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Web Log Teil 437: 23.9.2015 -

23.9.2015: SpaceX braucht die Falcon Heavy - SpaceX will die Falcon Heavy nicht!

Kurz nach der Explosion der 19-ten Falcon 9 über dem Cape hat SpaceX erneut den Jungfernflug der Falcon Heavy verschoben. Nun wird als Starttermin Mai/Juni 2016 genannt. Erinnern wir uns: am 5.4.2011 kündigte Elon Musk an, die Falcon Heavy zu entwickeln und legte den Jungfernflug auf "Ende 2012, Anfang 2013" fest. Wenn es nun mindestens drei Jahre Verzögerung gibt, so ist das nicht nur an sich ein ziemlicher Brocken sondern auch unverhältnismäßig viel, verglichen mit den maximal 21-22 Monaten die der Jungfernflug damals noch in der Zukunft lag. Selbst Gwen Shotwell machte sich schon auf Pressekonferenzen über die Verzögerungen lustig "Es kann doch nicht so schwierig sein, drei Cores aneinander zunieten". Da man von SpaceX selbst kaum etwas hört, weder zur Falcon Heavy noch sonst will ich mal in diesem Artikel diskutieren, warum es so langsam vor sich geht und zwar in einer klassischen Pro-Kontra Diskussion. Vielleicht kennt die der eine oder andere noch von den Schultagen (falls das als Stilmittel überhaupt noch eingesetzt wird). Ziel ist - etwas überspitzt formuliert - herauszufinden ob SpaceX die Rakete wirklich braucht oder man vielleicht in den letzten Jahren die Meinung geändert hat. Also gehen wir's an

Pro

Nur die Falcon Heavy befähigt SpaceX Satelliten in den GTO* zu transportieren die schwerer als 3,5 t sind. Das sind alle mittelschweren und schweren Satelliten der Kommunikationsbranche. Auch das DoD hat den Bedarf für einen träger für schwere Nutzlasten in GEO und LEO. Ohne die Falcon Heavy entgeht so SpaceX ein großer Teil des Marktes.

Die Falcon heavy wird billiger im Transport als die Falcon 9. Sie hat mehr als die dreifache Nutzlast, kostet aber nur das doppelte.

Nur mit der Falcon Heavy kann sich SpaceX um alle der lukrativen Aufträge der NRO und des DoD bewerben

Mit der hohen Nutzlast und der alleinigen Nutzung des Launchpads 39 kann die Falcon Heavy den Nutzlaststau von SpaceX abbauen, da dadurch eine zweite Startbasis und eine Trägerrakete zur Verfügung steht die auch mehrere Nutzlasten auf einmal transportieren kann.

Die Bergungsversuche bei der Falcon 9 kann man als experimentell betrachten. Nur bei der Falcon Heavy sind sie wirtschaftlich sinnvoll. Bei der Falcon 9 senkt die Bergung die Nutzlast um 30% ab und damit unter ein Niveau dass noch für GTO-Transporte vertretbar ist. Dagegen hat die Falcon Heavy eine viel größere Nutzlast als alle existierenden Trägerraketen. Das Absinken wirkt sich daher nicht auf die Nutzlast aus, zumindest solange man keine Drei- oder Vierfachstarts durchführt. Zudem kann man mehr von der Rakete verwenden und es ist wirtschaftlicher.

Dadurch dass die Rakete im Prinzip alle Komponenten einer Falcon 9 verwendet erreicht SpaceX eine höhere Serienproduktion und damit sinken auch die Kosten für eine Falcon 9. Die Starts werden insgesamt billiger.

Klappt die Wiederverwendung mit und dies ist ja noch völlig offen, so eröffnet die Falcon Heavy für SpaceX einen zweiten Weg die Startkosten zu senken, da ihre Nutzlast viel mehr ansteigt als ihr Startpreis.

Natürlich ist die Falcon 9 nun eingeführt und SpaceX wird vordringlich die bisherigen Kunden bedienen. Daher verschiebt man auch den Jungfernflug - und nicht aus technischen Gründen. Zudem wird die Falcon heavy gleich die Stufen der Falcon 9 V1.2 einsetzen, die man so vorher erproben kann. Wenn die Falcon Heavy aber eingeführt ist kann SpaceX ihren Nutzlaststau viel schneller abbauen und wird langfristig die Falcon 9 ausmustern. der Falcon Heavy gehört also die Zukunft!

Contra

Die meisten gebuchten Starts sind für die Falcon 9. Die Rakete ist eingeführt und verfügbar. Für die Falcon Heavy gibt es zu wenig Kunden um eine Entwicklung zu rechtfertigen. Es ist nicht sicher, ob ein Kunde eine Umbuchung auf die Falcon Heavy hinnehmen würde, zumindest solange diese nicht einige erfolgreiche Starts in Folge absolviert. Das gleiche gilt auch für die instituellen Kunden. Daher wird SpaceX vordringlich die Falcon 9 einsetzen und erst nach einigen erfolgreichen Starts der Falcon Heavy diese langsam einführen, wenn überhaupt. Bisher gibt es erst wenige Starts die explizit auf die Heavy gebucht sind.

