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Web Log Teil 340: 23.7.2013 - 27.6.2013 27.6.2013

23.7.2013: Der Space Lift

Nach dem SpaceX-Schweinezyklus (Jahre mit Starts wechseln sich mit Jahren mit Ankündigungen ab) hat Elon Musk das nächste Projekt nach der Fertigstellung der Falcon 1.2 oder wiederverwendbaren Falcon angekündigt. Es ist nicht das schon seit Jahren in der Diskussion befindliche Merlin 2, das genauso viel Schub hat wie die neun Triebwerke die jetzt in der Falcon Erststufe stecken und deren Produktion entscheidend verbilligen soll, sondern der Spacelift oder wie das Projekt bei Musk heißt "SpaceXpress"

Elon Musk dazu: "Wie ich schon mehrmals betont habe, ist das langfristige Ziel von SpaceX der Mars, zuerst mit einer Expedition, dann die dauerhafte Besiedlung. Wir haben mit der Reduktion der Startkosten auf 33% der Konkurrenz schon einen großen Schritt vorwärts zu diesem Endziel gemacht, doch dies alleine reicht nicht. Die Falcon 9R wird die Kosten weiter senken und nachdem wie mit der Falcon 9 / Heavy schon zum führenden Launch Service Provider geworden sind, wird die Falcon 9R es erlauben Satelliten zu starten, für die bisher der Transport zu teuer war. Damit dürften die einnahmen steigen, was uns auch erlaubt die nächste Stufe anzugehen. Doch für die Kolonisierung des Mars sind die Transportkosten noch immer zu hoch. Dafür müssen wir nicht die Startkosten auf ein Viertel senken, sondern mindestens ein Zehntel, vielleicht ein Hundertstel. Eine Analyse zeigte, dass wir dies mit der Falcon 9R nicht erreichen können, die Hindernisse in Abnahme der Nutzlast und die begrenzte Lebensdauer von Komponenten lässt dies nicht zu.  Dies werden wir mit SpaceXpress erreichen."

Das von Musk vorgeschlagene Konzept ist nicht neu, galt bisher aber als nicht durchführbar. Es ist ein Aufzug in den Weltraum, auch geostationäres Seil oder Space Elevator genannt. Am besten untersucht ist er in den GTO-Orbit. Der SpaceX Ansatz: Es wird ein Seil aufgespannt, das 55.000 km lang ist. Wenn nun ein Satellit hochfährt und in 36000 km Entfernung abgesetzt wird, dann muss man ihn dort nur abtrennen und er ist schon auf der geostationären Kreisbahn. Niedere Bahnen (unterhalb 24.000 km Höhe) sind durch kleine Raketenstufen erreichbar. Planetare Missionen, z.b. zum Mars durch höhere Bahnen als 47.000 km Höhe.

Das Konzept wurde schon von verschiedenen Autoren untersucht. Das grundsätzliche Problem ist, das es keine herkömmlichen Materialen gibt, die den Belastungen stand halten. Es zieht die Gravitationskraft über tausende von Kilometern am Seil. Mit Metallen würde das Seil enorm dick sein. Die Reislänge, das heißt die Länge ab der das Eigengewicht des Seils zum Abreisen führt, müsste über 2000 km liegen, damit man das Seil aus vielen Stücken zusammensetzen kann. Dagegen reisen Stahlseile schon bei unter 100 km, Kevlar und Kohlefasern bei 200 km. Es sind zwar Materialen bekannt mit genügend hoher Reislänge, wie Diamant. Doch damit ist es nicht finanzierbar.

