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Web Log Teil 448: 15.12.2015 - 28.1.2015

15.12.2015: Wir optimieren eine druckgeförderte Oberstufe

Nachdem ich mich mit dem Thema schon theoretisch beschäftigt habe, will ich mich mit dem Thema heute praktisch beschäftigen. Welches ist der optimale Tankdruck für eine druckgeförderte Oberstufe? Dazu will ich den Tankdruck einer Oberstufe gezielt verändern und den Einfluss auf die Performance berechnen.

Herausgesucht habe ich mir die EPS mit dem Aestus-Triebwerk, weil ich von dieser Oberstufe durch die Recherche für meine Bücher viele Daten habe. Das wichtigste was für die Berechnung notwendig ist findet sich in der folgenden Tabelle:

Parameter Wert
Tankdruck: 20,6 bar
Tankgewicht: 97,4 kg MMH
126,7 kg NTO
Heliumtank: 46 kg
Triebwerksschub 28,7 bar
Brennkammerdruck: 11 bar
Mischungsverhältnis NTO zu MMH 2,05 zu 1
Spezifischer impuls: 3187 m/s
Expansionsverhältnis 84,3 zu 1
Trockenmasse Stufe 1.200 kg

Einige Wichtige Zusammenhänge: steigt der Tankdruck an, so steigt die Masse der Tanks und der Druckgastanks proportional an, das ergibt sich aus der Kesselformel.

Der Brennkammerdruck ist immer kleiner als der Tankdruck ich habe eine Abnahme auf 55% des Tankdrucks angenommen. Das entspricht dem Verhältnis Tank/Brennkammerdruck beim Aestus/EPS.

Bei gegebenem Triebwerk wird bei steigendem Brennkammerdruck folgendes passieren:

Ich gehe nun davon aus, das die Masse des Triebwerks gleich bleibt. Sinkt der Brennkammerdruck ab, so kann ich die Brennkammer leichter fertigen, um den gleichen Schub zu gewährleisten muss ich sie aber vergrößern, was die Gewichtseinsparung egalisiert. Was gleich groß bleibt, ist die Düse. Bei steigendem Tankdruck steigt so das Expansionsverhältnis linear an, bei sinkendem sinkt es. Damit auch der spezifische Impuls.

Ich habe also folgenden Zusammenhang: Bei steigendem Tankdruck steigt die Masse der Tanks und auch die Leermasse der Stufe, als Belohnung steigt auch der spezifische Impuls durch das höhere Expanionsverhältnis. Es wird nun interessant sein zu sehen, welcher Einfluss größer ist. Subjektiv würde ich sagen, dass ein niedriger Tankdruck günstiger ist. Die spezifischen Impulse kann man mit FCEA berechnen. Mit dem bekannten Werten für das Aestus kommt man auf 3221 m/s bei eingefrorenem Gelichgewicht, sehr nahe am praktischen Wert von 3187 m/s.

Die erste Aufgabe ist daher die theoretischen spezifischen Impulse zu berechnen

Tankdruck Brennkammerdruck Expansionsverhältnis Spezifischer Impuls Spezifischer Impuls korrigiert
2,72 bar 1,5 bar 11,5 2886 m/s 2852 m/s
5 bar 2,75 21,1 3005 m/s 2971 m/s
10 bar 5,5 42,1 3121 m/s 3087 m/s
20 bar 11 bar 84,3 3221 m/s 3187 m/s
40 bar 22 bar 168,6 3308 m/s 3274 m/s
80 bar 44 bar 337,2 3384 m/s 3350 m/s

Die 34 m/s, um die die theoretische Berechnung vom praktischen Wert abweicht, habe ich bei allen spezifischen Impuls abgezogen (letzte Spalte).

Die Trockenmasse ändert sich nun durch die schwereren Tanks, das zeigt folgende Tabelle:

Tankdruck Trockenmasse Tanks Trockenmasse Stufe
2,72 bar 36,7 kg 966,6 kg
5 bar 67,6 kg 997,5 kg
10 bar 135,1 kg 1065 kg
20 bar 270,1 kg 1200 kg
40 bar 540,2 kg 1470,1 kg
80 bar 1080,4 kg 2010,3 kg

Nun hat man alle Daten zusammen und kann die EPS Stufe mit diesen jeweils veränderten Werten in eine Nutzlastberechnung eisnetzen. Aufgrund der Tatsache, dass die Stufe schon fast einen Orbit erreicht hat, spielen Aufstiegsverluste keine Rolle, die Brennzeit bleibt auch gleich, so kann man die Nutzlast errechnen:

Tankdruck Nutzlast (GTO)
2,72 bar 7.148 kg
5 bar 7.435 kg
10 bar 7.674 kg
20 bar 7.775 kg
40 bar 7.754 kg
80 bar 7.408 kg

Man findet: das Nutzlastmaximum ist genau bei der eingesetzten Stufe, das spricht immerhin für ein optimiertes Design. zwischen 10 und 20 Bar Druck ist die Nutzlast aber fast gleich hoch. so habe ich noch 15 Bar als Brennkammerdruck hinzugenommen, vielleicht gibt es ja da ein Optimum: In der Tat ist bei 15 Bar Brennkammerdruck (+98,5 kg Gewicht, spezifischer Impuls 3227 m/s) die Nutzlast mit 7805 kg noch um 30 kg höher. Doch 30 kg sind bei knapp 7,8 t nicht viel. Der Grund für den gewählten Tankdruck ist ein anderer: 20 Bar sind der Standarddruck auf den bei Astrium die Treibstofftanks für Satellitenantriebe ausgelegt sind. Diese Tanks in der größten Version setzt auch die EPS-Stufe ein, nur eben weil es eine Oberstufe ist, jeweils zwei Tanks für den Oxydator und Treibstoff.

