Home Site Map Sonstige Aufsätze Weblog und Gequassel counter

Web Log Teil 43 : 8.11.2007-12.11.2007

Donnerstag 8.11.2007: Chris Kraft: "Flight"

Nachdem wir das 42 ste Weblog (ohne die Zahl besonders zu erwähnen) hinter uns gebracht haben, sind wir zwar nicht schlauer geworden und haben nun die Antwort auf das Leben, das Universum und alles gefunden, aber wir können voranschreiten zum nächsten Weblog.

Derzeit lese ich das Buch "Flight" von Christopher Kraft. Christopher "Chris" Kraft ist denen, die sich mehr mit der bemannten Raumfahrt beschäftigt haben, sicher bekannt. Er war Flugdirektor bei Mercury und Gemini und Missionsleiter bei Apollo. Schon vorher wusste ich, dass er kein sehr umgänglicher Mensch ist. Wer bei den Übungen mehr als einmal einen Fehler machte, oder zu lange brauchte um eine Lösung zu finden, flog aus dem Team. Das Buch vertieft diesen Eindruck noch. Bei Chris Kraft gibt es eigentlich nur Schwarz-Weiß. Wen er mag hinter dem steht er und wen er nicht mag, der kann machen was er will und ist bei ihm immer unten durch. Dann wartet er eigentlich nur darauf ihn aus dem Programm zu boxen.

So mag er Wernher von Braun nicht, weil er für die Nazis gearbeitet hat und es ihm primär um dir Raumfahrt geht, während Chris Kraft die Raumfahrt an und für sich egal ist, sondern es geht darum einen Amerikaner ins All zu bringen. Er lässt sich lang und breit aus, dass von Braun darauf besteht eine Redstone erneut zu starten, nachdem bei MR-2 das Triebwerk wegen Vibrationen zu früh Brennschluss hatte und den Fluchtturm auslöst. Das dahinter natürlich Sicherheitsbedenken, auch für den Astronaut stecken, der bei einer Fluchtturmauslösung 16 g ausgesetzt ist und 50 km hinter der geplanten Landezone runterkommt, lässt er nicht gelten. Über die Atlas (eine von Amerikanern entwickelte Rakete, die bei MA-1 explodiert und bei MA-3 wegen Kursabweichungen gesprengt werden muss) lässt er sich dagegen nur kurz aus - die wird ja auch nicht von früheren "Nazis" entwickelt. Auf jeden Fall ist für ihn von Braun mit daran schuld das Al Shepard nach Juri Gagarin startet - als ob dies historisch einen Unterschied machen würde, denn es war in jedem Fall nur ein suborbitaler Flug und damit nicht mit Gagarins Flug vergleichbar.

Jeder der nicht seiner Meinung ist bekommt sein Fett ab, seien es Mediziner die sich um die Gesundheit der Astronauten sorgen, oder Van Allen, der für eine unbemannte Erforschung des Weltalls plädiert (mit bei Mercury durchaus stichhaltigen Argumenten, den tun konnten bei Mercury die Astronauten nichts).

Das geht auch bei den Astronauten weiter. Es wird sehr schnell klar, dass er Scott Carpenter nicht leiden kann und Gus Grissom mag. Das zeigte sich dann auch bei den Flügen. Scott Carpenter verbrauchte bei seinem Flug zu viel Treibstoff und bekam nie wieder einen weiteren Flug. Bei Gus Grissom gab es aber genauso Probleme: Er wäre bei der Landung fast versunken, weil er vergaß, ein Ventil im Anzug zu schließen, unerlaubterweise sich den Anzug mit Münzen als Souvenirs vollstopfte und die Bergung mit der Kapsel beschäftigt war, deren Luke vorzeitig abgesprengt wurde und die schließlich im Atlantik versank. Es wurde nie geklärt ob Gus Grissom die Luke versehentlich aufsprengte, am Mechanismus konnte zumindest kein Fehler festgestellt werden. Der eine Astronaut machte aber Karriere und flog die erste Gemini Mission und war auch für die erste Apollo Mission vorgesehen, der andere schied aus.

