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Web Log Teil 427: 4.6.2015 - 14.6.2015

4.6.2015: Die Lösung für ein überflüssiges Problem - die Kanone im Weltraum

So, nachdem ich in den letzten Tag etwas Geld verdient habe, schließlich kann man vom Bloggen nicht leben, kommt nach einigen tagen Pause heute wieder ein Blog. Leider fehlt es immer noch an Themen. So mache ich es wie die privaten Fernsehsender: ich gebe wie in so called "Wissenschaftssendungen" Antworten auf Fragen die keiner gestellt hat. Der moderne Ausdruck ist "überflüssiges Wissen". Auf die heutige kam ich durch einen Beitrag über die militärischen Raumstationen MOL und Saljut. Saljut hatte eine Kanone an Bord. Während des kalten Kriegs meinte man sich wohl in der UdSSR gegen US-Angreifer schützen zu müssen (angesichts dessen, dass als Saljut 3 gestartet wurde, das Apolloprogramm schon beendet war und bis zum Start des Space Shuttles Saljut längst verglüht ist, war der Sinn wohl nicht gegeben). In einer US-Fernsehsendung hat man sogar ausprobiert ob die Kanone funktioniert - man hat einen Revolver in einem evakuierten Gefäß abgeschossen. Besonders peinlich: eine US-Astronautin war darüber erstaunt, das es funktionierte - warum auch nicht: die Explosion des Sprengstoffs braucht keine Luft, der ganze Sauerstoff ist chemisch vorhanden (sonst ging die Reaktion nicht so schnell, weil der Sauerstoff der Luft in einem Rohr ja viel zu gering ist und Zeit braucht um an den Verbrennungsort zu kommen). Und das eine Kanone in jeder Richtung schießen kann weiß man ja von Kampflugzeugen die auch nach unten feuern können.

Also ein Projektil wird abgefeuert. Kann man damit auch treffen? Auch diese Frage ist leicht beantwortet - natürlich. Die Gesetze der Physik im Orbit sind die gleichen wie auf der Erde. Wenn wir auf der Erde ein Projektil abfeuern, um etwas direkt zu treffen (es gibt auch ballistische Bahnen bei denen man von oben etwas beschießt, meist bei weitreichenden Kanonen oder Seeschlachten) dann ist es so, das das Projektil sich nach vorne bewegt und durch die Schwerkraft gleichzeitig fällt - man muss dies kompensieren indem man höher zielt, als eigentlich nötig. Das gilt auch im Weltraum, eigentlich ist ein Satellit nichts anderes als ein Projektil: er bewegt sich mit hoher Geschwindigkeit gerade nach vorne und fällt gleichzeitig. Eine Kreisbahn resultiert dann, wenn sich der Satellit pro Zeiteinheit so weit nach vorne bewegt, dass die Fallstrecke dem daraus resultierenden höheren Abstandes von der Erdoberfläche entspricht.  Auf kurze Strecken, wo man eine Kanone einsetzen würde, funktioniert sie wie eine auf dem Boden, sogar noch besser - das Projektil wird nicht durch die Atmosphäre abgebremst und in einer Kreisbahn wo das ziel die gleiche Höhe und Geschwindigkeit hat, wird das Projektil sich nicht nach unten bewegen, man muss also nicht "vorhalten".

Die interessantere Frage ist nicht ob es funktioniert, sondern was passiert wenn man trifft und was wenn nicht. Nun wenn man trifft, wird das gleiche passieren wie auf der Erde. Die Kanone Rikhter R-23 ist eine Kanone nach dem Revolverprinzip. Derartige Waffen werden in vielen Flugzeugen eingesetzt auch das Kaliber von 23 mm ist typisch für eine solche Waffe. Sie stammt vom TU-22P Bomber. Wenn ein Projektil eine Raumkapsel trifft, so würde es wohl ein größeres Loch schlagen und die Luft entweicht. Weichere Strukturen wie das Servicemodul oder die Strukturen eines Satelliten würde sie aufgrund der aerodynamischen Form glatt durchschlagen. Es gibt auch Varianten die beim Aufschlag eine Sprengladung zünden - bei Flugzeugmunition die Regel, weil ein Loch einem Flugzeug normalerweise wenig ausmacht außer man trifft Motoren und Tanks - eine großflächig beschädigte Außenhaut dagegen die Aerodynamik stark stört. Dann würde ein Raumschiff stärker beschädigt, wenn man das Servicemodul trifft könnte es zur Explosion von Treibstoff, gelagertem Druckgas oder kryogenen Flüssigkeiten kommen und es würden viele kleine Fragmente entstehen. (Der Aufprall darf nicht verwechselt werden mit der Kollision eines Satelliten mit Weltraummüll, da dabei die Geschwindigkeit und die übertragene Energie viel höher sind).

In einem Orbit fliegen diese erst mal weg wie auf dem Erdboden gewohnt. Doch ohne Schwerkraft und ohne Luft geraten sie auf neue Bahnen anstatt auf dem Erdboden zu landen. Dabei gäbe es drei Grenzfälle zu unterscheiden:

In der Praxis wird ein Bruchstück einen Impuls unterschiedlicher Art in allen drei Raumrichtungen erhalten. Es resultieren so neue Bahnen mit anderen Parametern. Ein Teil der Bruchstücke wird verglühen, ein anderer Teil im Orbit verbleiben. Sie können mit der Station kollidieren. Was die Sache problematisch für eine Vorhersage macht ist, das mit einer neuen Bahn sich die Umlaufszeit ändert. Doch irgendwann wird das Bruchstück wieder zur gleichen Zeit am gleichen Ort wie Station befinden. Einen Trost gibt es aber: da der erdnächste Punkt (Bahnhöhe von Saljut) dafür in nur 270 km Höhe liegt, werden die meisten bald verglühen zumal ein Bruchstück meist eine große Oberfläche verglichen mit der Masse hat.

