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Web Log Teil 353: 21.10.2013 -

21.10.2013: Zum zweiten Male: rechnen wir es nach

 Der Messias hat erneut zu den SpaceX Jüngern gesprochen. Diesmal lies sich der göttliche Designer Elon Musk über seine Pläne für vier Startplätze, die er braucht um alle Kundenwünsche zu befriedigen. Dies sind:

Am Ende des Artikels klingt noch an, man bräuchte wenn man erfolgreich ist, noch einen weiteren Startplatz.

Dann gibt es noch die Prognose, immer wieder wiederholt, man wolle zehn Falcon heavy und zehn Falcon 9 pro Jahr starten.

Nun ich habe mich schon darüber ausgelassen, warum man für 20 Starts keine vier Startplätze braucht. Das zeugt eher von Ineffizienz als von Effektivität. Mit dem Artikel ist einiges klarer geworden. Klar war vorher schon, dass man Vandenberg nur für polare Starts braucht. Das sind nur wenige, vor allem Erdbeobachtungssatelliten und Wettersatelliten. Nun mag Pad 39A geeigneter für bemannte Missionen sein, aber noch ist nicht offen, dass SpaceX als Gewinner aus der CCdev Ausschreibung herausgeht. Boeing hat genauso viele Mittel für ihre CST-100 Kapsel erhalten. Und eine Beurteilung ist zumindest nicht veröffentlicht worden. Selbst wenn, dann verstehe ich nicht, warum Pad 39A dann nicht die anderen DoD / NASA Missionen durchführen könnte, so viele gibt es davon ja auch nicht und sie sollen ja so effizient sein.

Das die Firma einen eigenen Spaceport für kommerzielle Starts haben will ist noch nachvollziehbar. Seit Jahren gibt es Beschwerden auch von ULA über die Einschränkungen der verfügbarer Startfenster durch Regierungsmissionen. Diese haben Vorrang. Auf der anderen Seite sind ja SpaceX Kunden geduldig, SES hat, wenn der Start am 12. November erfolgt 7 Monate gewartet. Innerhalb dieser Zeitfrist wird man auch im CCAF ein Startfenster finden. So gesehen würden zwei Startkomplexe reichen, selbst wenn man drei haben will, dann bräuchte man nicht noch Geld in Brownsville investieren. Das wird dort übrigens dann nicht nur der Startplatz sein. Da kommen noch weitere Investitionen hinzu. Bisher hat SpaceX sich ausruhen können, indem sie Air Force und NASA Equipment für die Bahnverfolgung und den Telemetrieempfang in Anspruch nahm. Das gibt es aber entlang der Golfküste nicht. Da Brownsville weiter westlich liegt, wird auch der Äquator weiter westlich überquert, also kann man zur Verfolgung der zweiten Zündung nicht die Empfangsstationen der NASA in der Karibik zurückgreifen und wird welche in Mexiko brauchen.

Doch wird SpaceX je zehn Falcon 9 und Heavy starten? Nein, weil es niemals diese Aufträge bekommt. Es gibt zwei Einschränkungen. Seitens der US-Regierungsaufträge (NASA und DoD) wird es zwei unterstützte Trägerfamilien geben. Das DoD hat das mehrmals bei Anhörungen verteidigt, mit der Begründung, dass man mit zwei Linien braucht falls eine für längere Zeit ausfällt. Eine ähnliche Stellungnahme gibt es seitens der NASA nicht. Sie hat bisher nur die Atlas gewählt. Die einzige Ausnahme ist ein Start des MPCV mit einer Delta 4 Heavy, weil die Atlas wohl dafür nicht ausreicht.

Realistischerweise kann SpaceX nicht mehr Aufträge erhalten als die Atlas V, das sind zwei Drittel aller Aufträge. Ich meine´, sie werden weitaus weniger erhalten. Denn es gibt einen Riesenunterschied zwischen der NASA und kommerziellen Kunden: Die Satelliten sind Einzelstücke und nicht versichert. eine Raumsonde oder ein Forschungssatellit sind zudem viel teurer als ein Serie gebauter Kommunikationssatellit. Als Folge machen die Startkosten einen viel kleineren Teil der Gesamtkosten aus, was den Preisvorteil von SpaceX schrumpfen lässt, dafür ist der Sicherheitsaspekt wichtiger. Das addiert weitere kosten, die den Preisvorteil weiter schrumpfen lassen. Während der bisher sechs Flüge gab, es aber zwei Flüge mit gravierenden Problemen bei denen die Wiederzündung der Oberstufe nicht klappte und einem Fall sie im Orbit taumelte im zweiten Bruchstücke in den Orbit entließ. Zwei weitere Starts führten zum Verlust einer Sekundärnutzlast durch einen vorzeitigen Triebwerksausfall und bei einem fiel ein Triebwerk aus und dies wurde erst später veröffentlicht, weil es so spät war das man es auf den Aufnahmen nicht sah. Lediglich einer von sechs Starts hielt die Orbitparameter ein, die im Users Manual versprochen wurden.