Als Resümee können wir zumindest bei dieser Stufe die Folgerung ziehen, dass die Nutzlast bei einem relativ niedrigen Brennkammerdruck von 11 bis 15 bar optimal ist.

24.1.2015: Internationale Trägerraketen

So, nun ist es fertig. Die Neuauflage der "Internationalen Trägerraketen". Ich habe wie bei den US-Trägerraketen den Titel geändert, es heißt also nicht mehr "Raketenlexikon Band !" sondern "Internationale Trägerraketen". Mir gefällt der Titel nicht so arg, aber ein anderer griffiger der den Inhalt beschreibt ist mir nicht eingefallen. Es sind eben alle Nicht-US Träger. Hier mal ein Bild des Covers:

Besonders bedanken muss ich mich diesmal bei Norbert Brügge. Er betreibt ja auch eine Webseite mit dem Schwerpunkt Trägerraketen. Sie hat den etwas schwer zu merkende Bezeichnung b14643.de. Sie ist immer einen besuch wert, auch weil Norbert sich anders als ich mit Trägern beschäftigt die nur als Konzept bekannt sind oder viel Zeit in die Suche von Fakten zu den nicht öffentlichen Programmen von Iran und Nordkorea steckt. Norbert hat auch das tolle Cover entworfen.

Ich halte es für ein gutes Buch. Das will so direkt nach der Fertigstellung nicht so viel heißen, denn wenn ich einige Monate konzentriert an einem Buch gearbeitet habe, diesmal sogar den Blog vernachlässigt habe, dann bin ich so froh das es fertig ist, dass alleine das Glücksgefühl dafür sorgt, das es doch was ganz tolles sein muss. Aber ich denke es ist wirklich gut. Der Umfang hat sich um 53% vergrößert, etwas teurer ist es dadurch geworden: 34,99 Euro anstatt 29,99. Neben einigen neuen Trägern (so viele gibt es ja nicht: die Sojus 2v, H-3, Epsilon, CZ 6,7,11, Simourgh, Electron, Ariane 6 und Vega C) sieht man am Umfang gibt es viel mehr Details von den schon bekannten Trägern. Ich habe mich bemüht vor allem von den Triebwerken Daten zusammenzutragen und in Tabellen zusammenzufassen. Es hat nun nicht ganz den Umfang der US-Trägerraketen, das liegt jedoch vor allem an der Informationslage. Über Indiens und Chinas Trägerraketen gibt es eben fast keine Daten, bei den meisten Trägern nicht mal die Trockenmassen der Stufen.

Ich denke es ist eine würdige Ergänzung zu den US-Trägerraketen. Mit den beiden Bänden hat man dann wirklich einen umfassenden Überblick über alle Trägerraketen der Welt, wie ich denke in einem guten Kompromiss zwischen zu vielen Details und zu wenig Information. Ich habe bei meinen Europäischen Trägerraketen ja schon die Kritik bekommen, dass dort zu viele Details im Buch drin wären. Das ist hier nicht der Fall. Die erste Auflage hat sich ja aus der Webseite heraus entwickelt (von irgendwo her müssen die Daten ja kommen). Das ist bei der neuen Auflage nicht der Fall. Sie geht deutlich weiter als die Webseite und das soll auch so blieben. Nur bei neuen Trägern werde ich die Daten aus dem Buch in die Webseite übernehmen um nicht alles zweimal schreiben zu müssen.

Nun werde ich erst mal wieder an der Webseite arbeiten. Einige Raumsonden starten dieses Jahr, sehr bald Exomars, da müssen noch Aufsätze geschrieben werden. Ich habe auch noch einige Ideen für meine Programmen. Aber ich habe auch mehr Lust wieder an den Büchern zu arbeiten. Das nächste wird eine Neuauflage der US-Trägerraketen sein. Nicht das sich so viel in den letzten knapp 3 Jahren getan hat, aber die Druckpreise von BOD sind gesunken, sodass ich es für 40 anstatt 55 Euro publizieren kann. Zurückgeschreckt hat mich immer das Problem, das Libreoffice ab einem bestimmten Umfang anfängt Tabellen wild über Seiten zu verteilen oder unwillkürlich Leerseiten einzuschieben. Das war diesmal besser, sodass ich hoffe das es auch bei den US-Trägern so ist.

Die gesunkenen Druckosten haben mich auch auf eine neue Idee gebracht, die ich mal hier vorstellen will. Es soll anders als die bisherigen Bücher ein halber Bildband sein. Auf der Vorderseite ein seitenfüllendes Farbfoto und hinten eine Seite Beschreibungstext. Ein bisschen wie ein Kalender, nur eben ohne die Monatsansicht. Ich dachte da an ein Buch über das Sonnensystem mit den schönsten Fotos der Planeten und ihrer Monde. Den Umfang kann ich nur schätzen, aber so 100 bis 150 Seiten könnten es werden. Das ganze natürlich auch in Farbe und auf dicken (200 g) Papier. Glaubt ihr das es dafür einen Markt gibt und wenn ja, was würdet ihr für so ein Büchlein (100-150 Seiten) zahlen wollen?