Problematischer ist es, wenn man das Ziel verfehlt. Im Orbit wird man dann nicht beim nächsten Umlauf vom eigenen Geschoss getroffen aber bald danach. Auch das Geschoss gelangt auf eine neue Bahn. Da man dessen Geschwindigkeit (850 m/s) kennt, kann man diese berechnen, Hier eine kleine Berechnung auf welche Bahn das Projektil dann gerät:

Startbahn 270,0 km x 270,0 km x 0,00 °
Reale Geschwindigkeit in der alten Periapsis 7743,6 m/s
Reale Geschwindigkeit in der neuen Periapsis 8593,6 m/s
Differenz Geschwindigkeit in der Periapsis -850,0 m/s
Umlaufszeit 1 1 h 29 m 54 s
Umlaufszeit 2 2 h 13 m 28 s

Die Umlaufszeit beträgt das 1,484 fache des Orginalwerts. das ist nahe an der 1,5-fachen. Würde es nur leicht mehr beschleunigt, auf 868,1 m/s so wäre die neue Umlaufbahn eine 270 x 4396 km die Umlaufszeit beträgt dann das 1,5-fache von Saljut. Nach zwei Umlaufen des Geschosses hat Saljut drei Umläufe absolviert und beide sind wieder am Startpunkt angekommen - so kann man sich selbst abschießen.

Um das zu vermeiden empfiehlt es sich wenn möglich gegen die Bewegungsrichtung zu schießen - vorausgesetzt der Gegner nähert sich von dieser Richtung aus. Dann wird das Geschoss abgebremst und würde nach wenigen Minuten verglühen.

5.6.2015: Restaurieren, Ursprung belassen oder Nachbauen

Kürzlich kam auf Arte eine Sendung über den Parthenon. Der Beitrag beschreibt die Baukunst und die Besonderheiten die man eingesetzt hat z.b. optische Tricks um die Fassade schön aussehen zu lassen, aber sie drehte sich im wesentlichen um die Rekonstruktion. An der arbeitet man seit 30 Jahren. Zum Vergleich: das Orginal wurde von 447 bis 438 v.Chr. also in 10 Jahren gebaut, was allerdings schon damals schnell war.

Der Architekt war selbst erstaunt, das es so lange dauert und nach 30 Jahren Restauration ist noch kein Ende abzusehen. Auch Computerhilfe brachte nichts. Man hat alle Steine die herumlagen vermessen und in eine Datenbank eingegeben und erhoffte sich dass man so herausfindet wie man sie zu verbinden hat. Das klappte aber nicht. Der Film zeigt eindrucksvoll was zu machen ist: es ist ein riesiges Puzzle bei dem man erst rausfinden muss wo welcher Stein hingehört und dann muss man fehlende Stück nachfertigen. Manchmal auch einen kompletten Stein der fehlt.

So eine ähnliche Vorgehensweise machte man auch bei der Frauenkirche die ja noch viel mehr zerstört worden ist. Das ist wohl der Kern der Restauration. Das genaue Gegenteil ist es eine Stätte so zu belassen wie sie ist. Das ist sogar die Regel, denn man kann sich bei den meisten Gebäuden es nicht leisten sie zu restaurieren, dann hat man eben ein Feld aus Mauerresten und herumliegenden Steinen.

Heute sehr selten ist der Nachbau. Das bedeutet: ich rekonstruiere das Orginalgebäude, aber ich verwende dazu moderne Techniken und neue Bausteine, wenn auch das gleiche Material. Beim Parthenon hätte man bei dieser Vorgehensweise dann alle fehlenden Teile aus Marmor gefertigt, den man heute mit Maschinen viel schneller in die benötigte Form bringen kann.

Heute hat man die Vorstellung, dass man ein Gebäude weitestgehend originalgetreu und unter Verwendung der Originalbausteinen baut und wenn das nicht geht, dann wird es eben unvollständig gelassen. Ich finde Restauration auch sinnvoll - wenn es um einmalige Kunstwerke oder um Möbel geht auch weil altes Holz ganz anders aussieht als neues Holz. Kunstwerke sind etwas einmaliges, egal ob Gemälde oder Skulptur. Bei einem Gebäude sieht es anders aus. Zum einen bestehet aus aus Zig Steinen - jeder ist nur ein Baustein. Zum anderen ist ein Gebäude nur als Ganzheit wirksam. Eine Venus von Milo ohne Arme und Beine wirkt unvollständig, aber ein Gebäude bei dem nur noch ein paar Säulen und Mauerreste herumstehen hat doch einen anderen Grad der Unvollständigkeit. Wir können es in dem Sinne nicht benutzen anders als die Venus die man trotzdem ausstellen kann.

