen, das ist die WFPC3, die 164 Bogensekunden abbildet, das wären dann 1640 Bogensekunden oder knapp der Vollmonddurchmesser.

Die zweite Deutung ist, dass die Brennweite zehnmal kleiner ist. Das HST hat eine Brennweite von 57,6 m, das ist ein F/24. Das Instrument hätte dann F/2.4. Ich habe mich für dieses entscheiden, da schon die Kamera von Hexagon (KH-9) eines von F/3 hat. Die Daten der Kamera von Hexagon sind nach dem Entzug des Status "Geheim" bar bekannt. Es ist anzunehmen, dass bei gleichen Anforderungen auch die Kameraparameter ähnlich sind.

Warum der Unterscheid? Weil die WPF3 nur aus zwei kleinen Chips besteht, ist ihr Gesichtsfeld sehr klein. Heute gibt es aber Kameras aus ganzen Chipreihen. Das astronomische Observatorium Kepler hat z.b. ein CCD Array mit 94 Mpixeln. Bei Gaia, das 2013 startet. sind es schon 450 Mpixel. Bei Teleskopen im Einsatz gibt es Kameras mit Gigapxieln, sie bestehen aus hunderten von Einzelchips. Beim KH-9 betrug die Filmbreite 6,6 Zoll bei einer 20 Zoll Optik. Überträgt man dies auf eine 94 Zoll Optik, so würde man einen 31 Zoll breiten Bereich im Fokus nutzen können. Das entspricht dann einem Gesichtsfeld von 7,8 Grad. Das ist etwas viel, selbst für Weitwinkeloptiken. Nimmt man die Daten der Kameras von PAN-STARRS, einem Projekt das große Himmelsabschnitte durchmustern soll, so sollen 2,2 Grad möglich sein. (PAN-STARRS: 1,8 m Teleskopöffnung und 3 Grad Gesichtsfeld).

Damit ist das Teleskop charakterisiert. Nun wozu sollen die beiden Observatorien gut sein? Nun wegen der Weitwinkelnatur wäre es am besten geeignet eine Himmelsdurchmusterung zu betreiben, also eine komplette Kartierung des Himmels. Dies sollte in Wellenlängenbereichen erfolgen, die von der Erde aus nicht sichtbar sind. Das sind zwei Wellenlängenbereiche, wo man abbildende Instrumente einsetzen kann: Ultraviolett und Infrarot. Im Ultravioletten begrenzt die Beschichtung der Spiegel die kleinste Wellenlänge auf 0,11 Mikrometer. Ab 0,4 Mikrometern beginnt dann das sichtbare Licht. Oberhalb von 0,7 Mikrometern beginnt das Infrarot. Hier setzt die Eigenwärme Grenzen. Das Teleskop und die Instrumente haben eine Temperatur und strahlen im Infraroten Wärme ab. Je kühler sie sind, desto eine höhere Wellenlänge ist möglich. Hubble kann bis 3 Mikrometern beobachten und hat keinen besonderen Strahlenschutz. Es durfte daher so etwa -10 bis -20 Grad Celsius (254 bis 263 K) warm sein. mit aktiver Kühlung noch weniger. Das James Webb Teleskop wird fern der Erde, damit deren Infrarotstrahlung nicht stört positioniert. Zusätzlich schützt ein Sonnenschirm es vor der Sonnenwärme. Es hat eine Temperatur von 50 K, die meisten Instrumente werden passiv auf 39 K gekühlt, eines aktiv auf 7 K. Die ungekühlten Instrumente erreichen 5 Mikrometer, das gekühlt 28 Mikrometer Wellenlänge.

Sinnvoll wäre es daher, in beiden Teleskopen verschiedene Detektoren anzubringen. Dies ist auch nötig weil nicht jeder Detektor für alle Wellenlängen empfindlich ist. Ein Teleskop würde den Bereich UV bis nahes IR abdecken, das zweite den mittleren IR Bereich. Eine mögliche Bauweise wäre es vier Reihen von Detektoren mit je einer Empfindlichkeit anzubringen. Nach einer bestimmten Zeit rotiert das Teleskop um den Winkel, den eine Reihe abdeckt. Ein Bild würde daher 2,2 x 0,55 Grad umfassen. Pro Belichtzung erhält man vier Bilder in vier Wellenlängenbereichen.

So könnte die Bestückung aussehen:

Teleskop 1:

Diese Bereiche kann man mit normalen CCD abdecken, die auch im UV und nahen IR empfindlich sind.