Ich bin knapp mit der Hälfte des Buches durch und habe mehr über Chris Kraft erfahren als über das Weltraumprogramm. Etwa ein Drittel beschäftigt sich mit seiner Karriere vor Mercury. Ich persönlich fand das Buch von Gene Kranz informativer und besser. Chris Kraft schildert alles aus seiner Perspektive, während Gene Kranz (wie er auch im Nachwort beschreibt) sich Hilfe gesucht hat - alte Unterlagen gewälzt, Interviews mit seinen früheren Controllern und den Astronauten führte und mit einem Lektor das Buch schrieb. Chris Krafts Buch ist nicht empfehlenswert für Personen die sich mit dem bemannten Raumfahrtprogramm nicht auskennen, denn es ist eine sehr einseitige Darstellung von Mercury, Gemini und Apollo. Ich denke Chris Kraft ging es weniger um die Raumforschung oder das Wohlergehen der Männer sondern nur darum Amerikas Führungsposition in einem technologischen Wettlauf zu stärken. Ein Credo, das sich stark von Gene Kranz unterscheidet bei dem die Sicherheit der Besetzung absoluten Vorrang hatte. Wer sich für den Mann interessiert für den ist das Programm. Weiterhin erfährt man auch einiges über das Raumfahrtprogramm, aber weniger als in anderen Werken.

Wer sich trotzdem für das Buch interessiert möge auf einen der beiden Links klicken

Taschenbuchausgabe

Gebundene Ausgabe

Freitag  9.11.2007: Die Rettung der ISS

Haben Sie es bemerkt? Die ISS wurde beim letzten Shuttle Einsatz gerettet! Die Astronauten haben etwas ungeheuerliches getan: Sie haben eine Reparatur durchgeführt, die nie vorher trainiert haben, für welche sie die Werkzeuge an Bord isolieren mussten. Die NASA hat etwas riskiert. Das wurde in den Tagesthemen groß herausgehoben. Ohne das reparierte Sonnensegel hätte man die ISS aufgeben müssen.

Hmmm anscheinend habe ich da einiges verschlafen. Meiner Meinung nach arbeitete die ISS schon vor dem ausgefallenen Sonnensegel, nur eben mit reduzierter Energie. Die ISS ist auch nicht gerettet wenn nun das Sonnensegel wieder arbeitet. Im Gegenteil: Die Krise kommt noch in 3 Jahren. Dann werden die Space Shuttles ins Museum wandern. Vor allem haben Astronauten im Gemini und Apollo programm laufend dinge machen müssen, die sie nie trainiert haben. Sie haben sogar eine unbewohnbare Raumstation (Skylab) nach dem Verlust eines Viertels der Energie und dem Schutz vor Sonneneinstrahlung wieder bewohnbar gemacht.

Das überhaupt noch an der ISS gebaut wird, verdankt man dem Verlust der Columbia. Ende 2002 dachte die NASA laut darüber nach, den Ausbau der ISS einzustellen. Russland hatte sich zu diesem Zeitpunkt schon aus der ISS weitgehend zurückgezogen und ein eigenes Labor- und ein Wohnmodul eingestellt. Die Kosten explodierten, und durch die Verzögerungen, die es schon damals gab, stiegen sie weiter. Es gab natürlich gravierenden Widerstand seitens Europa und Japan, da ihre Module noch nicht im All waren und vor allem die ISS in der damaligen Ausbaustufe sie weder mit Strom versorgen konnte, noch mehr als 3 Astronauten beherbergen konnten. Geplant war eine Stammebsatzung von 7 Astronauten. Einer davon sollte Europäer oder Japaner sein.

Nach Columbia begann ein Umdenken. Allerdings kein radikales. Eigentlich wäre es logisch gewesen, nun erst recht die ISS einzustellen: Das Space Shuttle hatte ein Sicherheitsproblem, und es gab einen Orbiter weniger. Der Ausbau würde daher wesentlich länger dauern. (Eigentlich sollte die ISS seit 2003 fertig sein).

Doch das sähe aus, als würde die NASA den Schwanz einziehen. Also baut man die ISS fertig - erfüllt damit auch internationale Verpflichtungen und muss weder an andere Nationen, noch an Auftragnehmer in den USA Milliarden an Konventionalstrafe zahlen.

Danach ist aber Schluss: Die ISS wird dann zwar fertig sein, doch sie wird eine Station mit stark reduzierten Fähigkeiten sein. Die Besatzungsstärke sinkt durch das fehlende Wohmodul auf 6 Personen. Vor allem aber wird es nur eine bemannte Versorgung mit Sojus Kapseln geben. Diese können mit zwei Kapseln sechs Astronauten ins All bringen, doch kaum Fracht. Vor allem sperriges Equipment - neue Experimente in Racks - entfallen. Auch das europäische ATV und das japanische HTV sind nicht ausgelegt, dieses zu befördern. Sie werden die Versorgung mit Nahrungsmitteln, Trinkwasser und Gasen übernehmen und die ISS laufend anheben, da sie sonst innerhalb von 5 Jahren verglühen würde.

