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Web Log Teil 439: 13.10.2015 -

13.10.2015: Warum ich Sierra Nevada Glück wünsche

Am 5.11.2015 will die NASA die Gewinner der zweiten CRS Runde vorstellen. Sie hat sich viel Zeit dafür gelassen. Da dies auch den Zeitplan nach hinten verschiebt, hat sie schon bei SpaceX und Orbital weitere Flüge die noch zum CRS1 Programm gehören gebucht. Die Konzepte sind sehr unterschiedlich, es gibt noch mehr Variationen und mehr technologische Neuerungen als bei der ersten Runde. Natürlich sind Orbital und SpaceX wieder bei der Ausschreibung dabei. Alles andere wäre eine Überraschung. Schließlich existieren ihre Vehikel schon und müssen nur eingesetzt werden.

Nicht von allen Bewerbern kennt man die Programme, aber von dreien weiteren. Boeing will die CST-100 auch für Fracht nutzen. Meiner ansicht keine so tolle Idee, weil in die Kapsel genauso wenig reinpasst wie in die Dragon. Fracht, das zeigen die letzten Jahrzehnten der ISS-Versorgung brtaucht viel Platz und der ist in der Kapsel knapp. Die NASA hat auch Boeings Vorschlag wenn man doch nur vier Astronauten befördert den Platz der anderen drei mit Fracht zu füllen abgelehnt.

Lockheed Martin hat das in meinen Augen technologisch interessanteste Konzept, das trennt zwischen einem Druckbehälter der immer neu gestartet wird und einem teuren Servicemodul, dass im Orbit bleibt. Das ist etwas was ich seit Jahre fordere. Bei jedem Start geht heute im Prinzip ein Satellit verloren. Auch wenn dieser in Serie gebaut wird ist das kostspielig, ganz anders als der Druckbehälter der eigentlich nur eine teure Aluminiumhülle ist.

Sierra Nevada will ihren Dream Chaser nun unbemannt einsetzen, nachdem sie bei CCDev, der Ausschreibung für bemannte Transporte verloren. Ich halte das für eine gute Idee und eine Chance für die NASA. Bisher hat man nur das Space Shuttle als wiederverwendbares System auf Basis eines Gleiters. Das STS war teuer und es war komplex. Das letztere liegt am Prototypcharakter. Der Orbiter setzte enorme viele neue Technologien ein: Hochdrucktriebwerke, vernetzte Computer mit einem Bussystem anstatt direkter Verdrahtung, die Hitzeschutzkacheln. Einige Technologien sind bis heute führend. Leistungsfähigere Triebwerke als die RS-25 gibt es bis heute nicht.

Der entscheidende Fehler war aber das man zwei Dinge vermixt hat: Frachttransport und bemanntes System. Für eine Besatzung hätte ein zehnmal kleineres Shuttle gereicht, das wäre auch entsprechend billiger im Unterhalt und weniger komplex gewesen. Für den Frachttransport musste es so groß sein, wobei wenn man nur Fracht transportier man sicher auch ein System konzipieren hätte können das mehr einer Rakete ähnelt wie man dies später auch studierte, z.B. mit nur einer wiederverwendeten Hecksektion mit den Triebwerken und einer konventionellen Nutzlastverkleidung.

Der Dream Chaser ist zehnmal kleiner, entsprechend weniger komplex und auch im Betrieb billiger. Mehr noch: er hat auch eine bessere Form. Das Shuttle hatte die riesigen Flügel weil das Militär eine große Querreichweite haben wollte, die man in der Aerodynamischen Phase im Gleitflug erreichte. Die NASA selbst favorisierte Lifting-Bodys, also kleine Gleiter mit Auftriebskörpern und Stummelflügeln. Das wirkt sich auf das Gewicht aus und natürlich ist der Hitzeschutzschild auch kleiner.

Es gibt heute Ressentiments weil die NASA zwei Shuttle mit ihren Besatzungen verloren hat. Doch heißt das das dem immer so ist? Natürlich ist eine Kapsel inhärent sicherer als ein Gleiter. Aber wenn ein Gleiter ausreichend sicher ist, warum ihn nicht einsetzen? Auch die früheren Kapseln wie Apollo und Gemini hatten nicht die Sicherheit die heute möglich ist. Das Verlustrisiko von 1:200 bei Gemini wäre heute auch untragbar.

