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Web Log Teil 469: 4.8.2016 - 10.8.2016

4.8.2016: I don't like Reggae, no, no

Nachdem SpaceX nun schon einige Stufen gelandet hat, nun letzte Woche auch eine geborgene Stufe über die spätere volle Laufzeit getestet hat, sich also der Wiederverwendung annähern, nachdem es das ganze letzte Jahr nicht geklappt hat. SES würde ja den Jungfernflug der ersten Stufe gerne nutzen, wenn der Start 50% weniger kostet als bisher. Ob SpaceX so weit runtergehen kann oder möchte, ist noch nicht sicher, aber in jedem Falle erhöht das den Druck auf die Konkurrenten. Denn billiger wird es wohl werden, sonst bräuchte man das ganze ja nicht druchexerzieren.

Arianespace hat ja schon die Ariane 6 bei der ESA durchgedrückt. Da werkelt man nun schon seit zwei Jahren am Design herum und ist noch nicht zu einem Schluss gekommen, ein Indiz dass man noch nach Kosteneinsparungen sucht. Immerhin wird Ariane 6 nach den Versprechungen deutlich billiger als die Ariane 5 und mit der Skalierbarkeit und geographisch günstigem Startplatz soll sie auch preislich konkurrieren können (so zumindest das Versprechen).

In einer deutlich schwierigeren Position ist ILS. Die Proton startet von Baikonur aus. Das kostet schon alleine wegen des nördlichen Startortes Nutzlast. Die Proton kann zudem nur eine Nutzlast transportieren und nicht wie Ariane 5/6 mit zwei Nutzlasten wenigstens die Nutzlastkapazität voll ausnutzen. Zudem kann sie nicht wie Ariane 5 mit einer makellosen Bilanz von über 70 Starts ohne Fehlstart punkten. So wundert es nicht dass ILS in den letzten beiden Jahren kaum noch Startauftrage gewonnen hat. Jetzt verzögert sich der nächste Start auch weil es beim letzten Starteine deutliche Bahnabweichung gab.

Nun will man das Ruder herumreisen. ILS hat zusammen mit Roskosmos einen Plan vorgestellt auch die Proton und später die Angara wiederzuverwenden. Von Vorteil ist es hierbei, dass die Rakete in Kasachstan startet, damit geht die gesamte Flugbahn über die ersten 5000 km über Land.

Beginnen wird man mit der Proton. Allerdings ist die Proton nicht wie die Falcon 9 für die Wiederverwendung ausgelegt. So gestaltet sich die Wiederverwendung nicht ganz so einfach. Nach einer Analyse der Belastungen gab es zumindest eine gute Nachricht: Durch den Aufbau der ersten Stufe aus einem Zentral- und sechs Außentanks hat die Proton eine sehr hohe strukturelle Stabilität. Sie wird die Belastungen beim Weidereintritt ohne Probleme überleben, auch weil die Abtrenngeschwindigkeit kleiner ist. Für die zweite Stufe laufen die Untersuchungen noch.

Ein Problem ist aber das weder die Triebwerke wiederzündbar sind, noch im Schub regelbar. Damit kann man die Proton-Erststufe nicht wie die Falcon 9 Erststufe landen. ILS plant derzeit folgendes Vorgehen: die Proton Erststufe erhält wie die Falcon 9 ausfahrbare Beine, um das Umkippen zu verhindern und um auf Nummer Sicher zu gehen, sechs Stück zwischen den Außentanks. Dazu wird unter einem Hitzeschutzschild ein Fallschirmsystem befestigt. Es wird nach der Abtrennung durch Drucksensoren ausgelöst und gleichzeitig die Beine ausgefahren. Dann schwebt die erste Stufe an drei Fallschirmen zur Erde zurück. Es gibt keine aktive Steuerung - man nutzt aus, dass man auch so in der flachen kasachischen Steppe die Stufe leicht wiederfindet. Den Schock bei der Landung sollen einmal verwendbare Stoßdämpfer auffangen. Ein Wabengewebe wird durch die Landung zusammengepresst. Es muss nach jedem Start ausgetauscht werden.

Die Triebwerke müssen dann mit einem neuen Zündsatz ausgestattet werden bevor sie erneut starten können. Eine neue Generation der RD-276 mit einer Laserzündung wird gerade gearbeitet. Sie sollen auch mindestens fünfmal wiederverwendet werden können, zu der ersten Generation die derzeit im Einsatz ist wollte ILS keine Angaben machen.

Der Vorteil des einfacheren Bergungssystems ist das es wenig Nutzlast kostet, es sollen nur 300 kg in den GTO und 1000 kg in einen erdnahen Orbit sein, rund 5% der normalen Nutzlast. bei SpaceX sind es durch den verbliebenen Treibstoff in er ersten Stufe 15%. Dafür dürfte bei vier Stufen der Proton auch das Einsparpotential geringer sein. Doch es könnte ILS den Preisvorteil verschaffen den die Firma braucht, um konkurrieren zu können.

Mehr Hoffnungen setzt man auf die Angara. Ihr Haupttriebwerk ist mehrfach zündbar und es ist im Schub stark regulierbar. Doch auch hier unterscheidet sich das prinzipielle Bahnregime nicht von der Proton. Das URM erhält aber einen Thermalschutz der es vor den Belastungen beim Wiedereintritt schützt. Die Stabilität der Struktur soll ausreichen, trotz höherer Abtrenngeschwindigkeit. Aber auch hier wird die Stufe nur durch die Fallschirme abgebremst. Erst kurz vor der Landung werden diese abgeworfen und das Triebwerk gezündet. Es dient weniger zum Endabbremsen als vielmehr soll es durch seine Schwenkfähigkeit dafür sorgen, dass die Stufe senkrecht landet. Das URM kann durch die schlankere Form erheblich leichter umkippen als die erste Stufe der Proton.

Bei der Angara machen die Kosten des URM einen viel größeren Teil der Gesamtkosten auf. Die für GTO-Transporte vorgesehene Anagra-5 besteht aus 5 URM und nur zwei kleineren Oberstufen. Für sie verspricht ILS einen deutlich günstigeren Startpreis als die Falcon 9 heute, eventuell kann sie auch mit der wiederverwendbaren Falcon 9 konkurrieren.

Die Bergung anderer Stufen und russischer Träger wird nicht geplant. Die Sojus hat durch ihre Außenblocks eine Architektur, die keine Bergung erlaubt. Die kleineren Träger (Rockot, Dnepr) sind als ausgemusterte ICBM noch in genügenden Stückzahlen verfügbar. Es lohnt sich nicht sie wiederzuverwenden. Lediglich bei der Sojus 2-1v wird eine Wiederverwendung geprüft. Das zweite Triebwerk RD-0110 in der ersten Stufe hat den richtigen Schub um eine leere Stufe sanft zu landen, zudem ist es durch vier Brennkammern gut steuerbar und kann so Schieflagen leicht ausgleichen. Offen ist aber ob die Stufe aufgrund ihrer Form nicht am Kopfende zu stark beim Wiedereintritt erhitzt wird. Dies sollen weitere Prüfungen untersuchen.

Nachdem auch ULA den Triebwerksblock der gerade in der Entwicklung befindlichen Vulkan ab 2024 bergen will, könnte es sein dass in einigem Jahren nur noch die Ariane 6 der einzige nicht wiederverwendbare Träger ist.