Die hohe Nutzlast ist nur theoretisch von Vorteil. SpaceX weist keine Doppelstartvorrichtung aus und hat inzwischen auch die Preisangabe auf die für einen Satelliten abgeändert. Das spricht für einen Einzelstart. Zudem wird die Bergung der mittleren Core bei einer viel höheren Geschwindigkeit erfolgen und daher mehr Nutzlast kosten weil man viel Treibstoff benötigt um diese zur Startbasis zurückzubringen.

Das die Wiederverwendung der Falcon Heavy sinnvoller als beider Falcon 9 ist, ist unbestritten. Sie ist aber auch komplizierter. Es müssen drei Cores weitestgehend zeitgleich gelandet werden und diese haben höhere Abtrenngeschwindigkeiten, was wiederum andere Flugbahnen und andere Belastungen beim Wiedereintritt als Folge haben. SpaceX wird also dort neu die Bergung evaluieren müssen und zudem hat sie bisher in vielen Starts der Falcon 9 noch nie geklappt.

Auch für die Regierungsnutzlasten ist die Falcon Heavy nicht notwendig. Man kann sich mit der Falcon 9 bei 60 bis 70% der ausgeschriebenen Starts bewerben. Für die restlichen Starts müsste man die Rakete, wie die Falcon 9, aufwendig und kostenintensiv zertifizieren. Dabei hat SpaceX nun schon einen Nutzlaststau

Die Falcon Heavy hat eine zu hohe Nutzlast. Alle Konkurrenten haben maximal die halbe Nutzlasten. Weder Regierungsorganisationen noch Kunden aus der Wirtschaft wollen sich aber von einem Träger abhängig machen und so muss man selbst von den schwersten Nutzlasten mindestens zwei auf einmal starten. Gerade diese schweren Nutzlasten sind aber selten. Arianespace hat schon Probleme Satelliten von mehr als 6 t mit anderen Nutzlasten zu kombinieren.

Der Fehlstart im Juni leitet zu einem anderen Problem über: Beherrscht SpaceX überhaupt die Technologie? Wenn eine Strebe bei einem Fünftel der Nennbelastung bricht, wie kann das sein? Ist es der einzige Fehler oder nur einer von vielen? Sicher ist: Eine Falcon Heavy ist nicht nur eine Falcon 9 mit drei Cores. Die Oberstufe wird höheren Belastungen durch eine höhere Spitzenbeschleunigung und schwererer Oberstufe ausgesetzt, auf die zentrale Stufe wirkt nun auch Kräfte von der Seite die es bei der Falcon 9 nicht gibt. Nicht zuletzt gibt es viel mehr Komponenten, alleine die Zahl der Triebwerke steigt um den Faktor 3 an. Bevor SpaceX ein unnötiges Risiko für ihren Ruf eingeht wird die Firma vielleicht eher die Rakete einstellen.

Die Falcon 9 ist eine Rakete die keiner braucht: Ihre Nutzlast ist zu hoch, sie ist mit 28 Triebwerken unnötig komplex. SpaceX veröffentlicht auch nichts mehr von der nächsten Rakete. Auch hier hat man wohl mit dem Umdenkprozess begonnen. Nur eine Rakete zu entwickeln, weil es technisch möglich ist ist genau unsinnig wie die früheren Schwerlastträger Saturn V, N-1 oder nun die SLS. Wie diese Träger hat die Falcon heavy keine Zukunft.

*: gemeint ist der Ariane 5 kompatible GTO mit einem Geschwindigkeitsbedarf von 1500 m/s in den GEO. Der ist internationaler Standard und andere Träger transportieren ihre Nutzlasten in Orbits mit demselben Geschwindigkeitsbedarf aber anderen Parametern. Die offizielle Angabe von SpaceX auf den Webseiten ist die für einen GTO mit 1900 m/s Geschwindigkeitsdifferenz. Die Nutzlast ist daher dort höher.

29.9.2015: Das Auto

Nein, es geht in diesem Artikel nicht um den VW-Skandal. Aber die Folgen von einigen getricksten Messwerten, die teilweise in den zweistelligen Milliardenbereich gehen, zeigen wie das Auto unsere Wirtschaft dominiert. Nein ich greife das Thema Auto auf weil es eine Sendung von Quarks & Co dazu vor einigen Wochen gab und ich an einen Punkt selbst was beitragen kann.