Was der Dream Chaser offeriert sind zwei Dinge. Das eine ist eine relativ hohe Fracht: 5,5 t pro Flug. Mehr Fracht ist willkommen, denn ohne das ATV musst die NASA in den nächsten Jahren deutlich mehr Fracht transportieren, CRS2 hat als Ausschreibung 15 bis 20 t pro Jahr. Bei rund 2 t wie sie Orbital und SpaceX heute durchschnittlich transportieren braucht man nicht 4 Flüge pro Jahr sondern 8-10. Das erhöht die Arbeitsbelastung der Kontrollzentren und der Astronauten.

Das zweite ist das er die Gelegenheit offeriert die Gleitertechnologie zu testen ohne den Verlust von Menschenleben zu riskieren. Man kann Erfahrungen sammeln und dann später erscheinen ob man ihr nochmal eine Chance gibt. Das Militär hat ja auch schon umgelenkt und schon fünf Starts der X-37 durchgeführt. Tendenziell könnte der Transport sogar billiger sein, weil der Gleiter voll wiederverwendbar ist. Bei CCDev hatte Sierra Nevada das niedrigste Angebot für die vier Test und Einsatzflüge. Nur die Entwicklungskosten waren bedeutend höher als bei SpaceX, die ja schon von der NASA die unbemannte Version der Dragon finanziert bekamen und hier das günstigste Angebot machen konnten. Aber selbst in der summe war es billiger als die zweite Kapsel von Boeing.

Natürlich kann man auch Kapseln wiederverwenden. Bisher tat man das nicht, doch warum sollte man sie nicht mit Raketentreibwerken auf Land weich neidergehen lassen und einen wiederverwendbaren Hitzeschutzschild einsetzen? Doch bisher gibt man sich hier noch nicht die Mühe dies auch umzusetzen. Das ist bedauerlich.

Was ich mir auch wünschen würde ist das bei CRS2 Orbital und SpaceX keine Aufträge erhalten. Die NASA hat nun einen Kurs eingeschlagen Raumfahrtfirmen durch freie Ausschreibungen zu fördern um auch so eine Basis von mehr Konkurrenten zu erhalten. CCDev war das nicht. Mit Boeing und SpaceX haben wieder zwei Firmen Aufträge erhalten die seit Jahrzehnten etabliert sind (Boeing) oder nun schon mit drei Aufträgen bedacht wurden (SpaceX). Natürlich sollte die Firma auch den Auftrag erfüllen können, also nicht wie bei Kistler/Rocketplane bei der ersten COTS Runde. Auf der anderen Seite zeigen gerade die beiden Verluste von Frachtern innerhalb von 12 Monaten, dass Neulinge auch neue Risiken mit sich bringen. Wäre ich bei der NASA so würde ich einen etablierten Anbieter wählen und einen oder zwei neue Firmen. Das senkt das Risiko eines Verlustes von Frachtern. Auch hier kann Sierra Nevada punkten: mit geplanten Starts mit der Atlas V oder als Backup Ariane 5 setzt die Firma auf Träger die über 50 bzw. 80 Flüge hinter sich haben und bewährt sind, anstatt neuer Modelle wie die Antares und Falcon. Damit ist zumindest das Fehlstartrisiko berechenbarer.

14.10.2015: Meine Gedanken zur optimalen Marsbodenprobenbergung

Die NASA hat wieder mal ihre aktualisierten Pläne für die Marsbodenprobengewinnung vorgestellt. Wieder einmal, weil sie dass alle paar Jahre macht und nimmt man die ersten, die 1997 zum Start von MGS und Pathfinder vorgestellt wurden, dann hätten wir schon lange Bodenproben vom Mars. Aber genauso wie die bemannte Marslandung wird das seit Jahren in die Zukunft verschoben.

Nun will sie einen "Multi Mission Orbiter" starten, der auch Bodenproben zurückbringen soll, aber primär eine wissenschaftliche Nutzlast hat. Neben dem Umstand das die Bodenprobenmission noch nicht genehmigt ist, ist das auch anderer Sicht problematisch.

Fangen wir mal an, wie eine Marsbodenprobengewinnung heute wohl geplant werden würde. Die Details werden wohl unterschiedlich sein, nicht aber die drei Kernelemente. Sie ergeben sich zwangsläufig wenn man das Startgewicht minimieren will.