Teleskop 2

Für diese Wellenlängenbereiche gibt es auch Detektoren. Im Teleskop 1 können normale Silizium-CCD, eventuell im infraroten etwas anders sortiert eingesetzt werden, der genutzte Wellenlängenbereich wird durch Sperrfilter gewählt. Im zweiten Teleskop kommen vor allem HgCdTe Detektoren zum Einsatz, die je nach Zusammensetzung von 2 bis 26 Mikrometern eingesetzt werden können. strebt man eine 5 Jahre Mission an, bei der der ganze Himmel kartiert wird, und rechnet man mit 20 Beobachtungsstunden pro Tag und eine Überlappung von 25%, so sind es 204 Streifen mit je 400 Bildern. (Streifen von 2,2 Grad Breite und 180 Grad Maximallänge) Die Belichtungszeit beträgt dann knapp 30 Minuten pro Bild. Das müsste ausreichen für eine sehr umfassende Kartierung.

Eine beugungsbegrenzte Auflösung ist weder von der Datenmenge noch von der Pixelgröße wünschenswert. Die Pixel werden dann zu klein und unempfindlich. Bei 6 Mikrometern Pixelgröße hat jedes Pixel eine Auflösung von 0,21 Bogensekunden. Die beugungsbegrenzte Auflösung beträgt dagegen 0,04 Bogensenkunden

Bei einer Auflösung von 0,21 Bogensekunden im sichtbaren Bereich würden die pixelreichsten Detektoren im UV und sichtbaren Licht aus 37.500 x 9.400 Pixeln bestehen, also in etwa so groß wie die Kamera von Gaia. Bei den höheren Wellenlängen werden die Pixel größer um mehr Fotonen einzufangen und die Pixelzahl sinkt. Worst Case bei der Anforderung die Daten zu übertragen, ist daher das erste Teleskop. Es generiert jede halbe Stunde ein Bild von 37.600² Pixeln. Mit 16 Bits Auflösung ist das eine Datenmenge von 2,83 Gigabyte. Dadurch gibt es eine Anforderung für eine Datenrate von >13 MBit/s. Das ist bei dem ausgewählten Orbit handelbar.

Als Orbit habe ich den gleichen Punkt wie ihn Herschel/Planck und das JWST einnehmen, den Librationspunkt L2, etwa 1,5 Millionen km außerhalb der Erdbahn. Die Geschwindigkeit die nötig ist um diesen Punkt zu erreichen, beträgt fast Fluchtgeschwindigkeit. Nimmt man diese als Basis und einen 200 km hohen Parktorbit, so braucht man ein ΔV von 3232 m/s. Eine DEC-Centaur könnte eine Nutzlast von 16.800 kg auf diese Geschwindigkeit befördern, wenn sie erst im Erdorbit gezündet wird. Sie wiegt dann mit Teleskop 40.092 kg. Denkbar wären nun zwei Szenarien. Das eine ist der Start eines Teleskops pro SLS entweder mit einer DEC-Centaur oder Delta Zweistufe (Nutzlast dann 25.000 kg). Das zweite ist, dass man die volle Nutzlast einer Centaur Oberstufe nicht ganz ausnutzt und dafür zwei Teleskope mit zwei Centaur Stufen auf einmal startet. Als Stufen müssen dann DEC Centaur wegen ihres geringeren Durchmessers eingesetzt werden. Die SLS hat in der ersten Version eine Nutzlast von 70 t in den LEO. Das reicht noch aus um zwei Teleskope von je 14,3 t Gewicht auf zwei DEC-Centaur zu starten. Das HST wog 11,1 t, das lässt Spielraum für Erweiterungen. So braucht ein Satellit in L2 etwas Treibstoff um den Punkt nicht zu verlassen. Dazu braucht man einen Sonnenschutzschirm, zumindest beim IR-Teleskop, es bietet sich an aber beide Teleskope identisch zu bauen und dann braucht man noch eine leistungsfähige Kommunikationsanlage.

Bedie Teleskope könnten sowohl vom Geweicht wie auch dem Durchmesser in der 8,50 m großen Nutzlasthülle der SLS transportiert werden.

