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Web Log Teil 344: 16.8.2013 - 23.8.2013

16.8.2013: Gräber

Da Niels netterweise mir drei Tage Luft verschafft hat, konnte ich die Zwischenkorrektur der Ernährungsfragen abschließen, an der ich auch schon seit zwei Wochen bin. Derzeit bekomme ich gar nichts so richtig fertig. Drei Artikel sind in der Bearbeitung, keiner fertig und irgendwie fehlt immer die Zeit oder die Lust. Gelegenheit nach drei Raumfahrtbeiträgen was kurzweiliges zwischenzuschieben.

Es geht um Gräber und wie wir mit den Toten umgehen. Da bin ich durch zwei Dinge aufmerksam geworden. Zum einen fällt mir immer bei US-Spielfilmen oder Dokumentationen auf, dass in den USA es üblich ist, dass die Gräber nicht geschmückt sind, sondern meist nur mit Gras bewachsen. Also bei uns ist das in einem "normalen" Friedhof immer ein Hinweis, dass es keine Angehörige mehr gibt oder sich niemand um das Grab kümmern will oder kann. In der Generation meiner Mutter spielt auch noch eine Rolle, wie das Grab aussieht, also ob es vernachlässigt aussieht oder nur mit Dauerpflanzen bepflanzt ist oder es regelmäßig gejätet und die Blumen durch neue ersetzt wurden.

Es ist interessant wie innerhalb desselben Kulturkreises (und dazu zähle ich die USA) die Riten um das Grab so unterschiedlich sind. Auf der anderen Seite ist bei uns das "Grab auf Dauer" der Standard, was ich denke in vielen Ländern sehr komisch klingt. Ich denke es liegt schlicht und einfach daran, dass man nicht so viel Platz hat für einen Friedhof in dem jeder auf ewig liegen kann, weil diese ja meist nicht in der Stadt wachsen können. Es gibt auch neue Formen, so hat man in unserer Stadt jetzt eine Erweiterung eines Friedhofs beschlossen der am Wald liegt. Dort wird es nur Urnengräber geben und eine Bestattung unter Bäumen (die dafür neu gepflanzt werden) ist auch vorgesehen. Das ist eine der neuen Formen. Was aber bei uns anscheinend unvermeidlich ist, ist das alles reglementiert und teuer ist. Selbst unter einem solchen Baum kostet ein Urnengrab mehrere Tausend Euro. Wofür, da ja nur Urnenbestattung geplant ist? Der Boden ist das ja nicht wert, Pflege fällt keine an. Auf der anderen Seite hat der Staat bei Sozialbestattungen nicht mal das Geld für ein Holzkreuz übrig. Irgendwo in einer grünen Wiese verscharrt zu sein, ohne das man sieht wo und wer da liegt - weit ist das vom anonymen Massengrab in dem Kriegsopfer verscharrt wurden, nicht entfernt. Es gibt ja Leute die wollen keine Erinnerung. Die können sich heute schon in einem Friedwald und auf See bestatten lassen. Aber nur weil jemand arm war ihn anonym zu bestatten finde ich würdelos. Es muss ja kein Grabstein sein, aber ich kann mir nicht denken dass ein einfaches Holzkreuz so teuer ist.

Auf der anderen Seite muss man ja im Friedhof bestattet werden, was zumindest bei Urnen für mich keinen Sinn macht. Eine Urne sollten die Angehörigen bestatten wollen wo sie wollen, oder wenn es sein muss über den Kamin setzen. Es gibt schließlich keine Gefahr durch Keime, Gerüche etc. die bei Leichen natürlich das Begraben im Friedhof nötig machen (und auch zur Sicherheit, man stelle sich mal vor, man könnte jemanden im Garten bestatten, das Haus wird verkauft und man findet die Leiche - "legal" begraben oder Mordopfer?)

Das zweite war ein Beitrag über das alte Ägypten. Es ging am Beispiel um einen Priester dessen Mumie in Leiden ausgestellt wird. Da hat dann sich die Direktorin des ägyptischen Museums ausgelassen, dass sie es bedauert, dass dessen Familie nun in verschiedenen Museen "ausgestellt" ist und betonte, dass sie das sicher nicht wollten. Auf der anderen Seite schwärmte sie wenn sie in den Saal geht in dem die Königsmumien liegen von deren Würde - also die Könige wollten später mal ausgestellt werden? Auch Ramses der III mit der Mumie von Pentawer, seinem Sohn und Mitglied der Verschwörung die ihn umbrachte? Es geht wieder um Politik: alles was zur ägyptischen Kultur gehört soll nach Ägypten kommen. Diese Auseinandersetzung gibt es ja auch um die Büste Nophretetes und die zahlreichen Kunstgegenstände im britischen Museum. Ich kann's zum Teil nachvollziehen. Da kam eine Dokumentation über Belzonie, der Anfang des 19.ten Jahrhunderts Ägypten "erforschte" . Das Erforschen war vor allem ausgraben und die Fundstücke nach London zu schaffen. Das grenzt schon an Raub und ein Großteil dessen was im British Museum ausgestellt ist kam so dorthin.