Man braucht erst mal eine Vehikel um die Bodenproben von der Marsoberfläche in einen Orbit zu befördern. Es macht keinen Sinn den ganzen Weg zur Erde mit einem Vehikel zurückzulegen, weil man für die monatelange Rückreise eine Raumsonde braucht, mit Kommunikationsvorrichtungen, Stromversorgung etc. Dieses Gewicht erst auf dem Mars zu landen und dann zurück zur Erde zu befördern ist unsinnig. Es ist günstiger einen Orbiter nur in den Marsrobit zu bringen und dort dann an die Bodenprobenkapsel vom Mars anzukoppeln. Da man einen solchen Orbiter auch für die Hinreise braucht, kann man diesen auch gleich im Marsorbit parken. Dafür kann das Vehikel das die Bodenproben in den Marsorbit bringt sehr leicht sein. Man braucht im Prinzip eine Rückkehrkapsel die robust genug ist um den Eintritt in die Erdatmosphäre zu überstehen und eine Stufe mit Steuerung um den Orbit zu erreichen. Das Ankoppeln erledigt der Orbiter, da nur er die Systeme braucht. Die Kapsel kann rein passiv sein und nur einen Sender und/oder Lichter beinhalten. Da man mehr Geschwindigkeit braucht um von der Marsoberfläche in einen Orbit zu gelangen, als in einen Orbit einzubremsen ist das definitiv günstiger.

Aufgrund der großen Treibstoffvorräte macht es keinen Sinn mit dem Vehikel das die Bodenproben birgt diese auch zu bergen. Es ist dazu einfach zu schwer. Das können einer oder mehrere Rover erledigen. Diese drei Komponenten braucht man immer.

Fangen wir mit dem Rover an. Er unterscheidet sich im besten Fall nicht sehr von einem aktuellen Rover. Da die Bodenproben zu Hause in gut ausgestatten Labors untersucht werden, ist eine detaillierte Untersuchung vor Ort nicht so wichtig. Wichtig ist vielmehr, dass er ein größeres Gebet durchkämmen kann und schnell durch Voruntersuchungen interessante Bodenproben finden kann. Das letztere ist kein Problem. Es gibt genügend berührungslose Techniken, um Material chemisch oder mineralogisch zu charakterisieren, wie die Spektralanalyse des zurückgeworfenen Lichts oder der Verdampfung einer Oberflächenschicht mit einem Laser und Analyse der freigesetzten Ionen. Leider klappt das bei den heutigen Missionen mehr schlecht als recht.

Das liegt an der Art wie Missionen durchgeführt wird und die hat sich in Jahrzehnten kaum verändert. Nach wie vor erfolgt die Kontrolle von Raumsonden primär durch das Missionszentrum und nicht durch eigene Intelligenz der Sonden. Eine Sonde führt Kommandos aus. Waren es früher einzelne oder kurze Sequenzen so sind es heute komplexe Programme aber immer wird es von der Missionskontrolle Tage oder Wochen vorher festgelegt. Das macht noch bei Orbitern bedingt Sinn (auch wenn man sich hier mehr Flexibilität wünschen würde, so sind viele Bilder von Cassini der Saturnmonde überbelichtet - würde man die mittlere Helligkeit eines Bildes als Vorgabe für die Korrektur der Belichtungszeit nehmen, so wäre das nicht gegeben. Bei einem Rover ist das aber kontraproduktiv. Curiosity arbeitet im Prinzip wie die zehn Jahre alten MER-Rover: An einem interessanten Ort angekommen, macht er eine Panoramaaufnahme. Nun setzen sich die Wissenschaftler zusammen und legen fest was man genauer untersucht. Das sind Ziele die man mit Fernerkundung untersuchen kann. Das dauert dann auch noch, weil man die Untersuchung programmieren und Daten jeder Untersuchung erst zur Erde übertragen muss und dann begutachten muss. Zuletzt entscheidet man, ob man eine Bodenprobe zieht oder eine länger dauernde Untersuchung wie z.B. mit einem Alphateilchen-Röntgenflureszenzspektrometer, das stundenlang betrieben werden muss. Zumindest das letztere kann bei der Bodenprobengewinnung entfallen. Leider ist so ein Rover aber Tage an einem Ort. Selbst wenn er fährt, was er heute autonom tut, so fährt er eine Route ab, die auf der Erde vorher geplant wurde und reagiert nur auf Probleme. Eine solche Route ist so lang, wie man sicher nach vorne sehen kann, meistens etwa 100 m. So erklären sich die geringen Fahrtleistungen. Curiosity hat in über 1100 Tagen gerade mal 12,15 km zurückgelegt, also etwa 11 m pro Tag. Opportunity hat in 4400 Tagen 42,53 km zurückgelegt - etwa auch 10 m pro Tag. Würde man die Bodenproben so gewinnen, so würden nicht viele zusammenkommen und nur aus einem kleinen Radius. Hier muss man also entweder die Vorgehensweise drastisch ändern oder sehr viele Rover einsetzen. Das letztere wird man aus Kostengründen sicher nicht tun.