Ohne laufende Erneuerung des Innenlebens, Ersatzteilen etc. wird die ISS aber bald die Probleme der MIR haben - Die Astronauten werden mehr Arbeitszeit aufwenden müssen, die Station am Betrieb zu halten als zu experimentieren. Vor allem entwickelt sich Technologie weiter und die Experimente die heute gestartet werden, sind in wenigen Jahren veraltet sein. Eine bemannte Station wie die ISS in dieser Größe lebt davon, dass man laufend Experimente austauscht, Bordcomputer und später auch komplette Module. Das resultiert einfach daraus, dass Equipment an Bord nicht nur veraltet, sondern auch korrodiert und ersetzt werden muss. MIR zeigte dies recht deutlich. Die ISS wurde für eine Lebensdauer von 15 Jahren entworfen. 2010, wenn die letzten Module angedockt werden, haben die beiden ältesten Module, Swesda und Destiny schon 12 Jahre hinter sich.

Was kommt? Die USA haben eine Ausschreibung laufen für eine eigene unbemannte Versorgung der Station, derzeit arbeitet SpaceX an dem Entwurf einer Dragon Kapsel dafür. Frühestens 2015 wird es den ersten bemannten Flug der amerikanischen Ares Kapsel geben, die dann wieder 6 Personen zur ISS bringen kann. Das Problem des veralteten Equipments gibt es aber nach wie vor. Eine Lösung wäre es Module wie die Sowjetunion zu starten: Unbemannt mit einer Trägerrakete und einem Kopplungssystem und einem eigenen Antrieb. Doch wer soll dies tun? Die Sowjets haben kein Interesse und wollen an dem Transport von Astronauten verdienen. Japan und die ESA haben die Trägerraketen und könnten es leisten. Sie sind jedoch nur Juniorpartner in der IS´S und können nicht die Mittel für den Bau aufbringen. Und die USA? Sie wollen nun zum Mond und haben die ISS abgeschrieben, weil ein Flug zu ihr zu teuer ist, und man Angst hat Astronauten erneut zu verlieren.

Wer mich kennt weiß, das ich nicht viel von bemannter Raumfahrt halte. Ich halte aber noch weniger davon, etwas anzufangen und dann halbfertig zu hinterlassen. Die ISS ist heute ein Paradebeispiel dafür. Es wäre für alle Beteiligten besser gewesen, man hätte sich nach Columbia zusammengesetzt und eine Alternative ausgearbeitet - entweder die Station in dem damaligen Ausbauzustand aufzugeben und so einige zig Milliarden einzusparen oder eine Alternative zu entwickeln, mit der man auch sperrige Teile transportieren kann oder ganze Module ersetzen kann. Dann hätte man wirklich die Shuttles schon 2003 ausmustern können, und trotzdem eine lebensfähige Station gehabt. Aber so ist es nichts halbes und nichts ganzes. Die einzige Hoffnung die es heute gibt, ist die, dass der nächste Präsident eine erneute Kehrtwende vornimmt.

Samstag 10.9.2007: Jupiters Strahlengürtel

Jupiters Aurora im UVSch... habe ich doch gestern glatt den Mauerfall verschlafen - immerhin ein Zeichen, das nach und nach ein vereintes Deutschland normal wird, obwohl einige persönliche Erfahrungen im letzten Jahr in mir den Wunsch aufkommen ließen bestimmte Leute wären nie nach Westdeutschland gekommen.

Gestern bekam ich eine Mail, in der ich gebeten wurde doch einmal die Strahlenbelastung von Galileo zu erklären. Ursache dessen ist Jupiters gigantisches Magnetfeld: Es ist durch den großen Kern aus metallischem Wasserstoff und die schnelle Rotation des Planeten riesig. auf der sonnenzugewandten Seite erstreckt es sich 10 Millionen km zur Sonne hin, der Schweif auf der abgewandten Seite reicht bis 25 Millionen km hinter die Saturnbahn, d.h. über 1400 Millionen km Entfernung. es steckt in diesem Magnetfeld die 20.000 fache Energie wie im irdischen Magnetfeld. Galileo kreuzte die Bugwelle des Magnetfeldes am 16.11.1995, mehr als 2 Wochen bevor sie Jupiter erreichte.

Die Strahlungsgürtel haben die gleiche Ursache wie die irdischen: Die Teilchen des Sonnenwindes folgen den Magnetfeldlinien und werden so im Magnetfeld Jupiters gefangen. Sie bewegen sich von Pol zu Pol, wechseln am Pol aber meistens die Magnetfeldliinie, die sich dort zusammendrängen und werden wie bei einem Teilchenbeschleuniger immer schneller und dadurch energiereicher. Aus dem Zyklus kommen sie, wenn die am Pol auf die Hochatmosphäre treffen oder auf Teilchen der Ringe oder die inneren Monde auftreffen.  Alternativ kann ein Teilchen so viel Energie gewinnen, dass es dem Magnetfeld entkommen kann. Bevor dies geschieht muss es bei Jupiter aufgrund der Schwerkraft viel energiereicher werden als ein Teilchen in den Van Allen Strahlungsgürteln auf der Erde. Der gesamte Strahlungsgürtel ist hochkomplex, er ändert sich nicht nur mit der Sonnenaktivität, sondern die Monde rühren auch darin wie Löffel in einem Kochtopf. Das Bild zeigt die Aurora, also die Pollichter von Jupiter, aufgenommen durch das Hubble Space Teleskope im UV Bereich. In dem ringförmigen Bereich treffen hochenergetische Teilchen auf die Hochatmosphäre und bringen sie zum Leuchten. Voyager konnte auf der Nachtseite auch Nordlichter und Blitzentladungen nachweisen.

