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Web Log Teil 499 : 21.4.2017 - 7.5.2017

21.4.2017: Was bleibt an Revolution übrig?

So hier in Nesselwang liegen 10 cm Schnee, mehr als ich im ganzen Winter in Ruit gesehen habe, und so fallen alle Außenarbeiten weg. Zeit die ich für einen Blog nutzen kann.

HansSpace hat etwas angesprochen, was ich immer wieder von SpaceX höre. Sie würden die Raumfahrt revolutionieren, Bewegung bringen. Ich zitiere ihn mal wörtlich:

Ich bin fasziniert von der Entwicklung bei SpaceX, die das Produkt „Trägerrakete“ mit fast jedem Start weiterentwickeln und Dinge ausprobieren, die man zuvor für „irrelevanten Quatsch“ oder „Idee für Science Fiction Roman“ gehalten hat.
Die heutige Technik bei Computern, Simulationen, Leichtbaumaterial, Hitzeschilden, etc. macht Dinge möglich, die vor 30 Jahren völlig unrealistisch waren.
Andererseits haben es sich die bisherigen etablierten Raketenhersteller in ihrer jeweiligen Nische bequem gemacht und über viele Jahre den technischen Fortschritt nur sehr zögerlich berücksichtigt. Die politischen Zwänge und das Oligopol machten es möglich.
Nach der Entwicklung der SpaceShuttles gab es doch kaum nennenswertes Neues.

So was höre ich immer wieder und selbst wenn die Leute dann nicht an die Marspläne glauben, sind sie von dem Fortschritt fasziniert. Zeit sich dem Thema zu widmen.

Fangen wir mal mit dem „ausprobieren“ und „weiterentwickeln“ an. Ich halte das nun weniger eine Frage ob dies irrelevanter Quatsch ist, sondern grundsätzliche Einstellungen einer Industrie. SpaceX entwickelt die Falcon 9 dauernd weiter. Mangels technischer Details kann man dies nur am Schub oder Startmasse erkennen da gab es schon, um mal die Startmasse zu nehmen 334 t, 482 t, 505 t und derzeit 549 t. Dieses Jahr soll dann eine neue fünfte Version kommen. Bis dahin hat die Firma noch keine 50 Starts insgesamt durchgeführt, eher 40, das sind dann 8 bis 10 Starts pro Version.

Im Fachjargon nennt man das inkrementelle Entwicklung. Die ist in anderen Branchen durchaus üblich, vor allem im Informatikbereich. Windows 10 kommt als Service, derzeit läuft der Rollout des Creators update, der vierten Version seit das Betriebssystem 2015 erschien, also eines etwa alle 6 bis 9 Monate. Doch nicht nur bei der Software ist das üblich, auch bei der Hardware. Versuchen sie mal einen Rechner in der gleichen Ausrüstung wie vor 4 Jahren zu bekommen. Das ist fast unmöglich. Zumindest für Endverbraucher. Es ist sicher möglich einen Rechner mit denselben Schnittstellen und derselben Leistung zu bekommen, aber mit genau dem Prozessor und genau dem Mainboard, diesen Service gibt es normalerweise nur für Firmenkunden, die spezielle Modelle kaufen, die deutlich teurer sind, aber für die der Hersteller über Jahre die Ersatzteile garantiert. Klar, wer Tausende von PCs hat, von denen statistisch immer einige ausfallen, will eine verlässliche Situation haben, bei der man nicht Tausende von verschiedenen Ersatzteilen vorrätig halten will. Auch viele Windows Anwender wollen nicht eine Version haben, die sich laufend automatisch aktualisiert.

Die Inkrementelle Entwicklung ist in vielen Branchen die Ausnahme. Bei fast allen Branchen, die ich kenne herrscht ein anderer Zyklus vor: Man entwickelt ein Produkt, produziert es bis die Nachfrage sinkt oder es veraltet ist und ersetzt es durch ein neues. So verfuhr man bisher auch bei Raketen. Nehmen wir die Automobilindustrie. Es gibt ja immer noch den Golf. Die erste Generation kam in den 70-ern heraus. Der heutige Golf VII ist die siebte Generation in 23 Jahren. Mit der ersten Generation hat er nichts gemein. Er sieht anders aus, ist schwerer, hat einen stärkeren Motor und Elektronikfeatures die es damals noch nicht gab. Der Golf I wird eben einfach nicht mehr produziert.

In der Raumfahrt gibt es gute Gründe für die Zurückhaltung. Das grundsätzliche Problem ist das man vieles simulieren kann, aber nicht alles und in der Praxis erproben geht nicht. Wird ein Flugzeug oder Auto neu entwickelt, so durchläuft es zuerst viele Teststände. Das ist auch in der Raumfahrt so. Doch dann schließen sich Erprobungen in der Praxis an, Testfahrten und Testflüge. Zuerst ganz vorsichtig, später endend mit Extremsituationen. Bei Autos Fahrt durch Wüsten oder die Arktis, bei Flugzeugen simulierte Abstürze mit Abfangmanövern, Ausschalten von Triebwerken oder ähnlichem. Das kann man nicht mit Raketen machen, weil man jede nur einmal verwenden kann. Immerhin das wäre ein Vorteil der Wiederverwendung – wenn sie klappen würde, dann könnte SpaceX die zuverlässigsten Raketen entwickeln, weil sie diese vorher ausgiebig testen können. Nur glaube ich daran nicht. (Das sie dann in Tests investieren, das haben sie ja bisher auch nicht getan) Derzeit sieht es eher so aus, als würden sie eher weniger als andere testen. Seit es Trägerraketen gibt, rechnet man mit mehr Fehlstarts in der frühen Phase. Selbst heute noch beginnen die meisten Träger mit Teststarts. SpaceX macht da keine Ausnahme. Die ersten beiden Falcon 9 Starts waren Testflüge und bei der Falcon Heavy wird es auch so sein. Schaut man auf die ersten Jahre der Raumfahrt als man erst Erfahrungen mit Trägerraketen sammelte so ist die Bilanz noch vernichtender. Dabei basierten die meisten Träger ja auf schon existierenden Interkontintalraketen, waren also keine völligen Neuentwicklungen. Bis heute ist es so, das sich selbst trotz modernster Technologie die Fehlstarts bei den ersten Starts häufen. Die Falcon 9 macht hier keine Ausnahme. Trotz den angesprochenen Fortschritten hat sie die zweitschlechteste Zuverlässigkeit nach der Proton. Dabei nehme ich nur die beiden von SpaceX zugegebenen Fehlschläge. Legt man ein Kriterium an, das für alle Starts auch von anderen Trägern gilt und nicht ob eine Firma einen Start selbstherrlich zu 100% erfolgreich deklariert, so sind es sogar noch drei Fehlstarts mehr und wenn man die Abweichungen der Orbits von den vorher publizierten Zahlen und Vergleich mit dem Users Manual nimmt, dann nochmals etliche mehr.

Interessanterweise ist der Teil der Industrie, der den Hauptkundenkreis von SpaceX stellt der konservativste Teil in der Raumfahrtindustrie überhaupt. Hersteller und Betreiber von Kommunikationssatelliten sind extrem vorsichtig bei der Umsetzung von technischen Neuerungen. Noch immer werden die meisten Kommunikationssatelliten mit chemischen Treibstoff angetrieben, und auch später im Orbit an der Position gehalten, obwohl man dafür eine Menge Treibstoff braucht. Mancher Kommunikationssatellit besteht beim Start zu zwei Dritteln aus Treibstoff. Die „All Electric Satelliten“ werden zögerlich gestartet und auch sie gelangen in einen GTO, anstatt sich vom Leo hochzuspiralen, was ihre Startmasse nochmals halbieren könnte.

Dagegen ist die Forschung weiter. Smart-1 gelangte schon 2003 vom Leo zum Mond, Dawn hat seit 2007 alleine mit Ionenantrieb zwei Asteroiden besucht.

Woanders entwickelt man auch inkrementell Raketen weiter, aber eben vorsichtig. Die erste Version der Ariane 5 ECA die 2002 startete hatte eine GTO Nutzlast von 9,2 t. Die derzeitige Version hat bisher maximal 10,73 t in den GTO gebracht. Das ist der Erfolg von inkrementellen Entwicklungen wie verbesserten Verbindungen der Booster, einer neuen Düse in der Zentralstufe und optimierten Bahnen. Das ist auch die Folge der Erfahrungen mit Fehlstarts. Wenn man wenig ändert, ist auch das Risiko kleiner. Wenn man dauernd was ändert, steigert man das Risiko wie man bei der Explosion der Falcon mit Amos 6 sieht. Neues Befüllungsverfahren – neues Risiko.