Die Sendung setzte sich kritisch mit dem Auto auseinander. So haben die Macher mal zwei Fälle durchgerechnet: einmal jemand der von seinem 18-ten Geburtstag bis zur Rente immer Auto fährt und der andere der öffentliche Verkehrsmittel und Taxis nutzte. Die Bilanz: der zweite hat in den 47 Jahren so viel weniger Geld ausgegeben, dass er sich davon ein Haus leisten kann. Nun ist das sicher etwas schön gerechnet, so denke ich wird nicht wie im Beispiel alle 5 Jahre einen neuen Wagen kaufen und im Jahr 15.000 km fahren. Doch das ein Auto teurer ist, als wenn man die gleiche Strecke mit dem OPNV zurücklegt ist meist gegeben. Ausnahmen dürften bei Pendlern vorliegen die lange Strecken zurücklegen müssen. Die haben meist auch keine Alternative weil sie in ländlichen Gegenden Wohnen und dort ist die Anbindung an öffentliche Verkehrsmittel meist schlecht.

Nach den Nachrichten hängt an der Automobilindustrie jeder Sechste bis Siebte Arbeitsplatz. Außer für Banken hat unsere Regierung 2008 auch sonst keine Unterstützungsmaßnahmen mehr für eine Branche getroffen (erinnert sich noch jemand an die "Abwrackprämie"?). Das ganze hat sich verselbständigt. So gibt es in Deutschland mehr Autos als Führerscheinbesitzer. Meiner Ansicht nach gibt es auch mehr Autos als Stellplätze oder Garagen, denn ich sehe bei uns vor Ort immer alle Straßen zugeparkt. Das behindert dann den Verkehr. Es gibt auch mehr Autos als Straßen, sonst gäbe es nicht so viele Staus. Das der Staat so wenig tut um die Situation zu entschärfen hat Gründe: Jedes Auto bringt Geld. Zum einen KFZ-Steuer, dann entfallen vom Benzinpreis der größte Teil auf Mineralöl- und Mehrwertsteuer. Alleine die Staus bescheren unserem Finanzminister 12 Milliarden Euro jedes Jahr an Einnahmen - so viel Benzin geht in die Luft wenn die Autos im Stau stehen. Das ist weitaus mehr als der Bund für neue Straßen ausgibt. Ein Schelm, der böses dabei denkt...

Inzwischen könnten Autos sogar selbstständig fahren. Daimler erprobt das nun bei Lastwagen auf Autobahnen. Im Film wurde ein Redakteur auf eine Probestrecke eingeladen wo das Auto auch mit den Verkehrszeichen und Ampeln zurecht kam. Die Intelligenz war aber beschränkt. So hielt es vor einem Zebrastreifen an dem sich zwei Personen unterhielten - das keiner den Streifen überqueren wollte kann es nicht wissen. Ebenso hielt es hinter einem Auto bei dem jemand auslud - das man das überholen dürfte wusste es ebenfalls nicht. Auf Autobahnen wo das eine Rolle spielt, scheint dagegen ein System mit autonomer Steuerung bald technisch möglich sein. Dann sind auch spritsparende Kolonenfahrten möglich - dabei fährt ein Auto mittels Radar an den vorher fahrenden auf sodass sich eine Art Zug ergibt - nur der erste ist dem vollen Windwiederstand ausgesetzt. Über Bremsmanöver kann der erste Wagen die folgenden über Funk informieren. Ich halte beide Systeme für Zukunftsmusik. Denn die meisten haben kein Auto um sich fortzubewegen, dafür ist es zu teuer und nicht jeder bräuchte eines, oder sogar zwei, und wenn jeder eines hätte, könnte es viel kleiner sein als die heute so populären Schlitten. Es ist ein Statussymbol, Penisersatz oder die Möglichkeit Geld zum Fenster rauszuwerfen. So wird man auch nicht die Kontrolle über sein Statussymbol abgeben.

In dem Film kam auch Kopenhagen als fahrradfreundliche Stadt. Und sie zeigt, wie das laufen kann. Dort gibt es eigene Brücken nur für Fahrräder, 3-4 m breite Fahrradwege wo man auch überholen kann. Signale, die anzeigen ob man es noch zur nächsten Ampel bei Grünphase schafft und Papierkörbe in die man beim Vorbeifahren was einwerfen kann. Bei uns meint man fahrradfreundlich zu sein wenn man an Ampeln Ringe zum Festhalten montiert und ein paar Streifen auf die Fahrbahn macht. Der Bürgermeister zerstreute meine Bedenken dass dies doch viel kosten würde - alle Maßnahmen die Kopenhagen in den letzten 10 Jahren für Fahrradfahrer gemacht hat wären billiger als eine einzige Umgehungsstraße für Autos. Zuerst verblüffend, aber doch logisch. Ein Fahrradfahrer braucht selbst im Stand weniger Platz als ein Auto. Beim Fahren wird der Unterschied noch größer. Der Abstand ist kürzer und so kann ein Fahrradweg, der so breit ist wie eine Spur einer Fahrbahn, ein vielfaches an Fahrrädern verkraften als die Bahn für das Auto.