Die vor einigen Jahren entdeckten Nanoröhrchen aus Graphitfasern würden mit einer Reislänge von 3000 bis 5000 km jedoch die Anforderungen erfüllen, und so hat SpaceX eine Projektgruppe aufgesetzt, die zuerst einmal die Grundlagen der Nanoröhrchen erforschen soll. Später wird eine Falcon 9 ein erstes Seil hochspannen, Falcon 9R die an ihm hochsteigen werden es sukzessive verlängern bis der GEO erreicht ist. Ab hier reicht die Zentrifugalkraft aus, das Seil zu spannen und stabil zu halten. Danach werden weitere Transporte es verlängern. An dieser Verlängerung werden dann Marsraumschiffe starten. Andere Konzerte die nur einen Satellitentransport vorsehen, planen nur einen Transport bis in den GEO und haben zur Ausgleich der hochtransportieren Masse dort meist ein Gegengewicht. Unterhalb des GEO gilt, dass ein abgeworfener Körper eine kleinere Geschwindigkeit als die Orbitalgeschwindigkeit hat. Bei unter 24000 km schlägt er z.B. wieder auf der Erde auf. Darüber hat er, weil die Winkelgeschwindigkeit des Seils konstant ist, aber die Umlaufsdauer in höheren Bahnen länger ist als ein Tag auf der Erde (eine Erdrotation in 24 Stunden) eine höhere Winkelgeschwindigkeit und schlägt zuerst elliptische Bahnen ein, ab 46.900 km hyperbolische Bahnen. Wird nun eine Nutzlast in die richtige Höhe transportiert, zum richtigen Zeitpunkt losgelassen, so gelangt sie auf eine Mars Transferbahn. Die Länge von 55.000 km reicht für eine Geschwindigkeit von 3,5 km/s im Unendlichen aus, ausreichend um die Nutzlast bis in 248 Millionen km Entfernung zu beschleunigen. Es muss nur noch beim Mars abgebremst werden, was auch durch die Atmosphäre möglich ist.

In der Summe gelangen von 3 t die vom Erdboden aus hochfahren noch 1800 kg in eine Marsumlaufbahn. Bei einem Start mit einer Falcon 9 würde man dieselbe Nutzlast absetzen, nur wiegt die Rakete 480 t. Damit sind also die Transportkosten auf rund ein Hundertstel senkbar. Berücksichtigt man, dass man keine Raketentriebwerke sondern nur Strom zum Hochziehen braucht ist es sogar noch viel weniger. Wie schon vorher verlautbart wird die erste Marsexpedition in Dragon Kapseln starten.  Später sollen, da nun ja wesentlich größere Lasten möglich sind vergrößerte Kapseln starten, die dann der Kolonie auch eine Autonomie ermöglichen. Eine Rückkehr wird derzeit nicht geplant, wenn jedoch die Kolonie auf dem Mars ebenfalls einen Spacelift installiert könnte sie wieder zurückkehren. Dazu müsste er auf dem Mars nur 36000 km lang sein.

Eine zweite Nutzungsmöglichkeit ist die Stromgewinnung. Wie schon das Tether Experiment an Bord des Space Shuttles zeigt kann man so Strom gewinnen. Das Seil erzeugte bei maximal 19 km Länge einen Strom von 3500 Watt. Ein 55000 km langes Seil müsste so, wenn es mit elektrisch leitenden Materialien beschichtet ist eine Leistung von 10 Megawatt liefern. das ist mehr als der Aufzug zum Hochfahren braucht. Allerdings zu wenig um damit die Herstellung zu finanzieren. Es wäre aber möglich im GTO Orbit einen Energiesatelliten am Seil zu installieren und so die Leistung direkt zur Erde transferieren. Die Spitzenleistung ist um 50% höher als auf der Erdoberfläche, es gibt keine Wolken und mit Ausnahme von zwei kurzen Unterbrechungen im Jahr auch keine Nacht. In der Summe kann der Energiesatellit daher Strom dreimal billiger als Solarzellen auf der Erde gewinnen. Allerdings sei dies bisher nur eine Idee so Musk. Bei Solar City sucht man aber schon nach Kooperationspartnern, die sich für diese Idee begeistern. So ist es um ein vielfaches effizienter als das deutsche Desert-Tec Projekt meinte Musk.

Einen Zeitrahmen nannte Musk nicht, er glaubt aber das das Seil 5 Jahre nach der Falcon 9R deren Erstflug für 2015 geplant ist angegangen werden könnte.

24.7.2013: Rätselauflösung, neues Rätsel und das teuerste Gas

So, heute kam ich nicht so richtig zu einem neuen Blog, das lag am Schwimmen am Vormittag, Ausruhen am Nachmittag und dem heißen Wetter. Ab nächste Woche könnte das öfters vorkommen, da bin ich wieder bei einem Kunden programmieren mit meinen bescheidenen Pascal Kenntnissen.