Was hätte man gewonnen? Nach 5 Jahren eine vollständige Durchmusterung in hoher Auflösung des ganzen Himmels, ein Katalog den das JWST als Basis für Beobachtungen nutzen könnte. Da man damit rechnen kann, dass die Teleskope länger als 5 Jahre betrieben werden können, kann man sich überlegen, was man danach macht. Möglich wöre die Untersuchung interessanter Gebiete wie Sternentstehungszonen mit längerer Belichtungszeit als dies während der Durchmusterung möglich war. Eine zweite Möglichkeit ist es diese zu wiederholen und die Aufnahmen zu vergleichen - wenn Sterne an Leuchtkraft innerhalb weniger Jahren verlieren oder gewinnen, hat das meist eine spannende Ursache.

Zwei Satelliten, mit schon vorhandenen Teleskopen erlauben zudem eine günstige Lösung, da typischerweise der Nachbau nur 30 bis 40% des ersten Exemplars kostet. Da vor einem bemannten Start die SLS unbemannt erprobt werden muss, könnte es sein, dass der Start sogar umsonst ist.

11.6.2013: Der Niedergang der größten Show Europas

In der Heute Show, hat der von mir sehr geschätzte "Kommentator" Gernot Hassknecht einmal gesagt, "Eine Show die Wolfgang Lippert überlebt hat, überlebt auch Markus Lanz" und so sah es auch anfangs aus. Doch was da letzten Samstag lief vergraulte mich, obwohl ich seit dreißig Jahren Wetten Dass ansehe und noch in lebhafter Erinnerung Lipperts Entgleisungen als er z. B. Paul McCartney vor laufender Kamera um ein Autogramm bat. Selbst das habe ich überstanden.

Nach Gottschalk sollte ja ein Neuanfang gemacht werden. In einem hat mir Lanz imponiert: mit der Wette gegen jemanden aus dem Publikum, wo es meist um sportliche Leistungen ging. Gerade das war der wohl peinlichste Moment in der Sendung. Drei Kandidaten gab es diesmal zur Auswahl, darunter "Howard aus München", bei dem es sich um Howard Carpendale handelt. Erstaunlicherweise stimmte das Publikum nicht für Howard sondern eine Frau gegen die Lanz beim Limbo antreten muss. Also der Tanz wo man unter einer immer niedrigeren Stange hindurch tanzen muss ohne die Stange oder den Boden zu berühren. Die Frau war einen Kopf kürzer, das dürfte die bessere körperliche Fitness von Lanz ausgleichen. Doch was meint sie wie Limbo geht? Auf Knien durchrutschen. Lanz macht es richtig vor, doch sie macht in ihrer Masche trotz Buhrufen weiter. So gehts nicht. Also tritt er nun gegen Howard beim Kugelstoßen an und verliert. Die Reise bekommt aber die Frau. Verstanden? Ich auch nicht. Ein Promi hätte bei den Publikumskandidaten gar nicht dabei sein dürfen. Denn was soll er mit der Reise anfangen.

Das lenkt über zum Hauptproblem: die Promis. Die Show lebt von Wetten und Promis. Im Vorfeld abgesprungen sind wohl Pamela Anderson und Paris Jackson (Michael Jacksons Tochter). Meiner Meinung nach kein Verlust. auf die konnte ich auch so verzichten. Doch was gab es als Ersatz? Einen gewissen xxxx Panzer (den Namen habe ich mir nur gemerkt weil er einen Witz drüber machte, angeblich Commedian und diese Geissens. Michelle Hunzinger war eingeladen weil sie schwanger ist und Stefan Raab um Schleichwerbung zu machen. Bei den Musikacts ist man soweit runter gesunken, dass sogar Jürgen Drews auftreten darf.

Doch selbst mit solchen B und C Promis war Lanz überfordert. Bei Hunzinger wurde fast nur auf Schwangerschaft und Ehe herumgeritten, Raab dürfte minutenlang Werbung für einen von ihm erfundenen Duschkopf machen und wer dann kritische Fragen bei den Geissens erwartet sollte nicht Wetten dass ansehen. Schleichwerbung gab es auch so zu Hauf. Natürlich hat die Reise jemand gestiftet und was wurde genannt, genauso wie das Siegerauto. Bei den Preisen für Werbung zur Hauptsendezeit war das ein gutes Geschäft. Bei dem was die Sendung pro Minute kostet hätte sich das ZDF auch Auto und reise kaufen können und ohne Schleichwerbung auskommen können.