Der größte Nachteil des Rads war ja bisher, dass man durch das in die Pedale Treten gerne durchgeschwitzt am Ziel ankam. Das hat viele an der Nutzung des Fahrrads gehindert. Meine Nichte studiert in Hohenheim, das ist vielleicht 7 km von uns weg und in einer halben Stunde mit dem Fahrrad zu erreichen, schneller als mit den öffentlichen. Aber es geht dahin den Buckel runter und wieder rauf. Das ist nicht ihre Sache. Durch die e-Bikes ist das Problem nun auch gelöst und die verkaufen sich ja glänzend.

Der Skandal um VW hat gezeigt warum man sich in Deutschland sich so schwer tut mit der Alternative zum Auto: Die Ankündigung des Skandals hat nicht nur VW sondern den ganzen DAX in die Talfahrt gerissen und da ist er heute noch, einige Tage später. Ein Siebtel aller Arbeitsplätze sollen am Auto hängen. Das hemmt offenbar die Politik, den alles was eine Alternative zum Auto ist wird nur zögerlich gefördert, aber Autobahnen weiter ausgebaut. Gestern weihte Dobrin die ausgebaute A8 ein, die nun von Stuttgart bis München 6-spurig ist.  Würde man Alternativen zum Auto fördern, so könnte man sich den Ausbau des Straßennetzes sparen, weil dann weniger Autos auf der Straße wären und diese hätten auf den bisherigen Straßen genügend Platz.

Bei mir verstärkt sich seit Jahren, dass Fahrradfahrer Verkehrsteilnehmer zweiter Klasse sind. Es gibt Fußgängerwege und Straßen für die Autos. An die Fahrradfahrer denkt meist niemand. In unserer Gemeinde ist es besonders schlimm. Es sind eigentlich sechs Stadteile die bis 1974 vier separate Gemeinden waren. Von einem Stadtteil zum nächsten sind es meist 3-4 km, von einem Ende zum anderen 10 km. Es gibt bisher genau 0 km Fahrradwege in Ostfildern. Nicht mal in Neubaugebieten. Auch scheint man nicht mal dort drauf zu achten dass es genügend Stellplätze und Garagen gibt, denn eines in Kemnat das ich immer durchqueren muss ist noch nicht mal fertig ausgebaut und schon ist eine Spur zugeparkt. Dahinter steckt nach Auskunft des stellvertretenden Bürgermeisters Absicht. Als er letztes Jahr als Gratulant der Stadt meiner Mutter zum 90-sten gratulierte sagte er in einem Gespräch Politik wäre es durch zugeparkte Straßen die Autofahrer zum Langsamfahren zu bewegen. Das es auch anders geht, sieht man derzeit: weil an einer unserer Hauptstraßen eine Kreuzung saniert wird ist eine Nebenstraße für das Parken gesperrt und komischerweise kommen die Autos trotzdem unter, nur nutzen sie eben die Parkplätze die es vorher gab und bei denen man eben 100 m zum nächsten Laden laufen muss anstatt direkt davor zu parken. (Habe ich schon erwähnt das Autofahrer chronisch geh faul sind?).

Am schlimmsten ist die Situation zwischen den Stadtteilen. Es gibt neben den Straßen zwei Möglichkeiten, meistens aber nur eine der beiden an einer Stelle: Fußgängerwege die maximal 1 m breit sind oder landwirtschaftlich genutzte Wege, die so breit wie ein Auto sind, aber chronisch verdreckt sind. Beide sind in einem schlechten Zustand mit Schlaglöchern, Unebenheiten und durch den Asphalt spießendes Unkraut. Als zwischen Ruit und Nellingen die Straße saniert wurde, wurde auch nur die Straße saniert, nicht der Fußgängerweg daneben. So wird sich da auch nichts ändern.

Das einzige was für Fahrradfahrer neu gebaut wird ist vom Land bezahlt und eine Strecke zwischen dem nördöstlichen Ortrand von Ruit unter nördlicher Umgehung der Parksiedlung. Man kommt dann an der Haupteinfallsstraße nach Esslingen raus. Das ist auch schon die Crux. Die Landesstraße ist stark befahren, von den Fildern die wichtigste nach Esslingen. Sie geht steil das Neckartal herunter und es gibt an ihrer Seite nur einen Fußgängerweg der in noch schlechterem Zustand ist, als die meisten bei uns. Ich würde nie über die Strecke nach Esslingen fahren. Da gibt es Alternativen über Weil die nicht so steil sind und für den Autoverkehr gesperrt. Kurzum: Die Strecke ist weitgehend überflüssig. Würde man den kombinierten Fußgänger/Gahhradweg etwas weiter südlich neben der Straße Ruit-Nellingen durch einen reinen Fahrradweg ergänzen so hätten nicht nur diejenigen die nach Esslingen wollen was davon, sondern auch die die nach Nellingen oder in die Parksiedlung wollen, denn die liegen auf dem Weg.