5.8.2016: Defying the laws of gravity

Die John Hopkins Universität, die schon einige preiswerte NASA-Raumsonden entwickelte (NEAR, Messenger New Horizons) hat nun ein Konzept für preiswertere Raumsonden vorgestellt, die an die Vision der New Millennium Raumsonden anknüpfen, die vor etwa 20 Jahren auf den weg gebracht werden sollten, es aber nie schafften. Dabei will man auf den schon florierenden Markt der Cubesats aufspringen und soweit es geht Synergien nutzen. So hat man schon das Konzept zusammen mit Planet (früher Planet Labs) erarbeitet und  ist zuversichtlich das es umgesetzt werden kann.

Es geht nicht darum alle Raumsonden zu ersetzen, es geht um eine neue Klasse speziell für erdnahe Objekte, die Near Earth Objekts oder NEO. Sie sind in den Fokus der Forschung gerückt seit immer mehr bei Vorbeiflügen an der erde beobachtet werden. Derzeit läuft auch eine suche nach allen NEO um das Kollissionsrisiko besser bestimmen zu können und es wurden schon größere Missionen für die Suche vorgeschlagen, so ein IR-Teleskop zwischen erd- und Venusorbit das NEOs finden kann die von uns aus gesehen meist innerhalb der Erdbahn sind.

Die Idee sehr kleine Raumsonden zu bauen gibt es schon lange, jedoch war bisher das Kosten-/Nutzververhältnis sehr schlecht. Das hat sich in zweierlei Hinsicht geändert. Zum einen steht mit der Electron ein Träger für kleine Nutzlasten zur Verfügung. Sie kann maximal 200 kg in einen Orbit transportieren, zwei weitere, die Firefly und LauncherOne werden folgen. Sie kosten zwischen 4,9 und 10 Millionen Dollar mit Nutzlasten von 150 bis 200 kg in den SSO, entsprechend 175 bis 250 kg in den LEO. Vorher war der günstigste Träger die Pegasus die am Schluss über 24 Millionen Dollar kostete. Aufgrund des Commerical Space Acts darf die NASA keine Raketen mit militärischem Ursprung einsetzen. Das betrifft vor allem die Minotaur I, die deutlich weniger als eine Pegasus kostet. Solange aber schon der Start eines Kleinsatelliten mindestens 24 Millionen Dollar kostet macht es wenig Sinn einen besonders billigen, aber kleinen Satelliten mit beschränkten Fähigkeiten zu konstruieren

Kommerzielle-Private Projekte sind en Vogue. Die NASA hat dies schon bei den ISS-Transporten sowohl unbemannt wie auch bemannt durchexerziert. Nun geht man eine Kooperation mit SpaceX bei der red Dragon ein. Dieses ist aber anders gelagert als bei CCdeV und CRS. Die Red Dragon wird von der NASA Unterstützung bekommen indem man Daten über die Marsatmosphäre sowie genaue Karten der Landezonen zur Verfügung stellt. Zudem wird SpaceX das Deep Space Network nutzen, da die Firma keine eigenen Empfangsstationen hat. Als Gegenwert bekommt man einen Datensatz über die Belastungen des Eintritts mit hoher Geschwindigkeit. Die bisherigen Sonden hatten relativ große Kapseln mit einem großen Kurvenradius. Diese werden langsam abgebremst. Für eine bemannte Landung geht das nicht. Ein 30 t schweres Marsmoduls würde sonst eine Kapsel von über 17 m Durchmesser erfordern. Die Dragon hat einen flacheren Schild und ihr Masse/Eintrittsflächenverhältnis ist um den Faktor 4-5 höher. Dadurch verläuft die Abbremsung anders und diese Daten sind wertvoll für eine spätere Mission der NASA.

Es gibt aber keinerlei Zusammenarbeit bei den Experimenten. In gewisser Weise ähnelt dies den CRS-flügen: Man nutzt ein Transportvehikel, alles was transportiert wird entwickelt man aber selbst. Untersuchungen zeigten, dass mit dieser Vorgehensweise preiswerte Missionen nur möglich sind, wenn man Experimente mehrfach einsetzt.

Das Proposal für die neuen Raumsonden geht neue Wege. Man wird die Raumsonden von Planet (früher Planet Labs) bauen lassen. Sie haben Erfahrung mit Kleinstsatelliten. Die Raumsonden werden aber größer sein als ihre Dove Cubesats. Sie werden etwa 30 kg wiegen und 50 x 50 x 50 cm groß sein. Dazu kommt noch eine Kickstufe. Sie wird mit bis zu 150 kg Treibstoff beladen werden und wiegt trocken 30 kg. Sie soll mit einem 400 N Satellitenantrieb und kleineren 12 N Triebwerken ausgestattet werden und sowohl die Nutzlast auf eine Fluchtbahn bringen wie auch später die Kurskorrekturen und Lageänderungen durchführen. Bei einem Gewicht der Nutzlast von 30 kg bleibt nach erreichen der Fluchtgeschwindigkeit noch ein Antriebsvermögen von 270 m/s übrig. Das reicht aus um viele erdnahe Planetoiden zu besuchen. Mit diesem Treibstoffvorrat werden auch alle Lageänderungen durchgeführt, also Drehungen der Sonde. Da nur ein Vorbeiflug pro Sonde geplant ist und es ansonsten nur wenige Drehungen zum Ausrichten der Antenne auf die Erde gibt reicht dies aus. Dieselbe Strategie setzt schon New Horizons ein. So spart man sich aber empfindliche und mechanisch anfällige Drallräder mit hohem Gewicht ein.

Auf der entgegengesetzten Seite ist die Hauptantenne mit 60 cm Durchmesser. Mit einem 10 Watt Sender soll sie noch 15 kBit/s aus 100 Millionen km Entfernung senden können. Das von den Dove übernommene Sendesystem kann sehr viel höhere Datenraten übertragen. Von den Satelliten wurde auch der Hauptcomputer übernommen, der nach Angaben der Firma auf kommerziell erhältlichen modularen Einplatinencomputern beruht. Für die Raumsonde wurde der Computer mitsamt der SSD als Datenspeicher in eine abgeschirmte Box aus Aluminium eingebettet, da die Dove Satelliten im niedrigen Erdorbit kleineren Strahlenbelastungen ausgesetzt sind und die NASA die typisch 1-2 Reboots pro Tag nicht akzeptieren wollte.

Von Planet Labs stammt auch ein Instrument, es ist das Teleskop der Dove Satelliten, das eine Apparatur von 90 mm und eine Auflösung von 7,6 Mikorrad hat (7,6 m aus 1000 km Entfernung). Das zweite, größere, wird ein Kombiinstrument auf Basis von MICAS der Raumsonde Deep Space 1. Es beinhaltet ein abbildendes Vis/IR-Spektrometern mit zwei Chips, einer empfindlich zwischen 0,4 und 1,5 Mikrometern (vis) und einer zwischen 2 und 5 Mikrometern (NIR). Über einen Strahlteiler kann noch ein normales Spektrometer ein Punktspektrum gewinnen, allerdings in höherer Auflösung mit einer Auflösung von 1/5000 bezogen auf die Wellenlänge.

An den anderen drei Seiten sind Solarzellen fest angebracht. Die Fläche von 0,25 m² reicht aus um rund 75 Watt an Leistung zu generieren. Es gibt keine mechanischen Elemente an Bord, also auch keine Motoren um Solarzellen zu drehen.