Das Vehikel das die Bodenproben in den Orbit bringt ist im einfachsten Fall eine Raketenstufe mit einer Steuerung und einer Kapsel in der die Bodenproben eingebracht werden. Im Orbit angekommen ist ihr Job beendet, sie sendet nur noch Signale aus, damit sie gefunden werden kann. Der Orbiter selbst hat nun die Hauptaufgabe. Er muss das Vehikel aktiv ansteuern und ankoppeln. Das wird die größte Aufgabe werden. GPS gibt es z.B. auf dem Mars nicht und auch keine Radarstationen die den Orbit bestimmen. Immerhin kann man es direkt auf dem Mars landen und den Bus den man für den interplanetaren Teil von der Erde zum Mars braucht, kann man im Orbit parken und als Rückkehrorbiter verwenden.

Der Orbiter selbst muss erst in einen Marsorbit einschwenken, dann diesen wieder verlassen. Bei der Erde angekommen, kann er die Bodenproben direkt absetzen (Kapsel tritt in die Artmopshäre ein und wird am Boden geborgen), oder auch in einen Orbit einschwenken. Das sind also bis zu drei größere Geschwindigkeitsänderungen. Daher finde ich einen Orbiter mit einer wissenschaftlichen Nutzlast nicht sehr sinnvoll. Heute macht die Nutzlast etwa ein Fünftel des Gewichtes aus. Das hat seinen Grund: Jedes Kilogramm Nutzlast hat Auswirkungen. Es erhöht die Strukturmasse, die das Gewicht halten muss und die Belastungen verteilen. Sie braucht Strom, das erhöht das Gewicht der Stromversorgung mit Solarzellen, Batterien und Verkabelung und sie liefert Daten, die müssen übertragen werden. Das macht leistungsfähigere, schwerere Sender nötig die auch mehr Strom benötigen. Im günstigsten Fall, wenn der Orbiter auf einer elliptischen Marsumlaufbahn bleibt (weil es unsinnig ist, ihn erst in eine niedrige Umlaufbahn abzubremsen und dann beim Rückstart mehr Treibstoff zu brauchen um die Geschwindigkeit wieder aufzubauen) braucht er rund 2 km/s für die Hin/Rückreise ohne Einschwenken in einen Orbit bei der Erde. Dann entfallen auf das Antriebssystem rund 60% der Startmasse. So multipliziert sich der Einfluss auf die Trockenmasse nochmals um den Faktor 2,5. Daher sollte dieser Orbiter nur die Systeme haben die er für die Mission wirklich braucht.

24.10.2015: Keine große Sache, aber ärgerlich

Mangels großer Themen im Computer- und Raumfahrtbereich heute ein kurzer Blog mit einer persönlichen Meinung. Es geht um ein spezielles Problem und ein allgemeines. Es geht um Standards. Im Konkreten: Speicherkarten. Ich habe bis vor Kurzem zwei im Einsatz: CF-Karten für meine älteren Digitalkameras und SD-Karten für eine neuere Digitalkamera und den Raspberry Pi. Mit dem Raspberry Pi 2 zogen dann noch die Micro-SD Karten ein. Mein Favorit war lange Zeit die CF-Karte, sie ist robust und nicht fummelig klein. Die SD-Karte fand ich schon fummelig und durch das Plastikgehäuse auch billig. Das hat sich mittlerweile geändert, weil ich schon bei zwei Lesern verbogene Pins für das Lesen der CF-Karten habe. Das sind einfache Drahtpins. An und für sich kann man CF-Karten auch sauber einschieben, ohne sie zu verbiegen. In der Kamera geht das ja auch. Nur gibt es sie in zwei Höhen: CF-I und CF-II. Die zweite Höhe haben nur Minifestplatten gehabt, doch die Gehäuse der Leser sind für sie ausgelegt und wenn man eine CF-Karte falsch einlegt, verbiegt man leicht einen Pin. Das kann bei den SD-Karten nicht passieren.