Fangen wir an mit der Rätselauflösung. Hier die Liste aller Satelliten die nicht vor Ende des ersten Umlaufs deorbitiert wurden und eine Umlaufsperiode von weniger als 88 Minuten hatten:

Nr. Datum COSPAR Nutzlast Trägerrakete Umlaufbahn Umlaufdauer Rückkehr
1 02.03.1995 1995-008V Kosmos-2306 SS 14 + Kosmos-2306 SS 19 Kosmos 11K65M 125 x 138 x 65.8 87.11 29.10.2000
2 17.02.1988 1988-009A Kosmos-1919 Proton-K/DM-2 132 x 148 x 64.8 87.28 17.02.1988
3 02.03.1995 1995-008W Kosmos-2306 SS 15 Kosmos 11K65M 133 x 160 x 65.8 87.41 29.10.2000
4 19.02.1986 1986-017DV MAK-1 Proton-K 143 x 150 x 51.5 87.42 18.10.1991
5 02.03.1995 1995-008Y Kosmos-2306 SS 17 + Kosmos-2306 SS 13 Kosmos 11K65M 122 x 176 x 65.8 87.46 29.10.2000
6 10.05.1971 1971-042A Kosmos-419 Proton-K/D 126 x 191 x 51.4 87.65 12.05.1971
7 02.03.1995 1995-008X Kosmos-2306 SS 16 Kosmos 11K65M 157 x 161 x 65.8 87.66 29.10.2000
8 18.11.1961 1961 A THE Ranger 2 Atlas Agena B 149 x 168 x 33.3 87.66 20.11.1961
9 14.06.1963 1963-020A Vostok-5 Vostok 8K72K 158 x 164 x 64.9 87.70 19.06.1963
10 02.03.1995 1995-008Z Kosmos-2306 SS 18 Kosmos 11K65M 148 x 192 x 65.8 87.88 29.10.2000
11 04.11.1962 1962 B XI 1 [AMS Mars] Molniya 8K78 170 x 170 x 64.8 87.88 05.11.1962
12 25.05.1979 1979-043D Kapsula Kosmosa-1102 Soyuz-U 162 x 180 x 81.3 87.90 13.07.1979
13 11.12.1964 1964-082A Surveyor Mass Model Atlas Centaur 165 x 177 x 30.7 87.92 12.12.1964
14 06.04.1972 1972-026C Kapsula Kosmosa-484 Voskhod 11A57 168 x 177 x 81.3 87.94 18.04.1972
15 10.12.1964 1964-081A Titan 3A Fairing Titan IIIA 168 x 182 x 32.1 87.99 13.12.1964
16 15.02.1966 1966-012B OPS 3011 Atlas SLV-3 Agena D 150 x 200 x 96.5 87.99 16.02.1966
17 14.09.1981 1981-089D Kosmos-1306 main debris Tsiklon-2 167 x 184 x 64.9 88.00 11.10.1982

Rekordhalter ist Kosmos 2306 ein Satellit mit zahlreichen Subsatelliten die hier auch noch in der Liste mit getrennten Bahnen auftauchen, wenn sie nicht die gleiche wie der Hauptsatellit ist. Bei diesem Körper handelt es sich um einen Radarzielkörper zur Eichung irdischer Radargeräte. Er muss noch am selben Tag seine Bahn angehoben haben, den verglüht ist er erst 5 Jahre später, das ist bei dieser Bahn unmöglich die ist nicht mal einen Tag stabil. Das sieht man auch bei Satelliten in der Liste die nicht ihre Bahn verändern konnten wie Ranger 2, die Marssonde, das Surveyor Modell oder die Nutzlasthülle einer Titan 3A. Umlaufbahnen von 160-170 km Höhe haben  ohne Anhebung je nach Form des Satelliten eine Lebensdauer von 1-2 Tagen.

So, das neue Rätsel, da ihr so fleißig euch bei diesen nicht mit Google zu lösenden Rätseln beteiligt: Welcher Satellit hatte (bzw. hat er ist noch im Orbit) das höchste Perigäum? Für alle die trotz jahrelangen Lesen des Blogs die Fachbegriffe noch nicht kennen: Das ist der erdnächste Punkt. Noch ein Tipp: Mit kurzem Nachdenken kann man alle Satelliten ausschließen, deren Perigäum weniger als 36000 km beträgt (Warum?).

So, dann bin ich heute auf das wertvollste Gas gekommen das es gibt. Das ist kein seltenes Gas wie Helium, Krypton oder Xenon und auch kein synthetisch hergestelltes wie Schwefelhexafluorid oder Ethylenoxyd. Eventuell schlägt Helium-3 mein Gas, aber das wenigstens zu Recht, denn es ist in Reinform schwer zu gewinnen. Mein Gas ist enorm teuer und trotzdem einfach zu gewinnen. Wer raten will, sollte jetzt aufhören zu lesen und nachdenken. Ein Tipp: Es hat mit Sommer zu tun.