Die Wetten sind das einzige was noch funktioniert. Sie waren wie immer spektakulär, diesmal etwas einseitig, weil es sonst meist einen Mix aus Athletik und Geistesleistungen oder skurrilen Wetten gibt, diesmal waren es nur Sportwetten. Aber dann gehe ich eben für einige Minuten vor den Fernseher, schaue mir die Wette an und wechsle wieder weg. Der einzige Lichtblick den es gab, war der als Michelle Hunzinger ihre Wette verlor und verdonnert wurde in einer Sendung Cindy von Marzahn zu vertreten. Diese geht mir seit der ersten Sendung mit Lanz auf die Nerven. Ich frage mich ehrlich, wer im ZDF dafür verantwortlich ist diese dicke, prollige Frau als Assistentin einzustellen. Es mag Leute geben die ihren Humor mögen, es gibt ja auch welche die mögen Oliver Pocher oder Mario Barth. Aber die Aufgabe einer Assistentin in einer Show wie Wetten dass ist es charmant den Moderator zu entlasten. Ich fand Hunzinger bei den früheren Sendungen nicht schlecht. Sie kümmerte sich um die Erklärung der wetten, assentierte etwas. Der Job ist nicht sehr fordernd, man muss nur gut aussehen und etwas moderieren. Dazu braucht man keine Prollkomikerin die in ihren Outfits aussieht wie eine Blutwurst. Ich befürchte aber es wird bei maximal einem Auftritt von Hunzinger bleiben.

Unter Gottschalk gab es viele internationale Superstarts, sowohl bei den Gästen wie auch Showacts. Natürlich kommen die nicht aus Selbstnutz sondern wollten meist ihre aktuellen Projekte vorstellen und dann unterhält man sich drüber. Übler fand ich eher, dass viele zur Hälfte der Sendezeit verschwanden. So viel Zeit, dass man die ganze Sendung mitnimmt sollte noch sein. Doch das muss nicht sein, mir reichen auch deutsche Stars, aber die Betonung liegt auf Stars und was diesmal auf der Couch war, war B-Prominenz, maximal. Dazu ein Moderator, der vielleicht Talk kann, aber das nicht in Wetten Dass rüberbringen kann, nämlich tiefer gehende Gespräche führen. Wenn das so weiter geht, dann wird Wetten Dass nicht mehr lange leben. Schon jetzt schauten die Sendung gerade mal halb so viel Zuschauer wie bei Lanz Premiere, und das obwohl das Sommer Special auf Mallorca immer was besonderes war. Wenn sie nicht die Kurve kriegt gebe ich der Show noch ein Jahr.

12.6.2013: Der Traum vom unnützen

Auf mein heutiges Thema kam ich durch eine Fernsehsendung in der jemand einen Chopper geschenkt bekam. Nun da mir das nichts sagte schaute ich mal nach. Und siehe da ein Chopper (als Fahrrad) ist ein tiefergelegtes Modell, das wohl irgendwie an ein Motorrad erinnern soll. Dazu gehören unterschiedliche Reifen (hinten 20 Zoll, vorne 24) und hinten meist auch erheblich dicker. Andere Bezeichnungen sind auch Beach Cruiser. Irgendwie erinnerte mich das an ein Fahrrad das ich in meiner Jugend gerne gehabt hätte - ein Bananenfahrrad, oder wie es korrekt heißt "Bonanzarad". Ich habe seit ewigen Zeiten keines mehr gesehen. Eine kleine Recherche zeigte dann auch das sie seit 1980 nicht mehr gebaut werden. Früher fand ich einfach nur das Aussehen "cool" mit dem Bananensattel und der V-förmigen Vordergabel. Nachdem ich nun weiß, das es ein Vorläufer des BMX Fahrrades ist und nur 20 Zoll Räder hat (bei Jugendlichen kein Ding, aber als Erwachsener kann man da ziemlich strampeln) wäre es wohl nichts für mich. Trotzdem habe ich nachgeschaut und siehe da, eine Firma fertigt bis heute Bonanzaräder, wie z.b. das hier. Da gibt es dann auch abgefahrene Chopper Bikes. Mein Liebling ist das hier mit V-Gabel.

Sowohl Chopper wie auch Bonanzarad haben einen gravierenden Nachteil für mich: sie sind unnütz. also sie sehen toll aus, man kommt mit ihnen auch von A nach B, aber ich fahre nicht zum Selbstzweck, sondern zur Arbeit, zum Einkaufen, zum Schwimmen. Immer habe ich etwas dabei oder kaufe was ein. Die Räder haben aber keinen Gepäckträger und mit nur einem Gang tut man sich auch schwierig. Also hügelig ist es bei und nicht, doch eben auch nicht. 30 bis 60 m Höhenunterschied gibt es schon und da mir in den letzten beiden Wintern schon die Gangschaltung eingefroren ist weiß ich wie das mit nur einem Gang ist. Beim Chopper ist der hintere Reifen recht breit - hoher Rollwiederstand und auch die Position beim Strampeln ungünstig. Kurzum: sieht toll aus, ist aber äußerst unpraktisch. Ich befürchte auch ich bin für beide Räder zu groß. Zumindest beim Bonanzarad habe ich angesichts dieses Bilds meine Zweifel.