Es ist eine Entscheidung der Kunden, ob sie das Risiko für günstigere Preise eingehen wollen oder nicht. Mancher Kunde tut das, andere eher nicht. SES gehört zur ersten Kategorie, Eutelsat eher zur anderen. Dabei nimmt gerade eutelsat sonst günstige Startgelegenheiten wahr und bucht gerne Jungfernflüge so gerade bei der New Glenn.

Die ganze Diskussion ist ja nicht neu. Wer sich zurückerinnert: genau das hat man von dem Space Shuttle versprochen. Es sollte die Startpreise halbieren, es sollte bis zu 48-mal starten – einmal pro Woche, jeder Orbiter 12-mal pro Jahr. Ich will gar nicht darauf eingehen, das es deutlich teurer wurde. Doch selbst, als man vor dem Verlust der Challenger konkurrenzfähige Preise hatte, konnte man die Startrate nicht erreichen. Schon vor dem Jungfernflug war klar das es die Nutzlasten für diese Zahl an Starts gar nicht gab. So gab es Flüge zum Aufbau einer Raumstation (keine in Planung) wie auch Starts des Spacelabs (überflüssig wenn es eine Raumstation gäbe) nur um rein rechnerisch auf diese enorme Startzahl zu kommen.

SpaceX kündigt nun schon seit 2011 auch die Produktion von 40 Cores pro Jahr an. Das wären 40 Falcon 9 Starts oder 10 Falcon heavy und 10 Falcon 9 pro Jahr. Ich habe das schon mal durchgerechnet, so viele Nutzlasten gibt es nicht. Dafür muss man nicht Experte sein, man muss nur mal alle US-Starts nehmen und dann noch alle kommerziellen Starts von Proton und Ariane 5 hinzuzählen, dann sieht man das man damit nie auf 40 x 22 t Nutzlast kommt, also dem Äquivalent von 40 Ariane 5 oder Proton Starts pro Jahr. Jetzt ist es mit der Wiederverwendung eher noch schwieriger. Denn man kann annehmen das wenn SpaceX dieses Jahr 20 Starts abwickeln will, das sie auch 12 Raketen fertigen können (+ plus den wiederverendeten Stufen). Wenn nun noch die Wiederverwendung ausgedehnt wird und angeblich soll mal eine Erststufe 10 Mal wiederverwendet werden, dann bräuchte man Nutzlasten für 120 Starts pro Jahr – nicht mal in den Sechzigern als es mehr Raketenstarts gab, hat man weltweit so viel gestartet und damals waren die Raketen kleiner, weshalb es auch mehr Starts gab.

Kurzum: ich sehe diese Zahl an Nutzlasten nicht. Was macht man da? Man prognostiziert neue Geschäftsfelder. Das hat man auch beim Space Shuttle so gemacht. Man könnte mit den billigen Starts dann Energiefarmen im Orbit bauen, Kommunikationssatelliten mit riesigen entfaltbaren Antennen die Telefongespräche mit einem Mobiltelefon überall in den USA ermöglichen würden, und natürlich die Entsorgung von Atommüll per Shuttle. Wo bitte ist das heute?

Kommt mir nicht mit zu hohen Preisen. Die Startpreise von Trägern sind real gesunken. Ein Ariane 5 Start kostet heute etwa 190 Millionen Dollar. Eine Ariane 1 kostete 1983 rund 50 Millionen Dollar. Die Ariane 5 ist zwar viermal teurer, doch ihre Nutzlast ist sechsmal höher und 3 % Inflation über 35 Jahre würden den Kaufwert von Damals auf auf 140 Millionen Dollar treiben. Kurzum: Eine Ariane 5 ist pro Kilogramm über viermal billiger als damals. Mehr als das Space Shuttle an Kostenreduktion versprach. Klar SpaceX kündigt ihr eigenes Programm für eine Satellitenkonstellation an, doch die SpaceX Ankündigungen sind in etwa so zuverlässig wie die Aussagen von Donald Trump oder die Ankündigungen von Nordkorea. 2 Jahre nach Ankündigung hat sich nach Aussagen von Shotwell nichts getan. Das ist auch kein Wunder, den es kommt von Elon Musk, nicht SpaceX und Elon Musk ist ein Märchenonkel. Der hat dauernd Ideen. Ein neues Transportsystem, dauernd Änderungen seiner Marspläne. Man muss nur sehen, was umgesetzt wird. Das einzige, was SpaceX von sich aus seit Jahren entwickelt hat, also nicht im Auftrag wie die Dragon 2 ist die Falcon Heavy und die wurde 2011 für 2013 angekündigt und könnte vielleicht 2017 starten, vielleicht den seit 3 Jahren wurde sie zu Jahresanfang immer zur Jahresmitte angekündigt.

Was mich interessiert ist aber: wie bringt das die Raumfahrt voran, wobei ich Raumfahrt als Forschung sehe. Das ist ihr Ursprung und aus dem Forschungetat wird sie finanziert. Und da sehe ich nur minimale Einflüsse. Die NASA ist vorsichtig mit dem Einsatz. Sie hat nur wenige und dann nur billige Forschungssatelliten geordert. Meist waren es internationale Projekte wie Jason-3 bei denen man nur zum Teil beteiligt ist. Selbst das US-Militär hält sich noch deutlich zurück, obwohl die Falcon 9 inzwischen zertifiziert ist. Das ist logisch. Ihre Starts sind deutlich teurer als Kommunikationssatelliten und sie sind nicht versichert. Geht eine Nutzlast verloren so ist das ein großer Verlust. Es gibt keine Backupkapazität wie bei Kommunikationssatelliten oder ISS-Versorgern und hier ist eben die Falcon 9 der mit Abstand unzuverlässigste US-Träger. Im Manifest dominieren Versorgungsmissionen zur ISS. Das ist schlicht und einfach ein Frachtservice. Hauptprofiteur sind die Hersteller von Kommunikationssatelliten. Doch was bringt dies der Raumfahrt? Große Konzerne verdienen noch mehr. Das ist der Erfolg. Wenn man man also deswegen SpaceX lobt, dann sollte man auch Addidas loben, das ihre um ein mehrfaches teurere Produkte (vergleichen mit gleichwertiger NoName Konkurrenz) trotzdem zur Profitmaximierung in Billiglohnländern in der dritten Welt produzieren lässt.

Die Raumfahrt wird kaum davon profitieren. Das zeigt schon die Bilanz. Bei einem normalen Kommunikationssatelliten machen die Startkosten etwa ein Viertel bis ein Drittel der Gesamtaufwendungen bis zur Inbetriebnahme aus. Die sinken durch SpaceX etwas ab und damit machen die Firmen etwas mehr Gewinn, aber wenn man von einem Drittel etwa ein Drittel einspart sind es eben insgesamt dann 10% der Gesamtsumme.

Bei wissenschaftlichen Satelliten die teurer sind, ist der Spielraum eher noch geringer. Deswegen wird es nicht mehr NASA Missionen geben. ESA, JAXA und andere Raumfahrtagenturen werden ja sowieso ihre eigenen Träger nutzen. Kurzum: ich kann nicht verstehen wie man sich begeistern kann das einige multinationale Konzerne die ihren Firmensitz in Steuerparadiese legen (wie SES in Luxemburg) noch mehr verdienen. Sind SpaceX Anhänger auch so begeistert von Apple, die ihre teuren Smartphones unter teilweise menschenunwürdigen Zuständen in China fertigen lässt, selbst aber jedes Quartal Milliardengewinne im mehrstelligen Bereich ausweist? Vor allem deutsche Fans kann ich nicht verstehen. Ich finde die europäische Raketenpolitik alles andere als gut, aber bei aller Kritik würde ich nie eine Firma unterstützen die dafür sorgt das bei uns Arbeitsplätze wegfallen. Ich finde es auch sehr schlimm, das das DLR zwei Starts auf der Falcon 9 gebucht hat, anstatt einen europäischen Träger zu wählen. Immer bei ESA Konzilen redet man von europäischer Solidarität, doch gerade in Deutschland merke ich nichts davon.

Klar es gibt nun die Möglichkeit für Superreiche zum Mond zu fliegen. Superreiche können sich viel leisten. John Travolta hat einen ganzen Flugzeugpark. Saudische Scheichs Jachten so groß wie kleine Kreuzfahrtschiffe. Doch was hat davon der Nomalbürger? Nichts, absolut gar nichts. Selbst wenn SpaceX es schafft tatsächlich mal die Raketen um den Faktor 100 zu verbilligen und das auch bei den Raumschiffen schafft, dann würde trotzdem jeder Trip 800.000 $ kosten, was wahrscheinlich auch für die meisten SpaceX Fans nicht erschwinglich wäre. Mal eine Gegenfrage: Was erwartet ihr denn eigentlich wirklich, was SpaceX in mittlerer Zukunft, sagen wir mal 10 Jahre, für die Raumfahrt bringt? Also konkret, wenn es geht, mit Zahlen unterfüttert. Welche Auswirkungen kann das für jeden haben?