Demgegenüber haben Atlas V und Delta 4 eine viel bessere Bilanz mit 39 Starts bei einem Fehlschlag bei der Atlas V (Fehlschlag im Sinne nicht erreichter Orbitvorgaben, das sind bei SpaceX 5 von 6 Starts) bei der Delta IV sind 23 von 24 erfolgreich verlaufen. ebenfalls mit einem zu niedrigen Orbit beim Jungfernflug der Delta IVH. Daher halte ich es für unwahrscheinlich, das SpaceX mehr als als der Juniorpartner im EELV Programm sein wird,

Kommen wir zu den kommerziellen Aufträgen. Hier dominiert Arianespace den Markt, danach folgt ILS. Sealaunch konnte nach dem Fast-Konkurs nicht wieder Fuß fassen und hat zudem einen Fehlstart bei den wenigen Starts aufzuweisen. Man könnte nun meinen, diese Kunden wären preisbewusster, aber das Gegenteil ist der Fall: Arianespace hat den größten Anteil und ist der teuerste Anbieter. Also auch hier kann man sicher nicht mit einem Marktanteil von mehr als 50% rechnen.

So, nun kommt die Rechnung. Ich habe hier mal die kommerziellen Starts und die US-Starts im Bereich der Falcon 9 von 2012 zusammengefasst. Ausgenommen sind Nutzlasten die von den Trägern stammen aber nicht kommerziell sind (ATV, russische Regieurungsnutzlasten)

Datum Nutzlast Trägerrakete Weltraumhafen Umlaufbahn
15.05.2012 JCSAT 13 Ariane 5ECA Centre Spatial Guyanais 35763 x 35802 x 0.0
05.07.2012 Echostar 17 Ariane 5ECA Centre Spatial Guyanais 35429 x 35777 x 0.0
02.08.2012 Intelsat IS-20 Ariane 5ECA Centre Spatial Guyanais 35745 x 35769 x 0.0
28.09.2012 Astra 2F Ariane 5ECA Centre Spatial Guyanais 35782 x 35791 x 0.0
10.11.2012 Star One C3 Ariane 5ECA Centre Spatial Guyanais 35779 x 35792 x 0.0
19.12.2012 Skynet 5D Ariane 5ECA Centre Spatial Guyanais 35515 x 35906 x 0.2
20.06.2012 USA 236 Atlas V 401 Cape Canaveral 35777 x 35794 x 4.9
30.08.2012 Radiation Belt Storm Probe 1 Atlas V 401 Cape Canaveral 594 x 30527 x 10.0
13.09.2012 USA 238 Atlas V 401 Vandenberg Air Force Base 1011 x 1202 x 63.4
11.12.2012 X-37B OTV-3 Atlas V 501 Cape Canaveral 342 x 357 x 43.4
04.05.2012 AEHF SV-2 Atlas V 531 Cape Canaveral 35780 x 35800 x 0.0
24.02.2012 MUOS Atlas V 551 Cape Canaveral 35780 x 35800 x 2.0
29.06.2012 USA 237 Delta 4H Cape Canaveral 35675 x 36100 x 3.5
04.10.2012 GPS IIF-3 Delta 4M+(4,2) Cape Canaveral 20426 x 20480 x 54.9
03.04.2012 USA 234 Delta 4M+(5,2) Vandenberg Air Force Base 1080 x 1093 x 122.9
20.01.2012 WGS SV-4 Delta 4M+(5,4) Cape Canaveral 35786 x 35788 x 0.1
22.05.2012 Dragon C2 Falcon 9 Cape Canaveral 387 x 398 x 51.6
08.10.2012 Dragon CRS-1 Falcon 9 Cape Canaveral 393 x 417 x 51.6
14.02.2012 SES-4 Proton-M/Briz-M Baikonur 35784 x 35788 x 0.1
25.03.2012 Intelsat IS-22 Proton-M/Briz-M Baikonur 35783 x 35788 x 0.0
23.04.2012 Yahsat 1B Proton-M/Briz-M Baikonur 35785 x 35804 x 0.0
17.05.2012 Nimiq 6 Proton-M/Briz-M Baikonur 35738 x 35748 x 0.0
09.07.2012 SES-5 Proton-M/Briz-M Baikonur 35705 x 35775 x 0.1
06.08.2012 Telkom-3 Proton-M/Briz-M Baikonur 266 x 5012 x 49.9
14.10.2012 Intelsat IS-23 Proton-M/Briz-M Baikonur 35947 x 36915 x 0.1
20.11.2012 Echostar XVI Proton-M/Briz-M Baikonur 35755 x 35801 x 0.0
01.06.2012 Intelsat IS-19 Zenit-3SL Odyssey Plattform 35667 x 35870 x 0.1
19.08.2012 Intelsat IS-21 Zenit-3SL Odyssey Plattform 35214 x 35787 x 0.0
03.12.2012 EUTELSAT 70B Zenit-3SL Odyssey Plattform 35629 x 35747 x 0.0

