Home Site Map Sonstige Aufsätze Weblog und Gequassel counter

Web Log Teil 564: 2.8.2019 - 8.8.2019

2.8.2019: Wernher von Braun und Sergej Korolow

Die Welle der Mondlande-dokus hat auch eine sehr interessante Doku hervorgebracht, und zwar „Mondmänner mit Hammer und Sichel“. Es geht dabei um den Wettlauf im All, von Gagarin bis zur N-1. Vor allem um die dreht es sich. Das Format ist relativ authentisch. Nie zuvor habe ich von Russen, und die stellten die meisten Interviewpartner gehört, das Koroljow nichts von Technik verstand und seine N-1 falsch konzipiert hätte. In fast allen anderen Dokus wird er als der sowjetische Gegenpart zu Wernher von Braun stilisiert und sein früher Tod, im Januar 1966 für den Niedergang der russischen Raumfahrt vom Tod Komarows bis hin zu den Fehlstarts der N-1 verantwortlich gemacht.

Es gibt eine Menge Unterschiede. Der Wichtigste zuerst: ich sehe Koroljow nicht als Raumfahrtpionier an. Dazu zählen für mich Leute, die die theoretischen Grundlagen der Raumfahrt gelegt haben wie Ziolkowski und Oberth, den man auch zur zweiten Gruppe zählen kann, den Tüftlern. Zu ihnen ist auch Robert Goddard zu zählen. Wernher von Braun ist ein anderes Kaliber. Sicher er hat auch am Anfang selbst Raketen gebaut und gestartet. Doch sein verdient liegt darin die Raketentechnik von Typen, die einige Hundert Meter hoch flogen, zur Saturn V gebracht zu haben die Menschen zum Mond und zurück brachte. Neben dem technischen Verständnis braucht man dazu Organisationsfähigkeiten und vor allem muss man die Geldgeber, egal ob dies Nazigrößen oder US-Präsidenten sind, überzeugen in ein solches Projekt zu investieren. Wernher von Braun war alles drei – technisch begabt, Organisationstalent und Leute begeisternder Visionär.

Koroljow billige ich nur eine dieser Eigenschaften voll zu: das Organisationstalent. Koroljow trug den Titel Chefkonstrukteur. Das klingt nach technischem Genie, ist aber irreführend. In einem System, in dem die Macht (angeblich) von den Arbeitern ausgeht, muss der Chef auch einen Titel tragen, der nach Arbeit klingt wie eben Chefkonstrukteur. Koroljow war das, was wir einen Manager nennen und das machte er gut. Er schaffte es mit begrenzten Ressourcen – er konnte ja praktisch nur auf sein Kombinat OKB-1 zurückgreifen, denn in Russland arbeiteten die Spezialisten für Raketentechnik wie Gluschko, Jangel, Tschelomej und eben Koroljow nicht zusammen sondern, stritten um die Aufträge – die Entwicklung der R-7, der Wostokkapsel, des Woschodraumschiffs und der Sojus. Manageraufgaben sind wichtig. Ohne George Müller, der das Apolloprogramm leitete und gleich zu Beginn das All-Up Testing anordnete, um Zeit zu spanen und in der Mitte des Programms zahlreiche NASA-Planungen einstellen lies, die für ein Apolloanschlussprogramm gedacht waren, um Ressourcen für das eigentliche Programm freizusetzen, wäre Apollo nie vor 1970 auf dem Mond gelandet. Ebenso hat James Webb es fertiggebracht die benötigten Mittel vom Kongress zu bekommen und dabei nicht das unbemannte Programm der NASA zu beschneiden – das hat seitdem kein NASA-Administrator mehr geschafft. Wann immer die NASA seitdem was neues Bemanntes geplant hat, sei es das Space Shuttle, die ISS oder Constellation wurden die unbemannten Programme teilweise radikal gekürzt. Aber man würde niemals Webb oder Mueller mit von Braun vergleichen. Sie waren die Verwalter des Programms, aber sie bestimmten nicht die Technik und Umsetzung.