Früher hat man da anders drüber gedacht. Gebäude waren keine Monumente die für ewig in Stein gehauen waren. Über alle Zeiten hinweg hat man Gebäude erweitert, verändert oder sogar abgerissen um Platz für neue zu schaffen. Nicht nur wen die Kultur wechselte (so wurden viele antike Gebäude abgerissen als sich das Christentum durchsetzte und man baute Kirchen aus den Steinen) sondern auch in einer Kultur. Wer unter unseren alten Kathedralen gräbt wird bald auf die spuren früherer Kirchen und Kapellen stoßen die man abriss weil sie zu klein waren, obwohl es Sakralbauten waren. Andere Kulturen haben sogar Respekt beweisen. So nutzten die Muslime die Hagia Sofia nach der Eroberung von Konstantinopel als Moschee - und ergänzten sie um die Muhezintürme. Die christlichen Kreuzritter waren da weniger zimperlich und machten aus dem Felsendom nach der Eroberung von Jerusalem einen Pferdestall.

 Auf der anderen Seite kann ein Gebäude auch unvollendet bleiben, wenn sich die Einstellung ändert. In Ulm feiert man derzeit 125 Jahre Fertigstellung des Münsters - erst vor 125 Jahren hat man den Turm fertiggestellt. der Turm des Köhler Doms wurde etwa zur gleichen Zeit fertig. Das ist kein Zufall: Nach dem Mittelalter setzte sich die Meinung durch die Bauweise der Kathedralen, die wir heute aufgrund ihrer Luftigkeit und des vielen Glases bewundern wäre nicht schön, sondern grotesk und barbarisch und daher nannte man es auch "gothisch", ja die Goten waren  damals die bekanntesten Barbaren. Erst vor 150 Jahren zog die Epoche des Historismus ein, man kopierte alte Gebäude und hatte nun das Interesse die alten Kathedralen fertigzustellen, die vorher rund 400-500 Jahren unvollständig blieben.

Ich sehe ein Gebäude als Gesamtkunstwerk an, es kann aber auch nur ein Gebrauchsgebäude sein. Daher sollte man nicht restaurieren sondern den Orginalzustand wiederherstellen. Nicht durch ein Mega-Puzzle. Das ist deutlich billiger und man bekommt das Gebäude ja auch wieder fertig. Ansonsten fehlen immer Steine die man im Laufe der Zeit woanders verbaut hat. Manchmal kommt man ja mit dem Restaurieren nicht hinterher. So sind die meisten Kathedralen bei uns fast permanent in Gerüste gehüllt, der Kölner Dom ist eine Dauerbaustelle. doch selbst dort versucht man zuerst zu restaurieren, anstatt dass man die Figuren (um die geht es meistens) aus einem neuen Steinblock rausfräsen lässt. Ein Ersatz des Steins, der offenbar mit der Luftverschmutzung nicht zurechtkommt durch einen beständigeren kommt auch nicht in Frage.

Mir wäre ein fertiger Parthenon oder ein vollständiges Flavisches Amphieteheater lieber als eine Ruine. Ich glaube auch man hat so mehr Respekt vor der Bauleistung die vollbracht wurde als bei einer Steinruine.

12.6.2015: Verzehrsvorschlag

So nachdem ich heute noch den Artikel über den Intel 8080 fertiggestellt habe, wende ich mich zur Abwechslung mal wieder einem Blog. Es wurde etwas still in den letzten Wochen. Teilweise weil ich ab und an mal was verdienen muss (immerhin, die neue Küche ist nun finanziert) Teilweise weil es aber auch nicht so viel neues gibt das ich nicht zumindest einmal durchgekaut habe. So habe ich einige neue Artikel für die Webseite geschrieben, an den Neuauflagen der Bücher weiter redigiert und einfach auch mal gar nichts getan. Doch heute mal wieder was neues und zwar geht es um ein Lebensmittelthema - die Aufsätze sind viel beliebter als der Raumfahrt oder Computerteil und zwar um die Angaben auf Verpackungen.

Seit wir Fertigverpackungen haben, haben wir auch den Fakt das auf den Verpackungen etwas anderes abgebildet ist als drinnen ist. Der Gesetzgeber duldet das. Er gibt dem Hersteller die Freiheit auf den Verpackungen Werbung zu machen. Ich hatte mal einen Obstriegel zu begutachten, das war eine dicke Fruchtmasse zwischen zwei Oblaten. Der Riegel und seine rote Fruchtfarbe stimmten. Doch die darum abgebildeten Früchte täuschten. Man sah dort Heidelbeeren, Brombeeren und Äpfel, aber diese schon im Hintergrund. In Wirklichkeit bestand die Masse aus Dattel und Äpfeln mit nur Spuren der anderen Früchte im einstelligen Bereich. Damit es rot war musste man mit Farbstoffen nachhelfen. Das ging weil im Zutatenverzeichnis die richtige Zusammensetzung steht und der Hersteller die Früchte nur als Dekoration ansieht.

Bei Fertiggerichten ist es schwerer. Wenn man da ein Gericht ansieht und es sieht toll aus und es ist in Wirklichkeit nicht so dann steht meist "Verzehrsvorschlag" daneben. Sprich: Wenn man es aufpeppt könnte es so aussehen. Auch das ist sanktioniert.

... and now to something completely different.