Für Mikro-SD Karten kann ich mich gar nicht begeistern. Sie wirken extrem zerbrechlich, rasten meiner Erfahrung nach nicht immer sauber ein und sind so klein, dass man sie leicht verliert. Ich tue daher jede Micro-SD Karte nach Benutzung zurück in den Adapter, ein SD-Kartengehäuse. Vor allem verstehe ich den Nutzen nicht. Es mag Gehäuse geben, die so klein sind, dass auch eine SD-Karte zu groß ist, vielleicht eine dieser Smartwatches. Aber das ist selten. Die beiden Devices, die bei mir Micro-SD einsetzen sind bei mir ein MP3-Player und der Raspberry Pi 2. In beiden gäbe es genug Platz für eine SD-Karte und der Raspberry Pi hat bis zum letzten Jahr auch SD-Karten eingesetzt.

Das sind nur die Formate, die ich benutze. Es sind aber auch die häufigsten. Spontan fallen mir noch die Xd-Karten ein und die verschiedenen Memory Stick Formate. Beides sind Firmenstandards. Sony hat sogar mehrere, in den Steckern zueinander inkompatible Memorysticks herausgebracht. Meiner Ansicht nach würde ein Format reichen, vielleicht sogar USB, das hat immerhin jeder Rechner eingebaut und erspart einen eigenen Leser. In der Praxis ist aber der USB-Stecker oft schon zu breit, sodass man sicher ein Kartenformat braucht, doch warum so viele?

Das ist das generelle Problem: Standards. Viele Hersteller treiben hier ihr eigenes Süppchen, um über Zubehör Geld zu verdienen. Meine Canon Cameras haben einen Anschluss für ein Netzteil. Doch kein normaler Standardstecker eines Steckernetzteils passt. Ich setze nun ein in China über EBay gekauftes ein, trotz Zoll und Versandkosten immer noch nur halb so teuer wie das von Canon. Das Gleiche gilt für Mikro-USB Stecker. Ich habe hier mindestens drei verschiedene im Einsatz. Alle sehen ähnlich aus, keiner passt in die Buchse des anderen.

Bei solchen Zubehörsachen werden wir noch lange mit vielen Standards leben müssen die eine Industrie von Adapterherstellern, Nachahmern und Verbindungsgeräten am Leben hält. Besonders problematisch wird es, aber wenn es um Massenmedien geht. So gab es mal drei Videostandards - durchgesetzt hat sich schließlich VHS. Nicht weil es das technisch beste System war, sondern weil es am meisten Videos für das System gab. Das Ganze wiederholte sich beim HD-Standard. Hier ging Blue Ray als Sieger hervor, weil die anderen vor Markteinführung zurückzogen - immerhin schlauer als den Krieg einige Jahre über die Marktanteile auszufechten. Recht selten ist das Kombigerät. Kann sich noch einer erinnern? Vor einigen Jahren gab es für beschreibbare DVD drei Standards: DVD -R, DVD +R und DVD ROM. Inzwischen beherrschen DVD-Brenner alle drei.

Abhilfe ist nicht in Sicht. Wer ein Display anschließen will, kann das heute über DVI, HDMI oder Displayport machen. Das sind nur Beispiele, die mir aus dem Bereich Computer spontan eingefallen sind. Woanders kenne ich mich nicht so aus. Doch praktisch nirgendwo sind Zubehörteile herstellerübergreifend kompatibel. Das geht bei Staubsaugerbeuteln los, über Tintenpatronen bis zu Autozubehör. Selbst im Kleinen muss dauernd was geändert worden. Vor einem Monat brach mein Fahrradsattel während des Fahrens. Ich wollte ihn durch einen Alten vom letzten Fahrrad ersetzen, doch der passt nicht auf die neue Stütze. Eine Neue hätte gleich 28 Euro gekostet (für ein simples Stahlrohr). Der Fahrradhändler hatte noch ein Reststück, aber gefertigt wird es im Durchmesser 27,25 mm nicht mehr. Natürlich hat das neue Fahrrad auch Schrauben auf Basis des Inbussystems. Früher waren es normale sechskantige Muttern. Einen nutzen sehe ich nicht, nur braucht man neues Werkzeug. Alleine das Thema Schrauben und Muttern ist so ein Beispiel: es gibt zig verschiedene Größen und Längen und die in unterschiedlichen Systemen (Normal, Kreuzschlitz, Inbus etc....). Wenn man mal einen Ersatz braucht, steht man dann oft im Regen. Meine Ansicht: Weniger Vielfalt ist besser.