Pioneer 10 nahm bei der Passage eine Gesamtdosis von 500 krad auf, das ist etwa die tausendfache tödliche Dosis für einen Menschen. Der Spitzenwert waren 1 Milliarde Elektronen und 6 Millionen Protonen pro Quadratzentimeter. 90 % der Elektronen hatten eine Energie von 3-30 Millionen Elektronenvolt. Zum Vergleich: Ein Elektron das bei einer chemischen Reaktion beteiligt ist, hat eine Energie von einige Elektronenvolt. Pioneer 10 näherte sich bis auf 139.000 km an die Wolkenobergrenze. Pioneer 11 sogar bis auf 41600 km, wodurch der Spitzenwert 20 mal höher als bei Pioneer 10 ist. Die Ringe absorbieren Teilchen, so dass unterhalb der Ringe die Konzentration zurückgeht. Das Intensitätsmaximum für Elektronen liegt bei 64000 km über den Wolken, bei Protonen bei 48000 km.

Strahlungsbelastung bei JupiterEntfernt man sich Jupiter, so nimmt die Intensität schnell stark ab. Galileo kam bis auf 214.000 km an Jupiter heran und bekam beim Einschwenken in die Umlaufbahn 50 % der Strahlendosis von 150 kRad für die Galileo ausgelegt war, ab. Allerdings näherte sie sich nun während der Primärmission niemals mehr Jupiter näher als bis zu Europas Orbit in 670.000 km Entfernung. Die erweiterten Missionen steigerten die Strahlungsbelastung durch größere Annäherung dann weiter bis auf 1200 kRad, wobei allerdings zum Schluss regelmäßig Systeme ausfielen und die Sonde in einen Sicherheitsmodus zwangen, wobei Daten verloren gingen.

Eine Raumsonde die 60 Tage Europa umkreisen soll wird 5270 krad ausgesetzt sein: 2100 bei der Europamission, 3170 für die Tour durch Jupiters System um durch mehrfache Vorbeiflüge an den Monden in einen Europa Orbit einschwenken zu können. Ein 10 mm dicker Aluminiumschild senkt diese Dosis auf 770 kRad. Galileos Schutzschild betrug maximal 7.5 mm Aluminium. Allerdings eignet sich für zukünftige Sonden Tantal besser, wenn man eine dickere Schicht als 4 mm Aluminium braucht. Denn 1.3 mm Tantal schützen genauso gut wie 10 mm Aluminium. Um einen Kurzschluss nach 10 mm Aluminiumschild auszulösen müssen etwa 10-1000 Milliarden Elektronen pro cm² auftreffen.

Abschirmung ist auch heute noch die einzige Möglichkeit dem zu begegnen. Die moderne Elektronik macht Jupitermissionen heute übrigens leichter möglich: Zwar ist prinzipiell modernere Elektronik empfindlicher als diese zu Galileos Zeiten, doch dafür kann man die gesamte Elektronik heute in einem viel kleineren Volumen unterbringen und die Elektronikbox dann besser schützen. Probleme machen weniger die Chips, denn in ihnen kommen Elektronen nicht weit, ohne bald auf eine Isolationsschicht zu stoßen die leitende von nicht leitenden Teilen trennt. Problematisch sind eher größere Flächen in denen die Teilchen akkumuliert einen Stromimpuls und damit einen Kurzschluss auslösen können. Bei der vorgeschlagenen Jupitermission darf z.B. kein Leitungsstück mehr als 25 cm lang sein ohne geerdet zu sein.

Eine bemannte Mission scheidet aufgrund der hohen Strahlenbelastung aus. So reduziert ein 10 mm Aluminiumschild zwar bei der ESA Mission die Belastung von 5270 auf 770 kRad - doch tödlich für Menschen sind 0.5-1 krad, also eine 1000 mal geringere Dosis. Astronauten sollten folgende Grenzen nicht überschreiten: 25 rad pro Monat, 50 pro Jahr und 100-400 in der Karriere. Auf der Erde beträgt die mittlere Strahlenbelastung 0.1 rad/Jahr. (Da sich Strahlenschäden akkumulieren ist die tolerierbare Dosis um so größer je kürzer man ihr ausgesetzt ist.)