Also meine Meinung: Wenn man es wirklich ernst meint mit dem Respekt vor den Toten, aber auch dem Glauben den die Ägypter hatten, dann sollten die Mumien wieder sicher verschlossen werden und nicht ausgestellt werden. Wenn man es richtig ernst macht, dann frischt man die Erhaltung auf, erneuert Harz und Binden und sorgt für ein gutes Klima, damit sie nicht verschimmeln. Die Ägypter glaubten ja, dass man im Leben nach dem Tod nur existieren kann, wenn der Körper noch existiert. Die schlimmste Strafe war daher auch das Verbrennen, denn damit tötete man die Person zweimal, in diesem und im nächsten Leben. Für uns wirkt das etwas komisch, weil man, auch bei bester Konservierung nichts ewig aufrechterhalten kann, somit ist auch das ägyptische Jenseits zeitlich begrenzt. Aber es geht vor allem um Respekt vor dem Glauben den man hat (zudem: wer weiß, vielleicht haben die Ägypter ja recht? Schließlich ist noch keiner zurückgekommen und hat gesagt wie es im Leben nach dem Tod ist).

So morgen gibt es wieder ein Raumfahrtthema, in Anlehnung an Niels kleine Serie wieder eine Antwort auf eine Frage die keiner gestellt hat: Was ist die nutzlaststärkste Rakete die man mit heutiger Technologie bauen kann?

17.8.2013: Die weltgrößte Rakete - Teil 1

So, mal Zeit im Sommerloch euch mal was zum Knobeln zu geben. Ein Super-beliebtes Thema sind ja Schwerlastraketen. Ich will einen kleinen Wettbewerb starten. Gesucht ist die Trägerrakete mit der größten Nutzlast für

Bevor ihr nun schon in Gedanken 1 Million Merlin 1D bündelt, es gibt einige Regeln, damit es nicht zu unfair wird:

In zwei Tagen gibt es meine Lösung, bis dahin bin ich gespannt auf eure.

18.8.2013: Warum hat das Shuttle Delta-Flügel?

Nun ich wette, einige können hier die Antwort geben und murmeln etwas wie "Querreichweite" oder "Crossrange" in den Bart. In der Tat unterscheidet sich das Space Shuttle von allen anderen jemals geplanten Raumgleitern durch die großen Deltaflügel. Alle anderen, Von Dyna-Soar über die X-15, zu Konzepten wie die X-24B oder X-37 oder auch Hermes haben kleinere Stummelflügel. Nur das Space Shuttle und die russische Buran haben so große Tragflächen.

Sehr früh war auch die Air Force am Shuttle Projekt interessiert. das war nicht das erste Mal, dass das Militär sich an einem bemannten Programm interessierte. Sie wollte auch mal eigene Gemini Kapseln starten, bis sich nach einer Analyse zeigte das es für ihre Zwecke nichts brachte, dann plante sie Gemini Kapseln beim bemannten Spionagesatelliten MOL einzusetzen. MOL war 1969 begraben worden, weil es zu teuer wurde und nun sah man im Space Shuttle das nächste Programm wo man mitmischen konnte.Die Planung für das Shuttle begannen nur kurz nach der Einstellung von MOL.