25.1.2016: Allenthalben neue Raketen und Triebwerke

... werden derzeit entwickelt. Den Eindruck habe zumindest ich gewonnen. In Russland wechseln sich die Projekte ja schneller ab, als man darüber berichten kann. So wurde nach Jewgenis Angaben Ende 2015 die Angara 5V oder 5W beschlossen, also mit einem zentralen URM das LH2 als Treibstoff nutzt (natürlich damit was neu entwickelt wird, nicht von den RD-0120 angetrieben). Doch die ist (ebenfalls nach Jewgenis Angaben) schon Anfang 2016 wieder Geschichte. Von den verschiedenen Angara 7 Versionen oder den sechs verschiedenen KTVK-Stufen mit (natürlich) dem neuen RD-0146 Triebwerk (es wäre ja zu einfach gewesen, das existierende RD-56 zu nehmen) gar nicht zu reden. Dafür wird nun ja die Sojus 5 gebaut. Na ja warten wir mal ab ....

In den USA hat die Ukrainekrise auch ein Umdenken ausgelöst. Vorher hat man sich wenig Gedanken gemacht das die Antares und Atlas russische Triebwerke einsetzen. Dann schlug die Reaktion ins Gegenteil um. Ein Bann wurde für die RD-180 verhängt. Die NK-33 von Aerojet lagern ja schon seit langem in den USA. Netterweise vom Kongress unter der Leitung von McCain beschlossen (der Typ wollte 2008 mal Präsident werden!) betrifft der Bann nur die militärischen Einsätze. Orbital konnte also während des Banns also problemlos einen Vertrag mit Energomasch über die Lieferung von RD-181 (= 2 x RD-193) abschließen, den Orbital bewirbt sich nicht um DoD Aufträge. Ja das ist möglich im Land der unbegrenzten Unmöglichkeiten. Aber so haben es die USA doch Russland wirklich gezeigt! Man hat einem Triebwerkshersteller die Profite etwas gekürzt, dafür hat man aber keine Raketen zur Verfügung um eigene nationale oder militärische Satelliten zu starten. Als ULA dann bei einer Air Force Ausschreibung sich gar nicht mehr beteiligen wollte, weil die verfügbaren Rd-180 nicht mehr für den zusätzlichen Start reichen dämmerte wohl, das man sich da ins Knie geschossen hat. Zugegeben, man hätte auch schlauerweise mit dem Beginn des Embargos mehr Delta 4 produzieren können, auch wenn das teurerer als die Atlas ist. (Ein Embargo muss man sich auch selbst leisten können) Doch noch schlauerweise hat man in etwa gleichzeitig bei ULA beschlossen deren Produktion einzustellen. Das ist übrigens noch nicht zu Ende. Nachdem man den Bann kurzzeitig gehoben hat, feuert McCain nun weiter und will als Vorsitzender des entsprechenden Ausschusses den Bann erneut durchsetzen "a complete and indefinite restriction on [Russian President Vladimir] Putin's rocket engines". Ja der gute Putin hat nichts anderes zu tun als persönlich die RD-180 zusammenzubauen. Hätte ich dem nicht zugetraut, die haben eine 100% Erfolgsquote. Mann haben wir Glück gehabt, das der nicht Präsident geworden ist.

Nun ist das Embargo wieder weitgehend aufgehoben. Es hat aber zum Umdenken geführt. ULA will die Vulcan entwickeln. Sie soll die Atlas ablösen und ein US-Triebwerk in der ersten Stufe einsetzen. Derzeit favorisiert ULA eines von Blue Origin anstatt Aerojet, die ja inzwischen Rocketdyne übernommen haben und damit Hersteller fast aller Triebwerke mit flüssigen Treibstoffen sind welche die USA jemals produzierten.

Dafür hat man die Förderung von neuen Triebwerken beschlossen. Zuerst 2014 eine erste Charge, nun vor einer Woche ein neuer Kontrakt über 241 Millionen Dollar von der Air Force. Orbital bekommt 46,9 Millionen Dollar, erhöhbar auf 180 Millionen für die Entwicklung von drei Technologien für die Antares. Die Firma selbst kündigt einen neuen Feststoffantrieb für Booster an, eine Erweiterung des GEM-63XL und eine ausfahrbare Düse für das BE-3. Sie will selbst 31 Millionen (erweiterbar, wenn es weitere Gelder gibt, auf 124) eigenes Geld investieren. Das ist jetzt nicht das was ich erwartet hätte. Ich dachte dann eher man würde ein US-Triebwerk in der Antares einsetzen, es gäbe ja noch Aerojet die eines in der Größenklasse entwickeln.. So wird aber die Antares nach wie vor von den gefährlichen Triebwerken von Putin angetrieben.

SpaceX bekommt 33,6 Millionen (erweiterbar 61 Millionen) für Arbeit an der Raptor. Das will die Firma mit 67 (123 Millionen) eigenem Geld kombinieren. Was mich wundert ist das nach der Ankündigung das ist für " cost investment with SpaceX for the development of a prototype of the Raptor engine for the upper stage of the Falcon 9 and Falcon Heavy launch vehicles.". Da wurde doch mal die Raptor als Triebwerk für eine Rakete die 100 t zum Mars transportieren sollte angekündigt. Dann wurde sie mit nur 2,3 MN Schub genauer präzisiert, da hätte man schon einige Dutzend Raptoren für die Marsrakete gebraucht. Nun ist sie ein Oberstufentriebwerk für die Falcon 9. Die Oberstufe wiegt dort etwa 100 t. Dafür sind 2300 kN viel zu schubstark. Schon jetzt gibt es mit dem im Schub reduzierbaren Merlin Spitzenbelastungen von 6 g bei großen und 8,5 g bei kleinen Nutzlasten. Sie wird wohl wieder etwas kleiner werden. Nun ja die Raptoren waren auch die kleinsten Raubdinosaurier. Der Velociraptor ist ein etwa so groß wie ein großer Hund und auch in etwa so schwer.