25.10.2015: Wie kann man die ISS für die Vorbereitung des Mars nutzen?

Eines der Argumente die man mal die Raumstation brachte, war das man damit die Marsmission erleichtern könnte. Das war unüberlegt, denn so wir man es sich damals vorstellte - als eine Art Fabrik im Weltraum war die Raumstation nie ausgelegt, weder als Freedom, noch als Alpha noch als ISS. Nun wird sie ja noch einige Jahre länger betrieben - USA und Russland haben sich auf einen Betrieb bis 2028 geeinigt, von der JAXA und ESA fehlt noch eine Entscheidung - aber es sieht so aus als würde man nur so weitermachen wie bisher.

Nun wird die ISS immer in einem Erdorbit bleiben, die ganzen Oberflächenaufenthalte wird man so nicht erproben können, aber doch vieles. Das erste ist einmal die Autonomie. Die ISS wurde schon in den letzten Jahren autonomer in dem Sinne, dass mehr Stoffe recycelt wurden. Für eine Marsexpedition reicht das aber noch nicht aus. Die Kreisläufe müssen noch geschlossener werden um die Frachtmenge zu minimieren. Zur ISS werden pro Jahr fast 30 t transportiert. Das wären 90 t bei einer fast 3-jährigen Mission für die man in den Erdorbit rund 300 t transportieren müsste.

Das bedeutet dann auch, dass man über 3 Jahre keinen Transporter hochschickt. Die müssten vorher in größerer Zahl die Vorräte auffüllen. So bietet es sich an dies am Ende der derzeitigen Planung durchzuführen, bevor man die ISS endgültig aufgibt. Ansonsten wird wahrscheinlich eine Einstellung der Produktion und Wiederaufnahme nach drei Jahren meist teuer, weil die Firmen nicht nur für die Transporter bezahlt werden, sondern auch für den Service also die Bereitstellung von Ressourcen und Fachwissen solange der Vertrag läuft. Alleine die Wartungsverträge für die ISS kosteten die NASA schon einen zweistelligen Milliardenbetrag.

Das zweite ist die Autonomie der Besatzung. Derzeit hat die ISS Rund-um-die-uhr Betreuung von zwei Hauptkontrollzentren und zwei Nebenkontrollzentren. Die Marsmission wird sich immer weiter von der Erde entfernen. Zwar kann man genauso viele Kontrolleure vorhalten wie heute, doch die Signallaufzeiten werden anwachsen um ein Maximum von bis zu 1300 s also über 20 Minuten zu erreichen. Das bedeutet die Besatzung muss selbstständiger sein. Vor allem aber ändert dies die Art der Kommunikation. Anstatt einem direkten Gespräch mit sofortiger Antwort wird es zäher werden, vielleicht vergleichbar Chat oder E-Mail. Auch das kann man erproben. Damit es wirklich zuverlässig geht sollte man dies elektronisch machen z.B. indem man alle Signale nicht sofort sendet sondern aufzeichnet und dann zeitverzögert überträgt. Für Notfälle kann man ja noch einen Echtzeitkanal einrichten. Im Gegensatz zu den geschlossenen Systemen ist dies relativ einfach umsetzbar und könnte schon heute erprobt werden. Ich denke die Astronauten wären davon sogar leicht zu überzeugen, bedeutet es doch mehr Freiheiten für sie und es bietet auch die Möglichkeit Ressourcen einzusparen. anstatt viele Leute mit der Kontrolle zu beschäftigen, könnten dies einige wenige tun und die anderen gehen normaler Arbeit nach. Wenn etwas passiert, so ist sowieso keine sofortige Reaktion im Kontrollzentrum möglich. Wenn etwas passiert kann man die Leute dann auch schnell verständigen und als Experten hinzuziehen. Dank moderner Elektronik müssen sie dazu nicht mal den Arbeitsplatz verlassen.