 

23.4.2017: Die voll wiederverwendbare Mondmission

Die Zeit hier in Nesselwang inspiriert mich. Mit spukt das Thema Wiederverwendung im Kopf rum und die Ankündigung von SpaceX Mondumrundung. Und da ich gerade „Moon Lander“ von Kelly erneut lese, und es auch da um die frühen Konzepte der Mondlandung geht, fügte sich das irgendwie zusammen und so kam ich auf einen tollen Vorschlag für Musk:

Die Idee

Eine Mondlandungsmission, bei der man alle Teile wiederverwenden kann. Damit wäre sie sehr preiswert und würde dann die nächste Stufe im Weltraumtourismus erlauben. Das wäre doch etwas für jemanden dem es nicht um Forschung oder Wissenschaft, sondern um „coole“ Ankündigungen geht.

Zuerst einmal wie dies möglich ist. Das geht nur, wenn alle Teile zur Erde zurückkehren. Ein LOR-Verfahren geht so nicht. Da würde die Abstiegsstufe auf dem Mond bleiben und die Aufstiegsstufe auf dem Mond aufschlagen. Das geht nur mit dem klassischen Verfahren der direkten Landung. Das geht so: Eine Dragon landet auf einer Oberstufe direkt auf dem Mond. Die Astronauten steigen aus und vergnügen sich, gehen dann wieder zurück und starten direkt zur Erde. Dort wird die Oberstufe abgetrennt und landet separat. Die Dragon landet ebenfalls. Wenn man dann noch bei den Starts zum Mond die Oberstufen und Erststufen birgt, ist die Mission komplett wiederverwendbar.

Als erstes berechnete ich mal die Masse eines solchen Gespanns. Bei Apollo hatten die Fähren ein Δv von 2200 m/s. Doch das war aus einem Orbit aus und bei der Landung gab es 90 s in denen die Fähre schweben konnte. Bei maximal einem Drittel G Schub dauerte das Abbremsen zudem lange und dadurch gab es hohe Gravitationsverluste. Da der Schub des Merlin höher ist als die Landemasse, fällt das Schweben weg, sodass man den Schub auf den Punkt reduzieren muss. SpaceX hat das auf der Erde bei den Landungen demonstriert und hier gibt es mit der Luftreibung und Wind sogar Störgrößen. Auf dem Mond ist es viel einfacher. So würde ich als Stufe eine gekürzte Falcon Oberstufe nehmen. Als Δv habe ich 2700 m/s angenommen (300 m/s über Fluchtgeschwindigkeit für Gravitationsverluste). Dann errechnet man beim spezifischen Impuls der Oberstufe von 348 s ein Masseverhältnis von 4,866. Eine Dragon 2 wiegt leer mindestens 6,4 t, dazu kämen noch die Besatzungsmitglieder (7 x 125 kg) und Vorräte, Wasser, Gase. Nehmen wir 8,5 t Startmasse an, so müsste man mindestens 51 t zum Mond transportieren, wenn die Stufe einen Strukturfaktor von 15 erreicht (Das Triebwerk ist etwas überdimensioniert und es kommt ja noch Bergungsausrüstung hinzu). Eine Falcon Heavy konnte bisher 16,5 t zum Mond transportieren, drei Falcon Heavy würden also ausreichen. Es ist aber knapp kalkuliert, da man die Oberstufen ja auch bergen will und das kostet, wie ich schon sagte Nutzlast. Drei Falcon Heavy und eine Falcon 9 (mit der Dragon) oder vier Falcon Heavy würden etwas mehr Flexibilität bringen.

Ablauf

So würde bei vier Starts die Mission aussehen:

Die erste Falcon Heavy startet in einen Erdorbit. Sie transportiert die gefüllte Stufe zur Landung.

Die zweite Falcon Heavy startet. Sie füllt die leere Oberstufe, der ersten mit dem Resttreibstoff der ohne Nutzlast verbleibt auf. Diese zündet ihre Oberstufe und erreicht einen elliptischen Erdorbit. Nun kommt die Mannschaft mit einer Falcon 9 und einer normalen Dragon, auch sie erreicht einen elliptischen Erdorbit (die Dragon wiegt nun nur noch so viel wie die GTO-Nutzlast einer Falcon 9) und koppelt an.

Die letzte Falcon Heavy kommt, man füllt erneut den Resttreibstoff um und beschleunigt zum Mond. Die Oberstufe bremst mit dem verbliebenen Resttriebstoff ab, sodass sie in einer Erdumlaufbahn bleibt und nach einem Erdumlauf in die Atmosphäre eintritt und geborgen werden kann. Alternativ kann man anstatt aufzufüllen auch jeweils die ausgebrannte Stufe abkoppeln und die noch teilgefüllte Oberstufe ankoppeln.

Dann fährt die Oberstufe (43 / 2,867 t) ihre Landebeine aus und landet auf dem Mond. Der ist durch LRO inzwischen im Meterbereich erkundet und die Astronauten können durch Spiegel die Landestelle einsehen und notfalls korrigieren (mindestens ein ausgebildeter Astronaut und nicht nur Touristen wäre wünschenswert).

Die Astronauten klettern über eine Leiter nach unten, machen die obligatorischen Fotos und sammeln Souvenirs ein und man startet zurück. Bei der Erde werden dann Dragon und Oberstufe getrennt geborgen. Die Mondproben wären nicht nur wissenschaftlich wertvoll, sondern weil sie (noch) so selten sind auch für einen hohen Preis verkaufbar. Die NASA verkauft ja kein Mondgestein. Allerdings dürften wenn es viele dieser Expeditionen gibt bald der Preis sinken.

Kostenabschätzung

Mit den Preisen von SpaceX ist das so eine Sache. Früher stand ein Preis von 135 Millionen Dollar für die Falcon Heavy auf der Webseite nun nur noch 90 Millionen für 8,5 t in den GTO. Als ich da heute drauf schaute, hatte die Falcon Heavy auch neue Specs, nun sind es schon 63,8 t in Leo und 16,5 t zum Mars, damit ist auch bei schweren Oberstufen (Bergung) und Zusatzmasse für Isolierung und Pumpsysteme die Mission in jedem Falle mit 3+1 Starts möglich (ich bevorzuge einen Start der Mannschaft mit der Falcon 9, weil sie erprobter ist). Ich gehe mal von 90 Millionen pro Start einer Falcon Heavy mit Bergung erster Stufe und Booster aus. Das wären dann 80 Millionen, wenn man auch die zweite Stufe bergen kann. Davon braucht man drei Starts, sind 240 Millionen. Dazu kommt ein Dragon 2/Falcon 9 Start mit Bergung. Die kosten für einen Routinestrart der Dragon 2 sind noch unbekannt, aber für vier Flüge bei CCDev bekommt SpaceX 850 Millionen Dollar (die Differenz zwischen CCDEv Budget ohne Flüge (1,75 Mrd.) und mit Flügen (2,6 Mrd.). Wenn man die Dragon 2 wiederverwenden kann, so sollte der Preis auf mindestens die Hälfte sinken, also 106,25 Mill.

Zusammen sind das dann 346,25 Millionen Dollar. Bei 6 Passagieren und einem ausgebildeten Astronauten sind das 58 Millionen Dollar pro Passagier, also weniger als heute ein Sojus Sitz kostet. Selbst wenn man keine Oberstufen birgt und eine zusätzliche Oberstufe für die Mondmission braucht, kommt man nur auf 387 Millionen Dollar, das sind dann 64,5 Millionen pro Passagier. (Dann allerdings käme man mit 3 Falcon Heavy ohne Falcon 9 Start aus, was auch wieder 40 Millionen einspart). Ein Preis für einen heutigen Sitz auf der Sojus (81 Millionen) erreicht man, wenn man die Dragon nicht wiederverwenden kann und drei Falcon Heavy Starts nimmt, ohne Oberstufenbergung, also genau das was SpaceX jetzt schon beherrscht. Kurzum: es wäre heute möglich und bezahlbar.

Was sie noch entwickeln müssten wäre eine Umpumpmöglichkeit, einen Dockingadaper (der CBM an der Dragon nutzt nichts , da er nicht für autonomes Ankoppeln gedacht ist, aber er braucht keine Umsteigeluke, das vereinfacht einiges) und man bräuchte neue Software für die Mondlandung sowie eine Isolation des Sauerstoffs für etwa 4 Tage. Das wäre machbar. Das Umpumpen könnte bei einem Kopplungsadapter bei der Oberstufe entfallen. Autonomes Ankoppeln beherrschen die Russen seit 1978, SpaceX sollte das also auch hinbekommen.