Das ist nicht das einzige. Vor ein paar Jahren bin ich mal bei einem Schwertshop vorbeigekommen und seitdem schaue ich immer wieder mal rein. wozu ich ein Schwert brauche? Keinen blasen Schimmer, macht sich aber sicher gut im Zimmer - wenn ich Platz dafür hätte. Dann träume ich seit Jahren von einem 6 Zoll Refraktor, dabei komme ich nicht mal dazu mit den beiden Teleskopen die ich habe zu beobachten und immer wieder liebäugele ich mit einer Spiegelreflexkamera wie der EOS 1100D. Ich habe mir 1989 eine Spiegelreflex gekauft um Himmels Fotografie zu betreiben aber dann auch so fotografiert. Die Möglichkeiten vor allem mit dem geschickten Einsatz von Unschärfe sind schon ganz nett, aber Astrofotografie mache ich seit längerem nicht mehr und beim normalen Fotografieren reicht meine Canon S1 auch aus. Auch den Computer könnte man noch aufpimpen, z.b. mit einem NAS als Backup. Nur habe ich nur einen Computer, da reicht auch eine externe Festplatte und zwei 27 Zoll  Monitore, hochkant wären auch besser als die derzeitige 24 / 20 Zoll Kombination.

Alle Dinge könnte ich mir bequem leisten aber kein einziges werd ich mir kaufen. Warum? Weil ich Vernunftsmensch bin. Ich brauche die Sachen nicht, ich habe keine Verwendung für sie, oder keine Zeit. Was aber Spaß macht isst ab und an sich vorzustellen man hätte die Sachen. Ich denke ich bin aber die Ausnahme, die meisten haben sicher etliche Sachen die sie nicht brauchen. Vor allem Frauen sammeln Dinge wie Schuhe und Handtaschen, die so ab 20 bis 30 Stück sicher nicht mehr notwendig sind. Aber meiner Meinung nach ist das Stöbern viel spaßiger. Wer auch so was mag: PEARL verkauft neben sinnvollen Sachen auch viel überflüssiges Zeug und Sachen die man wirklich nicht braucht wie USB-Raketenwerfer, Hubschrauber die im Zimmer fliegen können etc.

Habt ihr auch so Sachen die ihre eigentlich nicht braucht und ab und doch danach stöbert. Oder seid ihr solchen Wünschen nachgegangen und habt etwas gekauft was ihr nicht braucht?

12.6.2013: Was darf die Ariane 6 kosten?

So, nun zur zweiten Frage von Niels, Die dritte (was das Konzept von xcor angeht sollte jemand anders beantworten, mit Kolbenpumpen kenne ich mich nämlich nicht aus). Auch erlaube ich mir die Frage allgemeiner zu interpretieren: was kostet was an der Ariane 6, die ja eine gewisse Ähnlichkeit zu Niels Konzept hat und welche Methoden kann man nutzen um eine Kostenabschätzung zu machen.

Eines durfte klar sein: genaue Abschätzungen kann nur der Hersteller machen. Es gibt in der Raumfahrt genügende Beispiele in denen nicht technische Einflüsse eine Rakete verteuern. Aktuelles Beispiel sind die RL-10 Triebwerke, die deutlich teurer wurden. Das liegt nun nicht am Triebwerk, sondern das Rocketdyne genau drei Triebwerke fertigt: Das RS-68, das RL-10 in zwei Versionen. Vor wenigen Jahren gab es noch das RS-27 und das RS-25. Nun verteilen sich die Fixkosten auf etwa 4-5 RS-68, ebenso viele RL-10B und dann noch 5-6 RL10A. Das ist wenig. Vergleicht man das mit der Serienproduktion von RS-27 für die Delta oder dem Einsatz der Centaur in der DEC Version. Das waren früher 20-30 RL-10 Triebwerke pro Jahr. Insbesondere nach Wegfall der RS-25 des SSME, für die es Kontrakte zur Weiterentwicklung und Wartung gab, wirkt sich stark aus. Die Fixkosten verteilen sich auf wenige Triebwerke und das macht es teuer.