Das dritte geht man schon an. Man muss die physiologischen Auswirkungen der Marsmission erproben. Diese besteht aus drei Teilen: Einer Hinreise die 200 bis 240 Tage dauert, einem Aufenthalt auf der Marsoberfläche von 500 bis 550 Tagen Dauer und einer Rückreise von 200 bis 240 Tagen Dauer. Insgesamt dauert die Mission aus himmelsmechanischen Gründen rund 33 Monate (26 Monate + eine Reisedauer). Astronauten könnten also für die Zeit der Reise an Bord der ISS bleiben und dann zur Erde zurückkehren und nach eineinhalb Jahren erneut zur ISS starten. Wichtig wäre eigentlich nur, dass man auf das sonst übliche Brimborium nach der Landung verzichtet. Das geht damit los, das die Astronauten aus der Kapsel gehoben werden bis zur medizinischen Nachbetreuung. Das gibt es auf dem Mars auch nicht. für eine ordentliche Simulation müssten die Leute auch dann isoliert sein. Man könnte sie z.B. in dem Labor in dem man schon jetzt in Russland Marsmissionen auf der Erde simuliert unterbringen. Natürlich auch mit den Randbedingungen der asynchronen Kommunikation.

Die wichtigste Hardware die man entwickeln müsste wäre ein Zentrifuge für künstliche Schwerkraft. Ohne sie wären die Astronauten zu schwach um nach der Landung ihr Quartier zu beziehen. Das hätte man schon längst installieren können auch um bei den derzeitigen Missionen die Aufenthaltsdauer zu verlängern. Seltsamerweise wurde es nie eine solche Vorrichtung für die ISS geplant. Vielleicht mit der SLS. die hat den Vorteil neben der großen Nutzlast auch den das die Module größer sein können: Um Schwerkraft zu simulieren sollte die Beschleunigung am Kopf und Füßen in etwa gleich sein. Das wird bei einer Zentrifuge nie möglich sein, aber bei maximal 4,20 m Innendurchmesser der derzeitigen Module ist der Unterschied schon sehr groß.

Meiner Ansicht nach wäre es möglich und vergleichsweise preiswert. Der Nutzen ist offensichtlich. Man wüsste danach sicher, ob die Besatzung die Mission physiologisch und psychologisch durchsteht. Man wäre sich sicher, dass die Versorgung mit geschlossenen Kreisläufen funktioniert. Man hätte die Abläufe trainiert. Natürlich gäbe es noch viel zu tun, aber man hätte im wesentlichen das absolviert was die USA bis Apollo 10 taten: Die Landung bis zum vorletzten Schritt erprobt.

26.10.2015: Die SLS

Gerade hat die SLS ihr Critical Design Review beendet und alle sind zufrieden. Es kann nun also an die Umsetzung gehen. Zeit mal was über die SLS zu schreiben. Man kann eigentlich nur eines sagen: eine Superrakete.

Eine Trägerrakete mit 70 t Nutzlast kann ja jeder Bauen. Im einfachsten Fall bündelt man einfach 30 Triebwerke die eigentlich für eine kleinere Rakte vorgesehen sind, aber eine Trägerrakete zu bauen, die wenige Triebwerke verwendet, zuverlässig und preiswert ist, das ist schon eine Kunst. Die Kunst verstehen heute nur noch wenige, doch die Magier der NASA beherrschen sie noch. Was ist das besondere an der SLS?

Sie ist zum einen schon in der ersten Version eine Schwerlastrakete und dabei noch ausbaufähig. Dazu zuverlässig, preiswert und schnell entwickelt, kurzum, die eierlegende Wollmilchsau.

Die erste Version besteht aus einer Zentralstufe mit den vom Space Shuttle bekannten Triebwerken RS-25. Vier Stück sind in der ersten Stufe verbaut. 16 Stück hat die NASA noch in Lagerung, weitere können gebaut werden. Da sie nicht wiederverwendet werden, werden sie bei einem höheren Schublevel betrieben.  Dazu kommen zwei Booster die im wesentlichen verlängerte Shuttle-Booster. Damit sind diese beiden Systeme schon vor Entwicklungsbeginn qualifiziert. Neben der Sicherheit die man so gewinnt, kann man so auch den ehrgeizigen Zeitplan einhalten: Entwicklungsbeginn war 2014, schon 2018 soll der erste Start erfolgen. In Vier Jahren von der Genehmigung zum Einsatz. das ist enorm schnell. Die Saturn V bei der es auch schnell ging, brauchte acht Jahre.