Es gibt natürlich noch eine zweite Möglichkeit, die ist noch preiswerter: „Moon one“. Das Gegenstück zu Mars One. Also ohne Rückflug. Nun glaube ich nicht das man dort eine Basis einrichten wird, obwohl es einfacher als auf dem Mars wäre, aber man könnte den Wunsch vieler nach einem außergewöhnlichen Begräbnis nutzen. Eine Falcon Heavy wird mit den neuen Specs etwa 19,5 t zum Mond transportieren, das sind, wenn man die lagerfähigen Treibstoffe der Super-Draco als Basis nimmt (spezifischer Impuls 3150 m/s) eine Landemasse von 8275 kg, also etwa 7000 kg ohne Antriebssysten, eine Dragon für Frachttransporte soll maximal 4,9 t ohne antrieb wiegen. Sie könnte also noch 2100 kg Fracht transportieren. Wären dies Urnen mit jeweils 3 kg Gewicht so könnte man 700 Urnen für 700 Kunden pro Flug transportieren. Die Dragon sammeln sich bei SpaceX an – bei jeder CRS Mission gibt es eine neue. Für bemannte Einsätze sind sie nicht nutzbar, so wären sie verfügbar. Da nur Urnen an Bord ist und man nicht mehr landet, muss man sie auch nicht inspizieren, warten oder Teile austauschen. Man muss nur das System zur Landung anmontieren. Als Aufwendungen fällt also nur ein Falcon Heavy Start an, das sind 90 Millionen, umgelegt auf 700 Kunden rund 13.000 pro Person - teurer als eine Beerdigung hier, aber zumindest für viele erschwinglich. Es geht auch einfacher : Will man nicht landen sondern die Asche nur verstreuen so genügt auch ein harter Aufschlag. 5,8 t müsste eine Falcon 9 auf Mondkurs bringen, das wären 300 Bestattungen für 50 Millionen, oder eine für 15.700 Dollar.

Fazit

Also eine tolle Idee für SpaceX. Ich glaube wenn Elon das liest, gibt es bald einen Twitter von ihm, in dem er das ankündigt. Dann will ich aber auch Money sehen und nicht nur Einladungen zu Werksbesichtungen mit anschließendem Vergnügungsprogramm mit Spesenpauschale ...

26.4.2017: Ein Entschluss

Ich bin ja derzeit in meinem Ferienhaus in Nesselwang um den Großputz zu machen und nach dem Rechten zu sehen. Das ist immer eine Zeit der Besinnung. Ich putze, streiche, repariere, räume um (das Haus ist zum größten Teil des Jahres an Feriengäste vermietet und die räumen die beweglichen Gegenstände dorthin weg, wo sie sie haben wollen oder sie sie nicht stören) und habe viel Zeit zum Nachdenken. Zuhause komme ich da eher wenig dazu, irgendwie finde ich immer etwas zu tun, vor allem lockt der Computer, wenn man mal Leerlauf hat. Ich habe zwar einen Raspberry Pi 3 dabei, doch wegen dessen Langsamkeit und weil dort eben nicht alles abgelegt ist, was ich daheim habe, beschränke ich mich auf das Surven, Mail Abrufen und ab und an einen Blog, für den ich nicht viel recherchieren muss.

Ich habe viel nachgedacht, auch über mein Zeitmanagement. In den letzten zwei bis drei Jahren war das nicht gut. Manchmal mache ich wochenlang nicht viel, dann arbeite ich an etwas einige Wochen weiter und höre dann wieder auf, bevor es richtig fertig ist. Irgendwie fehlt so ein bisschen die Motivation für viele Dinge.

Der Blog hat darunter noch am wenigsten gelitten, denn ein Artikel ist in einigen Stunden geschrieben. Wenn ich über eine Erweiterung eines Programmes rede dann sind es mit einige Wochen und bei einem Buch mehrere Monate Arbeit. Selbst ein Webseite Aufsatz braucht meistens eine bis zwei Wochen, zumindest wenn es ein technisch fundierter Aufsatz ist. Das verleitet aber selbst im Blog dazu, sich auf Themen zu konzentrieren die sich immer anbieten und wo es dauernd Nachschub an Neuigkeiten gibt. Ihr ahnt schon, von wem ich spreche: SpaceX. Sie lädt dazu ein, mit ihren Ankündigungen, sich für sie Missionen auszudenken, wenn es mal keine Ankündigungen gibt. Immerhin damit ist sie damit einzigartig. Andere Firmen fertigen nur was bestellt wird und entwickeln nicht Missionen die keiner bezahlt. Aber die Antwort, die ich mal auf einen Kommentar gegeben habe, das ich mich mit „privaten“ US-Firmen erst beschäftige, wenn es auch fundierte Informationen gibt, sollte auch auf SpaceX zutreffen. Das grundlegende dieser „privaten“ Firmen (so heißen sie in den Medien, man könnte eher sagen Firmen im (Fast)-Alleinbesitz eines Mannes oder neue Raumfahrtfirmen) ist ja, dass sie mit Informationen geizen. Ich verstehe es nicht, denn auch Raumfahrtinteressierte wollen ja nur wenige grundlegende Informationen. Sie wollen keine Baupläne, Schaltpläne oder Blaupausen. Bei Raketen reichen die grundlegenden Daten wie Abmessungen, Massen, Schub und Brennzeit der Stufen. Daraus kann auch kein Konkurrent viele Informationen ableiten, doch selbst so etwas bleiben die neuen Firmen schuldig.

Man muss dann viel suchen und das ist zeitaufwendig und trotzdem findet man wenig. Bei SpaceX kommt noch hinzu, das dauernd was angekündigt wird und sich alles dauernd wandelt. Als ich am Sonntag für meinen Blog wieder auf ihre Seite schaute, stellte ich fest das die Falcon Heavy schon wieder neue Specs hat, die Vierten, wenn ich richtig mitgezählt habe, dafür das sie noch nie geflogen ist, ist das erstaunlich. Ich hatte keine Lust nun nochmals alles durchzurechnen und wieder mal Daten in Programmen zu aktualisieren. Daneben kommt jedes SpaceX Thema immer wieder. Auch weil die Argumente immer die gleichen sind. Zudem habe selbst ich Schwierigkeiten einen alten Blog, auf den ich verlinken will, in den vielen SpaceX Blogs zu finden. Ich habe daher beschlossen, SpaceX so wie andere Firmen auch zu behandeln. Nämlich nur auf echte Nachrichten einzugehen, die genügend Stoff für einen Blog liefern. Sie wird nicht verschwinden, es wird aber deutlich weniger werden. Derzeit sehe ich nur zwei Themen in den nächsten Monaten: Der Flug der Falcon Heavy und wenn Orbital die nächste CRS Mission abgeschlossen hat ein Vergleich Orbital ↔ SpaceX, da dann eine der Firmen das CRS Programm beendet hat und man gut Zeitpläne und Vorgehen vergleichen kann. Ich gebe zu, ich habe ein Faible für Firmen wie viel ankündigen und wenig liefern. Allerdings gibt es davon nicht viele. Außer SpaceX habe ich mich in dem Maße nur noch mit der OTRAG beschäftigt. Doch die OTRAG ist Geschichte. Auch wenn man viel Zeit in die Recherche stecken muss, es it irgendwann einmal zu Ende und abgeschlossen.

Die gewonnene Zeit will ich nutzen. Zum einen habe ich immer noch zwei Manuskripte in der Mache. Das ein Buch über die Geschichte und Technik der Computer und das zweite eines über Ernährungslehre, aber verständlich für Jedermann. Auch die treten auf der Stelle. Bei einem Buch ist das Hauptproblem, das ich da nicht einfach mal ein paar Seiten hinzufügen kann, sondern erst ganze Kapitel erneut lesen muss, sondern um zu vermeiden das es Sachen doppelt gibt. Deswegen kommen beide nicht so schnell voran. Mir hat letztes Jahr aber die Arbeit an der Fotosafari durchs Sonnensystem und den Raketenwald Spass gemacht. Beides sind ja Bücher für Einsteiger und nicht voller technischer Details wie bei den anderen Büchern. Sie verkaufen sich noch weniger gut als die normalen Raumfahrtbücher, aber das ist für mich nicht wichtig, sonst würde ich überhaupt keine Bücher schreiben. Dafür ist der Aufwand einfach zu hoch. Das Schöne an beiden Büchern war, dass jedes Kapitel nur kurz war, eine oder wenige Seiten. Zudem sind sie weitestgehend unabhängig voneinander. Da konnte ich mir vornehmen jeden Tag eines zu schreiben und das klappte auch. Zumindest die beiden Urteile beim ersten Band bei Amazon (beim zweiten gibt es noch keine Kritik) zeigen auch das die Lesere mit ihnen zufrieden sind.