Teuer wurde auch die Titan 3/4. Sie war einmal pro Kilogramm Nutzlast die billigste Trägerrakete, ihr Preis stieg aber Ende der siebziger Jahre langsam und danach deutlich an. Die Ursache war das auslaufen von zwei Programmen: KH-8 Gambit und KH-9 Hexagon. Beide Aufklärungssatelliten hatten begrenzte Lebensdauern, wurden mit Titan 3 gestartet und der Wegfall senkte die Startrate ab. Bis 1978 waren es 7-11 Starts pro Jahr, ab 1984 nur noch 3-5. Die Produktion war auf größere Stückzahlen ausgerichtet und das verteuerte den Träger enorm. Die letzten Titan 4 kosteten 400 Millionen Dollar pro Stück, selbst zehn Jahre später ist der Ersatz Delta 4H ohne Inflationskorrektur noch billiger.

Ein allgemein gültiges Gesetz, das anzuwenden ist, ist der als Lernkurve, oder Erfahrungskurve bekannte Sachverhalt: Wenn ein Gut mehrmals produziert wird, so wird es pro Stück immer billiger. Ein Prototyp macht viel Arbeit, das zweite Exemplar ist billiger weil man schon weis, wie man es bauen muss. Wenn es mehr werden kann man überlegen Maschinen anzuschaffen die Arbeitsschritte automatisieren oder ein Arbeiter macht nur noch einen Teil, ist spezialisierter und schneller. Das ganze wird oft in der folgenden Formel ausgedrückt:

Kn = K0 * nP

Kn ist die Kosten für n Exemplare

K0  sind dies Kosten für den Prototyp (ein Exemplar)

n ist die anzahl derr Exemplare

P ist der Lernfaktor (typisch 0,7 bis 0,8).

Zwei Beispiele: Könnte man die Vega Produktion von 2 auf 4 Stück steigern, so würde jedes Exemplar nur noch 87% kosten. Ariane 6 soll 12-mal pro Jahr starten. Ariane 5 startet rund 5,5 mal pro Jahr. So wäre die Rakete alleine aufgrund der Serienbauweise (angenommen die Fertigung wäre pro Kilogramm Nutzlast genauso teuer) um 14,5 % billiger. Beides gerechnet mit ehr konservativ P=0.8.

Die Serienfertigung hat aber auch Grenzen. So ist ein Triebwerk pro Stufe erheblich günstiger als mehrere schubschwächere, selbst wenn diese durch Serienbau billiger werden. Daher haben fast alle Typen die neu entwickelt wurden nur ein Triebwerk pro Stufe oder Booster. Auch hier gibt es ein Beispiel: Ariane 4 stützte in Boostern, erster Stufe und zweiter Stufe Viking Triebwerke ein. Bis zu 9 Stück pro Rakete. Bei bis zu 12 Starts pro Jahr, ergab das eine Produktionsrate von 60 bis 70 Stück pro Jahr. Trotzdem war die Ariane 4 teurer als die Ariane 5 mit nur einem Triebwerk pro Stufe. Die einzige Firma die auf viele Triebwerke setzt ist SpaceX. Allerdings meiner Meinung nach mehr aus Not. Sie haben nicht das Geld schubstarke zu entwickeln. Sie haben nicht mal das Geld die Triebwerke zu testen und lassen ihre Raketen mit Triebwerken im Entwicklungsstadium fliegen, mit bisher zwei Ausfällen bei nur fünf Flügen. Die Engine-out Capability soll diesen Mangel auffangen, sie ist kein Feature, sie ist existentiell notwendig. Die Firma hat natürlich auch Lösungen mit einem Triebwerk in petto, doch leider will die NASA diese nicht auch noch finanzieren.

Das Wichtigste was man zur Kostenabschätzung heranziehen kann sind Auftragsvolumina. Bei Ariane 5 weiß man dass Astrium Bremen einen Auftrag über 35 Oberstufen ESC-B beim los PB im Wert von 500 Millionen Euro bekam, also 14,3 Millionen pro Stück. Die Fertigung von für 35 Ariane (Los PB) bestimmten Boostergehäusen, EPC/ESC-A Tankdomen und Hochdrucktanks hatte 2009 einen Umfang von 370 Millionen Euro für MT Aerospace, 10 % der Fertigungskosten der Ariane und entspricht dem höchsten deutschen Einzelanteil.