So für alle anderen: Nun ich kam drauf, als ich heute eine neue Eispackung anfing. Wer Eis in der Packung kauft (nicht am Stiel), wird feststellen, dass es in der Regel sehr cremig ist. Der Trick: Es ist viel Luft drin. Von den drei bis vier Dickungsmitteln, die in Eiscreme drin sind, ist mindestens eines verantwortlich dass die Luft auch in dieser Menge im Eis bleibt. Die Industrie rechnet mit einem "Aufschlag" von 50%, sprich 50% des Volumens sind Luft. wer selbst Eis macht oder handwerklich hergestelltes vom Italiener kauft, der hat einen Aufschlag von 20%. Also 80% des Volumens sind Eis, 20% Luft.

Da das Eis nach Volumen verkauft wird, verkauft der Hersteller also Luft anstatt Eis und da gibt es keinen Unterschied zwischen Markenheersteller wie Schöller, Möwenpick oder Langnese und No-Name Herstellern. Also kleine Rechnung: Eis wird für 3 bis 8 Euro pro 1000 ml (= 1 l) verkauft. mit 50% Aufschlag anstatt 20% sind davon 300 ml Luft. Diese entsprechen einem Preis von 1 bis 2,67 Euro. Ein Liter Luft kostet so 3 bis 8 Euro. Bedenkt man das Luft unter Normalbedingungen (1 Bar Außendruck, 20 Grad Celsius) 22,4 l pro Mol an Volumen einnimmt und das Volumen bei -18 Grad dann nach den Gasgesetzen noch 19,5 l beträgt, dann wiegt 1 l Luft 1,5 Gramm. (die mittlere Molmasse beträgt 29).

Für 1,5 Gramm bezahlt man also zwischen 3 und 8 Euro, oder 2000 bis 5300 Euro pro Kilogramm. Das ist ein stolzer Preis. Nur zum Vergleich: Silber kostet heute (23.7.2013) 15,48 Euro pro Feinunze (28.35 g), also nur 543 Euro pro Kilogramm, Gold 1016 Euro pro Feinunze, also 35.900 Euro pro Kilogramm. Die Luft im Eis ist also erheblich teuer als Silber und bis vor ein paar Jahren war sie auch noch ganz nah am Goldpreis dran. (der lag vor der Krise bei 300 Euro/Unze also 10.600 Euro/Kilogramm, Schmuckstücke aus 333-er Gold waren also bezogen auf das Gewicht billiger als die Luft im Speiseeis.

Also weniger Eis essen, dann kann man sich zumindest einen Silberring für die Liebste leisten....

Der einzige "Vorteil" wenn man es so sehen will: der Energiegehalt pro 100 ml sinkt und da er nicht auf 100 g angegeben wird, scheint es als wäre Eiscreme erheblich energieärmer als noch vor einigen Jahrzehnten. Die Anführungszeichen zeigen aber schon das Problem: man isst dann eben mehr Eis, weil das locker aufgeschlagene schneller gegessen ist, ich habe sogar das subjektive Gefühl es geht erheblich schneller als bei fester Eiscreme wie in Stieleis oder selbst gemachten Eiskugeln, die man nur langsam ablecken aber nicht löffelweise schaufeln kann. Selten findet man noch anderes Eis. Bei ALDI gibt es derzeit Eis nach US-Rezeptur mit geringem Aufschlag, aber das ist schon die Ausnahme.

25.7.2013: Alternativen zur Schwerlastrakete

Ich las kürzlich diesen Artikel über die Kosten der SLS. Man kann über die Zahlen streiten, und auch die Berechnungsmethode, aber eines ist sicher klar. Eine Schwerlastrakete wird teuer. Dazu muss man muss nur mal sehen was die Entwicklung der Saturn kostete und diese Kosten auf die Flüge umlegen. Das ist auch das was ich am Artikel zu kritisieren habe: es ist nicht üblich Entwicklungskosten und die Kosten für die Bodenanlagen auf die Starts umzulegen. Kein Weltraumbahnhof der Welt, auch keine privat genutzte Startanlage trägt sich selbst, vielleicht mit Ausnahme von Sea-Launch. Selbst SpaceX musste nur das investierenm was sie brauchten um die bestehenden Pads umzurüsten, aber sie mussten nicht die Baukosten bezahlen und auch nicht die Infrastruktur die sie nutzen bezahlen. Selbst bei den Services zahlen sie nur für den Extraufwand, aber z.B. bei der Überwachung eines Starts durch Radar und Empfang der Telemetrie nicht für das Personal dass immer da ist und nicht einfach zwischen zwei Starts entlassen werden kann. Macht man die Rechnungen so, so wird alles sehr teuer. Nehmen wir ein Beispiel wo die Rechnung noch "gut" aussieht:

Ariane 1-4: 144 Starts von 1979 - 2002

Auf den Wert von 2002 hoch gerechnet mit 2,5% Inflationsrate sind dies:

Das sind dann 17197 Millionen Euro Gesamt oder 120 Millionen Euro pro Start einer 44LP (ohne Zuschläge: 105). Hier wurde der Start nur um 15% verteuert, doch je größer eine Trägerrakete ist und je weniger oft sie fliegt um so größer wird der Batzen. Wenn Ariane 5 bis 2020 noch 6-mal pro Jahr startet, so werden CSG Kosten und Entwicklungskosten auf die Starts umgelegt schon 135 Millionen Euro ausmachen, bei derzeitigen Startkosten von 160 Millionen Euro, also fast eine Verdoppelung. Bei einer Schwerlastrakete die nur einmal pro Jahr startet oder sogar noch weniger oft, wird das Verhältnis natürlich extrem. Dann stehen vielleicht 10-20 Starts enorme Entwicklungskosten gegenüber und die große Rakete hat auch hohe Unterhaltskosten.

Doch wenn man zum Mond oder Mars (oder Asteroiden ....) will, gibt es eine Alternative zu einer Schwerlastrakete? Ja die gibt es. Sie gibt es aus einem Grund: wir brauchen eine Schwerlastrakete, weil wir erstmal das Schwerefeld der Erde verlassen müssen. Das sind bei Mondmissionen 11 km/s, bei Marsmissionen 11,5-11,7 km/s. Das sind 3,2 bis 3,9 km/s mehr als bei einer LEO-Bahn, was die Nutzlast drastisch reduziert. Bei der Saturn V von 130 auf 49 t. Bei der Ares V waren es 187,7 zu 62,7 t. Also in beiden Fällen in etwa ein Drittel der LEO Nutzlast.

Der Grundgedanke ist nun, dass wir eine Rakete entwickeln, die nur die benötigte Nutzlast aufweist (also 50-60 t bei Mondmissionen) und einen Start einer Schwerlastrakete durch mehrere dieser kleinen Rakete ersetzen. Die Gesamtnutzlast wird dabei höher sein, weil wir nicht den günstigen Fall einer leichtgewichtigen Stufe haben, sondern je nach Lösung noch etwas mehr transportieren müssen, aber das ist kein großes Problem. Trägerraketen mit 50 bis 60 t Nutzlast können aber ohne größere Entwicklungskosten aus den bestehenden Trägern entwickelt werden. Boeing hatte bei der Bewerbung für das Conestellation Programm z.B. Delta 4 mit vier bzw. sechs Zentralstufen als Boostern (anstatt 2 bei der Delta 4H) und einer Oberstufe mit 266 kN (anstatt 110 kN) Schub und mehr Treibstoff vorgeschlagen. Diese liegen in der Nutzlast bei 53 bis 67 t in den LEO. eine Atlas V mit vier CCB als Boostern käme auf 50 t LEO Nutzlast, mit einer dieser Rakete adäquaten Oberstufe wahrscheinlich auf 57 t Nutzlast.

Bei beiden Trägern braucht man nur eine neue Oberstufe und muss die Struktur der Zentralstufe den höheren Lasten anpassen. Es ist keine Neuentwicklung nötig.

Welche Möglichkeiten gibt es nun, eine Schwerlastrakete durch mehrere dieser kleinen Flüge zu ersetzen. Es gibt vom Grundprinzip her zwei Möglichkeiten, die im Detail varriert werden kjönnen. Ich will nur, weil ich schon mal eine Detail für einen Marsflug veröffentlicht habe das Grundprinzip erläutern.

Möglichkeit 1: Treibstoffdepots in der Umlaufbahn

Anstatt einem Start einer Schwerlastrakete startet man drei bis viermal. Bis auf den letzten Start, der die eigentliche Nutzlast umfasst wird nur Treibstoff in einem Tank gestartet. Der vorletzte Start kann auch eine teilbefüllte Stufe umfassen oder diese wird mit der Nutzlast gestartet, was allerdings diese dann um ein Drittel bis Viertel reduzieren wird. Im Orbit angekommen koppelt die Besatzung nacheinander an die Treibstofftanks an und füllt so zuerst die Stufe auf. Danach wird diese gezündet und bringt die Kombination auf Zielgeschwindigkeit.