Es wird nun ein neues Buch in dieser Reihe geben. Eigentlich wollte ich als Drittes eines über das Universum schreiben. Also ein Streifzug durch Planeten, Monde, Sterne, Nebel, Galaxien. Ich habe mich aber entschlossen, ein anderes Thema zu wählen: Ich interessiere mich ja nicht nur für Raketen, sondern auch für Raumsonden. Ich verstehe von denen sogar mehr, weil ich im Studium mit vielen Instrumenten zu tun hatte, deren Meßprinzip von Raumsonden genutzt wird. Auf der Webseite gibt es auch erheblich mehr über Raumsonden und ihre Technik als über Raketen. Es lag nahe, dass es dazu auch einen Band gibt, analog den Büchern über Trägerraketen. Doch die sind schon 1300 Seiten stark und bei jedem Buch habe ich den Anspruch, das dort mehr drin steht als in der Webseite, sonst wäre es ja überflüssig. Ein Buch über Raumsonden, das noch mehr Material enthält als die Webseite, würde aber nicht nur Jahre Arbeit bedeuten, es wäre auch unheimlich dick, ich schätze den Umfang auf das doppelte beider Raketenbücher zusammen. Kaum vorstellbar, das viele dann 140-150 Euro für vier Bände zu je 700 Seiten ausgeben.

So wird es eine „Fotosafari durch den Raumsondendschungel“ geben (So zumindest der Titel, gefällt mir nicht ganz, aber es soll ja eine Reihe werden, die mit „Fotosafari“ anfängt. Ich bin offen für Namensvorschläge). Nicht ganz so kompakt wie beim Raketenwald, sondern etwas ausführlicher, vielleicht auch zwei Bände. Ich dachte an zwei einführende Kapitel, zum einen über die Funktionsweise der Instrumente und die Geschichte und Herausforderungen bei der Erforschung der Planeten. Danach pro Programm einige Seiten mit den wichtigsten Ereignissen und Ergebnissen, die technischen Daten dann in ein einheitliches, knappes Datenblatt gepresst. Also eine Symbiose der Raketenbücher mit Typenblättern und den Einführungsbüchern mit eher seichtem Anspruch. Vielleicht gibt es auch zwei Bücher, ich habe sie nicht abgezählt, aber es muss sicher über 100 Raumsonden geben und wenn jede nur 4 bis 5 Seiten umfasst, dann sind das zu viele für ein Buch. Was haltet ihr von dem Projekt?

In jedem Falle ist es sinnvoller, als sich mit der Spassfirma zu beschäftigen. Zu dem Thema gibt es dann auch am Donnerstag einen neuen Blog: der beschäftigt sich mit der Problematik, was eine Raumsonde ist und was nicht.


 

27.4.2017: Was ist eine Raumsonde?

Ich habe ja schon angesprochen, das ich mit der Idee schwanger gehe, ein Buch über Raumsonden zu schreiben. Der erste Schritt dabei ist die Eingrenzung des Themenbereichs, das heißt, man sollte mal definieren, welche Raumflugkörper eine Raumsonde sind und welche nicht.

Fangen wir mal mit dem englischen an, da ist es einfacher. Dort gibt es die „Space Probes“ und die „Deep Space Probes“. Also Raumsonden sind nur eine Unterrubrik der Körper, die ins all gelangen. Bei uns unterscheidet man schon vom Wort her zwischen Satelliten und Raumsonden. Einfacher wird es wenn man mehr ins Detail geht, dann kann man von Mondsonden und Planetensonden reden ja man kann es weiter umbrechen in Marssonden, Venussonden etc ...

Ich will die Abgrenzung mal in diesem Blog entwickeln. Fange ich mit dem Orbit an so könnte man sagen: Eine Raumsonde ist ein Raumflugkörper, der den Gravitationsbereich der Erde verlässt. Das ist ein Einfaches und leicht am Orbit feststellbares Kriterium. Die Körper, die zu den Planeten aufbrechen sind Raumsonden, aber auch welche, die nur in eine Sonnenumlaufbahn gelangen wie die Raumsonden Pioneer 4-9. Dazu natürlich alle Körper die das Sonnensystem verlassen oder in einen Librationspunkt gelangen. Schon beim letzteren kann man aber streiten. Der Punkt entsteht ja durch die Gravitationswirkung von zwei Himmelskörpern. Ohne die Erde gäbe es sie nicht. Also eigentlich sind das dann keine Raumsonden nach der Definition. Um die Erde kreist aber auch der Mond und so sind nach der Definition alle Mondsonden keine Raumsonden. Ich muss sagen, das gefällt mir nicht so sehr, da die Mondsonden oft nur Raumsonden sind, die eben keinen so weiten Weg hinter sich haben, aber technisch doch den Planetensonden gleichen.

Die zweite Unterteilung wäre nach dem, was man erforscht. Wenn man eine Raumsonde als etwas definiert, was nicht die Erde erforscht wäre der Mond mit drin. Dann sind aber auch zahllose astronomische Satelliten drin, die das Universum erforschen. Beschränkt man es auf das Sonnensystem (außer der Erde) so sind die astronomischen Satelliten draußen, aber alle Satelliten, die die Sonne erforschen immer noch drin, so wie die OSO-Serie, SDO oder sogar die Raumstation Skylab. Nimmt man die Sonne auch raus, so fallen auch einige Körper weg die in interplanetaren Bahnen landen wie SOHO oder Stereo. Das ist nicht so schlimm, ich habe zu den neueren Sonnenobservatorien in Librationspunkten auch deswegen keinen Artikel geschrieben. Etwas anders sieht es bei der Beobachtung der Sonne und ihren Einfluss auf den interplanetaren Raum aus: das optische Bild der Sonne kann man auch aus einem Orbit aus gewinnen, den Sonnenwind, das interplanetare Magnetfeld aber nur wenn man das Magnetfeld der Erde verlässt.

Gerade diese Rubrik von interplanetaren Raumsonden macht mir etwas Probleme. Man neigt dazu sie rauszunehmen, auch weil das Publikum wohl mehr an Körpern interessiert ist, von denen es Bilder geben könnte. Aber das interplanetare Medium ist wichtig. Es beeinflusst auch unsere Erde, von schönen Nordlichtern bis hin zu Strahlenstürmen die Stromnetze zum zusammenbrechen bringen. Gerade hier gibt es aber etliche Sonden, und inzwischen hat sich das von der Erforschung zu einem Frühwarnsystem gewandelt. Die finde ich nun persönlich eher langweilig. Wahrscheinlich werde ich hier irgendwo einen Strich ziehen der mehr oder weniger subjektiv gesetzt ist. So halte ich die alte Pionieer Serie für interessant auch weil die Sonden teilweise sehr langlebig waren, dann Missionen wie Genesis wo man den Sonnenwind einsammeln wollte und die letztendlich scheiterte oder DSCOVR die uns ein dauerndes Bild der Sonne liefert. Aber sicher nicht jeden Frühwarnsatelliten wie ACE.

Denkbar wäre auch sich einfach nur auf Sonden zur Körpern zu beschränken, die makroskopisch sind und kleiner als die Sonne. Das sind dann Planetoiden, Kometen, Planeten, Monde. Von denen gibt es dann auch in der Regel eine Aufnahme was für ein Buch mit dem Wort „Foto“ im Namen nicht unwesentlich ist.

Was meint ihr zu der Abgrenzung und wo seht ihr Problemfälle?

 

28.4.2017: Zum Mars bis Ende 2024?

Trump hat sich mal wieder in Szene gesetzt. In einer Life-Schalte zur ISS fragte er die Astronautin Peggy Whitson, bis wann man auf dem Mars landen könnte. Ich fasse mal die wesentlichen Teile im Originalton zusammen:

Teump: “What do you see a timing for actually sending humans to Mars?”

Whitson: “Well, I think as your bill directed, it will be approximately in the 2030s,“Unfortunately, spaceflight takes a lot of time and money, so getting there will require some international cooperation to get it to be a planet-wide approach in order to make it successful, just because it is a very expensive endeavor, But it so worthwhile doing.”

Trump: “Well, we want to try and do it during my first term or, at worst, during my second term, So we’ll have to speed that up a little bit, okay?”

Später ergänzt: “I’m very proud that I just signed a bill committing NASA to the aim of sending America astronauts to Mars. So we’ll do that. I think we’ll do it a lot sooner than we’re even thinking.”

Also zum Mars noch während der ersten Amtszeit, spätestens, wenn er im Januar 2025 den Stuhl räumen muss (vorausgesetzt er wird wiedergewählt).

Wie wahrscheinlich ist das?