Die NRO hatte zu dieser Zeit (1969) schon zahlreiche Spionagesatelliten gestartet und zwei Programm liefen: Corona für die Flächenaufklärung und Gambit für die Detailaufklärung. Es hatten zwei Ereignisse aber gezeigt, dass diese Satelliten bei modernen Konflikten nicht von Nutzen waren. Corona und Gambit waren entwickelt worden um die Rüstung der UdSSR, vor allem die Stationierung von Atomraketen zu überwachen. Panzer, Flugzeuge und Raketen wurden über Jahre entwickelt und die stationierung zog sich auch über Jahre und Monate hin.  Sie waren nicht geeignet um Erkenntnisse über Ereignisse zu liefern die sich in wenigen Tagen abspielen konnten. Beide Programme arbeiteten mit film der wenn eine bestimmte Menge erreicht war in eine Kapsel umgespult wurde und diese wurde geborgen, der Film nach Washington geflogen, dort entwickelt und konnte dann erst ausgewertet werden, Beim Krieg zwischen Israel und seinen Nachbarn 1967 gab es Aufnahmen erst als der Krieg zu Ende war. Bei der Invasion von Prag startete am 6.8.1967 ein Gambit, der eine Fehlfunktion hatte und deorbitiert wurde. Ein Corona startete am 7.8. Er hatte zwei Filmkapseln an Bord. Die erste zeigte keine Anzeichen für Truppenkonzentrationen, die zweite erreichte Washington, als die Invasion schon stattgefunden hatte.

Was die NRO wollte, war eine Möglichkeit sehr schnell Aufnahmen zu gewinnen. Und das Space Shuttle als bemanntes Gefährt sollte diese Möglichkeit sein. Die Idee: Ein Shuttle startet in Vandenberg, durchläuft nicht mal einen Orbit bei dem die Besatzung über dem Zielgebiet Aufnahmen macht und landet dann wieder in Vandenberg. Das Problem: da sich die Erde um die Achse dreht, ist wenn er auf einer niedrigen Umlaufbahn wieder am Startort ist, ist nach 90 Minuten Vandenberg 2072 km weiter östlich. Daher wollte die USAF ein bemanntes Raumfahrzeug mit einer Querreichweite von 1500 nm, (2778 km). Das leisteten die bisherigen Entwürfe nicht. Der letzte von Max Faget hatte zwei kleine Stummelflügel die eine Querreichweite von 230 nm ermöglichten - völlig ausreichend für die NASA, um einmal am Tag in Cape Canaveral zu landen.

James Fletcher, NASA Administrator gab als Kurs vor diese und eine zweite Forderung der Air Force (der große Nutzlastraum mit 65.000 Pfund Maximalnutzlast) in das Design zu übernehmen. Der Rest ist Geschichte. Der Orbiter hatte eine Nutzlast von 65.000 Pfund (die NASA wollte nur 25.000 Pfund) und eine Querreichweite von 1100 nm (1500 waren auch mit Delta Flügeln nicht machbar, aber 1100 nm reichten bei sonnensynchronen Umlaufbahnen auch aus).

So kann man es nachlesen, unter anderem in Heppenheimers Buch, "The Shuttle Decision", das im Auftrag der NASA geschrieben wurde und daher wohl offiziel abgesegnet ist. Nur bleiben für mich da etliche Fragen offen. Die erste ist natürlich, ob man die Querreichweite braucht. Das Space Shuttle kann in eine Umlaufbahn geschickt werden, in der die Umlaufperiode ein vielfaches der Erdrotation ist, z.B. 90 Minuten, das sind 16 Umläufe pro Tag. Eine 275 km hohe Bahn hat z.B. diese Periode. In dieser kann er ohne größere Querreichweite nach genau 12 Stunden wieder landen, dann erneut nach 24 Stunden. Der Zeitgewinn von rund 10 Stunden scheint mir angesichts der Zeit die man braucht den Start überhaupt vorzubereiten gering, dafür hatte die Querreichweite aber große Auswirkungen beim Design. Das Shuttle wurde schwerer, der Hitzeschutzschild größer und schließlich hielt dieser den Jungfernflug um 1 Jahr auf. Wenn wie bei Heppenheimer angedeutet, der Film erst in Washington entwickelt wurde, hätte man auch im Kennedy Space Center landen können. Das wäre nach 10 Stunden möglich und verkürzt die Flugzeit um 4 Stunden, das heißt man hätte nur 5-6 Stunden verloren, Dafür das komplette Konzept umzuwerfen erscheint unsinnig.

Das zweite ist, dass diese Querreichweite nur von Nutzen ist, wenn der Orbit beim ersten Umlauf genau über das Zielgebiet führt. Da sich die Erde dreht wird das Shuttle jeden Punkt der Erde in 1 Tag in mindestens 1300 km Entfernung überfliegen, was bei genügend hoher Umlaufbahn zumindest Aufnahmen von schräg oben erlaubt, aber in einem Orbit ist es nur ein Streifen. Fix ist nur wo der Äquator gekreuzt wird: 90 Grad und 270 Grad östlich von Vandenberg, also bei 30 West und 150 Grad Ost. Also ist der Nutzen nicht so offensichtlich, außer alle Konflikte brechen in genau diesem Streifen aus.