Wenn die Depots nicht in ganz niedrigen Erdumlaufbahnen sondern z.B. in 400 km Höhe angelegt werden, sind ihre Umlaufbahnen hinreichend lange stabil. Was verhindert werden muss, ist das Verdampfen von Treibstoffen. Wenn wir von Starts im Abstand von einem oder mehreren Monaten reden, dann reicht eine Isolation des Tanks alleine nicht aus. Dann muss man bei der kryogenen Kombination LOX/LH2 ein Sonnensegel entfaltet werden. Das wurde für Centaur Einsätze für Langzeitmissionen schon mal durchgerechnet und es scheint praktikabel. Was allerdings noch nie probiert wurde ist das Umfüllen von kryogenen Treibstoffen. Lagerfähige Treibstoffe werden schon routinemäßig umgefüllt, das machen Progress und ARTV seit Jahren. Bei kryogenen Treibstoffen kann beim Kontakt des Treibstoffs mit der warmen Leitung Treibstoff verdampfen und Dampf bilden, der nicht ganz unproblematisch ist. Eine Alternative ist einfach mehr Flüge vorzusehen und gleich lagerfähige Treibstoffe zu benutzen. Dann braucht man auch keine Isolation und die Tanks sind auch leichter, was zum Teil den schlechteren Energiegehalt kompensiert. Vor allem kann man schon vorhandene Technologie für den Treibstofftransfer verwenden.

Möglichkeit 2: Zur Zielbahn in mehreren Manövern

Diese Möglichkeit ersetzt praktisch einen Start durch mehrere Einzelstarts. Das könnte so aussehen: Die Nutzlast ohne Kommandokapsel, aber mit Servicemodul, wird in einen niedrigen Erdorbit gestartet. Dann folgt mindestens einer, wahrscheinlich zwei bis drei Starts von Raketenstufen mit intelligenten Ankopplungsmodulen an der Spitze. Diese könnten z.B. vom Servicemodul des ATV abgeleitet sein. Sie koppeln an die Nutzlast an und die Stufe zündet jeweils im Perigäum. Man erhält so eine immer elliptischere Umlaufbahn, deren Apogäum immer weiter ins All hinausreicht. Der letzte Start bringt dann die relativ kleine Kommandokapsel mit einer Raketenstufe zu der Nutzlast. Sie koppelt dort an und die Stufe zündet erneut. Das reicht aus um die Nutzlast von der Erde wegzubringen.

Da hier der Treibstoff nicht über Monate lang kühl gehalten werden muss, ist diese Lösung weniger zeitkritisch als die obige. Wenn man z.B vier Starts über ein Jahr durchführt so bringt nur der letzte Start die Besatzung zur Restnutzlast. Das Ankoppeln einer jeder Stufe kann nach den Erfahrungen von Progress und ATV innerhalb von wenigen Stunden bis maximal zwei Tagen erfolgen, eine Zeit in der eine ausreichend dicke Isolierschicht auch kryogene Treibstoffe kühlt. Hinsichtlich der Neuentwicklungen ist es mit einer Ausnahme einfacher als bei den Treibstoff Depots - man braucht nur normale Stufen und die Technologie zur automatischen Ankopplung beherrscht man schon. Die Ausnahme ist das bisher Servicemodul und Kapsel eine Einheit sind. Bedies zusammen ist aber zu schwer um es beim letzten Schritt in eine hocheleptische Umlaufbahn zu bringen. Man muss es also trennen und z.B. bei einer Mondmission einen Kopplungsadapter haben der Servicemodul, Kapsel und Mondlander verbindet, inklusive der Leitungen von dem Servicemodul zur Kapsel für Gase, Wasser, Strom etc. Eine weitere Nebenbedingung ist, dass die Nutzlast hoch genug ist um die Kommandokapsel in den letzten Erdorbit zu bringen und noch genügend Treibstoff verbleibt um dei ganze Kombination auf die Zielgeschwindigkeit zu befördern. Das wird um so problematischer je höher diese ist.

Es sind auch mehr Starts nötig als bei der ersten Alternative, da bei jedem Start eine leere Stufe in einen Orbit transportiert wird und ein Koppelmodul mit eigenen Triebwerken für das automatische ankoppeln.