Geplant ist mindestens ein Start pro Jahr. Das ergibt auch eine für die Serienbauweise geeignete Frequenz. Es sind zwei Phasen vorgesehen. In Phase I werden die Sonden bekannte NEO passieren. Die Reisezeit beträgt typisch einige Monate, die Distanz zur Erde unter 100 Millionen km. Wie bei New Horizons wird die Annäherung automatisiert verlaufen. ein vorgegebenes Meßprogramm abgespult. Die Daten werden zwischengespeichert und dann später über Monate übertragen.

Mit fortschreitender Erfahrung will man in Phase 2 übergehen. Dabei werden die Raumsonden zuerst nur in einem Erdorbit geparkt. Dazu müssen sie kein Startfenster einhalten und können als Sekundärnutzlast z.B. im Trunk der Dragon zur ISS mitgeführt werden oder als Nutzlast der Außenpalette des HTV. Sie werden wenn ein Erdbahnkreuzer entdeckt wird direkt zu ihm gestartet. Da man dafür meistens nur wenige Tage Zeit hat benötigt man die Missionen von Phase 1 als Vorbereitung für das Team das dann eingespielt sein muss. Ziel ist auch dass man standardisierte Computerprogramme in Phase 1 entwickelt die dann nur noch mit den genauen Begegnungsdaten (Geschwindigkeitsvektor relativ zum Ziel, Phasenwinkel, Abmessungen und Minimaldistanz versehen muss und die Kommandosequenzen für die optimalste Beobachtungsreihenfolge sowie alle nötigen Drehungen und Operationen zur Sonde generieren. Anders wäre eine so schnelle Begegnung nicht möglich. Aufgrund der kleineren Distanz kann man so die Daten schneller übertragen und hat noch Treibstoff übrig um dann ein weiteres Objekt zu passieren. Diese Missionen können noch preiswerter sein, da man bei der erdnahen Passage keine der 26 und 35 m Antennen des DeepSpace Networks benötigt und mit kleineren Antennen die Daten abrufen kann.

Die John Hopkins Universität ist sich sicher das man eine Solche Mission für unter 30 Millionen Dollar durchführen kann. Je 10 Millionen sollen auf Trägerrakete, Satellit und Instrumente entfallen, die Operationskosten sollen bei 7 Millionen Dollar liegen. Mit einer Startrate von 1 Sonde pro Jahr könnten sie langfristig auf 30 Millionen Dollar sinken.

Was ist der Nutzen? Nun man kann so zum einen sehr viel mehr Asteroiden preiswert erkunden. Gerade bei so kleinen Körpern stellt sich ja immer die Kosten(Nutzenfrage. Für dem Schutz vor Einschlägen ist die Erkundung nicht nötig. Dazu benötigt man nur die Masse und die Bahn des Körpers. Zumindest das letztere kann man durch erdgebunden Beobachtungen gewinnen und die Masse ist gut abschätzbar. Die John Hopkins Universität erhofft sich als Nebeneffekt der Erkundung auch eine Beflügelung der irdischen Suchprogramme und Forschung für NEO. Zwar wissen inzwischen alle von dem Risiko eines Einschlags, doch derzeit macht man sich noch nicht die Mühe wirklich intensiv auch nur alle Kandidaten zu finden die auf der Erde einschlagen könnten.

Jenseits der Asteroiden (auch naher Asteroiden) ist zur Zeit noch der Nutzen von kleinen Raumsonden noch beschränkt. Vor allem die beschränkten Kommunikationsfähigkeiten sind ein Hindernis. Denkbar wären auch Missionen zu Deimos und Phobos. Eine zweite Möglichkeit ist dass diese kleinen Sonden als Kommunikationsrelays in stationären Umlaufbahnen fungieren. Das wäre nützlich für Marsmissionen aber auch einen Titanlander. Zwar ist die Fähigkeit Daten zu übertragen begrenzt, aber die Lander haben eine noch kleinere Sendeantenne und sie zur erde auszurichten ist schwierig.

Vor allem aber könnte es der Einstieg darin sein, die Raumfahrt zu verbilligen. Schon lange baut die Industrie Raumsonden. Doch immer handelt es sich um Spezialanfertigungen bei denen selbst wenn kommerzielle Busse zum Einsatz kommen Zig Sonderwünsche umgesetzt werden müssen, was die Sonde verteuert. Stattdessen könnte man die Leistung spezifizieren (welche Nutzlast muss transportiert werden, welche Datenrate, dV-Budget etc.) und wie die Sonde gebaut wird ist die Sache der Industrie. So läuft es ja auch in anderen Branchen: Wenn man einen KW kauft spezifiziert man ja auch Werte wie Frachtkapazität, Benzinverbrauch etc. aber nicht wie der Hersteller den Lastwagen zu bauen hat. Man könnte Geld sparen, denn kommerziell Satelliten sind um einiges billiger als Raumsonden und so mehr Missionen auf den Weg bringen.

7.8.2016: I don't know how you were diverted You were perverted too

Ich hatte eigentlich auf ein paar Kommentare zu meinem vorletzten Beitrag gehofft, doch vielleicht habe ich die Münchhausen-Rubrik in der letzten Zeit zu viel publiziert. Das ist ein Nebeneffekt vom täglichen Schimmern. Beim Sport kommen mir bevorzugt Ideen für die Rubrik, da ich schlecht dort über Blogs nachdenken kann die ich erst recherchieren muss. So ganz spaßig war der Beitrag aber nicht gemeint. Seit Jahren tauchen immer wieder Pläne für russische Großraketen auf. Umgesetzt wurde bisher keiner. Warum also nicht die N-1 wiederbeleben. Boris Tschertok der in seinen Memoiren durchaus kritisch zur N1 ist, meint auch dass man die Rakete zu Ende entwickelt haben müsste. Wenige Jahre später machte man mit Energija einen Neuanfang und der war doppelt so teuer wie die N-1.

Ich will in diesem Blog mal untersuchen was passieren würde, wenn man die N-1 heute nochmals einsetzen würde. Natürlich nicht mit den NK-33/43. Auch wenn noch einige vorrätig sind reichen die doch gerade mal für zwei Starts. Zudem habe ich inzwischen Zweifel an der Zuverlässigkeit nach 40 Jahren Lagerung, das zeigte auch der Fehlstart der fünften Antares. Mein Ansatz ist die N1 zuerst einmal so zu übernehmen wie sie ist und da zu modernisieren wo es nötig und sinnvoll ist.

Das naheliegende ist es die NK-33 durch RD-191 zu ersetzen. Wie zuverlässig die RD-191 sind wird sich erst im Einsatz zeigen, doch ich bin zuversichtlich: Die Reduktion von 4 Brennkammern pro Triebwerk auf zwei führte schon beim RD-180 zu einer viel höheren Zuverlässigkeit als beim RD-170/171 der Zenit. Bei einer Brennkammer dürfte es noch besser sein. der Grund ist dass nicht die Brennkammer Probleme macht, sondern das Treibstoffförderungssystem und das ist nur einmal vorhanden. Wenn etwas explodiert dann sind es die Turbopumpen. So war es bei der N-1 und der Antares und für die Turbopumpe sind die Anforderungen so um den Faktor 4 gesunken.