Da ich keine Lust habe mich gegenüber SpaceX-Fans zu rechtfertigen, insbesondere denen die nur in meinem Blog auftauchen wenn es um die Firma geht und andere Themen selbst Raumfahrt Themen meiden wie die Pest, dachte ich mir: nutzen wir das mal aus. Keiner dieser Klientel wird wohl mehr als zwei Absätze über Lebensmittelrecht lesen. So da wir nun unter uns sind heute nach einem Monat wieder ein SpaceX Thema. Michael K. hat mir kürzlich einen Link zu einem Artikel der LA Times zugeschickt. Der Artikel fasst zusammen, wie Elon Musk bei den beiden anderen Firmen Tesla und SolarCity Steuergelder abgreift. Insgesamt kommt der Autor auf 4,9 Milliarden. Die Liste liest sich beeindruckend: New York baut für 750 Millionen Dollar eine Fabrik für SolarCity und verkauft sie für einen Dollar an die Firma. Mehr noch: Die Firma bekommt Steuervergünstigungen und der Staat zahlt 30% der Kosten der Solarzellen. Utah zahlt 1,3 Milliarden für eine Fabrik für Batterien. Dazu kommen Kredite für die Käufer der Autos und bald auch Batterien. Zusammen kommt man auf 4,9 Milliarden Dollar an Krediten, Vergünstigungen, Steuererlassen etc. Dabei haben beide Firmen bisher keinen Profit gemacht.

SpaceX wurde von dem Artikel ausgenommen, denn SpaceX ist nicht an der Börse notiert und muss keine Bilanzen veröffentlichen. Genützt hat die Subventionsjagd Elon Musk in jedem Fall. Nach dem Artikel ist alleine sein Anteil an den beiden Firmen 10 Milliarden Dollar wert. Das liegt nicht an Gewinnen, sondern an dem gestiegenen Börsenkurs. Wie wir spätestens seit der Dot-Com Blase wissen haben Börsenkurse nichts mit dem Firmenwert zu tun sondern Erwartungen. Nicht mal Erwartungen auf Gewinne, sondern vielmehr dass andere noch mehr für die Aktie zahlen. Wie wir bei der dot.com Blase wissen, kann man trotzdem den Reibach machen - wenn man vorher aussteigt. Und Elon Musk hat immer wieder Anteile verkauft.

Da Menschen dazu neigen, Verhaltensweisen zu wiederholen, dachte ich mir: Was bedeutet das für SpaceX? Nun es gibt schon mal einen großen Unterschied, Raumfahrt ist nicht etwas wo man viel verdienen kann. SolarCity und Tesla haben einen Markt. Derzeit noch kein Massenmarkt aber eine potente Käuferschicht die sich Sportwagen oder verhältnismäßig große Solarzellen Flächen leisten kann (nach dem Artikel betragen die durchschnittlichen Investitionskosten 23.000 Dollar pro Kunde). Die Regierung subventioniert, weil sie sich natürlich erhofft, das mal viele sich ein Elektroauto kaufen oder die Solarzellen überall einziehen. Dann kommen die Steuervergünstigungen über Steuern auf die dann fälligen Gewinne wieder rein. Bei den Raketenstarts die SpaceX derzeit durchführt ist es nun mal aber so, dass pro Jahr etwa 20 Kommunikationssatelliten starten. Jeder Start kostet rund 100 Millionen Dollar. Das sind rund 2 Milliarden Dollar - viel, aber das ist der weltweite Umsatz. Alleine die NASA gibt aber 18 Milliarden Dollar für Raumfahrt aus, das militärische Budget wird höher eingeschätzt und es gibt ja auch noch andere raumfahrtreibende Nationen. Kurz der kommerzielle Anteil am Gesamtumsatz ist klein, selbst wenn man noch andere Starts von Kleinsatelliten hinzunimmt. Man wird also nicht bei der Raumfahrt mit derartigen Steuervergünstigungen rechnen können wie bei Tesla und SolarCity. Wie kann man dann mit Weltraumfahrt den gleichen Effekt erreichen, nämlich das der eigene Anteil am Firmenwert explodiert?

Nun der Mechanismus ist der gleiche. Es ist nicht was die Firma an Aufträgen hat, noch weniger wie viel Gewinn sie macht. Es ist die Aussicht auf Gewinne, es ist die Einschätzung, wie viel die Firma wert ist die auch den Kurs bestimmt wenn SpaceX an die Börse geht. Kurz man muss der Öffentlichkeit vormachen, man würde rapide immer mehr Aufträge gewinnen und wenn genügend Leute bereit sind dann X Dollar für eine SpaceX Aktie zu bezahlen, kann man an die Börse gehen und den eigenen Anteil versilbern. Ich habe unter diesem Gesichtspunkt mal versucht eine Prognose zu stellen, wann SpaceX an die Börse geht.

Fangen wir mit dem finanziellen an. Der optimale Zeitpunkt ist der, wenn die Auftragsbücher voll sind. Obwohl ein Auftrag natürlich keinen Reingewinn bedeutet, sollte bei einer wirtschaftlichen orientierten Firma natürlich dann der Gewinn dann am höchsten sein. (es gibt auch andere Konzepte, so das Schnellballsystem bei dem es nur darum geht möglichst schnell viele Aufträge zu bekommen und so den Firmenwert zu steigern und dann bevor die Öffentlichkeit feststellt dass man nie Gewinn gemacht hat sondern mit neuen Aufträgen die Verluste bei alten kompensierte, muss man aussteigen. SpaceX fing mit 12 Millionen für zwei Falcon 1 Starts von der USAF an. Es folgte der Start von Rakhsat, der COTS Auftrag über fast 500 Millionen Dollar, dann CRS über 1,6 Milliarden Dollar und natürlich auch private Startaufträge. Die Firma sitzt in der ersten Reihe bei CCDev und dort gibt es auch einen 3145 Millionen schweren Auftrag. Ähnlich wie SolarCity und Tesla ist auch SpaceX auf öffentliche Mittel angewiesen, diesmal nicht als Subventionen sondern als Aufträge. Das ist ein Problem, denn diese nehmen nicht rapide zu, selbst wenn die Firma tatsächlich die Startkosten rapide senken sollte - die Startkosten machen bei wissenschaftlichen Satelliten und Nutzlasten des DoD heute schon einen kleinen Teil der Gesamtkosten aus. Zudem ahnt dies wohl auch jeder. Daher ist wohl auch zu verstehen, warum die Firma so viel über zukünftiges spricht: von drastischen Reduktionen der Transportkosten und der Marskolonisation. Das soll darüber hinwegtäuschen, dass die Firma bisher zu 85% staatsfinanziert ist und Hoffnungen auf neue Aufträge schüren.