Beide Zahlen sind leider keine kompletten Preise für die Oberstufe oder Booster. Bei der ESC-A fertigt z.B. den Sauerstofftank Air Liquide (er wurde von der Ariane 4 übernommen und wiegt entsprechend auch nur einen Bruchteil des von Astrium Bremen entwickelten LH2 Tanks) und das Triebwerk kommt von SNECMA. Die Gesamtkosten der Stufe würde ich also mindestens verdoppeln, denn das Triebwerk ist normalerweise das teuerste an der Stufe.

Bei MT Aerospace ist es noch komplexer, weil die Firma viele Teile im Ariane 5 Programm fertigt. Neben den Boosterhülsen sind dies Tankdome, Druckgasflaschen, Tanks für die EPS Stufe, Hydrauliken für die EPC etc. Nehmen wir nur den Booster, so kommen da noch die Integration hinzu (für die Astrium Bremen einen Großteil des Geldes bekommt), das Befüllen und vor allem der technisch anspruchsvollste Teil: Die Düse mit Schwenkvorrichtungen. Auch hier kann man realistischerweise die Summe verdoppeln.

Rechnen wir also mal aus was eine ESC-A kostet und ein EAP Booster. Unter der Annahme, das der deutsche Anteil jeweils 50% beträgt, sind dies 28,6 Millionen Euro für die Oberstufe und 21,2 Millionen für die EAP. Das lässt dann noch 100 Millionen für die EPC, VEB, Fairung und startdurchführung (alleine letzteres dürfte nach Erfahrung mindestens 30-40 Millionen Euro ausmachen).

Die ESC-B soll genauso teuer wie die ESC-A sein, das verspricht uns die Industrie, also kostet auch diese 28,6 Millionen Euro bei 5 Exemplaren pro Jahr. (Ein Exemplar pro Jahr entfällt ja auf die EPS Stufe)

Wenn eine Ariane 6 Stufe genauso teuer ist, nur eben 12 mal pro Jahr gefertigt wird, sollte sie bei p=0,75 nur noch 23 Millionen kosten.

Die Unterstufe der Ariane 6 ist noch nicht festgelegt, da studiert man noch Alternativen. Die mir persönlich beste Option ist die mit P135 Boostern. (so benannt nach der Treibstoffmenge in Tonnen). Es gibt nur einen Booster. Einer ist immer die zweite Stufe, daran montierte weitere die erste Stufe. Zwei oder vier sind möglich mit Nutzlasten von 3 oder 8 t. Das ergäbe als Synergie auch eine neue erste Stufe der Vega, die zum einen die Nutzlast steigern würde, zum anderen dann durch die hohe Stückzahl (im Mittel 3 pro Start pro Jahr mal 12 Starts pro Jahr plus einige Vega Erststufen) preiswert sein sollte und auch die Vega billiger macht.

Doch wie viel kostet so eine Stufe? Schwer zu sagen. Die CFK-Filament Technologie soll ja billiger als stahl sein. (ich habe mir angesichts der viel einfacheren Verarbeitung meine Zweifel). aber auch hier kann man nicht direkt vergleichen. Ausgangsbasis sollte aufgrund der Technologie und Größe die Vega Erststufe bei einem Vergleich sein. Die Vega kostet 25 Millionen Euro in der Fertigung. Bei vier Trägern pro Jahr sollen es 22 Millionen sein, was einem p=0.8 entspricht (wenn der Ausgangswert 2 Träger sind). Schwer ist es nun die 25 Millionen aufzuteilen. Ganz falsch ist es nach Gewicht aufzuteilen. Bei ähnlicher Technologie ist zwar die erste Stufe die teuerste, aber ihre Kosten machen sicher nicht 80% aus, wie es nach dem Gewicht wären. Daneben muss man AVUM und Nutzlastverkleidung abziehen. Ich habe mal die kosten der P85 auf 40% der Gesamtrakete geschätzt. Das sind bei zwei Stufen pro Jahr also 10 Millionen Euro. Hochskaliert auf einen P135 wären das 15 Millionen. Doch bei 12 Starts pro Jahr wird man wenn man einen Mix von zwei und 4 Boostervarianten annimmt und dazu noch zwei Vega Starts bei dem die Stufe die P85 ersetzt mit einer Fertigung von 38 Stück rechnen. Gemäß der Lernkurve sollte bei p=0.8 dann die Kosten pro Booster auf 8,3 Millionen sinken.