Sonntag 11.11.2007: Galileos Kommunikationssatellit

Da ich gerade an der Erweiterung der Aufsätze über Galileo arbeite, will ich heute mal auf eine Idee kommen, die aufkam als man entdeckte das die HGA blockiert ist: Die einen Kommunikationssatelliten hinter Galileo hinterher zu schicken und über diesen die Signale zur Erde zu senden. Diese Idee wurde nie wirklich verfolgt, weil es einfach keine Mittel gab und auch die Zeit knapp war. Doch ich möchte sie mal kurz durchdiskutieren. Zum ersten: Ist es technisch möglich?

Datenrate und Sendeabstand

Nun man muss zuerst einmal die Datenrate beachten: Ein Kommunikationssatellit muss nicht die vollen 134.4 KBit/s von Galileo erreichen. Der Grund dafür ist, dass man in einer regulären Mission niemals einen 24 Stundenkontakt zur Sonde hätte, sondern normalerweise etwa 4-6 Stunden pro Tag, schließlich gibt es auch noch andere Raumsonden, die Unterstützung brauchen. Bei 6 h pro Tag würde ein Viertel der Datenrate reichen, da man allerdings dann auch nur 18 Stunden pro Tag Zeit um Daten zu sammeln kann sind es effektiv 44.8 KBit/s (6/18) und bei 4 Stunden müsste der Kommunikationssatellit 26.8 Kbit erreichen (4/20).

Als Antenne käme die gleiche Antenne wie bei Galileo in Frage: Sie war die größte damals serienmäßig produzierte (denselben Typ setzten die TDRS Satelliten ein). Diese hat 4.9 m Durchmesser. Auf der Erde kann man mit 34 m Antennen noch 10 Bits von Galileos Niedriggewinnantenne empfangen. Natürlich unterscheiden sich die Empfänger an Bord eines Kommunikationssatelliten und auf der Erde. Aufwendige Kühlung mit flüssigem Wasserstoff ist auf dem Satelliten nicht möglich. Dafür ist die gesamte Antenne auf 100-120 K bei Jupiter gekühlt und es gibt keinerlei Störsender in der Nähe. Auch muss keine Atmosphäre passiert werden. Nehmen wir vereinfacht an, dass sich diese positiven und negativen Effekte ausgleichen. Die Berechnung der maximalen Distanz wird dann zum Dreisatz wenn man die mittlere Distanz Jupiters von der Erde kennt. Letztere liegt bei 750 Millionen km. Dann gilt:

(Distanz Galileo-Erde / Distanz Galileo-Satellit)² = (Durchmesser Sendeantenne / Durchmesser Satellitenantenne)²

Bei gleicher Datenrate. wie zur Erde (10 Bit/s) erhalten dann 108 Millionen km. Das ist schon mal positiv - Galileo entfernt sich niemals mehr als 20 Millionen km von Jupiter, d.h. selbst wenn sich der Kommunikationsorbiter sich auf der anderen Seite befinden würde, wäre die Datenrate höher.

Nun will man aber mehr Daten senden. Dann gilt:

Max Distanz = 108 Mill km/ Ö(gewünschte Datenrate/10 Bit/s)

Da die Energie quadratisch mit der Entfernung abnimmt (doppelte Entfernung = ein Viertel der Datenrate) erhält man 2.08 Millionen km bei 26.8 kbit/s und 1.61 Millionen km bei 44.8 kbit/s. Wenn man die bislang größte gebaute Kommunikationsantenne, das mit derselben Technologie gebaute 9.15 m durchmessende Modell des Experimentalsatelliten ATS-6 nimmt, dann werden die Distanzen noch größer. Diese hat fast den doppelten Durchmesser und erlaubt so die Datenrate von 26.8 / 44.8 KBit/s noch aus 3.88 / 3.00 Millionen km zu empfangen.

Das sind doch recht komfortable Distanzen, die es auch erlauben, das Der Orbiter nicht Galileo auf dem Flugpfad folgen muss, sondern z.B. sich nach dem Einschuss niemals mehr als bis zu Ganymed ins innere Jupitersystem bewegen muss. Es gibt natürlich auch für den Kommunikationssatelliten das Problem der Strahlenbelastung. Sie könnte so minimiert werden. (Eine ESA Studie für einen Europa Orbiter geht z.B. davon aus zwei Satelliten zu bauen - einen der Europa umkreist und einen zweiten der sich im äußeren Jupitersystem befindet. Dieser soll neben wissenschaftlichen Messungen auch als Relay fungieren. Der Vorteil liegt darin, dass man Antenne und Sender viel kleiner dimensionieren kann und Strom für leistungsfähigere Sender spart. So wird der Europa Orbiter der auch viel Treibstoff mitführen muss leichter.