Nun haben es Fahrradschwerer hier auch geologisch schwer. Obwohl der mittlere Neckar dicht besiedelt ist, gibt es deutliche Höhenunterscheide nicht nur zum Neckartal hin sondern ach auf den Filtern. In unserer Gemeinde z.B. rund 100 m zwischen höchstem und tiefstem Punkt. Das erleichtert das Fahrradfahren nicht - aber auch hier sind die e-Bikes sicher eine Lösung.

Ich frage mich warum die Politik so langsam arbeitet. Meiner Ansicht nach würde eine volkswirtschaftliche Betrachtung aller Kosten (nicht nur der Kosten für den Straßenbau sondern auch verlorene Arbeitszeit in Staus, verbrauchtes Benzin, Gesundheitsschäden, Einfluss auf die Klimabilanz) des Autos viel schlechter ausfallen als wenn man nur nach die Arbeitsplätze betrachtet. Vor allem scheint unsere Autoindustrie ja keine Anstrengungen zu machen in Technologien zu investieren die wenigstens Zukunft bedeuten wie Elektroautos. Dann ist der Zusammenbruch in einigen Jahren sowieso vorprogrammiert. Dann wird es sicher wieder eine Aktion geben wie ein Zuschuss für jedes neue deutsche Auto - wie schon 2008.

Zuletzt noch zu VW. Derzeit rollen ja die Köpfe und es kommen immer mehr Details ans Licht. So soll der VW-Konzern schon 2007 oder 2011 je nach Meldung schon von der "Schummelsoftware" wussten. Das finde ich merkwürdig. VW stellt wie andere Automobilhersteller die Steuerung ihrer Motoren nicht selbst her. Die Hardware produziert ein Zulieferer der wiederum die Softwareaufträge weiter vergibt. Die programmieren nicht einfach eine solche Funktion die anhand des Betriebsmusters z.B. halten einer Geschwindigkeit über lange Zeit einen Test in einer Abgas Untersuchung erkennt. Das muss spezifiziert worden sein und es muss einen Auftrag darüber geben. Dieser kommt sicher nicht vom Hersteller der Steuerung, denn diese Funktion muss er für jeden Motor anpassen und er kann damit nicht werben, würde sogar Renommee verlieren. Kurzum irgend Jemand bei VW muss das in Auftrag gegeben haben und das muss eine stelle sein die so viel Entscheidungsbefugnis hat dass sie auch die Mittel freigeben kann. Es verwundert dass dies dann bei VW niemand weiß und das auch nicht dokumentiert ist. Sonst müsste ja das nicht ein Techniker bei Tests aus versehen herausfinden und darüber berichten. Das muss in vielen Jahren doch nicht nur einmal auffallen und so auch dem Vorstand selbst wenn dieser anfänglich nichts davon weis mal berichtet werden.

1.10.2015: Wie kommerziell kann die Raumfahrt sein?

Das COTS/CRS Programm galt ja als Beispiel für einen neuen Stil: die NASA konstruiert keinen Versorger, sondern leistet erst Schützenhilfe (COTS) und dann kauft die Frachtservices mit dem im Schritt 1 finanzierten Versorger. Mittlerweile denkt man nach zwei Fehlstarts von zwei Raumschiffen vielleicht nicht ganz so optimistisch, doch immerhin hat sie das beim CCDev weiter gezogen.

Nun werden da immer gerne einige Begriffe in den Raum geworfen und nicht nur von Journalisten kleinerer Zeitungen, sondern sogar vom Heute Journal aufgegriffen, wie das der "privaten" Raumfahrt. Das ist COTS und CRS genauso wenig wie die Firmen die es durchführen. Es ist nur ein Verzicht auf Kontrolle. Schon früher hat die NASA Raumfahrzeuge in Auftrag gegeben. Die meisten Raumsonden baut Lockheed Martin, die meisten ISS-Module Boeing. Nur in der Anfangszeit bauten die Center ihre Raumsonden selbst. Bei Satelliten wanderte dies schnell in die Industrie ab und bei den Raketen konnte nur Wernher von Brauns starke Persönlichkeit durchsetzen, dass die Saturn von dem Marshall-Zentrum entwickelt wurden und die Industrie dann die Fertigung übernahm. Ein wie ich finde guter Ansatz das Know-How breiter zu streuen und dann bleibt es nicht nur im Firmenbesitz sondern auch die NASA hat was davon.

Was neu ist, ist dass die NASA nun nur noch die "Nutzlast" sprich Fracht spezifiziert. Wie diese zur ISS kommt, ist dann Sache der Firma. Eigentlich ist das nicht so ungewöhnlich denn auch sonst beschäftigt der Staat viele firmen vor allem mit Bauvorhaben und gibt dann zwar die Baupläne dem Auftragnehmer, mischt sich aber nicht in die Durchführung ein. Auch im Wissenschaftsbetrieb entwickeln zwar Institute neue Instrumente aber die restliche Laboreinrichtung und das Gebäude konstruieren sie nicht selbst.