Beurteilung

Beide Möglichkeiten müsste man mit moderaten Kosten umsetzen können. Atlas und Delta bräuchten jeweils eine neue Oberstufe von etwa 50 t Masse mit neuen Triebwerken mit höherem Schub. Dazu kämen Anpassungen an den Trägerraketen und den Startrampen. Das ist nicht für umsonst zu haben, doch für den Bruchteil einer Neuentwicklung wie der SLS.

Es müsste je nach Lösung die Depottanks mit Umfülleinrichtungen / Sonnenschutz oder Module für die automatische Ankopplung und einen Koppeladapter für LM / Servicemodul / Kapsel entwickelt werden. Das ist in jedem Falle preiswerter als eine Schwerlastrakete.

Die SLS wird anfangs nur alle zwei Jahre starten. Auch für die Ares waren nicht viele Missionen vorgesehen. Sicher wird eine Startrate von einer Mission pro Jahr nicht überschritten. Anstatt dieser kann man dann eben vier bis fünf Starts einer 50 bis 60 t Rakete ansetzen. Das ist eine Startrate die nicht sehr anspruchsvoll ist. Ariane 5 könnte, wenn man alle Randbedingungen voll ausschöpft achtmal pro Jahr starten, auch sie wäre leicht mit einigen Boostern und einer neuen Oberstufe auf 50 t Nutzlast ausbaubar. Die Chancen stehen gut, dass die Kosten für das Bodensegment sogar geringer sind, weil sie proportional zur Größe der Rakete sind, aber man auch bei nur einem Start sehr viele Personen braucht. Dazu nur eine Zahl: Nach Apollo 11 entließ die NASA 5.600 ihrer 23.600 Angestellten im KSC. Das sind 23,7%. Die Zahl der Starts pro Jahr reduzierte sich aber dadurch von 5 auf 2 pro Jahr also um 60%. Daraus ist leicht ableitbar, dass man wahrscheinlich weniger Personen braucht, um eine 50 t Rakete vier bis fünf mal pro Jahr zu starten, als eine Schwerlastrakete einmal pro Jahr.

Weitere Vorteile wären Synergien mit der Produktion bestehender Raketen. So würden die Zentralstufen von Delta oder Atlas in weitaus höherer Rate produziert werden, was ihre Kosten senkt. Wenn man beide Typen einsetzt, hätte man auch keine Probleme bei Möglichkeit 1 innerhalb eines Monates von je einer Atlas und Delta Startrampe vier Starts durchzuführen.

Ein positiver Nebeneffekt ist, dass auch ein Träger für große Module einer zukünftigen Raumstation oder schwere Planetenmissionen oder astronomische Teleskope zur Verfügung steht. Für diese ist dann eine Schwerlastrakete schon wieder überdimensioniert.

27.6.2013: Ein Vorschlag für die Kommunen

Auf den heutigen Vorschlag, denn ich zuerst mal als Satire einordnen wollte, kam ich in den letzten Tagen, weil ich durch die kurzzeitige Schließung des Hallenbads Kemnat nach Berkheim ausgewichen bin. Nun hat Berkheim nicht nur ideale Bedingungen um die Stoßdämpfer in meinem neuen Fahrrad zu testen (sie sind wirksam) da die Straßen sehr uneben sind (immerhin flicken sie die Schlaglöcher, wofür man in Ruit kein Geld mehr hat). Was Berkheim aber auch hat, sind Ampeln, die ohne das jemand kommt, von Grün auf rot schalten, das nur einige Sekunden lang halten (zu wenig Zeit auf jeden Fall um die Straße zu passieren) und dann wieder auf grün gehen - im 50 Sekunden Rhythmus und so abgestimmt, dass ich als Fahrradfahrer jeweils vor einer Ampel halten muss, Autofahrer aber flüssig durchfahren können. Insgesamt dreimal auf etwa 500-700 m Strecke. Nun könnte man bei Rot durchfahren, schließlich wartet niemand, es gibt (zumindest wenn ich fahre) kaum Verkehr, aber es gibt ja die neue Regelung wonach man auch als Fahrradfahrer Bussgeld zahlen muss wenn man eine rote Ampel passiert und so unsinnig beschaltete Ampeln schreien ja direkt nach einem Polizeiauto um die Ecke (eine andere Theorie die ich für die komische Beschaltung habe, ist dass wohl jemand die Ampelsteuerung gehackt hat).