Die RD-191 sind aber mit 1922 kN Schub am Boden etwa 25% schubstärker als die NK-33. So könnte man die Triebwerkszahl von 30 auf 24 in der ersten und von 8 auf 6 in der zweiten verringern. Wenn man nur mit 1,25 g starten will kann man sogar noch weiter heruntergehen auf 20 bzw. 5 Triebwerke, doch dann hat man ein Symmetrieproblem. In der dritten Stufe gibt es zwei Möglichkeiten. Wenn man die Architektur von vier festen Triwebweken beibehalten will kann man ein NK-9V durch ein RD-110/RD-0124 ersetzen. Das hat einen etwas geringere Schub doch er eicht bei diese Stufe noch aus. Das zweite wäre es die Architektur aufzugeben und ein RD-191 zentral einzubauen. Das müsste dann schwenkbar sein.

Viel hat sich bei der Elektronik getan. Die steckte in den Sechziger Jahren noch in den Kinderschuhen. Man konnte mit dem System KORD nur vier bis fünf Parameter der Triebwerke überwachen und bei Überschreiten von Grenzlinien einfach abschalten. Nicht viel besser war das beim Space Shuttle in den ersten Jahren als es zahlreiche Startabbrüche kurz vor dem Abheben gab weil Sensorwerte von den "roten Linien" abwichen. Immerhin konnte der Triebwerkskontroller damals schon die Abweichung erkennen bevor es einen Triebwerksschaden gab, das konnte KORD noch nicht. Verbesserte Triebwerkskontroller hatten ab 1990 die Fähigkeit Veränderungen zu verfolgen und so falsche Sensorwerte von einem echten Problem zu unterschieden so dass es keine Abschaltungen ohne echte Ptobleme mehr gab. Die letzte Version der SSME-Elektronik, deren Entwicklung dann nach dem Verlust der Columbia abgebrochen wurde hätte diese Verfolgen noch weiter betrieben und wäre fähig gewesen schon Sekunden vor einer gefährlichen Situation ein Triebwerk abzuschalten. Als Nebeneffekt hätten sie auch die Shuttle-Triebwerke die an der Grenze des technisch möglichen arbeiteten mit reduzierter Leistung (bs zum 65% Schublevel) weiter betrieben, anstatt sie gleich ganz abzuschalten. Ich denke mit heutigen Möglichkeiten würden auch 30 Triebwerke möglich sein, weil der Triebwerkskontroller ein Triebwerk zuerst rechtzeitig herunterfahren würde und dann wenn das Problem immer noch vorhanden ist ganz abschalten würde. Eine übergeordnete Distanz wie KORD braucht man nur, um dann die Schubsymmetrie zu erhalten.

In meinem ersten Ansatz habe ich daher die Leistungsdaten der N1 aus dem Worst-Case Szenario (niedrigste spezifische Impulse und höchste Strukturfaktoren genommen) und nur die Trockenmasse von sechs NK-15 in der ersten und zwei in der zweiten Stufe abgezogen und die spezifischen Impulse durch die der RD-191/RD-0124 ausgetauscht. Bei der Nutzlast bin ich von 95 t ausgegangen weil man sonst sehr hohe Gravitationsverluste erhält, die wären aber gerade wegen des hohen Schubs eigentlich sehr klein. Alleine dadurch steigt die Nutzlast auf 115 t also rund 20 t an.

Doch wenn schon die Rakete mit den vielen Triebwerken ausgelegt ist, warum das nicht nutzen? Für die N-1F wollte man die Tanks durch zylindrische Zwischenstücke verlängern. Im einem zweiten Schritt habe ich die N-1 also wieder mit der ursprünglichen Triebwerkszahl genommen und dafür die Masse der Stufen soweit angehoben, dass man wieder auf das gleiche Schub/Gewichtsverhältnis kommt. Für die Tanks habe ich einen Wert Struktur/Startmasse von 1:75 angenommen, eine relativ geringe Schätzung. Die dritte Stufe setzt nun ein RD-191 ein, das einen höheren Schub als die RD-0124 hat aber einen kleineren spezifischen Impuls.

Die Startmasse steigt so von 2722 auf 3463 t (ohne Nutzlast), doch die Nutzlast auch deutlich von 115 auf 148 t. Das ist eine überproportionale Steigerung, weil siech die schlechten Strukturfaktoren nun deutlich bessern. Diese waren sehr schlecht für die Mischung LOX/Kerosin.

Der dritte Schritt befasst sich mit den Oberstufen. Ich sehe hier keinen Sinn diese anzupassen. Zum einen wird es schwierig ein 400 kN Triebwerk für Block W zu finden, zum zweiten zweiten arbeitet Russland ja nun inzwischen auch an der Nutzung der Wasserstofftechnologie. Für die Angara A7 ist eine KTVK-2 mit zwei RD-0146 und 43 t Startmasse vorgesehen. verdoppelt man sowohl triebwerkszahl wie Masse kommt man zu einer KTVK-4 mit 86 t Startmasse. Die habe ich als vierte Stufe auserkoren. Das leitet zur letzten Version über die nun für Mondmissionen ausgelegt ist. Sie könnte rund 63 t zum Mond befördern - das ist einiges mehr als eine Saturn V und ausreichend für ein komfortables Mondprogramm. Würde man z-.B. direkt auf dem Mond landen so würde bei einem dV vvon 2900 m/s und beim Einsatz von gängigen Triebwerken mit einem spezifischen Impuls von 3150 noch 25 t direkt gelandet werden können. Zieht man rund 5 t für die Stufe und Landegestell ab so sind das 20 t Nettomasse, also in etwa das was ein Mir oder ISS-Modul wiegt. Damit könnte man mit zwei Flügen eine Mondstation und eine Besatzung auf den Mond bringen die sich im ersten schritt vielleicht über einen Montag (14 Erdtage) dort aufhält und viel mehr unternehmen kann als bei Apollo, denn auch die bemannte Mission kann mehr Ausrüstung transportieren. Die Stufe ist mit 86 t Masse etwas klein für die Nutzlast ich habe daher noch eine größere mit 50% höhere Startmasse unetrsucht. Sie bringt aber nur 3 t mehr Nutzlast. Allerdings ist die Trockenmasse der KRVK auch sehr hoch. Die S-IVB hatte bei ähnlicher Startmasse nur 2/3 der Trockenmasse. Das würde weitere 5 t Nutzlast bringen.

Die entscheidende Frage zum Schluss, warum sollte man die N-1 nachbauen und nicht die Energija, die letztere ist ja jünger und erfolgreich geflogen. Nun die N-1 scheiterte weil man die erste Stufe nie testen konnte und die Triebwerke unzuverlässig waren. Das letztere ist heute nicht mehr gegeben. Das erstere kann man nachholen. Bei der Energija haben wir dagegen in den Boostern die RD-1870 Triebwerke die in der Zenit einige Male versagten. Die Technologie für die Zentralstufe zu entwickeln war teuer, viel teurer als die N-1, warum also nicht zu der zurückkehren. Wenn man die Triebwerke austauscht hat man eine Trägerrakete von sehr robuster Bauweise und hohen Strukturfaktoren - technisch nicht brillant, doch das war die Saturn V auch nicht. Für wenige Mondmissionen die aber klappen müssen ist dies wichtiger. Zudem hat Russland immer an LOX/Kerosin festgehalten, während man die Wasserstofftechnologie nach Energija wieder aufgab. Ich halte daher die N-1 für die logischere Wahl.