Kann man daraus ableiten wann der beste Zeitpunkt ist an die Börse zu gehen? Ja man kann. Beim kommerziellen Geschäft ist kaum noch etwas zu steigern. SpaceX hat die Anteile von ILS absorbiert und die letzten 30 Jahre zeigten, das die Kunden  sich nicht zu sehr von einem Anbieter abhängig machen wollen. Es gab dieses Jahr auch nicht mehr gebuchte Starts als letztes Jahr. Beim Staatsgeschäft steht zum einen CRS2 an. CRS2 wird, wenn es wieder nur zwei Anbieter gibt lukrativer sein als die erste Runde. Es gibt bald einen Astronauten mehr an Bord und die ATV mit rund 7 t Fracht pro Jahr fallen weg. Also hier ist eine Steigerung drin. Es kann natürlich ein, dass die NASA dann drei oder vier Anbieter wählt, das ist die Unsicherheit. Beim CCdev wird der Transport folgen. Doch der wird nicht so lukrativ sein. Die NASA hat ja schon bekannt gegeben was sie für einen Sitz zahlt. Bei zwei Flügen pro Anbieter ist das deutlich weniger als SpaceX derzeit für die Entwicklung bekommt. Wo noch Geld zu holen ist, ist die militärische Raumfahrt. Die Starts von ULA nannte Elon Musk ja "insane expensive". Das ist sicher auch der Grund, warum die Firma beim Start von DSCOVR im Januar gleich mal 60% auf ihren Listenpreis aufgeschlagen hat. Natürlich verursachen sehr restriktive Anforderungen seitens des DoD zusätzliche Kosten. SpaceX verdient also nicht 60% mehr. Aber damit werden Mitarbeiter bezahlt, egal ob diese Formulare ausfüllen oder Raketen bauen. Es ist ein Auftrag und man verdient mehr als bei einem normalen Raketenstart. Wenn dort SpaceX einen Schuh rein bekommt und einen 50% Anteil sichern kann dann ist das ein Umsatz der rund 10 bis 12 kommerziellen Starts pro Jahr entspricht (vorausgesetzt sie heben ihre Preise auf ein Niveau knapp unterhalb von Ula an).

Diese Position könnte angesichts massiven politischem Drucks auf das DoD in zwei bis drei Jahren erreicht sein. Dann läuft auch CCDev aus und CRS2 wird noch diesen Sommer beschlossen. Wenn man also nur diese Aufträge nimmt, dann wäre in zwei bis drei Jahren der beste Zeitpunkt an die Börse zu gehen. Danach werden die Aufträge relativ konstant bleiben, eventuell durch Wegfall von CCDev sogar sinken. Mit dem Projekt der vielen Minisatelliten könnte sich das verschieben - wenn es denn klappt.

Was ich aber sicher nicht glaube ist Elon Musks Aussage, man werde erst an die Börse gehen wenn es einen regelmäßigen Transfer zum Mars gibt. Elon Musk sagte das weil sobald eine Firma an der Börse ist, man quartalsweise Berichte vorlegen muss, wie das Geschäft läuft, was leider auch auf die kurzfristige Ausrichtung von Firmen hinausläuft. Dagegen sprechen mehrere Gründe. Das erste ist mal, dass selbst wenn SpaceX alle Weltraumbudgets der USA bekommen würde, bei 20% Reingewinn das nicht für eine Finanzierung eines solchen Unternehmens reicht, selbst wenn die Firma es um einiges billiger als die Öffentliche Hand macht. Apollo kostete im Schnitt 3% des Haushalts, heute hat die NASA insgesamt nur 0,6%. Das zweite offensichtliche ist, ist das man mit Marslandungen kein Geld verdienen kann. Das würde also eher den Börsenwert senken. Dass dritte ist, das ich zwar Firmengründer kenne, die reich wurden und den Reichtum dann nutzten um gutes zu tun. Aber die Firmen sind deswegen trotzdem keine gemeinnützigen Stiftungen oder die Wohlfahrt. Bill Gates gibt Milliarden für die Bekämpfung von Infektionskrankheiten in der dritten Welt aus, aber Microsoft ist trotzdem gewinnorientiert und verschenkt ihre Software nicht, sondern im Gegenteil vermietet sie nun sogar. Carnegie gab viel Geld für Stiftungen aus, aber die Stahlarbeiter in seinen Fabriken hatten trotzdem kein schönes Leben. SpaceX ist auch keine Wohltäterfirma. Die Mitarbeiter haben dort miserable Arbeitszeiten, nicht Weiße sollen diskriminiert werden. SpaceX die ja offiziell zum Mars wollen, bringen fast nichts darüber "wie" dies geschehen soll, schreiben nichts oder wenig über heute, also Entwicklungen die es jetzt gibt, Techniken die sie heute einsetzen. Stattdessen erfährt man viel über die Zukunft. Starts die man machen will, Kostenreduktionen die man erreichen will. Passt gut zur Dot.com Blase - nicht die Verluste von heute zählen sondern die Visionen über morgen, sprich die möglichen Gewinne in der Zukunft. So gesehen ist die Masche nicht neu. Wichtig ist es im Gespräch zu bleiben.