Nun man nähert sich dem wohl am besten mit Vergleichen und da fallen mir zwei Projekte ein. Das eine ist Apollo und das andere ist die ISS. Apollo unterscheidet sich sehr stark von der heutigen Situation und auch heutigen Projekten. Apollo war zeitbegrenzt, nicht budgetbegrenzt. Es gab eine Deadline. Das führte dazu, dass die ersten Kontrakte schon im Mai 1961 kurz nach der Rede von Kennedy abgeschlossen wurden, dabei gab es noch gar kein Budget für Apollo, das folgte erst ein Jahr später. Das ist auch das Problem von Trumps Deadline: das Budget für 2017 ist durch, vor 2018 beginnen also keine Gelder zu fließen. Dann in weniger als sieben Jahren zu landen, ist noch utopischer als das Apolloprogramm, das acht Jahre Zeit hatte.

Das zweite ist die Ausgangsbasis. Als Kennedy das Programm ankündigte, hatte noch kein US-Amerikaner das Weltall erreicht. Die Träger hatten hohe Ausfallraten. 1960 starteten die USA 31 Träger, 18 davon waren erfolgreich, also weniger als zwei Drittel. Satelliten arbeiteten einige Wochen lang. Heute ist die Ausgangsbasis viel besser: Wir haben Raketen die 70 oder mehr erfolgreiche Flüge in Folge haben. Satelliten sind für Jahrzehnte Operation ausgelegt. Wir haben in der bemannten Raumfahrt Erfahrungen mit bis zu einem Jahr im Weltall, haben eine Raumstation seit über einem Jahrzehnt in Betrieb und mehrer Generationen bemannter Raumfahrzeuge entwickelt. Apollo wurde selbst für die damalige Zeit enorm teuer. Das lag daran, dass Sicherheit oberste Priorität hatte, aber alles erst neu entwickelt werden musste. Sicherheit ist kein Problem, wenn man (wie heute) Bewährtes einsetzen kann, dessen Zuverlässigkeit man kennt oder zumindest auf das benötigte Level anheben kann. Wenn man alles neu entwickelt, so muss man viel Testen, erproben, Lösungen umwerfen. Das Buch, das ich gerade über die Entwicklung des Mondlanders lese, ist voll davon. Man sieht es dann an den Kosten. Der erste Kontrakt für 10 LM mit Grumman hatte einen Umfang von 390 Millionen Dollar, schließlich kosteten 12 LM 2,214 Mrd. Dollar. Besonders teuer wurde die Saturn V, sie machte auch den Löwenanteil der Entwicklungskosten aus. Hier war der Stand der Technik und das geforderte Zuverlässigkeitslevel am weitesten auseinander und das bei einer komplett neuen Rakete, die zwanzigmal größer als die größte im Einsatz befindliche sein sollte. Bei Atlas und Delta dauerte es Jahre, bis die Raketen so oft geflogen waren, bis man alle Kinderkrankheiten und Designfehler gefunden hatte. Die Zeit hatte man bei der Saturn V nicht, also machte man viel mehr Tests als bei allen anderen Raketen vorher. Enorm viele Triebwerke wurden nur für Tests gefertigt und das setzte sich dann mit den Stufen fort.

Auf der einen Seite haben wir also heute eine bessere Ausgangsbasis. Die SLS ist in der Entwicklung. Sie basiert auf vorhandener, erprobter Technik. Sie könnte also bald zum Einsatz kommen. Sie ist nur budgetbegrenzt, sprich mit dem Budget, dass es gibt, dauert es eben lange bis sie einsatzbereit ist. Wir haben auch Erfahrungen mit dem Betrieb einer Raumstation und damit einer Behausung für die Astronauten, sowohl auf der Reise zum Mars, wie auch zurück. Lebenserhaltungssysteme sind viel weiter geschlossen als vor einigen Jahrzehnten. Wasser und Kohlendioxyd werden heute recycelt. Was komplett fehlt, ist eine Technologie wie wir eine große Raumstation auf dem Mars landen den dazu nötigen Hitzeschutzschild bei heutiger massiver Technologie bringen wir in keiner Trägerrakete unter. Entfaltbare Hitzeschutzschilde stecken noch in den Kinderschuhen. Das gesamte wissenschaftliches Equipment muss noch entwickelt werden. Auf dem Mars wird man Monate sein. Da sind die Experimente nicht einige Bohrer und Geologenhämmer, sondern schweres Großgerät. Bohranlagen, fahrbare Caravans als mobile Labors wurden schon vorgeschlagen. Das zu entwickeln kostet Zeit und Geld.

Die ISS zeigt sehr deutlich, wie heute entwickelt wird. Man hat an ihr erst mal Jahre lang rungeplant, vor allem, weil sie immer zu teuer war. Auch später war das Budget nicht wahnsinnig hoch, sodass auch der Aufbau Jahre dauerte. Nun ist sie im Betrieb und wird regelmäßig angeflogen. Die ISS zeigt, wie internationale Zusammenarbeit geht.

Die Marsexpedition soll auch international sein, doch dann dürfte, wegen der notwendigen Verhandlungen, wer was baut und den gegenseitigen Absprachen das Projekt noch länger dauern. Wenn man schnell zum Mars will, würde ich als Verantwortlicher eher drauf verzichten. Aus Nasa-Sicht spricht auch das Budget dafür. 75% des westlichen Teils der ISS wird von der NASA finanziert. Der russische Teil ist dann nicht die andere Hälfte, sondern von der finanziellen Beteiligung eher noch kleiner als der ESA Anteil. Kurzum: Würden die USA es alleine stemmen, sie würden vielleicht ein Drittel mehr aufwenden müssen, denn auch China oder Indien investieren nur wenig in bemannte Raumfahrt.

Das Grundproblem, das wir bei allen Marsplänen haben, ist das heute alles darauf hinausläuft die Startmasse zu senken. Das heißt, man sucht nach leichtgewichtigen Materialien oder alternativen Prozessen. Geschlossene Kreisläufe im Lebenserhaltungssystem sollen den Bedarf an Wasser und Gasen senken. So was muss dann aber auch über Jahre an der ISS erprobt werden, denn fällt es auf dem Weg zum Mars aus, so ist das gleichbedeutend mit dem Tod der Besatzung. In die gleiche Kerbe schlagen die Pläne für die Treibstoffgewinnung auf dem Mars. Auch das dient dazu Masse zu sparen. Anlagen dafür gibt es aber nicht. Ihre Entwicklung kostet Geld und sie braucht Zeit.

Ich halte dieses Konzept für falsch. Das ist ein Relikt von Apollo, als die Nutzlast der Saturn V schon beim Entwurf feststand, die Raumfahrzeuge aber während der Entwicklung zu schwer wurden und man viel Geld aufwandte, um Gewicht einzusparen.

Mein Gegenentwurf: Die Gesamtkosten sollten gering sein. Eine SLS kostet 1 Milliarde Dollar pro Start. Mit einer Oberstufe wird sie etwa 100 t in den Orbit bringen. Marsexpeditionen haben je nach Konzept eine Startmasse von 600 bis 1000 t in den LEO erfordern, also 6-10 Starts. Sprich Startkosten von 6-10 Milliarden Dollar. Mein Ansatz: anstatt das man Jahre lang an einem Umweltkontrollsystem forscht, nimmt man das, was man heute hat und das funktioniert und führt dafür mehr Wasser und Sauerstoff mit sich. Das sind vielleicht 10 kg pro Person und Tag, bei 6 Astronauten und 1000 Tagen Missionsdauer dann 60 t, die erst zum Mars gebracht werden müssen, was die Masse auf 200 t im LEO anhebt – kostet 2 Milliarden mehr, dieser Missionsaspekt, die Lebenserhaltung als wichtigster Punkt, ist aber damit erledigt. Analog: bevor ich eine Anlage für die Treibstoffgeneration entwickelte führe ich einfach genügend Treibstoff mit. Anstatt das ich nun nach Technologien für große entfaltbare Schilde suche, starte ich eben mehrere kleinere Labors deren Schilde noch komplett in die 10 m Verkleidung einer sLS passen. Dann gibt es eben mehrere kleine Labors oder Wohneinheiten anstatt einer großen. Auch das wird schwerer sein, die entfaltbaren Hitzeschutzschilde werden leichter sein.

Der springende Punkt: Planung und Entwicklung kostet auch Zeit. An der ISS hat man Jahre geplant. Nach 3 Jahren hatte man erst den ersten Entwurf fertig. Alleine für diese Umplanung hat man Milliarden aufgewandt. Die Entwicklung kostet bei jedem Raumfahrtprojekt mehr als der Bau. Bei Apollo kostete eine Mission anfangs 350 Millionen Dollar, ab Apollo 15 dann 420 - 450 Millionen (mehr Ausrüstung, LM der zweiten Generation). Das gesamte Projekt aber rund 24 Milliarden. Bei 11 Missionen entfielen also nur ein Sechstel der Gesamtkosten auf die Flüge. Daher glaube ich, das man bei einem Low-Tech-Low Risk Ansatz zwar mehr SLS braucht, aber in der Summe billiger wird (zumal sich der Preis der SLS auch auf 1 Start alle zwei Jahre bezieht – bei einem Marsunternehmen reden wir von mindestens 6 Starts in zwei Jahren, eher 10-14 Stück.