So, kommen wir nun zu den maximalen Nutzlastkapazitäten der einzelnen Träger (alle in GTO, da dies fast alle Nutzlasten sind wie die Bahnen zeigen:

Träger Nutzlast GTO 0 Grad
Ariane 5 ECA 10.200 kg
Proton /Briz M 6.150 kg
Zenit 3SL 6.000 kg
Falcon 9 V1.1 4.350 kg
Falcon Heavy 19.400 kg
Delta 4H 9.770 kg
Delta 4M (4,2) 5.022 kg
Delta 4m (5,) 3.961 kg
Delta 4M (5,4) 5.709 kg
Atlas 401 3.755 kg
Atlas 501 3,000 kg
Atlas 531 5.645 kg
Atlas 551 6.885 kg

Bei SpaceX habe ich mangels der Daten für einen Super-GTO angenommen, dass der Satellit 300 m/s mehr aufwenden muss und die Satellitenmasse berechnet, wenn man diesen Treibstoff nicht berücksichtigt. Bei Supersynchronen Bahnen wäre die Nutzlast eher noch geringer, so würde der für einen 1500 m/s Δv Orbit erforderliche Super-GTO eine Geschwindigkeit von 10737 anstatt 10228 m/s aufwesien.

Addiert man alle Nutzlasten zusammen, so sind das maximal 138.600 kg bei den kommerziellen Starts und 51.227 kg für die US-Regierung plus zweier Starts von SpaceX zur Versorgung der ISS.

Ausgehend davon kann man an zwei Szenarios denken:

optimistisches Szenario: SpaceX ersetzt die Atlas (26.795 kg GTO) und erreicht 50% bei den kommerziellen Starts (69.300 kg), zusätzlich ergibt es zwei Starts zur ISS. Da gleich viele Falcon 9 und Heavy produziert werden ergibt sich für je ein Falcon9/Heavy Paar eine kombinierte GTO Nutzlast von 23.750 kg. Demnach reichen zwei Falcon 9 und eine Falcon heavy aus, die US-Starts zu ersetzen und drei Falcon 9 und drei Falcon Heavy um die kommerzielle Nutzlasten zu starten. Zusammen mit zwei Falcon 9 Versorgungsflügen sind das sieben Falcon 9 und vier Falcon Heavy.

Selbst wenn man versucht Träger 1:1 umzurechnen, also eine Falcon heavy einen Ariane 5 Doppelstart oder zwei Proton / Sealaunch Starts ersetzt. Bei den US-Starts würde die Falcon 9 bei Atlas V Nutzlasten < 4,35 t und darüber hinaus als Falcon Heavy eingesetzt werden. Dann käme man bei den kommerziellen Starts auf 5 Falcon Heavy und einem Falcon 9 Start. Bei den Regierungsnutzlasten wären es sechs Galon 9 und zwei Falcon heavy, zusammen also sieben Falcon heavy und sieben Falcon 9.

reales Szenario: SpaceX wird wahrscheinlich bei den US-Starts die Delta ersetzen, erreicht beim kommerziellen Starts 30% Anteil (30% ILS, 40% Arianespace). Dann sind es, wenn man Träger rechnet drei Falcon heavy und drei Falcon 9 für die US-Regierung und je je zwei Falcon 9 und Falcon Heavy für kommerzielle Starts, zusammen also fünf Falcon Heavy und fünf Falcon 9.