Wäre das nicht ein Konzept das man auch auf wissenschaftliche Nutzlasten wie Satelliten und Raumsonden ausdehnen könnte? Nehmen wir an, die NASA will Bodenproben vom Mars gewinnen und dies wird wie COTS/CRS ausgeschrieben. Das könnte dann so aussehen:

etc. etc. etc. In Wirklichkeit werden Die Anforderungen als Lastenheft natürlich viel detaillierter sein. Der Staat selbst entwickelt an den wissenschaftlichen Instituten nur noch die Instrumente, die dann an den Auftragnehmer zur Integration übergeben werden.

Wie die Raumsonde aussieht ist dessen Sache, ebenso, wenn man es konsequent macht, auch der Start. Das eröffnet Chancen so kann ein Unternehmen das zwar Raumsonden fertigen kann aber keine Trägerraketen im Portfolio hat (in Deutschland z.B. OHB) eine günstige Trägerrakete auf dem freien Markt ordern. Es bietet sich an wie bei kommerziellen Satelliten eine Übergabe nach dem Start durchzuführen. Bei Raumsonden sowieso, da nur die Raumfahrtagenturen über die Hochleistungsempfänger verfügen. Bei Satelliten wäre auch denkbar, dass das Unternehmen diese weiter betreut, schließlich kennt sie sie am besten und nur noch die Daten von den Raumfahrtagenturen empfangen werden.

Neben dem potentiellen Nutzen der Kostenersparnis, die alleine dadurch gegeben ist, dass ein beauftragtes Unternehmen mehr Freiheiten in der Auslegung und Wahl der Subkomponenten hat als wenn diese Parameter von der Raumfahrtagentur vorgegeben werden ist für den Kunden vor allem Planungssicherheit gegeben: Bezahlt wird nach dem Start. Das Risiko eines Fehlstarts trägt der Auftragnehmer (der wird es wiederum durch Versicherung absichern).Es kommt nicht nach einem Fehlstart zum Verschieben oder streichen anderer Projekte weil man die Sonde nachbauen muss.

Prinzipiell müsste das auch bei militärischen Nutzlasten gehen, denn auch diese sind eigentlich normale Satelliten nur mit einer "besonderen" Nutzlast und Verschwiegenheit gibt es schon heute bei dem Bau, die kann man auch in Zukunft von einem Auftragnehmer erwarten.

Langfristig würden sich zwei Entwicklungen ergeben: Kleinere Raumfahrtfirmen hätten bessere Chancen. Heute wird oft ein Komplettpaket gekauft. Der Auftrag für ein Raumfahrzeug wird oft mit dem des Starts verbunden, was Firmen die Trägerraketen fertigen, bevorzugt. Als zweites würde die Konkurrenz bei den Anbietern von Trägern größer werden. Heute können sich die meisten Träger einer Basisauslastung durch Regierungsstarts freuen. Es ist dann auch nicht gesagt, dass der Träger aus dem Land der Nutzlast kommt. In dieser Beziehung ist schon lange Deutschland Vorreiter: wir haben schon immer die billigsten Träger gebucht, egal woher sie kamen wie eine Delta für den Start von Kopernikus, Kosmos für den Start von SAR-Lupe oder eine Falcon 9 für den Start von SARAH.

Soweit die Theorie. doch funktioniert es bei COTS/CRS?

Nun man kann dieses Programm mit dem HTV-Programm vergleichen. Beides sind in den Eigenschaften sehr ähnliche Transporter, beide wurden neu entwickelt. Hier die Fakten:

COTS kostete 784 Millionen Dollar (geplant: 448 Millionen Dollar)

CRS wird nach dem Haushaltsentwurf für 2015 4330 Millionen Dollar kosten (geplant: 3500 Millionen Dollar)

Zusammen: 5114 Millionen Dollar für 40.000 kg Fracht. Zu berücksichtigen ist, das sowohl Orbital wie auch SpaceX noch eine neue Trägerrakete entwickeln. Deren Kosten muss man abziehen (auch wenn die Antares nur für Cygnusmissionen genutzt wird, genauso wie die H-IIB nur für HTV Transporte). Das wären 600 Millionen bei Orbital (inklusive Launchpad) und 300 Millionen bei SpaceX, die keine Kosten für das Launchpad ausweist. In der Summe sind das 4224 Millionen Dollar für 40 t Fracht.