Rakete: N-1

Startmasse
[kg]
Nutzlast
[kg]
Verkleidung
[kg]
Geschwindigkeit
[m/s]
Verluste
[m/s]
Nutzlastanteil
2762920859200780216843,11 %
StufeAnzahlNameVollmasse
[kg]
Leermasse
[kg]
Spez.Impuls (Vakuum)
[m/s]
1119308001808003118
21557500525003188
31188700137003334

Rakete: N-1 mit RD-191/RD-0124

Startmasse
[kg]
Nutzlast
[kg]
Verkleidung
[kg]
Geschwindigkeit
[m/s]
Verluste
[m/s]
Nutzlastanteil
27822451154450780214314,15 %
StufeAnzahlNameVollmasse
[kg]
Leermasse
[kg]
Spez.Impuls (Vakuum)
[m/s]
1119233001731003310
21554800498003310
31188700137003521

Rakete: N-1 mit RD-191/RD-0124 (2)

Startmasse
[kg]
Nutzlast
[kg]
Verkleidung
[kg]
Geschwindigkeit
[m/s]
Verluste
[m/s]
Nutzlastanteil
35395551485550780214314,20 %
StufeAnzahlNameVollmasse
[kg]
Leermasse
[kg]
Spez.Impuls (Vakuum)
[m/s]
1124560001879003310
21685000543003310
31250000146003310

Rakete: N-1 mit RD-191/RD-0124 (3)

Startmasse
[kg]
Nutzlast
[kg]
Verkleidung
[kg]
Geschwindigkeit
[m/s]
Verluste
[m/s]
Nutzlastanteil
35406236300301095014311,78 %
StufeAnzahlNameVollmasse
[kg]
Leermasse
[kg]
Spez.Impuls (Vakuum)
[m/s]
1124560001879003310
21685000543003310
31250000146003310
4186620115004542

Rakete: N-1 mit RD-191/RD-0124 (4)

Startmasse
[kg]
Nutzlast
[kg]
Verkleidung
[kg]
Geschwindigkeit
[m/s]
Verluste
[m/s]
Nutzlastanteil
35869876605701095014311,84 %
StufeAnzahlNameVollmasse
[kg]
Leermasse
[kg]
Spez.Impuls (Vakuum)
[m/s]
1124560001879003310
21685000543003310
31250000146003310
41129930172504542

9.8.2016: People think I'm insane, because I am frowning all the time.

Der heutige Blogeintrag behandelt das ängstlichste Volk der Welt. Nein es sind nicht die Deutschen die sonst ja immer Angst vor der Zukunft, Überfremdung dem Waldsterben oder sonstigem haben. Es geht um die USA. Das mag zuerst widersprüchlich klingen, ist doch dort alles viel größer oder um es amerikanisch zu sagen "großartiger" als bei uns. Das Land hat einen der höchsten Lebensstandards, ist stolz auf seine persönliche Freiheit und Demokratie. Zudem hat das Land die modernste Armee und eine der größten der Welt (ich glaube China hat noch mehr Soldaten). Doch eigentlich ist das nur ein Ausdruck eines Landes dass sehr ängstlich ist.

Fangen wir mit der äußeren Bedrohung an. Man sollte meinen die USA müssten da keine fürchten. Doch dem ist nicht so. Sicher die Armee ist die am besten ausgestattete der Welt, aber das nützt in manchen Konflikten nichts, wenn man Hasenfüße als Soldaten hat. Betrachten wir die letzten Konflikte genauer. Die USA haben den Irakkrieg und auch den Afghanistaneinsatz gewonnen. In beiden Fällen aber vor allem durch den Angriff aus der Luft die alles schwere Gerät der regulären Armee zerstört hat. In beiden Fällen muss sie das Land später verlassen, weil es ihr nicht gelingt eine irreguläre Armee zu besiegen. Im Irak hat sich schon der IS gebildet und in Afghanistan wird auch so was folgen. Das ist nicht der einzige Fall. Auch im Vietnamkrieg konnte man gegen die Vietkong nicht gewinnen. Trotz Luftüberlegenheit. Der springende Punkt in allen Konflikten: Der Krieg wäre nur durch ausreichende Bodenstreitkräfte zu gewinnen gewesen. In Afghanistan und dem Irak wollte man die schon nicht stationieren und in Vietnam kam nach einer Bombadierung eine Infanteriekompanie eingeflogen die ein Stückchen Land gesichert hat und abends wieder ausgeflogen wurde - so gewinnt man keinen Krieg. Dabei waren die Vietkong eigentlich keine gleichwertigen Gegner.

Eigentlich gab es im 20-sten Jahrhundert gar keine gleichwertigen Gegner. 1918 traten sie in den ersten Weltkrieg ein, als Deutschland schon nicht mehr gegen Frankreich und England gewinnen konnte. Im zweiten Weltkrieg war es genauso, wobei man hier schon die Grenzen der US-Armee sah. 1943 landeten sie in Italien, wurden mit den Italienern (die schon 1940 gegen Frankreich und 1941 gegen England scheiterten) naturgemäß schnell fertig und als dann deutsche Verbände nach Italien einmarschierten war es das mit dem weiteren Vormarsch. Die Front stand fast 2 Jahre fest an der Gustavlinie. Also ganz Amerika schafft es nicht mal einen Teilverband der Wehrmacht alleine zu besiegen, dabei waren die meisten Verbände damals im Osten eingesetzt. Das hat sie dann so eingeschüchtert, dass sie mit der Invasion in Frankreich noch ein Jahr gewartet haben bis Deutschland auch im Osten auf dem Rückzug war und offensichtlich war dass es den Krieg verlieren würde. Was sie können, das zeigten sie schon damals: Aus 7 km Höhe Zivilisten bombardieren. Inzwischen sind die Soldaten sogar zu feige selbst ins Flugzeug zu steigen und sie setzen bevorzugt Dronen ein, die man bequem von den USA aus steuern kann.

Ich glaube das ist ein Zivilkriegstrauma. Der kostete so viele Menschenleben im eigenen Land, dass man inzwischen schon vor kleinsten Opfern zurückschreckt. Im Irak haben einige Tausend Tote ausgereicht dass man den Rückzug beschlossen hat. Die wird es aber bei Bodeneinsätzen immer geben.

Im eigenen Land sieht es nicht besser aus. Trotz der Armee glauben die Amis nicht, das ihr Land sicher ist. Es gibt da noch die Nationalgarde als zweite Armee irgendwo zwischen Polizei und echter Armee angesiedelt. Es könnte ja sein, dass die echte Armee versagt. Klar die USA haben auch echt gefährliche Nachbarn. Da ist Canada mit einer enorm langen Grenze. Da könnten unzählige Kanadier doch in die USA einfallen und Mexiko. Mexiko ist viel bevölkerungsreicher und noch viel gefährlicher. Daher hat man auch einen großen Zaun an der Grenze aufgebaut, auch um die heimliche Unterwanderung der US-Gesellschaft durch mexikanische Einwanderer zu verhindern.