In keinem dieser Fälle lohnt sich diese Anzahl an Startbasen. Die Rechnung kann man auch über mehrere Jahre machen um die Fehler durch ein geschäftiges oder weniger geschäftiges Jahr zu reduzieren, ich habe wegen des Aufwandes darauf verzichtet (es ist leicht alle Starts der Träger zu ermitteln, aber nicht dann die russischen und ESA Starts rauszurechnen)

 Bei beiden Szenarien ist eines relativ auffällig: der kommerzielle Markt ist viel größer als der US-Markt. Für den kommerziellen Markt würde SpaceX wohl eine Startbasis (LC 40 oder eben Brownsville) reichen. Wenn die Firma nun meint sie braucht vier Startbasen von denen drei nur für US-Starts vorgesehen sind (Vandenberg vielleicht für den einen oder anderen Erdbeobachtungssatelliten, das habe ich nicht berücksichtigt) dann hat das einen Grund: Profitmaximierung. Die NASA zahlt derzeit für eine Atlas je nach Nutzlast zwischen 187 und 230 Millionen Dollar. Selbst mit den Zusatzkosten für NASA-Anforderungen und der Miete für die Pads / Anlagen / Services ist der Gewinn viel größer als im kommerziellen Sektor.

21.10.2013: Das Vermögen der Kirche

Die Diskussion um "Was kostet die Welt?" Elst-Tebatz Prunkbauten hat eine für die Kirchen nicht sehr gute Diskussion entbrannt, über das Vermögen der Kirche. Gestern bei Günther Jauch gab es eine interessante Diskussion. Das erste war, dass man das Vermögen nicht mal genau beziffern kann. Bei der katholischen Kirche sollen es alleine 170 Milliarden Euro sein. Das ist nur das Vermögen auf Bistumsebene oder höher. Was die einzelnen Gemeinden noch an Vermögen haben, kann man nicht beziffern. Dazu scheint es graue Kassen zu geben. Im kleinen Bistum Limburg sollen seit 1948 rund 300 Millionen in einer solchen verschwunden sein. Da zahlt man die 31 Millionen für das Bistum aus der Portokasse. So gesehen wundert mich nicht wenn der Bischof sich nicht drüber aufregt - das sind nur Peanuts.

Selbst der Kirchengelehrte gab zu, dass die katholische Kirche in Deutschland gemessen an anderen Kirchen (in Europa) reich sei. Warum? Ganz Einfach. 1803 hat Napoleon sie enteignet und seitdem, also seit 210 Jahren erhalten die Kirchen ohne das sie was dafür tun müssen 8 bis 9% der Einkommenssteuer. Spätestens seit der Weimarer Republik bundesweit.  Da braucht man sich nicht wundern wenn da ein Riesenvermögen über die Jahrzehnte zusammenkommt.

Eigentlich haben wir im Grundgesetz eine Trennung von Staat und Kirche, aber trotzdem gibt es den Einzug der Kirchensteuer durch den Staat, Sonderprivilegien durch die Kirche (so sind Arbeiternehmerrechte eingeschränkt, so können Kirchen Mitarbeitern kündigen wenn nicht den Lebenswandel haben der ihnen gefällt oder sie die Kirche gewechselt haben - unabhängig davon ob sie etwas mit Gemeindearbeit zu tun haben. Vor allem die katholische Kirche fällt hier immer wieder auf). Es gibt Krankenhäuser die kirchlich betrieben werden (Bestimmung der Einstellungen und alle Entscheidungen von der Kirche), aber zu 100% staatlich finanziert werden. Und wie man gerade erfährt, werden Bischöfe auch vom Staat bezahlt und nicht von der Kirche.

Man sollte endlich die Trennung durchführen. Das bedeutet die Kirchen erhalten das Vermögen das ihnen nach der Enteignung zusteht, damit müssen sie leben und es gibt keine Sonderreglungen im Arbeitsrecht, keine für kirchlich betriebene Organisationen (keine staatliche Finanzierung) und natürlich muss die Kirche alle Beschäftigten (auch Bischöfe) und Einrichtungen selbst bezahlen. Die Tschechische Republik hat letztes Jahr den Besitz erstattet der von den Kommunisten enteignet wurde. das waren 2,95 Milliarden Euro oder 56% des auf 5,26 Milliarden Euro geschätzten Werts. Die tschechische Republik hat 10,5 Millionen Einwohner, die BRD 82 Millionen. Das bedeutet nach Hochrechnung ein Vermögen 41 Milliarden Euro. Mit den 170 Milliarden die nur die katholische Kirch auf der ersten Verwaltungsebene (untere Ebene und evangelische Kirche nicht berücksichtigt) hat, sind sie also mehr als gut bedient. Sie sollten froh sein, dass der Staat nicht noch Geld zurückverlangt.