Die HTV Entwicklung kostete 740 Millionen Dollar. Der erste Transporter kostete 240 Millionen Dollar, die folgenden 180 Millionen Dollar. Dazu kommen weitere Kosten für die H-IIB. Die ersten fünf HTV kosteten zusammen 1524 Millionen Dollar. Sie transportierten 26,2 t Fracht zur ISS. Im Mittel 5240 kg pro Mission

Somit braucht man acht HTV um die 40 t Fracht zu transportieren. Das würde Kosten von 3308 Millionen Dollar verursachen. Acht HTV würden mit 41,92t sogar etwas mehr Nutzlast transportieren. Das HTV-Programm ist damit um 26% günstiger als COTS/CRS. (pro Kilogramm Fracht)

Erstaunt? Nein eigentlich nicht. Der Effekt beruht auf der Auslegung. Das HTV kann bis zu 6,5 t transportieren, die Cygnus wird im Mittel nur 2,5 die Dragon sogar nur 1,7 t transportieren. Jeder Transporter braucht ein Servcemodul dessen Kosten nicht so stark von der Größe abhängen, weil Triebwerke, Tanks, Elektronik etc. immer benötigt werden. Das bedeutet: ein größerer Transporter braucht nur einen größeren Druckbehälter und der ist billig. Bei der Cygnus macht er nur 10% der Gesamtkosten aus. So hat Orbital nun zwei Starts auf einer Atlas gebucht und jeder wird mit einem verlängerten Druckmodul, weil die Trägerrakete leistungsfähiger ist, die doppelte Nutzlast transportieren also zwei reguläre Flüge ersetzen. Das ist billiger und die GAO monierte bei der NASA dass man dort die so eingesparten Kosten in Höhe von 85 Millionen Dollar nicht vom Kontrakt abgezogen hat.

Allerdings ist der CRS Kontrakt auch nicht das Konstrukt das ich oben erwähnte. Denn die NASA bezahlt nicht die Fracht die zur ISS geliefert wird. Das hatte ich selbst irrtümlicherweise lange Zeit geglaubt. Wie bei einem kommerziellen Nachrichtensatelliten wird der Start stückweise bezahlt bis nach dem Start die letzte Rate fällig ist Orbital hat bisher schon 1,9 Milliarden Dollar von der NASA bekommen, von insgesamt 2738 Millionen Dollar, obwohl noch die Hälfte der Flüge ausstehen. Was die NASA einspart ist nur die letzte Rate. Das ist auch bei Nachrichtensatelliten so, nur sind die eben gegen Fehlstarts versichert.

So hat bei CRS die NASA nur Kontrolle abgegeben, aber das Risiko behalten. Gut für die Anbieter, schlecht für die NASA, denn so wird der CRS Kontrakt noch teurer, denn die beiden Fehlstarts müssen ja ersetzt werden. Wenn man also wirklich Transporte ausschreiben will, dann auch richtig: nicht nur so dass die Regierungsbehörden das Risiko tragen, die Anbieter aber die Prämien in jedem Falle einstreichen. Das ist natürlich nicht der Zustand der erstrebenswert ist. Der erstrebenswerte Zustand ist die Haftung des Auftragnehmers für die Erbringung der Leistung. Er kann in der Raumfahrt ja meistens nicht "nachbessern" wie dies bei anderen Aufträgen der Fall ist. Dann muss er sich gegen die Risiken versichern. Dies ist ja in der Raumfahrt auch sonst nicht so unüblich.

Ich bin mir aber sicher, dass es nicht so kommen wird. Denn das die öffentliche Hand sich gerne über den Tisch ziehen lässt sieht man ja auch sonst dauernd. Das Schwarzbuch der Steuerverschwendungen das gerade erschienen zeigt das deutlich. Dann gibt es prominente Projekte die extrem teuer oder nie fertig werden (oder beides wie gerade beim Flughafen BER wo man 600 Brandschutzmauern rausreisen muss weil sie nicht gegen Brand schützen). Gerade die öffentlich-privaten Projekte die derzeit so florieren, das die meisten die öffentliche Hand mehr kosten als konventionelle Auslegungen zeigen das das Konzept "Privat ist besser" alleine so nicht stimmt.

6.10.2015 Triergole Antriebe

Theoretisch untersucht, aber nicht in der Praxis eingesetzt sind Triergole antriebe. Bei ihnen besteht das gesamte Arbeitsmedium aus drei Teilen, wie das "Tri" schon sagt. Bekannter sind die beiden anderen Zusammensetzungen:

Es sind theoretisch enorm viele Kombinationen denkbar. Schließlich gibt es mehrere Oxydatoren und mehrere Verbrennungsträger. Aber in der Praxis macht nur eine Kombination Sinn: LOX/RP1/LH2. Sie ist auch die am besten untersuchte.

LOC/LH2 hat den Vorteil einer hohen Energieausbeute, die man schlussendlich im spezifischen Impuls als Zahl fassen kann. Dafür sind die Ansprüche an ein Triebwerk hoch (höhere Verbrennungstemperaturen, Wasserstoff verdampft bei der Kühlung, hohe Förderleistung für die LH2-Turbopumpe benötigt. Zudem ist der LH2-Tank sehr groß und muss besonders isoliert werden.