Auch im Land der aufgehenden Sonne wird eine neue Rakete entwickelt. Die H-3 wird ein neues Haupttriebwerk erhalten und soll flexibler und billiger als die H-IIA sein. Bis 2020 soll die Entwicklung 1,35 Milliarden Euro kosten.

Ja und man kommt nicht umhin auch die Ariane 6 zu erwähnen. Sie fällt in der Reihe auf wie Gabriel bei den Mädels von GNTM. Nein nicht durch Intellekt sondern Körperumfang. Das dritte Konzept in eineinhalb Jahren setzt nun auf eine 5,4 m große Zentralstufe mit dem Vulcain 2. Darauf eine 5,4 m große Oberstufe mit dem Vinci und neue Booster mit der halben Masse der EAP dafür eben doppelt so viel. Und für diese Neuauflage der Ariane 5 ME (gleiche Oberstufe, in der Zentralstufe nur getrennte Tanks anstatt Integraltank, neue Booster als einziges neues) kostet 4 Milliarden Euro. Alleine der Booster fast 700 Millionen, mehr als die ganze Vega mit drei Stufen in der Entwicklung kostete. Wie bekommt Japan die H-3 mit neuem Triebwerk für ein Drittel hin? Meiner Ansicht nach sollte wie bei den USAF Aufträgen die Raumfahrtindustrie sich selbst beteiligen und zwar substantiell so in der Hälfte der Aufwendungen. Vielleicht haben sie auch dann Interesse dran die Aufwendungen bei Entwicklung und Einsatz zu senken. Derzeit kommt mir die europäische Industrie wie ein Selbstbedienungsladen vor. Vor allem wenn Arianespace trotz Marktstart (oder gerade deswegen?) von SpaceX seit zwei Jahren schwarze Zahlen schreibt und dieses Jahr Aufträge für 33 Träger an Land ziehen konnte (SpaceX 9). Also Ariane 5 läuft wozu eine Ariane 6 und warum ist sie so teuer?

Tja und dann hat noch Blue Origin das hinbekommen was SpaceX seit Jahren versucht und wie das Evangelium anpreist: Ihr Gefährt startet, landet und startet erneut. Und nein, das sind nicht zwei Paar Stiefel. Die Abtrenngeschwindigkeiten und aerodynamische Belastung sind bei der Falcon 9 Erststufe und New Shepard fast gleich. Das kann man leicht sehen wenn man die SpaceX Angaben für Abtrenngeschwindigkeit mit der Geschwindigkeit vergleicht, die man braucht um 100 km Höhe zu erreichen.

26.1.2016: Die ESA und Sierra Nevada

Sierra Nevada und die ESA haben ein Abkommen geschlossen. Die ESA wird 33 Millionen Euro in die Fertigstellung des Designs eines Docking-Adapters und ein Flugmodell investieren. Dieser Adapter wird beim ersten Koppeln des Dream Chasers eingesetzt werden. Weitere müsste Sierra Nevada dann selbst finanzieren. Die ESA hat schon 20 Millionen Euro in den Docking Adapter investiert. Weiterhin soll ein Start des Dream Chasers mit einer Ariane 5 weiter untersucht werden. Das hat Wörner als er noch Chef der DLR war schon vorgeschlagen.

Was ist davon zu halten. Nun oberflächlich wohl sicher die Fortsetzung der "Wir wollen Astronauten im Orbit" Politik des DLR die auch dazu führte das Deutschland bei allen bemannten Programmen aber auch beim ATV Hauptfinanzier war. Nun ist Ex-DLR Chef Wörner ESA Chef geworden. Mit dem Dream Chaser, der ursprünglich ja bemannt starten sollte und sich beim CCDev beworben hat, käme man so doch noch zu einem Gefährt. Die Pläne für ein bemanntes ATV musste man ja begraben, weil die anderen europäischen Länder nicht mitzogen.

Aber sehen wir es mal genauer an. Zuerst einmal begrüße ich die Wahl des Dream Chasers als Transportvehikel. Das Orbital und SpaceX wieder dabei sein würden, war mehr oder weniger schon klar. Jeder Neuankömmling hat selbst, wenn die NASA die Auswahl ohne Berücksichtigung von CRS1 trifft, den Nachteil das die Transporter von Orbital und SpaceX existieren, ein neues Gefährt aber erst entwickelt werden muss und da gab es sowohl bei Orbital wie SpaceX drei Jahre Verzögerung. So war klar, dass die beiden wieder zum Zuge kommen. Schon um die Versorgung eines Minimum zu sichern. Das CST100, nun "Starliner" getauft wäre auch verfügbar gewesen, bis die Transporte stattfinden sollten. Doch die Fracht Kapazität ist zu klein. Einzig der Dream Chaser ist schon zumindest in einem Prototypstadium. So fiel wohl die Wahl auf ihn.