Vielleicht bringt ein Blick auf Buran neue Erkenntnisse. Buran wurde als "Abwehrwaffe" gegen das Space Shuttle entworfen. Das Shuttle und dann der Plan mit SDI Waffen im Weltraum zu stationieren machten den Russen Angst. Verständlich, denn es gab offizielle Poster der USAF in der ein Shuttle etwas einfing, was verdächtig einer russischen Saljut Station ähnelte. Buran wurde wirklich auch entwickelt um Weltraumwaffen zu transportieren oder Satelliten zu bergen (nicht nur eigene). Eine solche Mission ist natürlich noch etwas geheimer als eine Aufklärungsmission, und da jeder Satellit einmal pro Tag den Startort nahe passiert und je nach Umlaufbahn nach 8-16 Tagen in fast genau überfliegt kann man sich folgendes Szenario denken: Ein Shuttle startet, fängt im ersten Orbit einen Satelliten ein, und landet bevor der erste Umlauf durchlaufen ist. Mit etwas Glück bemerkt das keiner, nur der US-Satellit ist auf rätselhafte Weise verschwunden.... Das ist viel eher denkbar, als die Aufklärungsmission und auch technisch möglich: Die Gemini Raumschiffe konnten innerhalb eines Umlaufs an die Agena ankoppeln. Mit genügend Treibstoff für Manöver (und das Shuttle hatte eine dV-Kapazität von 300 m/s, Buran sogar eine von 500 m/s) kann man Zeit auf Kosten von Treibstoffverbrauch gewinnen.

Was wohl die wahre Intention ist? Ich weiß es nicht, die Aufklärungsvariante erscheint mir aber zu aufwendig und unwahrscheinlich. Was meint ihr?

19.8.2013: Die weltgrößte Rakete - Teil 2

So, hier mein Vorschlag. Sie besteht aus zwei (Erdorbit) bzw. drei Stufen plus Boostern.

Die erste Stufe treiben acht F-1 an, die zweite acht RS-25D, die dritte zwei RS-25D. Als Booster kommen AJ-260 zum Einsatz, die 1967 getestet wurden. Jeder AJ-260 hat folgende Daten:

Schub Start 17696 kN
Schub maximal 22200 kN
Startgewicht: 831.300 kg
Trockengewicht: 85.300 kg
spezifischer Impuls Meereshöhe 2138 m/s
spezifischer Impuls Vakuum 2580 m/s
Brennzeit 114 s

Mit dem Kriterium, dass die Rakete nach Abtrennung der Booster noch mit minimal 10 m/s beschleunigen soll, darf die Rakete zu diesem Zeitpunkt 6192 t wiegen. Das legt die Masse nach Abtrennung der Booster fest. (Schub 7740 kN pro F-1 Triebwerk, spezifischer Impuls 2980). In 114 s verbrauchen die acht F-1 Triebwerke 2371,2 t Treibstoff, damit wiegt die Rakete ohne Booster 8563,2 t beim Start. Mit diesen Angaben kann man die Anzahl der Booster berechnen.

Die Anzahl der Booster richtet sich nach der Minimal und Maximalbeschleunigung. Minimal sollen es 12,5 m/s sein, maximal 45 m/s. (15 m/s wären es wenn nur Booster zum Einsatz kommen, doch das ist hier nicht der Fall) Nimmt man als Worst Case an, dass der Maximalschub von 22,2 MN pro Booster vor der Abtrennung erreicht wird, so kann man 11 Booster anbauen. (Beschleunigung: 42,9 m/s) Als zweites Kriterium gibt es noch die Startbeschleunigung die mindestens 12,5 m/s betragen soll. Sie wird mit 8 Boostern erreicht..

Bleibt noch die Geometrie. Basierend auf den Abmessungen der S-IC, nur im Durchmesser vergrößert, wäre eine Stufe rund 12,70 m im Durchmesser, die Saturn C-8 mit derselben Triebwerkszahl hatte 13,20 m Durchmesser. Auf einem Kreis von 12,70 + 6,60 m könnte man dann die Booster anordnen, das erlaubt 9 Stück. Das letzte und wichtigste Kriterium ist aber die Vorgabe maximal 8 zu nehmen. Also wäre die Boosterbestückung auf 8 zu begrenzen (Startbeschleunigung 12,8 m/s, Endbeschleunigung 35,8 m/s). Der mittlere spezifische Impuls dieser Mischung (2371 t LOX+Kerosin + 5968 t PBAAN/Alu/NH4CLO4)  beträgt dann 2693 m/s.