Eine Ariane 5 mit vier Boostern als ersterStufe, einem als Zentralstufe und einer Oberstufe sollte so 5 x 8,3 + 23 = 64,5 Millionen kosten. Dazu kommt dann noch die VEB und Nutzlastverkleidung. Dazu auch noch die Startvorbereitung, die man angesichts der obigen Zahlen (7 Millionen bei der Vega) auf 18 Millionen schätzen kann. Die ESA rechnet mit 70 Millionen pro Start. Und zwar Komplettpreis, liegt also noch unter den Zahlen oben. Davon sind 14 Millionen Gewinn und Startvorbereitung. Die Startvorbereitungen einer reinen Feststoffrakete sind billiger, weil weniger zu tun ist. Bei Ariane 5 war 2002 der Startpreis 130 Millionen Euro, aber die Rakete kostete nur 100 Millionen. Das war ein Anteil von 23% Startkosten an den Gesamtkosten. Bei der Ariane 6 sind es nur 20%. Das es nicht viel weniger sind, zeigt sich auch daran dass es trotzdem noch lange dauert. Diesmal plant die ESA zwei Launch Preparation Zones - Ariane 5 kam bei 12 Starts pro Jahr noch mit einer aus, und ihre Kampagne war durchaus nicht so optimiert die die der Ariane 5. Zieht man die 14 Millionen von den Startkosten ab, so isst man bei 56 Millionen Euro Herstellungskosten, die ich mal so aufteilen würde:

3 Millionen VEB und Fairing

18 Millionen Oberstufe

7 Millionen pro Booster.

Das entspricht einer Reduktion der oben geschätzten Kosten um den gleichen prozentualen Teil.

Noch ein Ausblick auf die Ariane 5 und die Entscheidung für die Ariane 6. Nimmt man diese Zahlen, so ist Ariane 6 billiger. Zu den 160 Millionen Euro die die Ariane 5 kostet (so die Daten vom ATV Start) kommen ja noch 20 Millionen Subvention. Ariane 5 transportiert in der ESC-B Version 11,2 t in GTO, Ariane 6 6-6,5 t in GTO bei 70 Millionen. Zwei große Satelliten kosten also in einem Fall 140 und im anderen 160 Millionen Euro. Wobei bei mehr als 5,5 t die Ariane 5 nur noch einen kleineren Passagier mitführen könnte.

Aber .... man könnte diese billigen Booster ja auch an die Ariane 5 montieren. Zwei Booster entsprechen einem EAP bei mehr Treibstoff, geringerer Trockenmasse und höherem spezifischem Impuls. Als man solche Booster für die Ariane 5 untersuchte kam man auf 1000 bis 1500 kg mehr Nutzlast, je nach Aufstiegsbahn, So käme man auf 12,2 t Nutzlast oder genauso viel wie zwei Ariane 6, doch vier P135 Booster kosten 28 Millionen, sind also rund 7 Millionen teurer als die EAP. Die ESA selbst rechnete aber mit 25-30% Einsparungen bei den Kosten bei P270 Boostern. Das wäre eine Kostenreduktion von 6 Millionen bei rund 12,5 t Nutzlast. Damit wäre das Konzept nahezu gleichauf wie die Ariane 6.Selbst bei 28 Millionen Euro für vier P135 erhält man 10% mehr Nutzlast für 4,3% mehr Kosten.

Was mich an der Ariane 6 stört, sind die Entwicklungskosten. Sie soll 4 Milliarden kosten. Setzt aber eine Oberstufe ein, die man schon bei der Ariane 5 so entwickelt, dass man leicht auf die Ariane 6 wechseln kann. (so geht die erste Tranche für die Entwicklungskosten auch zum großen Teil in "gemeinsame Entwicklungen". Bleibt also noch eine neue Fairing, eine neue VEB und die Booster und natürlich (darüber freuen sich die Franzosen), neue Bodenanlagen in Kourou. Die Frage ist für mich: Wir haben gerade die Vega mit 700 Millionen Euro entwickelt, die erste Stufe P85 kann man auf 250 Millionen Entwicklungskosten schätzen. Nun soll eine 40% größere Stufe dann erheblich mehr kosten, denn dann entfällt ja ein Großteil der 4 Milliarden nur auf diese Stufe. Also meiner Meinung nach müsste nach der Vorarbeit für eine gemeinsame Oberstufe das ganze für unter 1 Milliarde Euro zu machen sein.

Aber in letzter Zeit ist alles in Europa was mit Raketenentwicklung zu tun hat unanständig teuer.


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