Als Tschertok sich mit NASA-Angehörigen traf um für seine Memoiren zu recherchieren war er erstaunt, das Wernher von Braun sich in technischen Dingen, auch Teilfragen genauestens auskannte, weil er das von russischen „Chefkonstrukteuren“ nicht kannte. Ich meine ja das ist eine typisch deutsche Eigenschaft, eine gewisse Art von Perfektionismus. Sie treibt auch mich an bei meinen Büchern und ich staune immer wie die US-Bücher die ich lese, sich meistens nur oberflächlich mit der Technik, dafür viel mehr mit der Geschichte beschäftigen. Als vor einigen Jahren Jesco von Puttkamer starb, der ja auch weit über das Rentenalter hinaus für die NASA aktiv war (er war es noch, als er im Alter von 79 starb), musste die NASA seine Seiten über die ISS einstellen – es gab niemanden der diesen Gesamtüberblick hatte und das bei einer Raumfahrtagentur, bei der schon bei Raumsonden Millionenbeträge nur für die Webspräsenz ausgegeben werden.

Die Überzeugungskraft Wernher von Brauns fehlte Koroljow. Der Start des Sputniks führte zwar dazu, dass er bald neue Sonden starten dürfte, um neue Erstleistungen zu erbringen. Aber dann war es das dann auch. Russland startete kein bemanntes Programm. Das Mercuryprogramm wurde im Dezember 1958 offiziell angekündigt, die Astronauten im April 1959 groß auf einer Pressekonferenz vorgestellt. Ab da war es nicht zu ignorieren. Es erschienen Berichte in den Zeitungen, Life hatte einen Exklusivvertrag für die Vermarktung des Lebens der Astronauten. Nun erst begann amn in Russland mit einem bemannten Programm. Das Design der Wostokkapsel begann so erst am 15.5.1958, im November wurde das Programm beschlossen, aber Mittel gab es erst im Sommer 1959. Koroljow hatte vorher keine Chance Gelder zu bekommen, erst als man in der russischen Führung die Berichte über Mercury nicht ignorieren konnte, gab es die Mittel für das Programm. Koroljows Verdienst ist es in der kurzen Zeit die Kapsel bauen zu lassen, indem er sie bewusst einfach konstruierte. Eine Steuerung durch den Kosmonauten wie bei Mercury gab es nicht. Alles wurde von der Bodenstation gesteuert, weshalb alle Missionen auch vielfache eines Tages waren, denn auch der Wiedereintritt wurde von der Bodenstation aus eingeleitet. Anstatt eine Kapsel zu bauen, die weich landen konnte, katapultierte man den Kosmonauten mit einem Schleudersitz aus einem MIG-Jet ins Freie.

Das Spiel wiederholte sich bei der N-1. Hier war Chruschtschow die Versorgung der Bevölkerung mit Lebensmitteln wichtiger als die Rakete. Mittel gab es erst seit seiner Entmachtung als Breschnew am Ruder war, der auch sonst enorm aufrüstete und damit auch den Untergang Russlands einläutete. Doch Wernher von Braun behielt recht: er argumentiere, als er von Kennedy gefragt wurde, was man am besten auflegt und ob sich eine Weltraumstation reichen würde, dass der Mond das beste Ziel wäre, denn dazu benötigt man eine Rakete, die mindestens zehn bis zwanzigmal größer ist als alles, was es bisher gab und das setzt die Uhren für deren Entwicklung für beide Seiten auf Null. Vor allem sieht man an der N-1 das Koroljow sich irrte. Er zog Wasserstoff als Treibstoff nie in Betracht. Es waren viel zu viele Triebwerke, jedes ist eine Fehlerquelle und dies zu einer Zeit, als sie noch um einiges unzuverlässiger als heute waren. Zudem war sie zu klein. Die erste Version der N-1 konnte maximal 90 t in den Orbit bringen. Die verbesserte dann 105 t. Das sind dann 30 bis 35 t zum Mond. Apollo hatte schon einen filigranen Lander und wog trotzdem 46 bis 48 t. Die Konzeption des russischen Mondprogramms war denn auch sehr abenteuerlich. Schließlich war kein Testflug der N-1 erfolgreich.