Es wäre also möglich die Daten zu sammeln und weiterzuleiten, selbst wenn der Kommunikationssatellit nicht Galileos Tour zu 100 % folgt.

Aufbau

Es geht nur die Relay Funktion, d.h. der Satellit selbst sollte möglichst klein sein. Die Anforderungen an Kurskorrekturvermögen für Galileo liegen deutlich unter denen eines geostationären Satelliten mit einem Apogäumsantrieb. Für die beiden wesentlichen Manöver beim Jupiter: Das Einschwenken in den Orbit und das Anheben dessen brauchte Galileo weniger als 1000 m/s. Danach hatte die Sonde noch etwa Treibstoff um die Geschwindigkeit um 200 m/s zu ändern. Ein Satellit braucht 1500 m/s um in einen geostationären Orbit zu gelangen wenn er von Kourou aus gestartet wird und sogar 1800 m/s wenn er von Cape aus startet. Dazu kommen Reserven um die Bahn zu halten: 50-75 m/s pro Jahr und dies sind bei 5-7 Jahren nomineller Betriebsdauer dann auch nochmal 250-500 m/s.

Daher wäre es sinnvoll einen normalen Kommunikationssatelliten der Delta 3920 Klasse zu nehmen und bei diesem die Antennen durch die einzelne Kommunikationsantenne zu ersetzen. Ein Großteil der Verstärker und Sender entfällt so auch, so dass man eher Gewicht einsparen kann. (Die 4.9 m Antenne von Galileo ist mit 24 kg Gewicht eine sehr leichtgewichtige Konstruktion). Strom kommt dann durch einen RTG wie bei Galileo. Es müsste ein einzelner GPHS RTG müsste reichen, schließlich gibt es keine Experimente zu versorgen. Dafür spart man sich die Solarpanels ein. Nimmt man 1300 kg an (Delta 3920 Nutzlastgrenze: 1200 kg) so liegt man sicher in einer Region mit Sicherheitsreserven (die Kommunikationssatelliten werden ja schwerer weil immer mehr Sender an Bord sind - und hier ist es nur einer anstatt 6-10 wie bei dieser Klasse üblich).

Gibt es einen Träger der die Nutzlast zu Jupiter bringen kann? Ja damals gab es schon die Titan 4 Centaur. Die Nutzlast einer Titan 401 für einen Direktkurs zu Jupiter ist etwas geringer (1150 kg), doch mit einer PAM-D Zusatzstufe sind es sogar komfortable 1760 kg. Es wäre also auch technisch möglich gewesen.

Der Zeitfaktor ist eher kritisch: Ein Flug zu Jupiter dauert auf einer energiearmen Bahn 27 Monate. Das Startfenster für eine zeitnahe Ankunft bei Galileo läge im November 1993. Der Orbiter würde also 3 Monate nach Galileo ankommen (oder man startet im Oktober 1992, dann ist man 11 Monate vorher dort. (Startfenster zu Jupiter gibt es alle 13 Monate). Galileo sollte im Mai 1986 direkt starten, so kann man leicht zukünftige Direktflüge berechnen.

Das Antennenproblem entdeckte man am 11.4.1991. Man hätte also nur 18 bzw. 29 Monate Zeit gehabt - das ist wirklich knapp, wobei man ja noch hoffte, die Antenne frei zu bekommen und nicht sofort an eine Alternativstrategie dachte und diese Zeit ginge von einer Planung dann ab.

Natürlich wären auch Zusatzkosten entstanden: Das teuerste ist eine Titan 4, die etwa 200 Millionen Dollar kostet. Ein Kommunikationssatellit der Delta Klasse ist mit 50-60 Millionen Dollar recht preiswert. Dazu kommen noch die Radioisotopenelemente, die sicher im zweistelligen Millionenbereich liegen. Über die Zeit kommen noch Kosten für die Missionsüberwachung dazu. Doch lassen wir es mal 400 Millionen sein - das sind dann trotzdem weniger als als ein Drittel der gesamten Kosten von Galileo.

Dafür gäbe es aber nicht nur reduzierte Meßergebnisse, sondern den vollen Satz. Machen wir es an Bildern fest: Cassini hat in 3 Jahren mehr als 100.000 Bilder zur Erde gesandt. Galileo sandte in 2 Jahren 1920, davon waren nur 1645 auswertbar. Die anderen fielen technischen Defekten bei der Übertragung zum Opfer. Das ist ein Unterschied um den Faktor 30-50! Das meine ich wäre Rechtfertigung genug diesen Satelliten zu bauen.