Natürlich spricht noch ein ganz anderer Grund dafür erst nach Start der Marskolonisierung an die Börse zu gehen. Die Firma ist dann nämlich nichts wert. Wer bitte gibt Geld für Aktien einer Firma aus, die Marsflüge durchführt - die kosten Geld, bringen aber nichts ein. Wenn man mit der Marskolonisation Geld verdienen könnte, dann hätte sich längst eine Industrie gefunden die dies tut genauso wie bei den Kommunikationssatelliten - 5 Jahre nach dem ersten Satelliten war der erste kommerzielle Kommunikationssatellit im GEO Orbit.

Das hindert die Firma aber nicht daran schon jetzt wie SolarCity und Tesla Steuermillionen abzugreifen. Die Entscheidung für Brownsville als neuen Startplatz ist ja keine die rational zu begründen ist. Will man GTO-Transporte durchführen, so sollte man näher an den Äquator heran. Da gäbe es als US-Bundesstaat ja noch Hawaii. Starts mit der gleichen Bahnneigung kann man vom Cape aus durchführen, da gibt es genug stillgelegte Startrampen und auch die Infrastruktur wie Cleanrooms etc. Aber es gab eben Steuermillionen von Texas für die Wahl und Subventionen für Farmland greift man auch noch ab.

zurück zum Aufhänger: Was hat SpaceX mit einem Verzehrsvorschlag zu tun? Nun was die Firma bisher so von sich gibt ist ein einziger Verzehrsvorschlag: Nimmt man das was SpaceX bisher leistet und noch leistet wird, packt noch 200 bis 400 Milliarden Dollar drauf, dann bekommt man das was die Firma als ihre Vision heute verkauft. Ist so wie das Fertiggericht aus braunen, gelber und roter Pampe im Plastikschälchen und die Abbildung des Bratens mit Apfelrotkohl auf der Verpackung aus dem Gourmetrestaurant ....

14.6.2015 : Die Mini-Raumsonde

In knapp einem Monat am 14.7. fliegt New Horizons am Pluto vorbei. Einen Monat davor ist sie noch 40 Millionen km vom Pluto entfernt und er nur einige Pixel groß. Dabei ist die Raumsonde seit über 9 Jahren unterwegs. Das zeigt deutlich das Dilemma von Vorbeiflugsonden, nachdem die großen Ziele alle schon mal passiert wurden: Die noch nicht besuchten Ziele sind klein und sie sind weit weg. Das bedeutet: lange Reisezeiten, schneller Vorbeiflug nur wenig Zeit wo das Ziel so groß ist dass man auch einen  wirklichen Erkenntnisgewinn hat. Die letzten Vorbeiflüge waren daher auch nicht zum Erkunden vorgesehen sondern zum Sammeln von Proben (Stardust) oder zum Absetzen eines Impaktors (Deep Impact). Ich vermute wenn New Horizons ein paar Jahre später nachdem Pluto der Planetenstatus entzogen wurde zur Genehmigung angestanden wäre - die Wahl wäre anders ausgefallen. So war es aber die Sonde zum letzten noch nicht erforschten Planeten, dem einzigen den ein Amerikaner entdeckt hat. Schon für New Horizons II die den Uranus passieren sollte und billiger als New Horizons gewesen wäre und bei Uranus anstatt Tage über Monate hätte beobachten können reichte es nicht mehr. Der Vorbeiflug an einem Kuipergürtelobjekt ist in etwa vergleichbar eine, Vorbeiflug von Voyager an einem der kleineren Eismonde von Saturn - Die Passage ist in einer, maximal einigen Stunden vorbei. In der Zeit gilt es die meisten Daten zu sammeln.

Trotzdem will ich mich des Themas annehmen und mal skizzieren wie Raumsonden zu Objekten des Kuiper Gürtels aussehen können. Die Problematik ist recht einfach:

Daraus ergeben sich folgende Herausforderungen:

Wer sich mit Raumfahrt auskennt sieht einige Paradoxa. z.B. könnte man eine kleine Raumsonde auf die hohe Geschwindigkeit beschleunigen, doch die kann kein leistungsfähiges Sendesystem transportieren. Schon New Horizons ist hier Voyager unterlegen. Sie überträgt nur ein achtel der Daten einer Voyagersonde. Eine Riesenraumsonde bekommt man aber nicht finanziert und auch ich denke für ein Kuiperobjekt ist sie nicht angebracht. Doch es gab mal die Idee Raumsonden zu miniaturisieren, das war Bestandteil des New Millennium Programms, das inzwischen weitgehend eingeschlafen ist und eine Raumsonde wurde niemals im rahmen dieses Programmes gestartet dafür einige Technologiesatelliten.