Ich glaube Koroljow hat sich von dem reibungslosen Einsatz der R-7 blenden lassen. Die R-7 hatte 5 Haupttriebwerksblöcke mit 20 Brennkammern und 12 Steuertriebwerke, da die Haupttriebwerke starr eingebaut waren. Aber diese Triebwerke waren noch adaptierte A-4 Technologie. Keine Brennkammer hatte einen höheren Schub als ein A-4 Triebwerk. Es wurde wie bei der A-4 Wasserstoffperoxid als Antrieb für den Gasgenerator verwendet und die Brennkammerwand war eine einfache doppelwandige Konstruktion. Russland hat das Wissen aus den A-4 Spezialisten und den Unterlagen herausgeholt, wo es ging und wenn es Probleme gab, dürften die deutschen Raketentechniker an den Lösungen arbeiten. Sie waren nie in leitender Mission. Aber trotzdem ähnelt die R-7 verdammt dem Entwurf der Gobalrakete-1 (GR-1) von Helmut Gröttrup. Sie war im Prinzip eine Bündelung von 20 A-4 und funktionierte dank der A-4 Technologie. Aber ein Geistesblitz Koroljows war sie nicht. Nur der Umsetzung eines deutschen Entwurfs. Bei den folgenden Eigenentwicklungen, sei es den Oberstufen oder neuen Raketen wie der Proton gab es denn auch die vielen Versager, die die R-7 nicht hatte und die erst den russischen Vorsprung ergab. Hätte Koroljow wie die Amerikaner erst die Trägerrakete qualifizieren müssen, er hätte sei sicher nicht geschlagen. Koroljow meinte dann, wenn die R-7 mit 20 Brennkammern funktioniert, dann auch die N-1 mit 30. Das war ein Irrtum.

3.8,2019: Der Titan Ballon

Kürzlich tauchte eine Drohne, die auf Titan eingesetzt werden soll. Ich will mich mit einem alternativen Projekt beschäftigen, nämlich einem Ballon. Er hat anders als eine Drohne eine längere Flugzeit, kann den ganzen Lander bewegen. Ich will mal in diesem Blog die Probleme und Chancen beleuchten.

Grundlagen

Die Physik hinter einem Ballon ist relativ einfach. Man betrachtet die Atmosphäre als ein ideales Gas für das die physikalischen Zusammenhänge seit 200 Jahren bekannt. Ein ideales Gas kann man durch nur vier Parameter charakterisieren:

Ein Ballon basiert auf dem Prinzip des Auftriebs. Es gibt zwei Prinzipien. Beim Heißluftballon erhitzt man das Gas im Ballon. Durch die höhere Temperatur sinkt seine Dichte und der Balloninhalt hat ein geringeres Gewicht als das gleiche Volumen an Außenluft. Er ist damit leichter und kann den Korb mit Nutzlast nach oben heben. Das endet, wenn der Ballon entweder eine Höhe erreicht hat, in der sein Auftrieb die der umgebenden Atmosphäre entspricht, denn die Dichte der Luftschicht nimmt durch den immer geringer werdenden Druck durch die darüber liegenden Luftschichten mit der Höhe ab. Alternativ stoppt in der Praxis dies schon vorher denn das Gas kühlt sich ja wieder ab.

Für den Titanballon wird man mangels Wärmequelle auf das zweite Prinzip zurückgreifen. Bei ihm füllt man den Ballon mit einem Gas, dessen Molekularmasse niedriger ist als die des umgebenden Gases. Der Auftrieb entspricht dann der Differenz der Molmassen, multipliziert mit der durchschnittlichen Dichte der Atmosphäre.

Die Titanatmosphäre besteht vor allem aus Stickstoff (mittlere Atommasse 28) und hat am Boden eine Dichte von 6,9 kg/m³, etwa sechsmal höher als die Erdatmosphäre. Die mittlere Molmasse ist fast die gleiche wie bei der Erde (29) aber durch die höhere Dichte ist der Auftrieb viel höher.