Wie ist die Haltung der Kirche dazu? Der Vertreter war bestürzt, wie kann man ein Recht das unendlich lang gilt auf einmal ablösen, da wäre jeder Betrag zu gering. Ach so. Nö das ist kein Recht, das ist ein Privileg. Das kann man sehr leicht ändern und bei solchem Verhalten der Verantwortlichen wäre ich sogar dafür, jegliches Vermögen das den geschätzten Wert der enteigneten Grundstücke übersteigt einzuziehen. Ich kann mir nicht vorstellen das es so viel war, das damals der Kirche verloren ging, vor allem wenn ich dran denke, dass der Staat heute hoch verschuldet ist und eine Organisation enormes Vermögen hat. Realistischerweise wird man nicht zurückfordern, auch weil natürlich einiges nicht veräußerbar ist wie Kirchen. Aber die Kirchensteuer gehört abgeschafft, Kirchen sollten ihre Einrichtungen selbst betrieben und von den Zinsen aus diesen Vermögen finanzieren. Also Altenheime, Krankenpflege und Kindergärten. In anderen Ländern schaffen das die Kirchen auch ohne staatliche Finanzierung.

Anstatt den 8-9% Kirchsteuer könnte man die Spitzensteuern anheben. Da wären dann SPD und CDU zufrieden, denn die CDU könnte sagen, dass es netto keine neuen Steuern gäbe, die SPD, dass sie ihre Pläne umgesetzt hat und man könnte die Staatsverschuldung abbauen, anstatt nur auf "Nullverschuldung" hinzuarbeiten.

22.10.2013: Die gemeinsame Oberstufe der Ariane 5 und 6

Es gibt ja Themen die sind bei mir Dauerbrenner. Eines ist der Ausbau der Ariane 5, vor allem weil ich hier deutliche technische Defizite sehe, die wenn sie gelöst wären, sicher dazu führen würden, dass man sich die Entscheidung für die Ariane 6 nochmals überlegt. Eigentlich wollte ich das ganze in die Satire und Fiction Rubrik einordnen, doch dann dachte ich - eigentlich falsch, das wäre technisch möglich und auch wirtschaftlich sinnvoll.

Also warum geht es: Derzeit laufen ja die Arbeiten für die kryogene Oberstufe der Ariane 5 an, dabei soll man schon daran arbeiten, möglichst viel in der Ariane 6 wiederzuverwenden. Nun die optimalste Lösung ist eine Oberstufe für beide Träger. Doch das ist derzeit nicht geplant. Die Ariane 5 Version wird kurz sein und 5,40 m Durchmesser haben. Die Ariane 6 wird länglicher sein und im Durchmesser kleiner. Genaueres kann man aus den Skizzen mangels Bemaßung nicht angeben, aber ableiten kann man das aus den Zeichnungen.

Die Idee ist nun sich für eine der beiden Oberstufen zu entscheiden. Ich habe mich für die der Ariane 6 entschieden, die (geschätzt) 4 m Durchmesser haben soll. Doch was macht man dann bei der Ariane 5? Nun das gleiche wie bei der Atlas: Die Nutzlastverkleidung umgibt auch die Oberstufe. Da sie durch die lange Brennzeit der Ariane 5 EPC sie nach 188 s abgetrennt wird, wirkt sich eine schwere Verkleidung nicht so negativ auf die Nutzlast aus.