Eine kleine Raumsonde - so die Überlegung - sollte billiger sein. Doch wie klein kann sie sein. Gehen wir von den Instrumenten aus. Gewicht kann man sparen indem man Instrumente weglässt. Ein Kuiper Objekt wird keine Atmosphäre haben, es wird kein Magnetfeld haben. Das erspart Infrarotspektrometer für den langweiligen Bereich und Teilchen und Magnetfeldsensoren. Die letzteren wären aber wünschenswert, denn die Sonden gelangen nach der Passage ins interplanetare Medium. Immerhin ein einfaches Magnetometer und ein Farady Cup wiegen nicht viel und können mitfliegen. Bleiben die visuelle Instrumente. Hier bietet es sich an Gewicht zu sparen. Dies geht am besten mit Kombiinstrumenten, die sich eine gemeinsame Optik teilen. Ein solches Beispiel ist Deep Space 1: Das Kombiinstrument MICA wog nur 12 kg und hatte eine Kamera und zwei Spektrometer an Bord. Würde man das dortige kleine 10 cm Teleskop durch ein 30 cm Teleskop zu ersetzen. (Ein Carbonfasertubus in RC-Technik wiegt etwa 18 kg) so ist man bei 30 kg. Noch 6 kg für das Teilchenexperiment Pepe (ebenfalls ein Kombiinstrument von DS-1) und einen Magnetbandsensor so ist man bei 36 kg. Bei den bisherigen Vorbeiflug-Raumsonden ins äußere Sonnensystem war es so dass man vom Experimentengewicht recht gut auf das Sondengewicht schließen konnte - etwa ein Achtel der Masse waren die Experimente. Damit würde die Sonde 368 kg wiegen.

Damit liegt auch die Masse der Stromversorgung fes,t die dann rund 50 kg wiegt. Das wäre bei einem GPHS eine Leistung von rund 254 Watt beim Start. Ich würde aber auf SRG setzen. Ein SRG liefert 109 W nach 14 Jahren und wiegt 26,7 kg. Zwei Stück würde man mitführen oder etwas kleinere Versionen einsetzen. Als zweiter Vorteil brauchen sie nur ein Viertel des Plutoniums und sparen so Geld. Man würde an den SRG ein System anschließen um die Abwärme zu nutzen um die Sonde zu wärmen und so Heizelemente einzusparen.

Ein Problem ist aber die Kommunikation. Sie müsste noch kleiner als die von New Horizons sein. das bedeutet niedrige Datenraten. Dabei wird New Horizons schon die meisten Daten zwischenspeichern und hochkomprimiert über Monate nach dem Vorbeiflug übertragen. Da die Mission billig sein soll wird man nicht über Monate hinweg die teuren 70 m Antennen nutzen. Die Lösung ist die schon lange vorgeschlagene Laserkommunikation zu nutzen. Beim MLCD (Mars Laser Communication Experiment) sollte ein 5 W Laser mit einem 30,6 cm Teleskop noch 30 MBit auf 0,7 AE übertragen. Aus 50 AE wären das noch 5800 Bit/s. Wenig, aber deutlich mehr als New Horizons überträgt bei geringerem Stromverbrauch und leichterer Sendeanlage. Allerdings geht es nicht ganz ohne Antenne denn es gibt ja noch den Uplink. (Der war auch mit Laser geplant, doch schon in Marsdistanz sind das dann nur noch 75 Bit/s - das ist zu wenig für weite Distanzen) Empfänger war beim MCLD das ausgemusterte Hale Teleskop mit 5 m Durchmesser vorgesehen. Doch es gibt bessere Alternativen. Will man etwas neues bauen so gibt es zwei Möglichkeiten: ein reines monolithisches Empfangsteleskop - anders als ein astronomisches Teleskop reicht dafür ein einfacher Spiegel ohne aufwendige Nachführung. Es wurde gerechnet dass ein solches Teleskop nur ein drittel eines astronomischen Teleskops kostet. So würde ein 10,4 m Teleskop nur 40 Millionen Euro kosten in etwa das gleiche wie eine 35 m Antenne des ESA DSN. Es würde Daten mit 24 kbit/s empfangen. Das zweite ist es viele kleine Teleskope zu bündeln. LADEE nutzt 4 Teleskope mit je 40 cm Durchmesser, Beim Mars Laser Projekt dachte man an bis zu 20 Teleskope von 0,8 m Durchmesser. Ein Teleskop dieser Größe kostet rund 100.000 Euro, zu den 2 Millionen für 20 Stück kämen dann noch Nachführung und ein Gebäude, in jedem falle ist man aber bei einer Summe weitaus kleiner als bei einem Groß Teleskop.

Sinnvoll wäre daher der Bau einer neuen Empfangsanlage. Man könnte sie ja auch für andere Raumsonden nutzen. Die Laserkommunikation vom Mars aus ist nun ja wieder auf die Agenda gekommen.

Für die Lageregelung kann man Kaltgas vorhersehen - es gibt nur eine Passage wo die Sonde ihre Instrumente schwenken muss, ansonsten reicht die konstante Ausrichtung des Laserterminals auf die Erde. Die bewegt sich von der Raumsonde aus kaum noch am Himmel wenn sie erst mal weit weg ist.