So wird die Entwicklung auch richtig billig: Nur 7 Milliarden inklusive der ersten beiden Testflüge. Die ESA will die Ariane 5 für 4 Milliarden Euro, das sind 4,6 Milliarden Dollar bauen, ebenfalls auf bestehender Technologie basierend, aber in 6 Jahren und bei einem Viertel der Nutzlast der SLS. Wieder mal zeigt die NASA es allen, wies richtig gemacht wird. Nur als Vergleich: Die Saturn V kostete schon 1969 über 8 Milliarden Dollar, und das wären heute inflationskorrigiert über 60 Millarden.

Schon die erste Version wird 70 t in den Orbit bringen. Das reicht für die ersten Missionen, für die es auch noch nicht die Finanzierung für Hardware gibt die auf dem Mond landen könnte, von weitergehenden Zielen wie Mars ganz zu schweigen. So wird sie zuerst nur die Orion und unbemannte Sonden starten. Später kann die Rakete in der Leistung gesteigert werden um ehrgeizigere Ziele anzugehen. Dazu gibt es zwei Ansatzpunkte. Das erste sind die Booster. Eine Ausschreibung für neue Booster wurde schon erteilt, eine Entscheidung ist noch nicht getroffen. Die Shuttle-Booster sind zwar zuverlässig, doch auch technologisch überholt. Neue Feststoffbooster könnten leichtgewichtigere CFK-Werkstoffe für das Gehäuse einsetzen und erreichen mit optimierten Triebstoffmischungen und höherem Brennkammerdruck auch einen höheren spezifischen Impuls. Sie würden die Nutzlast auf 105 t anheben.

Entscheidet sich die NADA für den Übergang auf flüssige Treibstoffe, z. B. mit dem F-1A Triebwerk, so wären auch 130 t möglich. Auch das F-1 Triebwerk ist kein Unbekannter. Es wurde in den Saturn V eingesetzt und ist das erprobteste Triebwerk aller Zeiten. Das F-1A wurde noch untersucht, aber noch nicht getestet und hat einen höheren Schub und noch bessere Leistung. Damit wird die SLS noch sicherer (jederzeit abschaltbare Triebwerke) und hat noch mehr Nutzlast.

Die zweite Verbesserung ist die Einführung einer Oberstufe. Die NASA hat die Entwicklung des J-2X auf Basis des J-2S beendet und abgeschlossen. Die Mittel für eine Oberstufe gibt es aber noch nicht.  Wenn es die Mittel gibt, dann kann eine Oberstufe auf Basis des J-2X entstehen, die die Nutzlast bei neuen Feststoffboostern von 105 auf 130 t oder bei Kombination mit dem F-1A von 130 auf 170 t steigert.

Da allerdings wahrscheinlich die Mittel für neue Booster und neue Oberstufe zum gleichen Zeitpunkt fehlen gibt es noch eine Alternative, und zwar der Umbau einer bestehenden Stufe wie der Delta 4 Zweitstufe. Mit vier RL-10C Triebwerken und einem größeren Durchmesser erreicht sie zwar nicht die Leistung des J-2X, doch steht so bald und kostengünstig eine neue Oberstufe zur Verfügung. Die Oberstufen nutzen vor allem bei Missionen jenseits des Erdorbits wie zum Mond oder Mars.

Das eingesparte Geld durch die günstige Entwicklung der SLS (verglichen mit der Ares V)  wird man bei der NASA sicher in die weitere Vorbereitung der Marslandung stecken, die so ein paar Jahre früher kommen soll.

Noch läuft übrigens die Namenssuche für die SLS. Die NASA ist mit dem Akronym (SLS = Space Launch System) nicht so ganz zufrieden. Vielleicht beteiligt ihr euch ja bei der Namensuche. Mein Vorschlag, mit dem die Amis aber wahrscheinlich nichts anfangen könnte wäre "Wolpertinger". Aber ich denke es wird wohl eher etwas wie "Barrakuda" oder "Voyager" werden.

 
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