Mögliche Gase

Die Auswahl an Gasen reduziert sich durch die niedrige Temperatur. Es bleiben nur drei übrig: Wasserstoff (Molmasse 2),Helium (Molmasse 4) und Neon (Molmasse 23). Neon und Helium sind Edelgase, sind also nur in Druckgasflaschen transportierbar. Da der Auftrieb abhängig von der Differenz der Molmasse ist, scheidet nun schon Neon aus. Bei einem Gas ist das Problem, das die Tankmasse nicht vom Gewicht des Gases sondern dem Druck abhängig ist. Neon hat also nicht nur einen geringeren Auftrieb. Die Flasche für ein bestimmtes Volumen wiegt genauso viel wie beim Wasserstoff. Eine Heliumflasche für die Ariane 5 aus CFK-Werkstoffen fast etwa 30 kg Helium, wiegt selbst etwa 93 kg. Das ist natürlich vom Gewicht her unattraktiv. Wenn nur ein Viertel des Gewichts von gas und Flasche auf das Gas selbst entfällt. Man benötigt um einen x kg schweren Lander abzuheben bei der Verwendung von Helium x/7 kg Helium, doch dieses günstige Verhältnis reduziert sich auf 0,59 * x, wenn man die Druckgasflaschen hinzurechnet und man benötigt natürlich noch den Ballon. Es wird in der Praxis etwas günstiger, weil man mehrere Flaschen verwenden kann und jeweils eine abwerfen, wenn sie entleert ist. Aber das Gewicht muss ich in jedem Falle auf die Titanoberfläche transportieren. Wenn ich schon Gasflaschen nehme, dann kann ich auch gleich Wasserstoff verwenden, denn seine Brennbarkeit spielt dort keine Rolle. Um 100 kg Gewicht anzuheben, benötige ich dann 7,2 kg Wasserstoff und eine 44 kg schwere Flasche.

Sinnvoll ist es daher, das Gas als lagerfähige chemische Verbindung zu Titan zu transportieren und erst dort aus der Verbindung freizusetzen. Da Wasserstoff das leichteste Element ist und nur der Wasserstoff nutzbar ist, ist es logisch, das man nur Verbindungen des Wasserstoffs mit leichten Elementen untersucht und zwar denen in der zweiten Periode. So bleiben nur folgende Verbindungen übrig:

Ammoniak, Boran und Methan sind bei uns Gase, bei den Temperaturen von Titan sind Ammoniak und Borane aber flüssig und Methan nahe des Punkts wo es flüssig wird (es gibt auf Titan Seen, die ihre Größe jahreszeitlich verändern, das kann auf der Verdampfung von flüssigem Methan bei leicht ansteigenden Temperaturen beruhen. Methan könnte man nur nutzen, wenn man gleichzeitig erhitzt. Anders als bei einem Heißluftballon würde man es nicht hoch erhitzen müssen. Doch dann könnte man es auch aus der Luft selbst gewinnen, das es enthält. Eine Anlage dafür wäre aber schwer und ob die Abwärme eines RTG ausreicht für das Erhitzen? Ich glaube nicht. Methan hätte mit Atommasse 16 einen Auftrieb, der zwar viel kleiner als der des Wasserstoffs ist, (man benötigt also mehr Gas) aber es wäre leicht in flüssigem Zustand transportierbar. Es ist unter niedrigem Druck verflüssigbar, und sobald sich die Sonde von der Erde entfernt, sinkt auch die Umgebungstemperatur, sodass es selbst ohne Druck flüssig bleibt. Bei Methan benötigt man um 100 kg Lander anzuheben 57 kg Methan, das ist also noch ungünstiger, als Wasserstoff oder Helium in Gasflaschen mitzuführen.

Freisetzen aus Verbindungen

Bleibt noch das Freisetzen aus Verbindungen. Wir kennen das vom Wasserstoff, den man aus Wasser durch Elektrolyse freisetzen kann. Leider klappt das nur bei Wasser so. Die Elektrolyse bei den anderen Verbindungen scheitert, weil die Verbindungen nicht polar genug sind. Natürlich gibt es auch dort die Möglichkeit die Verbindungen wieder in Elemente zu spalten (meistens durch hohes Erhitzen), doch dies ist meist sehr aufwendig, und wenn ich eine ganze chemische Anlage auf den Titan transportieren muss, dann lohnt sich die Gewichtsbilanz nicht. Am einfachsten geht es noch aus Diboran, das oberhalb 400°C in die Elemente zerfällt, da es aber auch bei Temperaturen über -92°C gasförmig ist, bietet es keine Vorteile gegenüber Wasserstoff oder Helium.