Könnte es die NASA bis Ende 2024 schaffen? Selbst wenn man als Termin den Abflug und nicht Rückkehr oder Ankunft definiert, eher nicht. 2024 gäbe es ein Startfenster zwischen September und November je nach Bahntyp (Hohmann I/II). Aber sieben Jahre von der Idee bis zum Abflug? So lange braucht man heute schon für eine unbemannte Mission. Wenn die NASA heute die Mission ausschreibt, dann gehen zwei Jahre ins Land, bis die Aufträge vergeben werden, auch weil das Geld erst im nächsten Jahr fließt. Bei Apollo waren alle Kernaufträge bis auf das LM ein Jahr nach Kennedys Rede abgeschlossen. Dann braucht man noch Jahre der Entwicklung. Das Space Shuttle brauchte schon 9 Jahre vom Abschluss bis zum Erstflug. Ihm gingen drei Jahre der Planung voraus. An der SLS werkelt man auch seit 2011, sechs Jahre und nächstes Jahr soll der Jungfernflug sein – bei einem System, bei dem eigentlich nur die Struktur der Zentralstufe neu ist. Die Booster wurden schon vorher für die Ares getestet und basieren auf den Shuttle SRB, die Triebwerke sind Shuttle SRB und die Oberstufe eine Delta DCSS.

Apollo war teuer, dadurch das es zeitlimitiert war, aber das Gegenteil davon, das man mit niedrigem Budget über Jahrzehnte vor sich hinwerkelt bringt auch nichts. So verbrennt man nur Geld, nicht nur in der Raumfahrt, Stuttgart 21, Elbphilamonie und Flughafen BER sind auch Beispiele aus dem Baubereich, wo Projekte um so teurer werden, je länger man an ihnen arbeitet. Ich denke, wenn man einen Mittelweg beschreitet, in dem man die Gesamtkosten minimiert, dann kommt man einen Zeitraum von 8-10 Jahren bis zum Start. Das wäre eine Frist, die ich für sinnvoll halte. Würde 2018 das Geld fließen, dann wäre ein Start 2026 bis 2028 möglich. Die NASA setzt 15 Jahre an, das entspricht dem Zeitpunkt zwischen erstem ISS Budget und Fertigstellung des US-Kerns. Dies orientiert sich also an den Zeiträumen, die schon bei der ISS üblich sind.

7.5.2017: Rocket Science: That don‘t impress me much

Der eine oder andere wird wohl fragen, warum ich eine Woche lang keinen Blog verfasst habe. Dafür gibt es schon Gründe. Zum einen habe ich – wie angekündigt – mehr Zeit in die Fertigstellung meiner Bücher gesteckt und ein Kapitel über Grafik geschrieben und fange nun an die Hardwareentwicklung der x86 Serie als Beispiel für die Techniken die heute in einem Prozessor zum Einsatz kommen nochmals durchzulesen. Zum Zweiten hat die Freibadsaison begonnen und wie letztes Jahr gehe ich täglich eineinhalb Stunden Schwimmen. Mit Hin- und Rückfahrt und einer Erholungspause nach dem Schwimmen sind dann schon mal dreieinhalb Stunden des Tages verplant. Der Hauptgrund aber war, dass ich im Dashboard sah, das dieser Blog der 3.000-ste von mir werden würde. Und der sollte eigentlich daher auch ein Besonderes sein. Das Dumme nur: Mir fiel nichts ein. Klar Ideen für gute Blogeinträge hätte ich schon, doch dann würde es sicher gleich eine Serie werden. So meine Vorstellungen von einer finanzierbaren bemannten Marsmission. Seit Langem, vor allem seit der Islamismus so schreckliche Züge angenommen hat, habe ich die Idee mal die Prinzipien einer Lebensanschauung zu formulieren für alle, die nicht religiös sind und nicht an ein Leben nach dem Tod glauben. Auch wer nicht religiös ist, sucht nach einem Sinn seines Lebens. Ein Zweck einer Religion ist es (meiner Ansicht nach) die Frage zu beantworten und Werte für eine Gesellschaft zu stellen die über die Gesetze hinausgehen. So was spukt mir schon lange im Kopf rum, aber ich als Stifter einer Glaubensrichtung? Da würden mich wohl alle auslachen und wahrscheinlich denke ich auch zu rational dazu. Anders als bei Bibel und Koran würde es mir schon schwerfallen nur einige Seiten mit Glaubenssätzen zu füllen. Zudem haben alle die das ernsthaft machen sich wohl lange mit dem Thema beschäftigt. Daher lasse ich es.

Auf das heutige Thema kam ich, als im Radio Shania Twain gespielt wird. Als ich 2003 in den Semesterferien bei Daimler PC's betreute, arbeitete ich im EMV-Labor und durch die Metallabschirmung konnte man nur einen Radiosender gut empfangen – Antenne 1. Auf dem liefen den ganzen Tag immer die gleichen Lieder, und damals war das Lied „That impress me much“ in den Hitparaden. So kann ich den Text fast auswendig und da kommt eine Zeile vor:

Okay, so you're a rocket scientist

That don't impress me much“

Und das ist der Aufhänger für meinen heutigen Blog. Schon das Wort „Rocket Science“ klingt toll. Viel besser als „Food Science“ das ich mal studiert habe. Dabei ist Food Science auch wirklich Wissenschaft. Rocket Science ist keine Wissenschaft, es ist das, was man im Amerikanischen „Engineering“ nennt, im Deutschen vielleicht am besten mit dem sperrigen Word Ingenieurstechnik zu umschreiben. Der Unterschied: Wissenschaft ist Forschung, mit dem Ziel die Natur zu verstehen und Gesetzmäßigkeiten zu entdecken, die man idealerweise in eine Formel gießen kann, die dann dazu genutzt werden kann, Vorhersagen zu treffen. Diese werden von der Technik genutzt, um Dinge zu konstruieren. Ein typisches Beispiel für den Unterschied ist die Verbrennungsinstabilität. Diese kam früher in vielen Raketentriebwerken vor. Sie entsteht durch Rückkopplung verursacht durch die Vibrationen und Druckschwankungen die Schwankungen des Brennkammerdrucks verursachen. Das kann sich dann aufschaukeln, bis ein Triebwerk explodiert. Bei der Entwicklung der Saturn vergab man wissenschaftliche Arbeiten, um die Verbrennungsinstabilität zu untersuchen. Bis heute ist das Phänomen aber durch die Forschung nicht verstanden. Zumindest nicht in dem Sinne, als dass es Gleichungen gibt, nach denen man den Hang eines Triebwerks instabil zu werden berechnen könnte. Stattdessen ist es Ingenieurswissen. Man hat Techniken erkannt, die helfen das Phänomen zu vermeiden und es gibt „Bomb-Tests“, mit denen man es künstlich erzeugen kann. Was man dann noch tut ist schlicht und einfach testen. Gibt es eine Instabilität, so verändert man ein Detail, meistens am Injektor, solange bis ein Triebwerk die Bomb-Tests besteht.

Doch nach diesem kleinen Abschweifer: Rocket Science, Raketenwissenschaft hatte einen guten Ruf. Ich glaube es hat viel von dem verloren. Dafür gibt es sicher mehrere Gründe. Das eine ist, das Raumfahrt nicht mehr so präsent ist. Raumfahrt ist zwar heute viel wichtiger für das tägliche Leben als früher – ohne GPS kein Navi, ohne Wettersatelliten nur eine Eintages-Wettervorhersage etc. - aber sie ist nicht mehr so in den Medien präsent. Sie ist mehr oder weniger auch „normal“ geworden. Ich erinnere mich noch an Joachim Bublath, der jahrzehntelang die ZDF-Sendungen "Aus Forschung und Technik" und "Abenteuer Forschung" moderierte. Da kam irgendwo in (gefühlt) fast jeder Sendung der Satz „Das Ergebnis der modernen Weltraumforschung ...“ vor. Das würde heute irgendwie komisch wirken. Denn modern erscheint die Raketenwissenschaft nicht. Machen wir einen Blick zurück in die ersten beiden Jahrzehnte der Raumfahrt. Damals musste man die Technik der Raumflugkörper erst entwickeln. Raketen musste man verbessern, um die Nutzlast zu steigern und dann kam das Apolloprogramm mit Anforderungen an die Technik, wie sie es nie zuvor gab. Das Raumfahrtprogramm war der erste Einsatz der Solarzelle. Die gab es schon, doch sie war viel zu teuer um sie zur Energiegewinnung auf der Erde zu nutzen. Sie trieb die Miniaturisierung voran. So gab es auf den ersten US-Satelliten schon miniaturisierte Bandlaufwerke um Daten (analog) zu speichern. Ein Jahrzehnt vor Erfindung der Kompaktkassette. Vor allem aber trieb man die Technikentwicklung voran, wenn eine Technologie Erleichterungen oder Vorteile versprach. Brennstoffzellen wurden während des Gemini- und Apolloprogramms zur Einsatzreife gebracht. 50 Jahre später sieht sich die deutsche Automobilindustrie als „fortschrittlich“ wenn sie Autos mit Brennstoffzellen produzieren will. Das Apolloprogramm zusammen mit dem Poseidon und Trident-Programm für neue Atomraketen generierte die Nachfrage nach der integrierten Schaltung in den Sechzigern. Sie war schon erfunden, wurde aber von den Computerbauern wegen der hohen Kosten nicht eingesetzt. So wurde das klassische Henne-Ei Problem gelöst: Die ersten Schaltungen nahmen nur wenige Bauteile auf und waren so nicht viel leistungsfähiger als eine Schaltung aus direkten Bauteilen. Sie waren aber teuer. So gab es seitens der Industrie zuerst keine Nachfrage. Ohne Nachfrage gibt es aber keine Profite, mit denen man die Weiterentwicklung finanzieren kann, die dann die Schaltung billiger machen und die Integration erhöhen.