Die Masse der ersten Stufe wird von der Startmasse der nächsten beiden bestimmt. Für die zweite Stufe habe ich LOX/LH2 vorgesehen, dass bedeutet, dass bei einem Schub von 2290 kN für das SSME und einer Minimalbeschleunigung von 8 m/s die Restrakete nun maximal 2290 t wiegen darf. Diese 2290 t gehen von der ersten Stufe ab, die beim Start 8563,2 t wiegt. Sie wiegt also 6273 t, woraus sich eine Trockenmasse von 418,2 t und eine Brennzeit von 281,5 s ergibt. Die Brennschlussbeschleunigung wäre dann 22,9 m/s.

Zu einfachen Modulation habe ich erst mal die Rakete nur zweistufig für Erdorbitmissionen vorgesehen. Bei der zweiten Stufe muss man dann eine Nutzlastabschätzung machen und erst mal die Geschwindigkeit errechnen und kann dann anpassen. Ich fing mit 700 t an, was zu viel war, und nach einigen Iterationen kam ich auf 579,7 t Nutzlast und 1710,3 / 171,03 t für die zweite Stufe. Da die zweite Stufe nur noch zweieinhalb mal so schwer wie die Nutzlast ist, habe ich auf eine dritte verzichtet, die eventuell auch noch etwas herausholt. Bei 8 SSME (Schub 2290 kN, spezifischer Impuls 4480 m/s ergibt sich eine Brennzeit von 376,4 s für die zweite Stufe.

Diese kann man dann bei dem Marstransport einsetzen. Hier bei gehe ich von der einfachen Annahme aus (ohne Optimierung), dass die dritte Stufe erst im Erdorbit gezündet wird, da man die Größe exakt berechnen kann. Eine 362 t voll / 36,2 t leere stufe würde dann 215,7 t zum Mars transportieren. Da sie zusammen mit der Nutzlast 589,6 t wiegt kann sie nur eingesetzt werden wenn die Nutzlast kleiner als 215,7 t ist, also nicht für Erdorbitmissionen. Sie würde gemäß Vorgabe einer Beschleunigung um mindestens 5 m/s zwei SSME einsetzen und 318,6 s lang brennen. Sie Stufe ist schon nahe des Optimums. Das Vinci ist nicht einsetzbar, da man bei dem vorgegebenen Kriterium Mindestbeschleunigung 16 Stück braucht und diese dann die 8-Triebwerke Regel überschreiten.

Basierend auf diesem Ansatz kann man nun mit der Masse von zweiter und dritter Stufe spielen, wobei es unterschiedliche Lösungen gibt je nach Zielgeschwindigkeit: optimale Lösung für LEO: 1088,1 / 570 t mit 631,5 t Nutzlast. Für den Mars sind es 1580,1 / 490 t mit 219,7 t Nutzlast. Wie man sieht ist aber der Gewinn nicht groß. Selbst die dreistufige Version bringt weniger als 10% mehr LEO-Nutzlast und die Optimierung sogar nur 2% zum Mars.

Außer der Reihe noch eine Lösung mit moderner Technologie. Der leistungsfähigste heute verfügbare Feststoffbooster ist der 5-Segment RSRM. (5,5 und 6 Segment RSRM sind zwr mal geplant worden, wurden aber nie gezündet). Das leistungsfähigste heute noch gebaute Triebwerk ist das RS-68A, das RD-171 ist zwar schubstärker, jedoch hat es vier Brennkammern. Es zeigt aber, was man heute entwickeln könnte ohne die F-1 nachzubauen und die AJ-260 neu zu konstruieren.

Eine Stufe müsste so konstruiert sein, dass man oben am Zwischenstufenadapter den RSRM und unten am Schubgerüst den RSRM anbringt. Da dieser eine Länge von 53 m hat, muss der Treibstofftank 53 m lang sein. Beim Mischungsverhältnis 6:1 LOX/LH2 hat die Mischung eine Dichte von 0,358. 8 RS-58B haben im Vakuum einen Schub von 28360 kN, damit darf die Rakete bei Brennschluss der Booster noch 2836 t wiegen. Bei einem Treibstoffkonsum von 872 kg pro Triebwerk und pro Sekunde und 132 s Brennzeit, wiegt die erste Stufe beim Start 1467,6 t und leer 146,76 t. Daraus ergibt sich bei einer Tanklänge von 53 m ein Durchmesser von 9,40 m. Auf dem Kreis von 13,11 m Durchmesser lassen sich 11 Booster anbringen, es kann also die Maximalbestückung von 8 genommen werden.