Die dadurch bei der Ariane 5 längeren Tanks haben einen Vorteil: Das Schwappen ist geringer, das kann jeder ausprobieren der mal 1 l in einem Wanne und in einem Zylinder bewegt hat. Damit spart man Gewicht ein. Gewichtseinsparung ist aber auch noch anders möglich. Da Astrium Bremen, wo die ESC-B entwickelt und gebaut wird, nur eine sehr schwere Stufe hinbekommt, sollte man nach Wegen suchen, hier der Firma das Leben leichter zu machen. Die schwere Konstruktion wird begründet, dass durch die EAP induzierten Schwingungen große Belastungen hervorrufen. Nun ist das sicher so, aber es gibt andere Stufen wo leicht gebaut sind obwohl die Träger große Feststoffbooster einsetzen wie bei der Titan Centaur, der H-II der Shuttle ET, der sogar noch den Orbiter tragen muss und nicht zuletzt die Ariane 5 EPC die direkt darunter sitzt und ein Voll/Leermasseverhältnis von 13,5:1 hat. erheblich leichtgewichtiger als die ESC-B mit 5,5 zu 1.

Eine Lösung wäre es die Vibrationen zu dämpfen, so dass man eine Stufe bauen kann, die in etwa disselben Belastungen aushalten muss wie auf einer Rakete mit flüssigen Treibstoffen. Dazu gibt es zwei Möglichkeiten. Das eine sind passive Systeme die Vibrationen schlucken wie Gummidichtungen oder Federsysteme. Das zweite sind aktive Systeme, die man für die Ares I plante, die bemannt sein sollte und daher besonders "ruhig" fliegen sollte. Hier hätte man bewegliche Elemente in den Stufenadapter eingebaut. Sie hätten diesen zwar um 2,5 t schwerer gemacht, aber nur etwa 550 bis 650 kg Nutzlast gekostet. Bei der Ares I wäre so die Vibration unter 0,25 g geblieben. Eine ähnliche Technologie könnte man auf der Ariane 5 einführen. Da man die 2,5 t mit dem Stufenadapter abtrennt, erniedrigen sie netto die Nutzlast nur um 670 kg. Dafür sollte die Oberstufe viel leichter sein. Als Vergleich bietet sich die Delta Cryogenic Second Stage (DCSS) an, die bei 27,5 t Treibstoff 3,49 t leer wiegt. Die DCSS ist eine konventionelle Struktur, ohne die Bestrebung besonders leicht zu sein. So hat sie getrennte Tanks, keine Innendruckstabilisierung und setzt die gleiche Legierung 2219 ein, wie die Ariane 5 EPC und nicht die leichtere 2195, welche die NASA inzwischen für neue Projekte bevorzugt. Die ESC-B soll 28 t Treibstoff fassen, das ist fast die gleiche Menge. Das Triebwerk ist aber schubstärker und dadurch schwerer und dann ist dort auch die das Rollachsenkontrollsystem für die EPC eingebaut. Wenn man 4 t Trockenmasse ansetzt, ist man auf der sicheren Seite. Das bringt, da man derzeit die Trockenmasse mit 6-6,25 t angibt netto 1,33 bis 1,58 t mehr Nutzlast.

Man kann diese aber wahrscheinlich noch steigern. Die Vibrationen kommen durch die Feststoffbooster. Doch die Nutzlastverkleidung wird 50 s später abgetrennt. Wenn es gelingt die Aktoren so an der Außenseite des konischen Zwischenstufenadapters zu befestigen, dass man sie danach absprengen kann, so erledigt man sich dieser 2,5 t Zusatzgewicht frühzeitig, was in etwa die Nutzlasteinbuße auf ein Drittel reduzieren sollte - dann wären 1,75 bis 2 t mehr Nutzlast möglich.

Man wagt ja gar nicht zu denken was passieren würde, wenn Astrium Bremen ein Leermasseverhältnis wie bei der Atlas V DEC Centaur erreicht: das wären nur noch 3,3 t Leermasse. Der Schub wäre auch vergleichbar. 200 kg für das RACS addiert, ist man dann bei 2,25 bis 2,5 t mehr Nutzlast.

Natürlich würden dieselben Maßnahmen auch bei der Ariane 6 die Nutzlast steigern. (Wenn man dort die stufe wieder von Astrium Bremen bauen lässt, was ja noch offen ist, da die Nutzlasteinbuße bei einer schweren Stufe bei der Ariane 5 noch größer ist (höhere Geschwindigkeit die zu erreichen ist, geringere Nutzlast), wäre es nicht ratsam eine andere Firma zu beauftragen die leichtere Stufen fertigen kann).