Ich halte den Dream Chaser für wichtig aus zwei Gründen: Zum einen sollte man nicht die Technologie eines Gleiters verdammen, nur weil der erste Anlauf mit dem Space Shuttle zu teuer war. Der Dream Chaser erlaubt einen zweiten Blick auf einen kleineren Gleiter, der nicht das können muss was jede Trägerrakete auch kann (unbemannte Satelliten starten) und er profitiert von den Erfahrungen mit dem Shuttle und der heutigen Technologie. Als zweites ist der Gleiter ideal für die Versorgung: er ist wiederverwendbar, anders als die meisten anderen Gefährte. Die Dragon soll es angeblich sein, doch ich traue dem genauso viel wie der Wiederverwendung der Falcon 9 - in der Theorie ja, praktisch hat es SpaceX noch nicht beweisen. Wenn ja ob sie wirtschaftlich ist ist eine andere Frage. Zudem ist der Einsatz des Dream Chasers ungefährlich - es wird nur Fracht transportiert.

Ob Sierra Nevada noch einen zweiten Adapter braucht, wird sich zeigen. Wenn die Firma intelligent ist braucht sie keinen zweiten Adapter außer sie baut zwei Gefährte. Er kann auch im Gefährt und nicht im Cargo Modul eingebaut werden. Das Cargo Modul soll nach Angaben ein Verlustgefährt sein. Mit weiteren Aufträgen als Belohnung für die Vorinvestition würde ich also nicht rechnen.

Kann man mit Ariane 5-Startaufträgen rechnen? Meiner Ansicht wohl kaum. Genaues weiß man nicht, aber folgendes ist bekannt:

Nun eine kleine Überschlagsrechnung. Die MPLM nahmen 9,4 t Fracht bei 4,5 t Masse auf. Die 500 kg ohne Druckausgleich kann man sicher fest im Frachtraum anbringen. Bleiben die 5 t mit Druckausgleich. Dafür bräuchte man, wenn man die Masse der MPLM anlegt, ein 2,4 t schwere Frachtmodul. Wenn man einen Teil vorne unterbringt (der Platz steht ja für 1.750 kg Fracht zur Bergung zur Verfügung) auch ein kleineres.  So kommt man auf eine maximale Startmasse von <19,1 t. Wahrscheinlich weniger, weil eine unbemannte Dream Chaser alle Systeme weglassen kann die man für eine Besatzung braucht. Das liegt nahe bei den 18,8 t Maximalnutzlast einer Atlas 551 in den LEO (der schwere Dream Chaser wird die 552 Version einsetzen, doch für die gibt es keine Nutzlastangabe). Die Ariane 5 könnte 20,75 zur ISS entsenden. Das wären 1,6 t mehr wobei etwa 1 t als Nutzlast ankäme. Mit einem etwas größeren Frachtmodul also auf den ersten Blick verführerisch.

Doch es hängt stark vom Startpreis ab. Die Atlas hat einen hohen Grundpreis. Mehr Booster kosten wenig mehr. 2011 zahlte die NASA 190 Millionen Dollar für die Atlas 551 die Juno transportiere, zwei Jahre später 187 Millionen für eine Atlas 401. Nun will ULA den Startpreis dieser kleinsten Version auf 100 Millionen Dollar senken. Da erscheint ein Start mit Ariane 5 (160 bis 170 Millionen Euro) selbst bei mehr Nutzlast unvorteilhaft. Für Sierra Nevada dürfte wichtiger sein, dass man ein Backupvehikel hat.

Die ESA könnte trotzdem profitieren - wenn sie über ihren schatten springt. Als letzte an der ISS beteiligte Raumfahrtbehörde hat die ESA einer Verlängerung ihrer ISS Beteiligung bis 2024 zugestimmt. Das kleine Problem: für die Jahre ab 2021 muss sie Kompensationsleistungen erbringen. Von 2007 bis 2017 waren dies fünf ATV. Für 2018 bis 2020 zwei Orion Servicemodule. Doch glaube ich nicht, dass die NASA die Servicemodule nun dauerhaft in Europa kaufen wird. Wenn man aber den Dream Chaser mit einer Ariane 5 starten kann, warum nicht mit ihm die Fracht als Europas Beteiligung transportieren? Die ESA musste 28 t Fracht für 10 Jahre Betrieb transportieren. Vier Jahre von 2021 bis 2024 wären dann 11,2 t. Das wäre mit zwei Dream Chaser Starts zu schaffen. Man müsste zwar das Gefährt von Sierra Nevada mieten, aber zumindest die Trägerrakete baut man selbst. vor allem ist es sicher billiger als nochmal ein ATV 2.0 zu bauen mit neuen Entwicklungskosten. Die Beteiligung Europas kann in Form von Leistungen (Fracht) erfolgen oder durch Zahlung - dann wären es 150 Millionen Euro pro Jahr. Ich glaube kaum, das zwei ATV die man neu konstruieren müsste, für 600 Millionen Euro zu starten sind. Der letzte kostete 450 Millionen Euro. Wenn ein gemieteter Dream Chaser mit Modul weniger als 140 Millionen Euro kostet, macht man sogar Gewinn. Und natürlich kann man die Lösung auch weiterhin einsetzen. Die USA haben sich ja schon für einen Betrieb bis 2028 entschieden. Wenn die Ariane 6 ab 2021 zur Verfügung steht wird der Start sogar billiger und dann kann man auch mit der Atlas konkurrieren.