Diese Version ist der ersten deutlich unterlegen, auch weil eine schlechte Stufung vorliegt (die Zentralstufe brennt nur wenig länger als die Booster). Sie ist auch viel leichter, sodass der durchschnittliche spezifische Impuls nicht so stark ansteigt wie man dies erwarten kann. Immerhin, sie transportert 400,5 t in eine Erdumlaufbahn. Das sind dann mit einer Stufe, die erst in der Erdumlaufbahn gezündet wird 150,3 t zum Mars. Eine optimierte Version kommt dann auf 161,5 t.

Stufe Startmasse Trockenmasse spezifischer Impuls
8 x AJ 260 8 x 831,3 t = 6650,4 t 8 x 85,3 t = 682,4 t 2580 m/s (2693 m/s mit dem LOX/Kerosin)
8 x F-1 6273,t (davon 2371,2 t während des boosterbetriebs verbraucht) 418,3 t 2980 m/s
8 x SSME 1710,3 t 171,03 t 4480 m/s
2 x SSME 362 t 36,2 t 4480 m/s
Gesamt Startmasse 15213,6 t Nutzlast: 579,7 t LEO Nutzlast 215,7 t LEO

Stufe Startmasse Trockenmasse spezifischer Impuls
8 x 5 Segment RSRM 8 x 733,3 t = 5865,4 t 8 x 84,5 t = 676 t 2671 m/s (2880 m/s mit dem LOX/LH2)
8 x RS-58B 1467 t (davon 921,6 t während des boosterbetriebs verbraucht) 146,7 t 4062 m/s
8 x SSME 1889,5 t 188,95 t 4480 m/s
2 x SSME 250,2 t 25,02 t 4480 m/s
Gesamt Startmasse 9622,5 t Nutzlast: 400,5 t LEO Nutzlast 150,3 t LEO

Was lehrt uns das? Wir brauchen nicht wie bei der SLS eine Ausschreibung für neue Booster. Wenn man nur nimmt, was gerade verfügbar ist, kann man eine Rakete konstruieren, welche mehr als die doppelte Nutzlast der größten projektierten SLS Version hat. Mars Expeditionen haben je nach Planung (progressiv / konservativ) eine Masse von 630 bis 1000 t in der Erdumlaufbahn - zwei bis drei Starts dieser Versionen würden das locker schaffen. Aber man will wohl lieber noch ein par Jahrzehnte weiter planen oder greift auf Pläne wie "Mars one" zurück.

23-8-2013: Project Facette

Seit etwa dreißig Jahren haben wir wieder einen Wettlauf - nicht im Weltraum, sondern, wer baut das größte Teleskop. Lange Zeit war das 5 m Teleskop von Mount Palomar das größte. Russland baute ein 6 m Teleskop im Kaukasus um es zu schlagen. Doch das gelang nur in der Größe. Die Gründe liegen im Glas. Glas, aber auch Zerodur, aus dem moderne Spiegel bestehen ist eine eingefrorene Flüssigkeit. Ein Spiegel für ein Spiegelteleskop muss auf etwa 0,05 µm genau geschliffen sein. Ab einer bestimmten Größe verformt sich das Glas unter dem Eigengewicht so stark, das die Bildqualität leidet. Das ist wahrscheinlich auch der Hauptgrund für die schlechte Qualität des russischen Teleskopes.

So baute man bis Ende der achtziger Jahre neue Teleskope kleiner, im 3-4 m Bereich. Den Durchbruch brachte die Entwicklung der adaptiven Optik, z.B. mit dem NTT das 1989 eingeweiht wurde. Das Grundprinzip: man lebt mit der Verformung des Glases und gleicht diese durch einen verformbaren Korrekturspiegel aus, bei dem Korrekturelemente eine Zone des Spiegels unter Druck setzen und ihn so wieder in die ideale Form bringen. Zuerst war dies passiv, das heißt man glich aus, was nach Berechnung an Verformung resultierte. Später gab es die aktive Optik: Ein Rechner erfasste das Bild eines Sterns das das Teleskop lieferte und damit auch wie es verformt wurde. Das wurde genutzt um diese Verformung aktiv  auszugleichen. Gab es in dem beobachteten Sterngebiet keinen ausreichend hellen Leitstern (die Korrektur muss mehrere hundert Male pro Sekunde erfolgen, die Belichtungszeit pro Bild ist also kurz), dann kann man mit einem Laserstrahl Natriumatome in der Hochatmosphäre zum Leuchten anregen und so einen künstlichen Stern erzeugen.