LOX/RP1: ist eine Technik die weitaus weniger Anspruchsvoll als LOX/LH2 ist. Alle Parameter sind nicht so extrem wie Temperaturen in der Brennkammer, Förderleistung, Wärmeaufnahme des Kerosins. Die Tanks sind deutlich kleiner und brauchen keine Isolierung. Als zusätzlicher Vorteil ist die Brennzeit bei gegebenem Schub und Treibstoffzuladung kleiner, das reduziert die Gravitationsverluste.

Daher gab es nicht wenige Überlegungen daher beide Verfahren zu kombinieren. Dabei gibt es zahlreiche Variationen. Am komplexesten ist es wenn das Triebwerk mit beiden Treibstoffen gleichzeitig zurecht kommen muss. So verdampft der Wasserstoff bei der Kühlung, das Kerosin je nach Typ aber erst wenn es 500°C heißer ist, als Folge gibt es Gasblasen im flüssigen Medium. Der Gasgenerator wird bei LOX/LH2 meist mit Wasserstoffüberschuss betrieben, bei LOX/RP1 dagegen mit Sauerstoffüberschuss um die Graphitbildung zu verhindern. Das ist also kein sinnvoller weg. Vielmehr wird man die Ströme trennen und zum Beispiel den Gasgenerator mit Wasserstoff, die Kühlung mit Kerosin versorgen. Was man erhält ist eine durch den Wasserstoff heißere Verbrennung, praktisch keine Graphitbildung und die mittlere Molekülmasse sinkt: da Wasserstoff eine höhere Affinität zu Sauerstoff hat wird es kaum Kohlendioxyd, dafür mehr Kohlenmonoxid geben.

Die zweite Möglichkeit ist es die Ströme zu trennen oder nacheinander zu verbrennen. Sinnvollerweise wird man zuerst LOX/Kerosin verbrennen, durch den höheren Treibstoffverbrauch für einen gegebenen Schub nimmt so die Masse der Rakete schnell ab und die Gravitationsverluste sinken. Danach kann man auf LOX/LH2 umsteigen. Neben der Umschaltung im laufenden Betrieb gibt es noch andere Herausforderungen so ist z.B. der Sauerstofffluss für einen gegebenen Schub völlig unterschiedlich. Bei LOX/RP1 2,8:1 und 3100 m/s sind es z.B. 237 kg LOX/s, bei LOX/LH2 6:1 und 4300 m/s sind es 199 kg. Daneben arbeitet der Gasgenerator mit noch stärkeren Unterschieden im Fluss und die Temperaturen und Beanspruchungen im Triebwerk sind ebenfalls höher.

Untersucht hat man diese Antriebe zumindest theoretisch für Erststufen, wo die Vorteile noch am ausgeprägtesten sind. Hier war vor allem der Wunsch die Rakete sollte nicht zu voluminös sein die Antriebsfeder. Schließlich brauchen bemannte Raumtransporter wie das Space Shuttle bei LOX/LH2 riesige Tanks. Sie sind bei einer geflügelten Erststufe noch größer als beim heutigen Shuttle.

Doch der Nutzen ist gering. Er liegt nach verschiedenen Untersuchungen im einstelligen Prozentbereich vergleichen mit einem getrennten System und gleicher Treibstoffmenge. Daher hat man es noch nicht umgesetzt. Meiner Ansicht nach denkbar wäre für ein System das besonders sicher sein soll und bei dem alle Triebwerke beim Start gezündet werden eine Variation, die ähnlich der Atlas funktioniert:

Mehrere LOX/PR1 Triebwerke und ein LOX/LH2 Triebwerk werden beim Start gezündet. Das LOX/LH2 Triebwerk hat deutlich geringeren Schub und eine viel längere Brennzeit. Es ersetzt so in gewisser Weise die zweite Stufe. Nach verbrauch des Kerosins werden die Triebwerke mitsamt der Kerosin-Tanks abgesprengt. Die nun viel leichtere Rakete kommt mit dem Schub des LOX/LH2-Triebwerks aus. Dieses Konzept hat Vorteile und Nachteile. Als Vorteil nutzt man den Schub des LOX/Lh2 Triebwerks zusätzlich, kann so also die LOX/Kerosintriebwerke kleiner auslegen. Zudem bewirkt der Wasserstoffanteil einen höheren spezifischen Impuls. Als Nachteil ist der Sauerstofftank bei Abtrennung schon ziemlich leer und der Wasserstofftank wahrscheinlich zu einem Drittel bis zur Hälfte geleert. Die Leermasse ist daher deutlich höher als bei einer eigenen Oberstufe.

Da schon die anderthalbstufige Bauweise der Atlas und Sojus nicht mehr aufgegriffen wurde spricht aber auch viel dafür dass dieses Konzept mehr Nachteile als Vorteile bietet. Etwas verbessern könnte man die Bilanz wenn die Kerosintriebwerke eine LOX-Tanks haben, die auch mit abgesprengt werden. Dan nähert man sich aber eine konventionellen Rakete mit einer LOX/LH2 Zentralstufe und LOX/Kerosinboostern, wie sie z.B. in er Energija umgesetzt wurde.

 
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