Zuletzt könnte, wenn einige Frachtflüge erfolgreich absolviert wurden, man ja erneut über den bemannten Einsatz nachdenken. Sierra Nevada verlangte  bei CCDev 2,55 Milliarden Dollar für die Entwicklung einer bemannten Version. Das wäre ein Preisschild das sich auch die ESA leisten könnte, zumal damit auch die Entwicklung des Dream Chasers mitfinanziert wird, nicht nur eine "Manned" Version. Ich würde schätzen, das eine bemannte Version der Frachtversion weniger als 2 Milliarden kosten könnte, vielleicht auch nur 1 Milliarde. Dann hätte auch Europa die Möglichkeit mehr Astronauten zur ISS zu entsenden.

Das setzt natürlich voraus das man betriebswirtschaftlich denkt und nicht wie bisher nach dem Schema "wir machen alles selbst auch wenn es viel mehr kostet als die Leistung einzukaufen". Das dürfte wohl das größte Hindernis sein. Das ATV wurde aufgegeben, weil man das Nachbauen von Transportern als technologisch nicht herausfordernd genug empfand. Diese Haltung hat übrigens auch Wörner kritisiert. Recht hat er.

27.1.2016: Der Experte

Als es kürzlich mal wieder einen Terroranschlag gab, kam im Radio ein Interview mit dem "SWR-Terrorexperten" des lokalen Senders. Das brachte mich auf das heutige Thema. Heute gibt es viele Experten. Sie vermehren sich inflationär. So frage ich mich, was der "Terrorexperte" denn so über Terror weiß? War er persönlich bei den Orten aller Anschläge? Hat er heimlich den Irak bereist und dort den IS studiert? Oder hat er nur anders als andere Redakteure etwas mehr über Terroranschläge und Organisationen im Internet gelesen? Ich vermute doch mal stark das letztere. Ich persönlich denke es gibt keinen Terrorexperten, nicht mal bei den staatlichen Behörden. Sonst würde man ja viele Anschläge verhindern und die Täter vorher verhaften. Es gab zwar in der Vergangenheit einige abgesagte Ereignisse wegen Terrorgefahr. Aber verhaftet hat man niemand. Daher vermute ich weiß man eigentlich nichts über Anschläge bevor sie passieren. Danach kennt man ja komischerweise alle Täter und ihre Verbindungen sofort.

Ich gehöre ja nun nicht zu den digital natives, obwohl ich damit auch aufgewachsen bin. Aber den Begriff benutzt man wohl nur für Leute, deren Interaktion mit Computern sich auch Fingergesten beschränkt. Wer nur einen Computer programmieren kann oder weiß wie er funktioniert ist da kein "Digital native". Ich denke daher auch etwas anders über Experten. Eine Experte ist für milch jemand der sich in einem Fachgebiet gut auskennt. Er braucht dadurch viel Faktenwissen, aber auch Erfahrung und Grundlagen um das Faktenwissen einordnen zu können. Dazu gehört viel. Wer studiert hat, meistens die nötigen Grundlagen. Doch um Experte zu werden muss er sich noch noch detaillierter mit einem Fachgebiet beschäftigen. Ein Lebensmittelchemiker kennt wohl die Bestandteile von Lebensmitteln und die Analysenmethoden und Grundzüge des Lebensmittelrechts. Aber wenn er nun bei einem Wurstproduzenten landet muss er sich erst mal damit beschäftigen was man nun bei Fleisch und Wurst so besonders untersucht und welche Spezialvorschriften es gibt. Ein Softwareingenieur wird nach dem Abschluss wissen, wie man Software entwirft, Grundlagen über Netzwerke und Betriebssysteme haben und auch ein paar Programmiersprachen in den Grundlagen beherrschen. Bis er Experte in einer Programmiersprache oder einem Betriebssystem ist, dafür ist es noch ein weiter weg. Dies als zwei Beispiele von den zwei Studiengängen die ich absolviert habe.

Nun muss man nicht studiert haben um Experte zu sein. Man kann sich die notwendigen Grundlagen für ein Teilgebiet auch so aneignen und zu einem Gutteil durch Erfahrungen kompensieren. Nichts anderes machen Fachjournalisten. Ich habe einen großen Respekt vor Experten und würde mich nicht als Experte bezeichnen. Dazu fällt mir kein Thema ein, wo ich meine genug zu wissen um experte zu sein. Fachautor, das würde passen aber Experte - zumindest nach meiner Einschätzung nach sicher nicht.

Ich habe allerdings das Gefühl, das die Demokratisierung die durch das Internet erfolgt, die Schwelle zum Expertentum doch deutlich abgesenkt hat. Heute ist jeder der von etwas nur ein bisschen mehr Ahnung hat als die allgemeine Masse ein Experte. Unter "Demokratisierung" verstehe ich das wenn viele ihre Meinung äußern sehr schnell der eine vom anderen abschreibt und sich die Meinungen so nivellieren. Das bedeutet nicht unbedingt, dass sie nicht extrem sind. Im Gegenteil: es finden sich immer mehr Gleichgesinnte zusammen, andere geben es mehr und mehr auf eine andere Meinung zu vertreten, weil es anstrengend ist auch zig Posts zu antworten und die anderen sowieso immer den gleichen Senf vertreten und so gelangt man schnell zu Communities mit einem eigenen Weltbild. Das sieht man an den rechten Gruppen um Pegida und AFD wo man immer die gleichen idiotischen und aus der Luft geholten Parolen hört und auch jeder spontan befragte Demonstrant das gleiche wiederholt.