Da aber weder Polizei noch Nationalgarde noch Armee genügend Schutz bieten sind auch die Bürger bewaffnet. Waffen sind frei verkäuflich selbst welche die bei uns nur die Armee führen darf wie automatische Sturmgewehre oder MG. In Interviews gibt es einige Verrückte die meinen das sich die Bevölkerung mit Schusswaffen gegen Invasoren wehren sollte. Da frage ich mich schon wo da der Verstand ist. Direkte Nachbarn gibt es nur Mexiko und Canada die militärisch völlig unterlegen sind und alle anderen Mächte müssten einige Tausend Kilometer Pazifik oder Atlantik überqueren ohne behelligt oder entdeckt zu werden - wie wahrscheinlich ist das denn? Aber selbst deutlich intelligentere meinen dass ihr Heim verteidigen müssen. Ich hatte jahrelang Email Kontakt mit einem Softwareingenieur und auch wenn er sonst ganz vernünftig war, war er doch überzeugt dass er eine Waffe zu Hause brauchte. Meiner Ansicht nach erhöhen Waffen nur die Wahrscheinlichkeit das es Verletzte und Tote gibt. Das Argument das dann die Kriminellen bewaffnet wären und die Bürger nicht und das in Mord und Totschlag endet sehe ich nicht. Im Gegenteil: warum sollte jemand der bewaffnet ist auf jemand unbewaffneten schießen, von dem keine Gefahr ausgeht. Eher führt es dazu dass Leute einfach auf Leute schießen die über ihren Rasen laufen. Auf jeden Fall hielt er mich für ziemlich naiv als ich sagte dass man bei uns darauf vertraut das die Bürger von der Polizei beschützt werden und das nicht selbst tun müssen.

Vor allem scheint man die Waffen dort schnell einzusetzen. das Land ist einsamer Spitzenreiter bei den Toten durch Schusswaffen und wie die letzten Wochen zeigen schießt die Polizei ja auch auf Leute nur so auf Verdacht. Wenn jeder eine Waffe tragen könnte fällt der Griff zum Schießeisen leicht. Aber vielleicht fürchten sie sich nur vor Schwarzen? Es ist unbestreitbar das Schwarze häufiger von der Polizei an- und erschossen werden. Sie bilden auch den Großteil der Inhaftierten. Sie werden in der Gesellschaft noch immer benachteiligt, also irgendwie scheinen die Weißen ziemliche angst vor den Schwarzen zu haben.

Vor allem haben sie aber Angst vor dem Staat, dass er sich in das Leben aller einmischen könnte. Also z.B. in dem er ihnen vorschriebt sich gegen Krankheit versichern zu lassen oder gegen Arbeitslosigkeit oder den Besitz von Sturmgewehren verbieten könnte. Oder das er den Reichtum der Reichen einschränkt indem diese mehr Steuern als die Armen zahlen müssen. Oder dass man für eine Tätigkeit (mit wenigen Ausnahmen) auch eine Ausbildung braucht. Handwerker darf sich dort jeder nennen. eine Meisterprüfung oder nur Ausbildung ist nicht erforderlich. Für Pfusch muss man sich auch nicht verantworten, das würde ja die Freiheit einschränken. Ebenso darf man Dinge auf den Markt bringen ohne sie vorher auf Sicherheit oder Unbedenklichkeit zu prüfen. Wenn sie es nicht sind, dann drohen eben Klagen vor Gerichten, wozu braucht man dann noch Gesetze um das im Vorfeld zu verhindern?  Dagegen dürfen Privatpersonen zahlreiche Vorschriften erlassen. Das beginnt bei den Arbeitgebern und endet nicht beim  Haus. Bei meinem Emailkontakt darf in der ganzen Straße niemand Wäsche an der Leine auf dem Grunstück aufhängen. Alles muss im Trockner getrocknet werden. Das pikante: ihm gehört das Haus aber solche Vorschriften kann wohl schon der ursprüngliche Grundstückseigentümer erlassen.

Das mit der persönlichen Freiheit scheint also so etwas zweischneidig zu sein. Auch wenn sie sonst die staatliche Einschränkung der unbegrenzten Freiheit bis aufs Messer bekämpfen geben sie sie bei anderer Gelegenheit diese gerne auf, wie die Gesetze des Homeland Security Act nach dem 11.9. zeigten.

Vor allem scheinen die Amis sehr viel Angst vor ihrer eigenen Regierung zu haben, wie die verschiedenen Verschwörungstheorien um Mondlandung, Area 51, 911 zeigen. Klar alle Regierungen der Welt machen manchmal manche sogar oft auch illegale Dinge und da gab es ja auch einige in der Geschichte der USA. Man muss nur an Iran-Contra oder Watergate denken. Aber das man so weitgehende und zusammengesponnene Dinge annimmt wie in den Verschwörungstheorien zeugt doch von einem tiefen Misstrauen oder eingeschränkter Intelligenz bei vielen Amerikanern.

Sie scheinen aber auch Angst davor zu haben, dass sie Leute regieren, die intelligenter sind als sie. Das bedeutet dass ein Kandidat für das Präsidentschaftsamt der dümmer als der Durchschnittsamerikaner ist gute Chancen hat auch Präsident zu werden. Nach der Logik sind dann solche Präsidenten wohl zu dumm um das Volk zu betrügen. Meiner Meinung nach schützt das nicht wie gerade die Skandale zeigen die ja bei nicht gerade intelligenten Präsidenten vorkamen. So verwundert es nicht dass nun Trump Präsidentschaftskandidat der Republikaner ist. Er ist ja nun selbst vielen Republikanern zu eindimensional und beschränkt. Kürzlich hat er sich bei seinen Beratern erkundigt warum die USA denn so viele Atomwaffen hätten und sie nicht einsetzen. Man wagt nicht sich vorzustellen was passiert wenn er tatsächlich gewählt wird. Hillary Clinton hat schon alleine deswegen schlechte Chancen weil sie vielen als zu intellektuell erscheint. Gut das Phänomen gibt es überall auf der Welt. Bei uns werden die Dumpfbacken von der AFD ja auch gewählt, aber sie hätten eben keine Chance die Mehrheit zu erhalten.

Die letzte Angst die die Amis haben ist wohl, dass ihr Land nicht das ist für das sie es halten. Sei halten es ja für das Paradies auf Erden. Das beste Land der Welt mit den besten Menschen. Oft fällt der Ausdruck "Gods own Country" dabei haben sie eine strikte Trennung von Kirche und Staat, trotzdem muss jeder Politiker dauernd einen Bezug zu Gott abgeben. Noch größer ist aber die angst Amerika könnte gar nicht so toll sein, denn regelmäßig verspricht jeder Präsidentschaftskandidat nämlich Amerika wieder großartig zu machen oder groß zu machen oder dem ihm zustehenden Platz in der Welt wieder einzunehmen. Komisch, ´sonst meinen sie doch immer bei ihnen wäre alles besser als auf der restlichen Welt, jeder würde sie um ihr Land beneiden und alle würden die Amis mögen ....

10.8.2016:Sagt nur: Oh, oh, oh - Nicht mit uns

Das Buch von Reichl hat mich inspiriert wieder mal etwas an der N1 zu recherchieren und meinen Artikel im Buch zu aktualisieren. Der Plan des L3M Programms hat mich auf eine Idee gebracht die ich mal vorstellen will. Nachdem Russland nur noch Zweiter werden konnte hat man sich überlegt, was man nun tun könnte. Wenn man wie vorher geplant nur auf dem Mond gelandet wäre, wäre das nicht nur als Kopie von Apollo erschienen und damit klar das man verloren hatte. Man wäre auch in technischen Aspekten unterlegen gewesen. So wäre nur ein Kosmonaut gelandet. Er wäre nur kurz auf dem Mond gewesen, so wie bei Apollo 11. Für längere Aufenthalte reichten die Ressourcen nicht. Die USA hatten das Apollo Programm abgeschlossen mit mehrtägigen Aufenthalten auf dem Mond, Ausflügen der Mondfahrzeuge und zahlreichen mitgeführten Experimenten. Das alles war mit dem L3 Programm nicht möglich.