Adaptive Optik hat sogar einen Vorteil: Die Kosten eines Teleskops steigen nach Erfahrung mit dem Faktor 6 bei doppeltem Durchmesser. Bestimmt ist dies durch den Spiegel. Je schwerer er ist, desto schwerer ist die Montierung die auch genau nachgeführt werden muss. Adaptive Optik erlaubte leichtere Spiegel. Dadurch wurden die Teleskope billiger. Das deutsche 3,5 m Teleskop auf dem Calar Alto kostete 60 Millionen DM, das NTT mit 3,5 m Durchmesser dagegen nur 35 Millionen. Es ist sogar möglich den Spiegel ganz aus einzelnen Segmenten zusammenzusetzen, wie dies beim Keck Teleskop erfolgte. Auf dieser Technologie wird auch das nächste große Teleskop der ESO, das EELT entstehen und das Thirty Meter Teleskope. Das US-kanadische Magellan Teleskop besteht dagegen aus 7 Spiegeln von 8,4 m Größe.

Während so seit 1990 die Teleskopgrößen immer größer wurden (die größten Einzelspiegel sind derzeit etwas über 8 m groß, segmentierte Spiegel bis 10 m) werden kleinere Instrumente wurden kaum noch gebaut. Da kommt nun meine Idee ins Spiel. Natürlich hat ein großes Teleskop Vorteile gegenüber einem kleinen. Man kann damit weiter ins All hinaussehen, lichtschwächere Objekte beobachten und hat auch eine höhere Auflösung. Auf der anderen Seite ist Astronomie keine statische Wissenschaft. Was interessiert ist nicht ein Bild einer Galaxie oder eines Nebels. Hat man es einmal gemacht, dann müsste man niemals mehr ein neues machen. Auch im All gibt es Veränderungen, die es nötig machen verschiedene Objekte zu bestimmten Zeiten zu beobachten. Vieles Vorgänge im All sind zeitlich variabel. einige Beispiele:

Für diese Zwecke braucht man keine großen Instrumente. Auf der anderen Seite gibt es eigentlich nie genug Beobachtungszeit für alle Forschungsvorhaben. Mit mehr Teleskopen könnte man die Wartezeit reduzieren und viele Vorhaben angehen, die sonst keine Chance gehabt hätten Beobachtungszeit zu bekommen.

Sinnvoll wäre daher ein Mix kleiner und mittlere Teleskope zum einen für regelmäßige, automatische Suchen und für kleinere Objekte die es zu vermessen gibt. Ich habe das schon mal vorgeschlagen. Auf die Idee kam ich erneut als ich in einem Beitrag von Arte. Ein Team wollte möglichst alle Supernova in nahen Galaxien erfassen und studieren. Dazu bauten sie eine Reihe  von 40 cm und 1 m Teleskiopen. Ein größere Teleskop hätte nur eine Galaxie beobachten können. So hat man eine größere Abdeckung.

Die Idee: wir haben eine internationale Gemeinschaft ähnlich wie es ja auch im Weltraum schon Zusammenarbeit gibt. Die USA, ESO, Deutschland, England, Frankreich, Kanada, Japan als Einzelnationen mit nationalen Teleskopen könnten sich zusammeneschließen und zusammen 1 Milliarde Euro aufbringen. Das ist in etwa das was eines der 30 m Teleskope kostet, die derzeit angegangen werden und davon leistet man sich drei.

Man baut eine Reihe von Teleskopen in Serienbauweise entweder in einer Größe oder in wenigen standardisierten Größen. Das spart Kosten. Genauso entwirft man eine Reihe von Standardinstrumenten wie Spektrometer, CCD Kameras etc. die man in Serienbauweise fertigt.

Doch was kostet heute ein Teleskop? Leider gibt es dazu wenige Daten. Eine Volksternwarte in Deutschland nennt ein 1 m Teleskop in Eigen. Die Kosten dafür betrugen (inflationskorrigiert) 350.000 Euro. Nur ist das leider nicht mit einem Forschungsteleskop zu vergleichen. Charakteristisch für diese Projekte ist der hohe Anteil an Eigeninitiative, das Teleskop wird in entwickelten Gegenden gebaut, während astronomische Sternwarten meistens auf entlegenen Bergspitzen entstehen und man hat bei Amateurteleskopen meist keine aufwendige Instrumentierung. Man kann die Kosten also für eine kommerzielle Version gerne verdoppeln.