Das gibt es sogar hier im Blog. Man findet kaum noch unkritische SpaceX Stimmen hier. Da die durch die anderen Blogleser meistens kontra bekommen (ich gehe auf die immer gleichen Argumente schon nicht mehr ein) tauchen sie mehr und mehr nicht mehr auf. Sie tummeln sich dafür woanders wo sie dort die kritischen Stimmen durch Massenposts zum Schweigen gebracht haben. Dort habe ich auch gelesen, man sollte doch alle Links auf meine Webseiten entfernen, schließlich wäre ich SpaceX-Kritiker und es gäbe keine Quellenangaben für meinen Daten. Klar. Die Daten die erfinde ich immer. Dazu habe ich mir extra einen Würfel mit 10 Zahlen angeschafft. Und natürlich kann jemand der kritisch ist nur unrecht haben. Quellenangaben gibt es bei mir kaum welche. Das liegt darin, dass ich die Webseite für mich betreibe, immer noch über das schreibe was mich interessiert und das nicht als einen wissenschaftlichen Artikel mit Quellenverzeichnis sehe oder ein journalistisches Werk (dann müsste ich ja auch noch auf die Rechtschreibung achten). Quellen habe ich, nur meistens auf der Platte. Meistens stütze ich mich nicht auf html Seiten sondern ich suche im Netz gezielt nach pdf oder ppt, das sind meistens Fachpublikationen und die sichere ich lokal. Das ist da viele auch wieder verschwinden besser als ein Link. Aber wie schon gesagt, so geht es nur bei anderen Artikeln. Bei SpaceX nehme ich einen Würfel und ein Programm zum Schreiben des Artikels, dass automatisch bestimmte Buzzwords wie "SpassX" in regelmäßigen Abständen in den Artikel einfügt. Scherz beiseite: Quellenlinks sind schön, aber wenn ich im redaktionellen Teil derselben Seite bei einer journalistisch verfassten Meldung als Quelle "Forum Spaceflightnow" sehe, dann ist da zwar ein Quellelink, aber die Qualität der Quelle eben nicht die beste.

Der Experte würde das nicht als verlässliche Quelle sehen. Da Communitys bald in sich ein abgeschlossenes Weltbild mit abgeschlossen Wissen und Scheuklappenblick entwickeln, wird bald jeder zum Experten, der nur ein bisschen über den Tellerrand hinausguckt. Auch dort: Nächster Vorschlag des Teilnehmers war alle Links auf meine Webseiten zu entfernen. Ich bin ja SpaceX-Kritiker, wie kann denn da was stimmen, was bei mir über anderen Dinge steht. Der redaktionelle Teil vermeidet ja schon seit Jahren Links auf mich und hat das schon verinnerlicht. Vielleicht erklärt das die Inflation der Experten, ich habe aber auch das Gefühl, dass man heute in vielen Dingen gar nicht mehr so weit beim Durchdenken geht. Das Gefühl habe ich auch in der Politik. Es ist in vielem alles oberflächlicher geworden. Vielleicht weil es auch schneller geworden ist. Man antwortet gleich ohne sich zu informieren oder etwas genauer zu durchdenken. Jeder Politiker muss bei jedem Ereignis gleich seinen Senf dazugeben, dazu gibt es gefühlt immer mehr Talkshows obwohl es nicht immer mehr Themen gibt.

Je weniger man sich aber mit etwas beschäftigt, desto weniger hat man eine Ahnung davon. Wert weiß, vielleicht ist jeder in ein paar Jahren ein Experte der seine Antwort überlegt.

28.1.2015: Die Konsequenz der Challenger-Katastrophe

Heute vor genau 30 Jahren explodierte am Himmel über Florida die Challenger. Über die Unglücksursache kann man viel lesen, auch bei mir. Es gibt den offiziellen Untersuchungsbericht und es wurde natürlich auch in einigen Dokumentationen verfilmt. Sie ist heute allgemein bekannt. Sie war es aber auch schon vor dem Start. Das skandalöse an der Explosion war nicht die primäre Unglücksursache, es war die Kultur, die in der NASA eingezogen war.

Das die Dichtungsringe bei tiefen Temperaturen porös sind, wusste die NASA schon vorher. Es gab vorher einige Shuttle Starts bei tiefen Außentemperaturen und bei denen wurden beschädigte Dichtungsringe nach der Inspektion der Booster gefunden. In einem Falle war auch der primäre Ring durchgebrannt, der sekundäre hielt noch. Thiokol hatte die NASA davon unterrichtet und der verantwortliche Ingenieur plädierte für eine Verschiebung des Starts. Dieser war aus verschiedenen Gründen schon mehrmals verschoben worden und so machte die NASA Druck auf den Hersteller Thiokol, der wiederum seine Ingenieure dazu drängte, dem Start zuzustimmen. So nahm die Katastrophe ihren Lauf.

Es war, und das ist weniger bekannt, aber nur die Spitze des Eisbergs. Bei fast keiner Shuttlemission vor dem Unglück gab es Vorkommnisse. Der Bordcomputer fiel aus, Hydrazin entzündete sich bei der Landung. Die Toilette war defekt, Brennstoffzellen fielen aus wodurch eine Mission abgebrochen wurde, Reifen und Bremsen fielen bei der Landung aus, Geräte musste vor dem Wiedereintritt demontiert werden, weil sich der Nutzlastraum nicht schließen lies. Schließlich fiel bei einer Mission ein Triebwerk beim Aufstieg aus, es reichte aber noch um einen Orbit zu erreichen.