So plante man als Steigerung eine Mondbasis. Das L3M; Programm würde als erste Stufe mit einem neu entwickelten Mondlander der auch das Raumschiff ist, landen und zur Erde zurückkehren. wegen des schweren Raumschiffes wären so zwei Starts der N-1F nötig gewesen. Später sollte eine Mondstation foilghen. Was ich mir nun gedacht habe ist: Hätte auch die NASA so etwas wie eine Mondstation durchführen können?

Für das L3M musste man das Mondprogramm praktisch neu erfinden, die eigentliche Station war noch gar nicht beschlossen. Das wäre bei der NASA bestimmt nicht möglich, schließlich strich man schon drei Apollomissionen. So habe ich mir überlegt, was die NASA (wenn es etwas anders gelaufen wäre) mit wenig Geld machen könnte, ohne nun alle Komponenten des Mondprogramms neu zu erfinden.

Nun einen Aufenthalt von bis zu 14 Tagen Dauer halte ich für möglich. 14 Tage lang ist auf dem Mond Tag und dann folgt eine 14-tägige Mondnacht, weil der Mond gebunden rotiert, also in den 28 Tagen die er für eine Erdumrundung braucht, auch sich einmal um die eigene Achse dreht. Danach wäre 14 Tage lang Nacht. Ein Aufenthalt dann macht wenig Sinn. Die Besatzung bräuchte Scheinwerfer um etwas außerhalb des Landers zu machen und wäre trotzdem schon aus Sicherheitsgründen auf die unmittelbare Umgebung eingeschränkt. Man braucht dann eine nukleare Stromversorgung die bei dem benötigten Strom doch sehr aufwendig und teuer geworden wäre. Zudem wäre bei meinem Szenario der Raum beschränkt und viel länger als 14 Tage würde man es dann auch sicher nicht aushalten.

Die naheliegende Lösung ist es einen Mondlander so umzubauen, dass er keine Aufstiegsstufe, sondern eine Behausung trägt. Beschäftigt man sich mit dem LM, so stellt man fest, dass die Aufstiegsstufe nicht viel wiegt: 4.700 kg beim Start und 2.150 kg leer. Das bedeutet, selbst wenn man nun die ganze Masse als Behausung ansieht ist das nicht viel: Das ursprüngliche LM hat ein Volumen von 6,9 m³ und ein bewohnbares Volumen von 4,5 m³. Für die Besatzung stand gerade mal ein Raum von 1,07 x 2,37 x 2,35 m zur Verfügung.

Es wird aber etwas besser. Zum einen gehen von den 2150 kg Trockenmasse noch das Antriebssystem ab. Das wiegt mit Triebwerken und Tanks bei dieser Größe typisch ein Sechstel der Startmasse und das Triebwerk nahm auch viel Platz weg.. Das bedeutet, die Trockenmasse der Behausung beträgt eigentlich nicht 2150 kg sondern nur 1786 kg und es stände etwa ein halber Quadratmeter mehr Fläche oder 1 m³ mehr Raum zur Verfügung. .4700 kg sind dann dreimal so viel Masse wie er Mondlander ohne Antriebssystem hat. Das zweite ist dass sehr viel von dem Gewicht konstant ist: Bordcomputer, Vorräte, Flüssigkeiten, steigen nicht im Gewicht, wenn wir mehr Platz haben wollen. Nehmen wir die ausgerüsteten ISS Module als Basis so sollte man in 2,9 t mehr Gewicht  etwa 11 m³ mehr Platz geben. Das wäre bei der Höhe von 2,35 m eine Gesamtfläche von etwa 6 m². Nimmt man nicht ausgebaute ISS-Module als Basis, weil man nur ein paar Betten und keine Experimente und sonstigen Subsysteme integrieren muss, dann sind es sogar 62 m³ und eine Fläche von 27 m². Also irgendwo dazwischen wird die Lösung liegen. Nimmt man das geometrische Mittel so kommt man auf 15-16 m² Fläche in etwa der Größe die ein kleines Zimmer hat. Das sollte für 14 Tage ertragbar sein. normalerweise würde der Lander noch mindestens das 210 kg schwere Mondauto und zwei Astronauten mit Raumanzügen transportieren. Dazu kämen noch Experimente. Das sind sicher 500 kg Masse. Die Apolloastronauten brauchten etwa 10 kg an Verbrauchsgütern wie Wasser, Essen, Sauerstoff und LiOH Kanister  pro Tag. Die würde man nun als Vorräte mitführen. 500 kg würden so für 50 Manntage oder bei zwei Astronauten für 25 Tage reichen. Das wäre also mehr als ausreichend.

Etwas kritischer ist die Stromversorgung. Die betrug bei dem Mondlandern 60 KWh in Form von Silber-Zinkbatterien. Die reichten bei Apollo 17 für 3 Tage. Das sind rund 0,9 KWh pro Stunde im Mittel. Nimmt man 100 Wh/kg an so bräuchte man für 14 Tage Batterien die 2800 kg wiegen. Daher würde man den Mondlander nun primär mit Solarzellen versorgen z.B. welchen die man am Dach befestigt. Dieser Mondlander bleibt als Basis auf dem Mond, da hat man den Platz dort zur Verfügung wo sonst der Kopplungsadapter sitzt. Damals hatten die besten Solararrays Leistungsdaten von 6,9 kg/m² und 13,3 W/kg. Man braucht für 1 KWh Leistung dann eine Fläche von 11 m² die 76 kg wiegen würde. Das wäre viel günstiger als Batterien, sogar günstiger als die schon vorhandenen Batterien. Man würde die Batterien der Abstiegsstufe neuaufladen, die haben 17 KWH Kapazität was für Spitzen ausreicht und die Batterien in der aufstiegsstufe weglassen. Geht man von einer Fläche von 15 m² als Wohnfläche aus, so hätte man auch die Fläche zur Verfügung. Der Lander hätte wenn er als Quader konzipiert würde etwa die Abmessungen von 4 x 4,5 - 5 m. (etwa 2,5 m³ muss man ja vom alten Mondlander für die Lebenserhaltungsysteme und sonstigen Subsysteme mitrechnen)

Eine zweite normale Apollomission landet dann nachdem der umgebaut LM gelandet wurde, in dessen Nähe. Sie führt die Experimente mit und Minimalvorräte für Landung und Start. Diese könnte, weil man so die Ressourcen beschränkt, sogar mehr Experimente mitführen. Glückt die Landung nicht oder erweist sich die Station als beschädigt startet man sofort zurück. Alternativ kann man auch eine normale Apollomission mit 3 Tagen Aufenthalt planen, dann eben mit geringerer Instrumentierung.