Die Mission wäre dann etwas anders als bei Galileo: Der Kommunikationssatellit würde sich auf einer Umlaufbahn befinden die Galileo grob folgt, aber nicht genau. Er würde sich um Schäden an der Elektronik zu verhindern nicht Jupiter so stark nähern, sondern nur etwa bis Ganymed. Wichtig ist nur, das der Orbit grob synchronisiert ist und sich der Kommunikationssatellit im äußeren Bereich befindet wenn dies auch Galileo tut. 1.6-3.88 Millionen km Minimaldistanz sind komfortable Distanzen, wobei Galileo sich natürlich auch stärker annähern kann und dann mehr Daten übertragen kann. Vor allem wenn beide nahe Jupiter sind ist dies praktisch immer gegeben. Dann würde der Kommunikationsorbiter diese zwischenspeichern und später übertragen. So gäbe es vor allem den Monden - dem Primärziel von Galileo - mehr Fotos. Da Galileo Orbits immer kürzer wurden steigt die Datenrate sogar im Laufe der Mission.

Eine Alternative wäre es die große Antenne nur zum Senden zur Erde zu nehmen und eine kleine von vielleicht 1 m Durchmesser zum Empfang zu nutzen. Das hat zwei Folgen: Nun muss der Satellit Galileo folgen, denn die Distanz sinkt rapide. Dafür kann man aber die normale Tour ohne Veränderungen absolvieren. Der Kommunikationssatellit würde mit einer Antenne (die bei kurzer Distanz sogar eine Omindirektionale sein kann) empfangen und mit der großen den Datenstrom zur Erde weiterleiten. Problematisch dabei ist, dass er Galileo in sehr kurzer Distanz folgen muss - Galileo flog 1000 km an den Galileischen Monden vorbei und diese bewegen sich pro Sekunde um 10-20 km/s weiter, so dass schon 100 Sekunden später die Vorbeiflugdistanz sich verdoppelt hätte und damit die Veränderung des Orbits durch den Mond eine andere wäre.

Das erfordert also eine sehr genaue Abstimmung der Orbits. Den Ankunftstermin könnte man bei einem Start 1993 so justieren, dass er passt. Man müsste nur die Flugdauer von 27 auf 24 Monaten reduzieren, was mit einer leicht höheren Startenergie und einem etwas höheren Treibstoffverbrauch bei der Ankunft verbunden ist. Bei diesem Szenario müsste der Kommunikationssatellit aber wie Galileo über strahlungsresistente Elektronik verfügen, denn er folgt ja ihr und erhält am Schluss auch über 1200 kRad an Strahlung.

Wir wissen das es nicht dazu kam - schade eigentlich.

So nun och eine Bemerkung zu den Kommentaren zum letzen Blog. Den Fehler bei den Distanzen habe ich korrigiert. Gemeint waren 64000 km bei Elektronen und 48000 km bei Protonen. Zu den SI Einheiten komme ich im nächsten Blog, denn das ist ein etwas längeres Thema.

Montag 12.11.2007: SI Einheiten

"Der K." hat mich in seinem Kommentar darauf aufmerksam gemacht, dass Gray die SI Einheit ist. Nun ja, das weis ich seit gut 25 Jahren. Schließlich habe ich mal einen Kurs für Isotopenmarkierung mit zugehöriger Radiochemievorlesung besucht als ich noch Lebensmittelchemie studierte. Wer meinen Aufsatz über Bestrahlung von Nahrungsmitteln gelesen hat findet dort auch nur Gray als Einheit. Bevor ich aber auf das krad als Einheit zurückkomme mal ein kleiner Exkurs zu den SI Einheiten.

Ich bin im allgemeinen, wie "Der K." angemerkt hat ein Verfechter von SI Einheiten. Ich halte nichts davon, noch überall Kilokalorien zu verwenden oder PS, wenn es gesetzlich vorgeschrieben ist kJ und kW zu verwenden. Da diese Einheiten einem im Alltag auch dauernd unterkommen und mittlerweile seit fast 30 Jahren vorgeschrieben ist, denke ich kann man das auch erwarten.

Trotzdem müssen es meiner Meinung nach nicht immer SI Einheiten sein, wenn zum einen andere Einheiten sich eingebürgert haben und man zum zweiten leicht umrechnen kann. Dem folgt das SI Komitee, auch indem es andere Einheiten duldet. Mal ein paar Beispiele aus den unterschiedlichsten Bereichen:

Natürlich kann man mit Gewalt alles nun in SI Einheiten ausdrücken, es wird dadurch aber nur umständlicher und irritiert wie z.B. die vor einigen Jahren vollzogene Wendung von Millibar zu Hektopascal. (Wobei sich nur der Einheitenname aber nicht die Größe änderte).