Im Apolloprogramm wurde ein Großteil der heute üblichen Projektmanagementtechniken eingeführt und erfolgreich eingesetzt. Man war damals experimentierfreudiger. Beide Raumfahrtnationen experimentierten mit heute exotischen Treibstoffen. Zum einen mit Kombinationen der schon eingesetzten Oxidatoren- und Treibstoffe wie LOX/UDMH oder NTO/Kerosin, zum anderen auch anderen Kombinationen wie Ammoniak, Borhydrid und Fluor. Interessanterweise hat man die Kombination LOX/Methan die heute so „en vogue“ ist damals nicht getestet. Bei chemischen Treibstoffen ist man heute sicher bei dem Optimum. Alles, was leistungsfähiger ist, hat andere Nachteile wie höhere Kosten oder hohe Toxizität. Bei den Triebwerken wird es auch schwer die Effizienz noch zu steigern und das kann man auch berechnen. Für weitere Steigerungen der Effizienz muss man den Druck unverhältnismäßig steigern oder die Expansionsdüsen enorm groß bauen, beides raubt dann einen Großteil der zusätzlichen Performance. Man hat in den Sechzigern aber auch Alternativen getestet. Die ersten Ionentriebwerke wurden damals getestet. Dazu Kernreaktoren als Stromlieferant.

50 Jahre später ist man nur wenig weiter. Nach wie vor arbeiten die meisten Satelliten mit chemischem Treibstoff. Ionentriebwerke werden vereinzelt zur Lageregelung eingesetzt. Einige Satelliten, die sie zum Übergang vom GTO in den Geo nutzen wurden, gestartet. Die Forschung bei den Raumfahrtagenturen ist weiter. Dort wurden Ionentriebwerke schon als primärer Antrieb genutzt. Die Raumfahrtindustrie ist zumindest im privaten Sektor inzwischen extrem konservativ geworden, manchmal noch konservativer als die deutsche Automobilindustrie und das will was heißen. Doch auch bei der vom Staat finanzierten Forschung, wo man bereit ist, mehr Risiken einzugehen, ist man ungleich konservativer als noch vor Jahrzehnten. Nehmen wie die Computer in der Raumfahrt. Im Apolloprogramm wurden nicht nur erstmals Computer nur aus integrierten Schaltungen entwickelt. Es war auch der erste Einsatz eines „Mikrocontrollers“ der die gesamten Operationen steuerte und dies bei einem System, von dem das Leben der Besatzung abhing. Beim nachfolgenden Space Shuttle waren Computer noch wichtiger. Anders als bei Apollo war eine Steuerung durch den Menschen unmöglich. Die Computer im Space Shuttle waren nicht nur untereinander vernetzt und führten Mehrheitsentscheidungen durch, sondern sie nutzten auch ein Netzwerk, da die direkte Verdrahtung viel zu schwer gewesen wäre. Das zu einer Zeit, wo Netzwerke keineswegs zuverlässig funktionierten. Als das Space Shuttle startete, hatte sie einen 32-Bit-Minicomputer an Bord, dessen Leistung ein PC erst nach einigen Jahren einholte, obwohl die Technik von 1972 stammte. Heute basiert der derzeit schnellste Rechner im Weltraum, der RAD 5500 immer noch auf dem Power PC der Mitte der Neunziger erschien. Er leistet in der Spitze rund 3,7 Gflops. Ich habe den Intel Linpack Benchmark auf meinem drei Jahre alten Rechner laufen lassen. Der erreichte etwa 70% der Peakleistung und der kommt auf 170 Gflops, selbst wenn nebenher noch an dem Text geschrieben wird. (theoretisch: 224 Gflops). Er ist also 30-mal schneller. Von einem Spitzenprozessor wie einem Xeon oder Rechenbeschleunigern wie Grafikkarten oder Xeon Phi würde man noch mehr Leistung erwarten. Vor allem steigt bei Computern seit Jahrzehnten die Leistung kaum noch an. Der RAD 5500 ist nach 10 Jahren der erste neue Prozessor von BAE, mit einer Leistungssteigerung gegenüber dem RAD 750 um den Faktor 18. Der Vorsprung beruht vor allem auf Taktsteigerung, denn der RAD 750 arbeitete bei maximal 200 MHz. Heute macht SpaceX Bergung von Raketenstufen Schlagzeilen. Doch das Space Shuttle kehrte sogar aus dem Orbit zurück. Dabei konnte es kein GPS nutzen. Es wurde noch am Zeichentisch entworfen, nicht durch Computersimulationen optimiert, setzte leichtgewichtige neuartige Hitzeschutzschildkacheln ein. Die technische Leistung ist viel höher zu bewerten. Es wurde fast direkt nach Ende des Apolloprogramms entwickelt, das war der nächste Schritt einer damals noch rapide verlaufenden Entwicklung, eben Rocket Science.

Und ja, es war zu teurer im Betrieb, doch das ist meist bei den ersten Exemplaren so. Die SLS wird auch bedeutend billiger als die Saturn V sein. Hinterher ist man immer schlauer, wie man es günstiger machen kann und seitdem sind auch 45 Jahre vergangen. Darum geht es nicht. Es geht darum, das in der technischen Herausforderung vor allem beim damaligen Stand der Technik das Space Shuttle eine viel größere Leistung war, als es heute die Bergung der Falcon Erststufe ist. Aber es gibt eben fast nichts mehr in der Raumfahrt das einem heute ein Wow-Erlebnis gibt.

Manchmal habe ich sogar das Gefühl, die Entwicklung geht rückwärts. Man hat sich daran gewöhnt, dass die Zuverlässigkeit neuer Raketen höher ist, weil man heute vieles simulieren kann. Früher war man froh, wenn die Hälfte der ersten vier Flüge glückte und vertraute auf die Regel, dass man immer mehr Fehler findet und die Rakete im Laufe der Zeit immer zuverlässiger werden. Doch die Fehlstarts der Delta 3, die Probleme Indiens mit ihrer GSLV aber auch andere gescheiterte Raketenstarts wie der SS-520 oder Super-Strypie zeigen, das dem noch immer noch nicht so ist. Selbst nach den ersten Starts scheinen mehr Fehlstarts heute immer noch normal zu sein, wie die beiden Totalverluste von SpaceX in den letzten beiden Jahren zeigen. Dabei hat die Firma sicher bei der Entwicklung ihre Lehren aus der Falcon 1 gezogen. Wäre Rocket Science eine Wissenschaft, dann könnte man heute Raketen sicher bauen und vielleicht sogar preiswert. Gerade das Herumprobieren, die Unwägbarkeiten, gegen die man sich absichern muss, kosten ja Nutzlast und verteuern das System. Irgendwie hat durch die Rückschläge, man könnte auch noch zahlreiche Fehlstarts bei den Russen wie der Verlust von zwei Progressschiffen, Phobos Grunt oder zahlreiche Fehlstarts am Image gekratzt. Vor allem aber vermisse ich und auch die Öffentlichkeit den Fortschritt. Neue Expeditionen, die müssen ja nicht mal bemannt sein, neue Ziele, nicht die x-te Marsmission. Wo sind die geblieben? Mir fällt nur New Horizons in den letzten Jahren ein, mit den faszinierenden Plutoaufnahmen.

Kurzum: Rocket-Science als Synonym für Fortschritt oder eine Wissenschaft, die nur die eingeweihten verstehen – das war mal. Das hat inzwischen selbst Shania Twain erkannt.


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