Das CSM bleibt wie bisher im Orbit. Doch auch hier sind Änderungen nötig. Eine Mond Mission kann nun mit Hin- und Rückflug 23 Tage dauern, etwa 11 Tage länger als die normalen Missionen. Es bietet sich an auch hier die Brennstoffzellen durch eine solare Stromversorgung zu ersetzen. Da das Servicemodul beim Aufstieg nicht verkleidet ist würde man Solarzellen unten wo die Düse ist befestigen. Es wären dann vier Zylinderschnitte die nach Ablösen des Adapters zur Saturn V aufgeklappt werden. Das Servicemodul hatte eine Gesamtkapazität an Strom von 900 KWh, bei 12 Tagen maximaler Missionsdauer sind dies durchschnittlich 3,2 KWh. Solarzellen mit den obigen Leistungsdaten würden 35 m² Fläche belegen, da man wegen der Rotation des Servicemoduls in Teilen der Mission nur die Hälfte zur Sonne drehen kann bräuchte man sogar 70 m². Als Zylinderschnitte wären das 4 x 0,98 x 4,5 m. Das passt noch in den Adapter hinein. Zudem startete die NASA schon 1971 die ST-2 Mission mit dem ersten ausrollbaren Solararray. Auch hier würde man die Brennstoffzellen reduzieren. Sie müssten nur noch Spitzenleistungen abdecken. dafür bräuchte man etwas mehr Vorräte, mehr Sauerstoff und Wasser für das Crewmitglied das im Orbit bleibt. Bei 1.200 kg nur für das elektrische System bleibt da aber noch etwas Gewicht übrig für mehr Nutzlast. Die NASA plante einmal die Apollo I-Missionen. Das waren Missionen ohne Landung, dafür aber einem Servciemodul in dem Instrumente angebracht waren. Während 14 Tagen könnte man die gesamte Mondoberfläche erfassen, nicht optimal, da es einige Gebiete geben würde die man nur bei niedrigem oder sehr steilen Sonnenstand sieht (beides ist wegen der Schattenwürfe die man für Profilanalysen und Höhenmessungen nutzt nicht ideal), aber bei zwei Missionen würde man so den ganzen Mond erfassen können. Kameras die das konnte gab es schon. Geplant war die Übernahme der militärischen Kameras des Gambit Systems, die Aufnahmen mit unter 1 m Auflösung anfertigen konnten.

Was technisch damals auch schon möglich war, war die Bestimmung der Verteilung der radioaktiven Elemente Kalium, Uran und Thorium mit einem Gammastrahlenspektrometer, Infrarotmessungen von Temperatur und einzelnen Punktspektren und es gab schon IR-Falschfarbenfilme die ein bisschen Aufschluss über die geochemische Zusammensetzung der Oberfläche liefern. Die Instrumente hätte man in einer bucht des CSM angebracht. Die meisten Messungen erfolgten damals mit Film, Radarhöhenmessungen auch auf Magnetband. Bei der Rückkehr zur Erde hätte man wie bei einigen Apollomissionen auch geschehen dann Filme und Bänder geborgen und in der Kapsel verstaut.

Auf zwei Missionen kommt man ohne größere Probleme, denn neben der Landemission muss es ja eine Mission geben, die das umegabute LM (Station) zum Mond bringt. Im Mondorbit angekommen kann man dann auch noch dort 14 Tage bleiben und die eine Hälfte der Kartierung durchführen, die zweite folgt dann mit der zweiten Mission bei der die Mannschaft bei der Station landet und dort bis zu 14 Tage bleibt (realistisch 12-13 Tage, da man bei Sonnenschein landen und starten will). Die Landung selbst wäre kein Problem. Die AGC Bordcomputer der Apollo hatten einen automatischen Landemodus. Sie hätten auch ohne Steuerung der Astronauten landen können und über das Radar ein grobes Profil der Mondoberfläche bekommen (im wesentlichen ein Kurvenzug der Höhe in Flugrichtung, aber keine 3D Auswertung). Man ging davon aus, das der Bordcomputer das Gefährt sicher auf einem Grund ohne größere Hindernisse landen kann. Ausprobieren wollte das Lowell bei der Apollo 13 Mission, dazu kam es aber nicht. Alle anderen Kommandanten wollten selbst lenken und taten dies im halbautomatischen Modus (bei dem sorgt der Computer für die Ausrichtung der Fähre, der Astronaut ist nur für Höhe und Bewegung zur Seite zuständig).

Also der Aufwand hält sich in Grenzen: man hätte zwei Apollofahrzeuge mit Solarzellen ausrüsten müssen und einige Brennstoffzellen entfernen müssen bzw. Experimente und Vorräte unterbringen. Ein Lander hätte zu einem Labor umgebaut werden, besser wäre vielleicht die Bezeichnung Behausung. Er könnte weitestgehend ausgeweidet werden, da er ja nicht zur Erde zurückkehrt. Alle Steuersysteme z.B. der RCS-Treibstoff und Bord Computer könnte man in die Abstiegsstufe transferieren, so hat man oben mehr Platz. Die Konstruktion einer kleinen Behausung mit Kojen, Tisch, Stühlen und einer Toilette und Vorratsschränken wäre sicher aufwendig, aber vergleichen mit einer Raunstation wie Skylab doch eher eine kleinere Aufgabe und die ging ja auch als Abfallprodukt von Apollo hervor.

Bei drei gestrichenen Missionen hätte man auch die Fahrzeuge dafür gehabt. Der Lohn wäre eine 12 Tagemission auf dem Mond gewesen, das ist länger als alle anderen Missionen vorher zusammen und als Nebeneffekt eine gründliche Erkundung aus dem Orbit. Mehr noch: Nutz man die Station weiter (indem man nochmals landet) so kann man sukzessive immer mehr Experimente installieren und die wissenschaftliche ausbeute erhöhen. Das einzige Manko ist das man beschränkt auf einen Landeort ist und natürlich die gleichen Sicherheitsaspekte wie Apollo gelten. Fahren mit dem Lunar Rover also nur einige Kilometer von der Station entfernt enden, damit die Besatzung selbst bei Versagen des Rovers zurückkehren kann.

Dabei habe ich bewusst das Programm so belassen wie es ist. Würde man mehr umbauten akzeptieren, so könnte man sich das CSM sparen, das den Großteil der Masse ausmacht und das Labor mit einer deutlich vergrößerten Abstiegsstufe (z.B. drei Triebwerken und dreifacher Treibstoffzuladung) direkt landen. Bei 48 t Startmasse betrüge so die Landemasse minimal 17 t (wenn man von dem komfortablen dV Budget der Abstiegsstufe übernimmt und um die 700 m/s ergänzt die man vorher verbraucht hatte um in den Orbit zu gelangen). Das wäre beim Strukturkoeffizienten der Abstiegsstufe dann eine Stationsmasse von 9,2 t oder fast doppelt so viel wie wenn man das CSM mitführt und dann würde es mit Sicherheit für ein komfortables Quartier reichen: Das ist die Masse des Columbuslabors ohne Innenausrüstung und das hat rund 100 m³ Volumen, was dem Volumen eines Zimmers mit 40 m² Fläche und 2,5 m Höhe entspricht. Das würde dann aber nicht mehr in die Saturn passen. So kommt man leicht auf weitere Kosten. Aber für ein paar Tage kann man sicher auch im kleineren Volumen unterkommen. Man hat ja viel Platz um draußen spazieren zu gehen....

Ein bisschen größer, aber nicht viel würde es bringen wäre, wenn man die Saturn in der Nutzlast steigert. Siehe dazu meinen Aufsatz. Mit vier Boostern der Titan §C hätte man z.B. 8 t mehr zum Mond befördert. Leider kommt durch den Treibstoffverbrauch dort wenig an. Rechnet man Verbrauch von CSM und Abstiegsstufe zusammen so kommen netto noch 21% der Startmasse auf dem Mond an (reine Nutzlast, Trockenmasse der Abstiegsstufe schon abgezogen). Die 8 t mehr Nutzlast durch die Booster hätten also die Mondlandemasse gerade mal um 1,6 t erhöht.

So gesehen hat die NASA relativ viel aus den J-Missionen herausgeholt die nur rund 2 t schwerer als die H-Missionen waren, was sich in einer rund 500 kg schwereren Landemasse niederschlug.


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