Kommen wir noch zum Start. Wennes billig sein soll bleibt nur die Falcon 9. Doch die erreicht nicht die nötige Geschwindigkeit. Doch man kann ja mal aufrüsten. Hier einige Optionen (Sondengewicht: 360 kg)

Rakete Geschwindigkeit
Falcon 9 + Centaur V SEC 16.900 m/s
Falcon 9 + Centaur V SEC + Star 37 18.500 m/s
Falcon 9 + Centaur V SEC + Star 37 + Star 20 18.750 m/s

Alle drei Geschwindigkeiten liegen über der hyperbolischen Fluchtgeschwindigkeit aus dem Sonnensystem (16,67 km/s) führen also auf eine Fluchtbahn. Je schneller desto besser. Man unterschätzt leicht die abbremsende Wirkung der Sonne. Von den 16,9 km/s bleiben im unendlichen noch 3,5 km/s übrig, in 7,5 Milliarden km Entfernung hat die Sonde noch eine Geschwindigkeit von 9,4 km/s. Bei 18,75 km/s sind es 8,8 km/s bzw. 14,6 km/s. Man erreicht ein entferntes Ziel also deutlich früher.,

Allerdings plädiere ich bei allen Missionen ins äußere Sonnensystem Jupiter als Sprungbrett zu nutzen. Zum einen beschleunigt er die Sonde um einige Kilometer/s. Zum anderen ist er so groß dass er über Monate beobachtbar ist und die Sonde liefert so viel mehr zusätzliche Daten. Zuletzt kann man einen der Monde für eine Generalprobe nutzen. Jupiter erlaubt über etwa 3 Jahre seiner synodischen Periode mit der Erde von 13 Jahre eine Beschleunigung zu einem Ziel im äußeren Sonnensystem. Denken wir daran, dass es nicht ein Kuiperobjekt gibt sondern viele so  müsste man eigentlich jedes Startfenster zu Jupiter (alle 15 Monate) nutzen können, nur eben alle 2-3 Startfenster zu einem anderen Objekt. Als letzte Möglichkeit gibt es noch bei einer sehr nahen Passage noch die Zusatzbeschleunigung durch das Zünden eines Raketenantriebs bei Jupiter. Würde man die letzte Altair Oberstufe an der Sonde bei dem Juptermond Adastrea, knapp außerhalb des Jupiterings zünden so würde die Sonde nicht um 1,45 sondern 11,5 km/s schneller werden - man addiert die Geschwindigkeit zu rund 45 km/s an dieser Position und nach e=1/2mv² bleibt da wenn man die wieder abzieht einiges mehr übrig.

Damit kann man die Reisezeit drastisch verkürzen und in auch entferntere Objekte in einer Zeitspanne erreichen die wir von New Horizons oder Rosetta gewohnt sind. Während der Reise wird die Sonde weitgehend inaktiv sein, auch um Kosten zu sparen. Am Ziel selbst wird es lange Zeit langweilig sein. Warum - einfach mal auf die Webseite von New Horizons schauen wie groß Pluto einen Monat auf den Bildern ist. Das Blickfeld der leistungsfähigsten Kamera, LORRI wird er 460.000 km vor dem Vorbeiflug füllen, das ist etwas mehr als als ein halber Tag vor der Passage. In dieser kurzen Zeit werden die meisten Daten gewonnen und gespeichert. Die Speicherung ist heute kein Problem, eher die Datenübertragung. Flächen CCD liefern 40 MByte/s Zeilen-CCD noch höhere Datenraten. Um die 40 MByte/s mit den bestenfalls 24 kbit/s zu übertragen braucht man 13.300 s, das bedeutet die Daten die ein Instrument bei dauerndem Betrieb während 10 Stunden gewinnen kann brauchen 15 Jahre des dauernden Übertragens. Man muss also die Datenmenge begrenzen und komprimieren (die Bilder vorher sind weitgehend unkritisch, weil sie meistens nur schwarzen Hintergrund zeigen).

Was die Sonden aber so interessant macht ist, das sie danach noch mit hoher Geschwindigkeit, höher als jede bisherige Sonde das Sonnensystem verlassen. Dann wird das Teilcheninstrument und Magnetometer interessant. Mit moderner Technologie kann die Sonde weitgehend autonom arbeiten und ihre Daten zwischenspeichern und erst bei Bedarf senden. Dank SSD brauchte sie dazu keine Bandrekorder die verschleißen können und einen Impuls bei der Arbeit auslösen. So kann sie lange Zeit arbeiten und die Voyager Sonden ergänzen die gerade die Heliosphäre verlassen.

Ich denke eine Sonde wäre angesichts weniger RTG und billiger Trägerrakete deutlich unter den Kosten von New Horizons (723 Millionen Dollar - man spart mindestens 120 Millionen bei der Rakete und 50 Millionen beim Plutonium) angehbar, idealerweise baut man nicht eine sondern mehrere die man alle 2-3 Jahre startet. Aber dazu kommen wird es sicher nicht. Dafür sind Kuiper Gürtel Objekte wohl zu unwichtig und mit Pluto hat man ja schon eines untersucht.

Zuletzt aber noch eine gute Nachricht: Philae ist erwacht und meldet sich wieder! Man hat ja erwartet das er ab April genügend Strom für seinen Betrieb durch die nähere Position an der Sonne hat und er sich wieder meldet. Es hat etwas länger gedauert, aber Churymasov durchläuft sein Perihel erst am 13. August. Wenn er symmetrisch um dieses Perihel betrieben werden kann (hängt von der Sonnenintensivtät ab), dann wird er noch vier Monate arbeiten. Nicht ewig aber ungleich länger als die wenigen Tage die man bisher hatte. Auch Rosettas Mission soll verlängert werden. Nominell wird sie im Dezember enden, doch die Solarzellen sollen einen betrieb bis September 2016 erlauben, dann wäre Churymasov Geramisenko wieder in der gleichen Entfernung als Rosetta bei ihm ankam.


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