 Bei der Ariane 6 musste man ja von den maximal 8 t Nutzlast auf 6,5 t reduzieren. Eventuell erreicht man dann diese Nutzlast wieder (mangels Daten nicht berechenbar). Wahrscheinlich wird man auf diese Maßnahmen aber nicht kommen, da man ja bisher andere Technologien zur Gewichtsreduktion nicht in Betracht zieht. Die Sache ist natürlich die, dass dies dann eventuell die Ariane 6 Entscheidung in Frage ziehen könnte. Die Ariane 5 ME soll so teuer wie die Ariane 5 ECA sein. Es werden zwar keine Startpreise veröffentlicht, doch man kann aus den Umsätzen von Arianespace den Start auf etwa 160 Millionen Euro abschätzen. Wenn nun die Nutzlast anstatt 12 t rund 13,3 bis 14,5 t Nutzlast transportiert kann man zwei 6 t Satelliten für 160 Millionen Euro transportieren. Das ist zwar noch teurer als die anvisierten 70 Millionen Euro pro Ariane 6 Start, aber die dürften fix sein, auch wenn die Nutzlast kleiner ist. Die Ariane 5 bietet aber nach wie vor die Möglichkeit zu kombinieren, also dann einen leichteren mit einem schwereren Satelliten zu starten. Zudem kann man viele Starts durchführen und 20 Millionen Euro Subvention pro Start zahlen, bis man die 4-5 Milliarden Euro Entwicklungskosten für die Ariane 6 wieder reinbekommen hat.

23.10.2013: Wie viel Microcontroller brauche ich?

Ich muss sagen, Microcontroller waren bisher nicht auf meinem Schirm. Sie sind für Programmierer irgendwie unsexy und sie machen ohne Hardware, die sie kontrollieren können auch wenig Sinn. Mit einem Artikel über "Hardware-Hacking" wurde ich auf das Thema vor einiger Zeit gestoßen und weil viele digitale Meßgeber heute billig sind, genauso wie direkt abfragebare Chip-Kameras, GPS Sensoren oder Bewegungssensoren gibt es etliches, was man heute auch las Privatperson mit einem Microcontroller anstellen kann.

Ich hatte mich als nützliches Projekt für eine Wetterstation entschieden. Das ist programmtechnisch was relativ einfaches: in regelmäßigen Abständen Sensoren abfragen. Die Daten speichern und auf einen Reset warten der signalisiert das man sie abgeholt hat und man von neuem anfangen kann, eventuell noch ergänzt um Routinen fürs Übertragen.

Meine Wetterstation sollte die Daten jede Minute aufzeichnen. Von den Sensoren bin ich inzwischen vom Drucksensor abgekommen und denke eher an Feuchtigkeit, Temperatur und Licht. Dafür gibt es auch preiswerte Sensoren, während die meisten Drucksensoren eher zur Gewichtsbestimmung als zur Bestimmung des Luftdrucks gedacht sind.

Nun soll aber meine Wetterstation auf dem Balkon sein, das heißt der Controller ist nicht direkt an den Computer angeschlossen. Das bedeutet: der Microcontroller muss die Daten zwischenspeichern können und es muss eine bequemer Übertragungsmöglichkeit geben. Entweder WLAN oder ein Speichermedium. Da ich auch mal in Urlaub fahre, sollten die Daten auch zwei Wochen vorgehalten werden. Daraus kann man leicht folgende Rechnung anstellen: 1440 Minuten x 14 Tage x 3 Sensoren x 2 Bytes pro Wert = 120 kByte Speicher benötigt.

Das knockte die meisten der Arduino Plattformen aus. Wenn ein Sensor nur 8-Bit Werte liefert oder man z. B. drei 12 Bit Werte zusammen packt würde ein Arduino Due ausreichen. Ich habe mich dann an einen ct' Artikel erinnert dort wurde ein um einen Microcontroller herum entwickelter Retro-Heimcomputer erwähnt. Der Color Maximite hat ARduino kompatible Anschlüsse aber auch 128 kbyte Speicher, er kann einen Monitor ansteuern, ein Keyboard kann angeschlossen werden, es gibt eine Echtzeituhr und einen SD-Slot. das heißt er erfüllt von der Hardware her die Anforderungen.

Er setzt den PIC32 Microcontroller ein, der hat einen MIPS M4K-Kern und läuft mit 80 MHz, was selbst einen BASIC Interpreter rund 30-mal schneller als ein C64 laufen lässt. Ich bin ja noch mit 8 Bit Rechnern groß geworden und habe die auch in Assembler programmiert und irgendwie sehe ich das für diese Aufgabe als "Verschwendung" an. Im Prinzip brauche ich die Rechenleistung nicht, von der Rechenleistung würde ein ATMega, ein 8 Bit Prozessor wie er in den meisten Arduinos steckt vollkommen ausreichen. Doch der kleine Speicher von 2-8 Kbyte schließt diese aus, und wenn man einen Massenspeicher wie einen SD-Kartenanschluss anschließt ist man im Preis auch gleich bei dem Color Maximite.