Da die Oberfläche des Titan aus Eis mit Methan, Salzen und Silikaten besteht, könnte man auf die Idee kommen, einfach das Eis dort zu verwenden. Doch da Wasser an und für sich eine stabile Verbindung ist, deswegen gibt es ja so viel davon auf der Erde klappt die Elektrolyse nur bei reinem Wasser. Schon normales Wasser aus dem Wasserhahn enthält zu viele gelöste Ionen, die zuerst mit den Elektroden reagieren würden. Man nutzt das bei der Chloralkalielektrolyse aus, indem man aus einer Kochsalzlösung durch Hydrolyse eben dann nicht Wasserstoff und Sauerstoff, sondern Chlor und Natronlauge gewinnt. Wasser auf der Titanoberfläche dürfte noch reaktiver sein. Man müsste es also erst aufwendig reinigen und schon sind wir wieder bei einem Chemielabor mit seinen Nachteilen hinsichtlich Gewicht und Komplexität. So bleiben noch zwei Verbindungen übrig: Berylliumhydrid und Lithiumhydrid. Beides sind Metallhydride, Verbindungen von Metallen mit Wasserstoff. Alle Hydride sind leicht oxidierbar und hier kann man dann in der Tat leicht den Wasserstoff freisetzen und das geht auch auf Titan. Berylliumhydrid zerfällt schon zwischen 205 und 250 °C wieder in die Elemente, hier reicht also einfaches Erhitzen. Lithiumhydrid ist stabiler und zerfällt erst oberhalb von 900 Grad in die Elemente. Beide reagieren aber mit Wasser – und das kann auch das dreckige Wasser vom Titan sein – zu Hydroxiden und setzen dabei Wasserstoff frei:

LIH + H2O → LiOH + H2

BeH2 + 2 H2O → Be(OH)2 +2 H2

Nimmt man die Atommassen: Berylliumhydrid mit Atommasse 11 und Lithiumhydrid mit Atommasse 8, dann ist klar das Berylliumhydrid die bessere Substanz ist. Wenn man das Wasser von der Oberfläche nimmt, so kann man aus 11 g Berylliumhydrid 4 g Wasserstoff gewinnen (36 % der Anfangsmenge). Bei Lithium sind es nur 2 g von 8 g pro Mol (25 %). Wenn man das Wasser mitführt, sinkt die Ausbeute auf 8,5 % bzw. 7,7 %. Dann könnte man aber auch gleich Sauerstoff einsetzen. In der Praxis sehe ich keine Hindernisse, Eis von Titans Oberfläche zu verwenden. 36 % nutzbarer Wasserstoff klingt nach wenig, doch bei einer Druckgasflasche wären es nur 13,9 %.

Dazu käme aber noch ein Behältnis, der Ballon, Ventile, Leitungen und natürlich eine Vorrichtung die Eis von der Oberfläche entnimmt, verflüssigt (das ginge mit der Abwärme eines RTG den man für die Stromversorgung sowieso benötigt, ein RTG hat einen Stromwirkungsgrad von maximal 16 %, der Rest ist Abwärme). Alles in allem schätze ich das die Ausrüstung um einen Ballon aufzublasen mindestens so viel wiegt, wie die eigentliche Nutzlast, was ich jedoch für vertretbar halte.

Mögliche Szenarien

Meiner Ansicht nach wäre es das Sinnvollste wenn man ein Hoppen anstrebt: Man bläst den Ballon auf, sodass man abhebt, aber in niedriger Höhe schwebt. Auf Titan sind an der Oberfläche die Winde schwach. Huygens maß 0,3 m/s Windgeschwindigkeit. Die Dünen, die es dort gibt und das zeigen auch mathematische Modelle, zeigen aber das die Windstärke jahreszeitlich unterschiedlich ist und in der Höhe werden die Winde stärker. Aus Sicherheitsgründen halte ich aber einen bodennahen Flug für besser. Da ist die Chance größer das bei einem Leck im Ballon der Lander trotzdem noch sanft landet. Man benötigt dann einen Vortrieb wie einen Propeller. Der ist auch notwendig, wenn man gezielt eine Stelle anfliegen will. Für eine Langzeitmission, wichtiger wäre aber, das der Ballon langfristig gasdicht ist, denn bei der Gewichtsbilanz kann man ihn nicht bei jedem Abheben neu füllen. Ich halte eine solche Mission für technisch umsetzbar und attraktiv. Man könnte so verschiedene Landeplätze ansteuern, dort jeweils Untersuchungen durchführen und wieder abheben. Beim Flug kann man Bilder und Videos machen und so zumindest einen Teil der Titanoberfläche viel besser erkunden, als nur vom Boden aus. Wer mal auf einem Hochhaus oder Fernsehturm war, weiß wie gut man schon in niedriger Höhe die Umgebung überblickt.