Dann gab es letztes Jahr die Einweihung eines 2 m Teleskops auf dem Wendelstein. Doch das war sehr teuer mit 8 Millionen Euro, auch weil man das ganze Material mit Helikoptern auf den Berg schaffen müsste. Ich bin im folgenden von den inflationskorrigierten Daten des NTT auf 2013 ausgegangen: 31,9 Millionen Euro für ein 3,5 m Teleskop und den Erfahrungssatz doppelter Durchmesser = sechsfache Kosten. Dann erhält man folgende Kosten:

Durchmesser Kosten pro Einzelexemplar Anteil Anzahl bei Einzelfertigung Anzahl bei Serienfertigung
1 m 1,25 Millionen Euro 10% 80 123
1,5 m 3,56 Millionen Euro 25% 70 107
2 m 7,5 Millionen Euro 30% 40 58
2,5 m 13,3 Millionen Euro 35% 26 37

Kommt man nun zu einer kleinen Serie, so müssten die Kosten sinken, aufgrund des Gesetzes der Serienbauweise. Die letzte Spalte gibt die Anzahl an, wenn man das Gesetz der Serienbauweise anwendet (n Exemplare kosten n0.7 bis 0.8 anstatt n Euro. Da vieles nicht serialisierbar ist (so werden die Baukosten und Infrastrukturkosten konstant bleiben) habe ich dies nur für 50% der Kosten mit einem Lernfaktor von 0.75 angesetzt.

Für 1 Milliarde Euro würde man also 325 kleine bis mittelgroße Teleskope, anstatt 216 bei Einzelfertigung bekommen. Ein weiterer Vorteil ist auch, dass sie identisch instrumentiert sind, was es einfacher macht Beobachtungen verschiedener Gruppen zu vergleichen oder auszuweichen auf ein anderes Teleskop.

Das Beobachtungsprogramm kann so gestaltet werden, dass ein Teil der Teleskope für Durchmusterungen vorgesehen ist, sie also periodisch den ganzen Himmel auf Veränderungen durchsuchen. Ein weiterer Teil steht für internationale Projekte zur Verfügung, d.h. Forscher reichen, wie dies z.B. auch beim Hubble Weltraumteleskop der Fall ist einen Antrag ein, und es wird entschieden nach der Qualität des Antrags nicht nach der Nation wie viel Beobachtungszeit er enthält. Ein weiterer Teil wäre dann für die Nation zum freien Verteilen unter ihren Astronomen verfügbar, entsprechend ihrer finanziellen Beteiligung. Was es aber ist, ist ein internationales Projekt, d.h. Deutschland hat dann nicht einige Teleskope die es exklusiv für sich nutzen kann, sondern es bekommt einen Anteil an der Gesamtbeobachtungszeit. So kann man sie auch am flexibelsten nutzen.

Eine Milliarde ist auch bei der Astronomie nicht viel. Die ESO hat ein Budget von 143 Millionen Euro. Die USA geben sicher noch mehr aus und viele Länder in der ESO haben noch nationale Observatorien. Dazu kämen noch als Betreiber von Großteleskopen noch Südafrika, Canada, Japan, eventuell noch Indien und China. Nehmen wir an, dass weltweit jährlich 400 Millionen Euro für die Astronomie ausgegeben werden und dieses Programm sich über 10 Jahre erstreckt, dann bedeutet dies, dass mit 25% mehr Mitteln man die Zahl der installierten Teleskope deutlich erhöhen kann. Wikipedia listet 112 Teleskope mit 1,8 m Durchmesser oder größer, davon 63 im Bereich bis 2,5 m Größe. In diesem Segment würde sich die Zahl um 95, also 150% erhöhen.

Für die Öffentlichkeitsarbeit wäre es auch denkbar, einige dieser Teleskope, z.B. 10% aus jeder Klasse als öffentlich verfügbare Internet Teleskope einzurichten, denn aufgrund der großen Zahl werden sie sowieso alle automatisiert arbeiten. d.h. der Beobachter sendet seinen Beobachtungswunsch über das Internet an die Sternwarte wo der Computer das Teleskop ausrichtet und Lifebild und Daten zurückschickt. Dann ist der Weg nicht weit zu einem Teleskop für jedermann.


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