Schon diese Liste zeigt: Routine waren die Shuttlestarts nicht. Sie zeigten vielmehr, das an dem System vieles nachgebessert wurde und es war ein Symptom für die mangelnde Qualitätskontrolle. Das war das Grenzproblem der NASA mit dem damaligen Shuttle. Das Shuttle lag einige Jahre hinter dem Zeitplan zurück. Es gab viele gebuchten Nutzlasten, nicht nur von der NASA, sondern sie bot den Start von kommerziellen Satelliten sogar unter ihren eigenen Kosten an um das Shuttle möglichst auszulasten. Vor allem sollte die Flugrate gesteigert werden. 1989 gab es neun Starts und dies obwohl der letzte Orbiter, die Atlantis erst im Herbst den Jungfernflug absolvierte. 13 bis 16 Starts waren für 1986 geplant.

Intern hatte die NASA jedoch schon mit neun Starts Problemen. Die Bodencrews arbeiteten 72 Stunden pro Woche um die Orbiter umzurüsten, da war nicht mehr viel Luft nach oben. Vor allem war der Kannibalismus ein Symptom der Zeitprobleme. Das Phänomen, das wir heute auch von den Bundeswehrtornados kennen, steht für mangelnde Ausstattung an Ersatzteilen oder zu wenig Manpower Dinge rechtzeitig zu reparieren. Gab es ein Problem bei einem Teil einer Fähre vor dem Start, so hatte man nicht die Zeit zur Reparatur oder ein Ersatzteil parat, man baute stattdessen das gleiche Teil aus einer Fähre aus, die gerade in der Wartung war, damit die eine startbereit war.

Die NASA hatte für die Startrate die Qualitätssicherung geopfert. Einer etwas platten Regel braucht man für ein Projekt Zeit, Arbeitskraft und Geld. Hat man von einem zu wenig, z.B. in diesem Falle vom Faktor Zeit, dann muss man mehr Geld oder mehr Arbeitskräfte hineinstecken. Das wollte aber die NASA nicht. Dabei wusste sie das es auch anders ging. Vorgestern sah ich eine Dokumentation über die Mondlandung. Davon gibt es einige, aber die war wegen HD-Aufnahmen der alten Bilder schon sehenswert und da wurde mir erstmals klar, dass die NASA den Schritt vom Erdorbit bis zur erfolgreichen Mondlandung in nur 9 Monaten geschafft hatte - zwischen erster bemannter Apollomission noch im Erdorbit im Oktober 1968 und der Landung im Juli 1969 lagen nur neun Monate! In der Zeit fanden fünf bemannte Missionen statt, jede anspruchsvoller als die vorhergehende. Heute ist dieses Tempo unvorstellbar.

Die NASA hat beim Space Shuttle gelernt. Trotz höherem Budget sollte es niemals wieder neunmal pro Jahr fliegen. Die Probleme verschwanden danach ganz einfach. Trotzdem wiederholte man den Fehler nochmals beim Discovery-Programm. Damals befand Daniel Goldin, NASA-Administrator, das Raumsonden viel billiger gebaut werden könnten, wenn man weniger Papier sprich Protokolle produziert. Die Sonden des Discoveryprogramms waren denn auch billig. Nur explodierte bei Contour der Feststoffmotor beim Verlassen des Erdorbits, der Mars Climate Orbiter verglühte weil man nicht merkte das der US-Hersteller Lockheed nicht im SI-System arbeitete, beim Mars-Polar Lander bemerkte man die Ursache des Verlustes (ein Programmfehler) erst als man eine baugleiche Sonde für den nächsten Start vorbereitete, bei Genesis versagte das Fallschirmsystem und die Proben wurden durch den Aufprall zerstört. Deep Space 1 drehte sich durch einen Computerfehler bei der Beobachtung ihres Ziels weg ... Das ganze Programm war eine Ansammlung von Pannen und die meisten hätte man verhindern können, hätte man die Hardware und software wie vorher intensiv vorher geprüft und getestet.

Das Thema ist bis heute nicht durch. Die Proton hatte zwei Fehlstarts bei dem neuen Block DM-3. In einem Fall hat man zu viel Treibstoff zugeladen (Block DM-3 hat eine eigene Steuerung die nichts davon mitbekam, dass die dritte Stufe ihn bei einer zu geringen Geschwindigkeit entließ) und verglühte vor der Zündung. Im anderen Falle wurden Beschleunigungsmesser falsch eingebaut. Das sind Fehler die man durch Kontrollen vermeiden kann. Doch Kontrollen kosten Geld. Auch SpaceX sparte sich Kontrollen von Streben, dann ist eben eine bei einem Fünftel der Nennbelastung gebrochen. Ein paar Dollar gespart, dafür die Mission verloren. Ist nicht schlimm, die NASA hat den Start schon vor dem Abheben bezahlt.

Ich bin ja mal gespannt wie die angekündigte Kostenreduktion bei ULA (Reduktion der Produktionskosten einer Atlas 301 von 164 auf 100! Millionen Dollar) oder bei der Ariane 6 Auswirkungen auf die Sicherheit haben. Ich empfehle der NASA zumindest eines: Macht zwischen dem 27.1 und 1.2 keine bemannten Raumflüge. Alle Katastrophen bei denen US-Astronauten starben fanden am 27.1. bis 1.2 statt. Die Woche scheint's in sich zu haben.


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