4.8.2019: Mord und Totschlag

Man gestatte mir heute mal wieder einen reinen Meinungsblog. Es geht um etwas, was mir in den letzten Jahren aufgefallen ist: eine Veränderung der Nachrichten. Was mir – zumindest bei meinem Hausradiosender SW1 – auffällt, ist, dass es immer mehr Meldungen über Morde und andere schwere Verbrechen gibt. Die letzte Woche sogar zwei. Zuerst über einen Mann, der eine Frau und ihr Kind vor einen hereinfahrenden Zug in Frankfurt stieß, dann über einen der einen ehemaligen Mitbewohner mit einer Stichwaffe in Stuttgart tötete. Das ist ein Beispiel. Es gäbe noch weitere, wie über Gruppenvergewaltigungen, Kindermissbrauch. Es sind auch nicht nur die Verbrechen selbst, die eine einmalige Meldung erzeugen. Sondern in den nächsten Tagen kommen dann noch Meldungen über den Fortgang der Ermittlungen und die reisen auch nicht ab. So in dem Fall über Kindesmissbrauch auf einem Campingplatz, wo es alle paar Monate neue Meldungen gibt. Sei es über verschwundene CDs mit Tatvideos oder die Ermittlung eines weiteren Tatverdächtigen und schließlich dann noch Meldungen über die Prozesse: Prozessbeginn, Prozessverlauf, Urteil.

Ich frage mich in letzter Zeit, warum diese Meldungen zugenommen haben und was ihr tieferer Sinn ist. Es gab früher auch schon Verbrechen, doch wurde über Mord nur selten berichtet. Heute ist das anders. Meine Vorstellung: durch die terroristischen Attentate hat sich irgendwie die Wahrnehmung bei der Bevölkerung, aber auch Redakteuren verändert. Nun erscheinen solche Taten viel bedrohlicher als vorher, wo sie auch vorkamen, aber eben nicht so stark wahrgenommen werden. Nehme ich nur die Statistiken, so sind die Morde von 1994 bis 2014 von 1194 auf 664 Fälle zurückgegangen. Es ist heute also fast doppelt so „sicher“ wie vor 20 Jahren. In den Nachrichten ist das genaue Gegenteil der Fall. Damals wurde kaum über Einzeltaten berichtet, außer sie hatten regionale Bedeutung. Ein Redakteur würde nun sicher sagen, das ist Öffentlichkeitsinteresse. Kurz die Leute interessieren sich dafür. Das ist ein Argument, denn es wird auch über Dinge berichtet, die ich für völlig unnötig halte wie irgendwelche Hochzeiten oder Geburten bei Königshäusern. Aber es gibt einen Unterschied. Im zweiten Fall ist es mehr oder weniger Unterhaltung, man könnte auch sagen, eine positive Nachricht, bei Berichterstattung über Verbrechen ist es eine negative Nachricht. Die löst im Unterbewusstsein etwas aus. Man fühlt sich nicht mehr so sicher, wenn fast jede Woche über einen Mord berichtet wird, (rein statistisch gesehen, passiert auch jeden Tag mindestens einer). Sonst hätte man von den Taten nichts mitbekommen außer man wäre in der direkten Umgebung.

Noch etwas hat sich geändert. Nach jeder der Taten tritt die Politik auf. Seehofer hat seinen Urlaub unterbrochen und will, weil der Täter von Frankfurt aus der Schweiz stammt, nun verstärkte Kontrollen zur Schweiz einführen. Bei anderen Verbrachen in den letzten Jahren wurde nach einer Verschärfung von Gesetzen geschrien und natürlich dienen diese Vorfälle dazu, die Überwachung der Bevölkerung bzw. ihres Telefon- und Internetverkehrs zu rechtfertigen und immer mehr zu verschärfen. Die letzte deutsche Verordnung hat ja mittlerweile der EuGH kassiert.