Ich habe das nach hinten geschoben, weil ich gerade noch so viel zu tun habe, (das habe ich eigentlich immer). Doch dann kam die Meldung, dass nun Intel auch ein Arduino-kompatibles Entwicklungsbaord namens Galileo herausbringt. Es basiert auf dem Quarks X1000 SOC. Der Name wird keinem was sagen, doch es ist ein alter Bekannter: Ein 486DX Kern mit 16 kbyte Cache. er versteht aber den Pentium Befehlssatz. Er ist mit 400 MHz getaktet und anhand der veröffentlichten Daten kann man ableiten das er in etwa so schnell wie ein 150 MHz Pentium ist. Dazu kommen 512 Kbyte OnBoard RAM und 8 MByte Flash-RAM. Auf dem Board dann noch 256 MByte RAM. Das ist dann nochmals eine Stufe höher. Die Rechenleistung hängt alle anderen Arduinos ab, aber die Abfrage der Pins verläuft langsamer selbst als bei den 8-Bit ATMegas. Ich habe mir in Gedanken überlegt wofür man so viel Rechenleistung braucht, kombiniert mit der Langsamkeit bei I/O Operationen. Vielleicht für eine Überwachungskamera, die Räume überwacht und nur Aufnahmen mit Bewegungen speichert, sich aber nicht von wechselnden Lichtverhältnissen irreführen lässt. Da müsste man einige Megapixel verarbeiten. Doch auch hier könnte man das Problem einfacher lösen wenn man einen Bewegungsmelder zusätzlich anschließt.

Boch eine stufe höher ist ein Raspberry Pi mit einem ARM Prozessor mit 700 MHz und bis zu 512 MByte RAM, doch er ist nicht direkt ein Microcontroller, auch wenn es Erweiterungen dafür gibt, sondern mehr ein Mini-PC.

Der klassische Microcontroller verarbeitet die Daten einiger Sensoren und steuert einige Aktoren. Er kommt daher mit wenig RAM aus. Weder ist das Verarbeiten großer Daten, noch das Speichern eine Domäne von Microcontroller. Daher sitzen RAM und FLAH-ROM meist auf dem Chip. Das ist zum einen eine Herausforderung für die Fertigung, es ist aber auch der Grund warum es so wenig RAM ist. Es wird als SRAM ausgelegt. Da braucht man pro Bit sechs Transistoren, was bei einem Kbyte Speicher schon 49152 Transistoren sind - bei rund 5000 bis 7000 Transistoren, die ein 8 Bit CPU Kern hat, eine durchaus nicht vernachlässigbare Größe.

Die Lösung wäre es die Kits mit externem RAM und externem Flash ROM auszuliefern. Beides ist heute billig zu haben. Ein Speicherchip hat heute rund 64 MByte Größe und kostet unter 2 Euro, Große Flash Speicher für SSD haben heute 4 und 8 GB Kapazität, aber es gibt auch kleinere ab 1 MB Größe. Bei den ATMega scheint externes RAM aber nicht vorgesehen zu sein, anders als beim Intel X1000. Dasselbe gilt für den PIC32. Die Architekturen sind geschlossen, nicht auf externes RAM und ROM ausgelegt.

So könnte für Hardware-Hacking die eigentlich überdimensionieren ARM und 486DX Prozessoren doch die besseren Lösungen sein, zumindest wenn eine Anwendung mal mehr als 100 KByte Speicher braucht. Ich bin ja mal gespannt ob jemand um den Rechner von Intel herum auch so was wie einen Raspberry Pi baut - Mit der Leistung eines 150 MHz Pentium 256 MByte RAM und einem SD-Kartenanschluss für das Betriebssystem könnte man ohne Probleme ein älteres Windows (Windows 98)  oder Linux drauf laufen lassen. Das wäre dann ein neuer Mini-PC oder Thin Client. So was könnte ich mir auch zulegen fürs Surfen in den Werbepausen (an den Fernseher angeschlossen). Ein Notebook ist mir dafür zu umständlich und teuer. Eigentlich schriet das System nach einer solchen Nutzung.


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