Ich verwende SI Einheiten wo es sinnvoll ist, sprich sich in dem Fachgebiet keine anderen Einheiten eingebürgert haben. In meinen Aufsätzen wird man kaum bei Instrumenten das in alten Beschreibungen noch so häufige Ängström finden, das für Chemiker so praktisch ist, da zufälligerweise ein Ängström in etwa dem Abstand von Atomen in chemischen Bindungen entspricht. Stattdessen verwende ich Nanometer. Im Bereich Raumfahrt habe ich dann meinen Dauerkampf gegen Imperiale Einheiten.

Wie bekannt wird in den USA noch mit Imperialen Einheiten (Fuss, Pfund, Gallonen etc.) gearbeitet, obwohl für Forschung und Lehre auch dort das SI Einheitensystem Pflicht ist. Da es heute kaum noch Journalisten vom Schlage Werner Büdelers und Günther Siefahrts gibt, also Leuten die sich mit Raumfahrt auskennen und nicht nur nebenher auch darüber schreiben, haben diese inzwischen ja auch Einzug in deutsche Websites Einzug gehalten. Dabei ist dies nur verwirrend. Kürzlich bekam ich eine Mail wo man mich fragte wie die Brenndauer einer Rakete denn nur sei: Da stand "Burn time 150 sec. Isp 250 sec". In amerikanischen Einheiten isst der spezifische Impuls nun mal eine Sekunde. Angaben wie 35000 Fuss/s für eine Geschwindigkeit sind für Europäer auch nicht gerade anschaulich. Manchmal täuschen die Einheiten auch eine enorme Genauigkeit vor: Eine Stufenmasse von 18143 kg mag sehr genau aussehen - doch die Originalangabe waren es 40000 lb also nur auf 2 Ziffern genau....

Inzwischen sind ja viele Raumfahrtseiten heruntergekommen zu Übersetzungen von amerikanischen Newsquellen, die dann wiederum recht unkritisch Pressemitteilungen verbreiten. So fand ich in Raumfahre.net eine Meldung die eine 1:1 Übersetzung von Space.com war, in der sich Kasachstan durch die fortgesetzte Verseuchung ihrer Böden durch "Heptyl" beschwert. Space.com hat diese Meldung von Novosti übernommen und dort hat man wohl genauso wenig kompetente Redakteure die wissen, das "Heptyl" nichts anderes als die russischen Bezeichnung für die Treibstoffmischung Distickstofftetroxid/UDMH ist.

Ich erwähne dies um aufzuzeigen, dass sehr oft eine gewisse normative Kraft darin besteht, das unzählige Webseiten etwas falsch darstellen. Bei der amerikanischen Raumfahrt ist eine Besserung festzustellen. Nach dem Verlust des Mars Climate Orbiters durch die Verwechslung von Einheiten findet man in NASA Webseiten SI Einheiten als erste Einheiten und die Imperialen in Klammern, so wie bei uns auch bei kJ und kcal. Vorher gab es Webseiten mit nur imperialen Einheiten, wie die von NEAR. Die Industrie, die ja mit der Verwendung von imperialen Einheiten am Verlust von MCO mit Schuld war, veröffentlicht leider noch immer nur in imperialen Einheiten.

Kommen wir zurück zu den krad. Natürlich ist SI Einheit das Gray. Das Problem ist, das es bei der Dosis eben noch die beiden anderen Einheiten Röntgen und Rad gibt. Röntgen wird von Medizinern benutzt wenn es um die Strahlenbelastung von lebenden Gewebe geht und Rad ist in der Werkstoffkunde gängig. In der gesamten Raumfahrt werden sie nur krad als Einheit finden. Alle Angaben auf den JPL Seiten über die Strahlenbelastung von Galileo sind in krad. Angaben über die Strahlungstoleranz von Mikroprozessoren sind in krad und auch die Angaben für Studien für zukünftige Missionen (Die Daten für den Europa Orbiter stammen aus einer ESA Studie) sind in krad. Da man die Einheiten leicht umrechnen kann macht es in meinen Augen keinen Sinn, hier als einziger einen Standard zu ignorieren der sich einfach eingebürgert hat und den Leser zu verwirren, wenn er über Google zu weiterführenden Dokumenten kommt, und dort nur noch krad als Einheit findet. (Übrigens wird in der Raumfahrt auch noch das veraltete Einheitszeichen "rad" anstatt dem eigentlich üblichen "rd" verwendet, nur mal so als Hinweis für "den K.")...

Zum Umrechnen:

1 Röntgen = 1 Rad = 0.01 Gray

1 Gray = 100 Rad = 100 Röntgen.


Sitemap Kontakt Neues Impressum / Datenschutz Hier werben / Your advertisment here Buchshop Bücher vom Autor Top 99