Das zusammen mit der derzeitigen Suche nach Hardware für meine Wetterstation brachte mich auf eine tolle Idee für die Gemeinden. Beim Stöbern bin ich auch über den Raspberry Pi gestoßen. er ist ja eigentlich für die Wetterstation überdimensioniert, aber komischerweise trotz 700 MHZ Prozessor und 512 MB RAM nur doppelt so teuer wie ein Arduino mit 10 MHZ und 2,5 KB RAM ist. Er wird wohl eher mehr als Ersatz für PC-artige Anwendungen wie Druckerserver oder Thin Client angepriesen und das brachte mich auf meine Idee - wie die Kommunen für weniger als 300 Euro Investitionskosten jede Menge Geld schwefeln können.

Was braucht man:

Das sind zusammen 190 Euro, mit etwas Luft für ein Wlan Modul oder teurere Hardware und einen USB Stick als Massespeicher ist man mit 250 Euro dabei, wenn man keinen Netzwerkzugang hat.

Die Umsetzung ist auch relativ einfach. Die Lichtschranke wird an der Ampel installiert, die Webcam mit dem Raspberry Pi verbunden und der mit der Stromversorgung / dem Netzwerk der Ampeln (ich vermute mal sie werden heute über eine Leitung neuprogrammiert), alternativ der USB Stick als Massespeicher genutzt. Die Hardware ist relativ klein und könnte sicher leicht integriert werden.

Das Programm muss auch nicht viel können: Wenn die Ampel von Grün auf Gelb schaltet zeichnet der Raspberry Pi mit der Webcam beide Zonen vor der Ampel auf. Wenn ein Auto die Lichtschranken passiert (vor und nach dem Fußgängerstreifen und dies >1 s Sekunden nach dem Rotsignal passiert, dann hat man einen Verstoß gegen die STVO. Wenn das nicht der Fall ist kann man die Aufnahme verwerfen. Bei einem Verstoß muss man nun das aufgezeichnete Video als H264 abspeichern (konvertieren) sofern nicht die Webcam gleich dieses Signal liefert.

Idealerweise überträgt man es danach per Netzwerk zum Ordnungsamt / Polizei, alternativ kann man es auch auf einem USB Stick speichern und ein Mitarbeiter geht dann einmal pro Woche mit einem Notebook von Ampel zu Ampel und ruft es über WLan ab. Rotfahren über eine Ampel kostet nach aktuellem Busgeldkatalog 90 Euro, wenn die Rotphase länger als 1 Sekunde dauert sogar 200 Euro, da lohnt sich die Anschaffung rasch. Die Datenmenge ist klein, da die Videos recht kurz sind, maximal 10 Sekunden lang. Dann könnte man sogar auf eine Komprimierung verzichten.

Mehr noch: Mit zwei Lichtschranken kann man die Geschwindigkeit messen. Mit einem zweiten Betriebsmodus, bei dem man dauernd ein Video aufnimmt, aber die Aufnahme verwirft, wenn nicht in den letzten 10 s beide Lichtschranken passiert werden, kann man Geschwindigkeitsübertretungen feststellen. Es muss dann nur noch die Zeitdifferenz der beiden Schranken durch ihre Entfernung geteilt werden. Ist die Geschwindigkeit kleiner als die erlaubte + 10% Zuschlag, so kann man die Aufnahme verwerfen. Ansonsten freut sich die Kommune über 15 bis 680 Euro Bußgeld, je nach Geschwindigkeit.

Die Verkehrsteilnehmer kann man über das Nummernschild identifizieren, Fahrer von Fahrrädern und anderen Fahrzeugen ohne Nummernschild kommt man so nicht bei, aber wir haben ja den digitalen Personalausweis mit digitalem Bild, da kann man leicht das Gesicht mit der Meldedatei abgleichen, sinnigerweise fängt man mit Personen an die in der Nähe wohnen.

Also meiner Ansicht nach einträglicher als Radarfallen und dabei noch billiger und vor allem deckt es vor allem in Großstädten die Fläche ab. Selbst in meinem Ort gibt es 15 Ampeln, aber maximal eine Radarfalle die ihren Ort wechselt. Man könnte das sogar noch ausbauen, zumindest die Geschwindigkeitsmessung - je eine Lichtschranke zwischen zwei Straßenlaternen und in jede Richtung einen Raspberry Pi und man kann zumindest die Geschwindigkeitsüberschreitung überall messen wo Laternen stehen. Besonders Einträglich dürften Tempo-30 Zonen sein.

Warum ist da noch keiner drauf gekommen?


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