Ich denke Politiker wollen so zeigen, dass sie etwas tun. Aber was sie tun, ist Unsinn. Mord ist ja strafbar und das nicht erst seit heute. Wir haben für alle möglichen Straftaten Gesetze, manchmal sogar ziemlich überflüssige wie gegen Majestätsbeleidigung und Werbung für Abtreibung. Gesetze und Verordnungen verhindern aber keine Straftaten. Straftaten verhindert die Polizei durch ihre Präsenz, bzw. bei Berufskriminellen durch den Fahndungserfolg und auch der hängt mit der Personalstärke aber auch ihrer Ausrüstung und Ausbildung zusammen. Dafür muss man aber Geld ausgeben. Gesetze sind dagegen als Beschlüsse des Parlaments relativ günstig. Ich sehe das wie bei den Verkehrsregeln: die kennt auch jeder und trotzdem halten sich viele nicht daran. Daran ändern dann nur Kontrollen, Überwachung wie Radargeschwindigkeitsmessungen oder Bußgeldbescheide etwas. Es geht nicht um verschärfte Regeln, sondern dadurch, dass man die Einhaltung auch gewährleistest. Wie bei den Gesetzen könnte man auch die Verkehrsregeln entschlanken und überflüssige entfernen. Aber auch hier sehen wir den Trend zu „billigen“ Maßnahmen. Das sind Schilder. Wir haben überall Schilder, bei den meisten kenne ich nicht mal die Bedeutung. Auch da würden einige weniger nicht schlecht sein.

Immerhin: mein Sender hat noch nicht eine Rubrik, die der Stammsender meines Bruders „Antenne 107,7“ hat: dort gibt es zu den Nachrichten jeweils eine Liste von Meldungen, wo Radarfallen aufgestellt sind. Ich denke das ist grenzwertig. Es ist im Prinzip eine Warnung an alle, die sich nicht an das Tempolimit halten, wo ihnen ein Bussgeld winken könnte. Klar wird das, wenn derselbe Sender nicht vor „Blitzern", sondern Polizeikontrollen oder -patrolien warnen würde. Auch diese überwachen ja nur den Verkehr und stellen auch Geschwindigkeitsverstöße fest.

Zuletzt noch ein Schmankerl: ich habe, während ich den Beitrag schreib, eine Folge von TerraX über den Mars angeschaut. Gleich zu Beginn gab es folgende Szene, aus der ich einen Screenshot gemacht habe:

Fällt euch was auf? Die Venus ist leicht größer als die Erde, in Wirklichkeit aber etwas kleiner. Der Mars hat etwa die halbe Erdgröße ist aber auf der Abbildung auch zu groß, ebenso der Merkur. Vor allem ist die Sonne mit geschätzt 3-4 fachem Erddurchmesser viel zu klein. Hier ein korrekter Vergleich aus der Wikipedia. Und Mars 3 machte auch nicht die erste erfolgreiche Marslandung … In der Sendung wird dann auch noch der Eindruck erweckt, das Elon Musk, dort betitelt als „Multimilliardär“ alleine eine Marskolonisierung finanziert. Ich frage mich nur wie.



5.8.2019: Die Saturn und N-1 – Unterschiede in der Sicherheitsphilosophie

Ich habe mal eine Anzeige gesehen, in der man einen Metallkugelschreiber und einen abgekauten, kurzen Bleistift sah. Darunter stand sinngemäß, dass die NASA Unsummen für einen Kugelschreiber ausgab, der auch in der Schwerelosigkeit schreiben konnte und Russland das Problem mit einem Bleistift löste.

Ich treffe immer wieder auf die Meinung. Die russische Technik sei zwar veraltet, schwer, aber solide und unverwüstlich. Es sei eben eine andere Herangehensweise an die Probleme, die der Weltraum an die Technik stellt. Dafür würde auch die Benutzung des Bleistifts stehen.

Ich will diese unterschiedlichen Herangehensweisen an der N-1 demonstrieren, aber auch einige andere Dinge erwähnen und nicht zuletzt sagen, warum ich die russische Lösung in vielen Fällen für keine Lösung halte.

Fangen wir mal mit dem obigen Vergleich an. Das Problem ist, das er einem eine Schlussfolgerung aufdrängt, aber man nicht die Fragestellung weiß. Die NASA wollte einen Kugelschreiber, damit die Astronauten schreiben konnten und es musste ein Kugelschreiber sein, weil normales Papier im Weltraum einige Nachteile hat. Es ist zu dünn, nimmt Feuchtigkeit auf und fängt an sich zu wellen. Die Handbücher bestanden aus beschichtetem Papier. Das kann man aber nicht mit Bleistiften beschriften. Mal davon abgesehen, dass man die auch nachspitzen muss. Dann hat man ein neues Problem, das man lösen muss.

Russland hat eigentlich nicht das Problem gelöst, es hat es umgangen, indem es eben doch Papier oder besser Karton genommen hat, der ist dick genug, dass er nicht wellt. Und das ist die Art wie Russland in den Sechzigern und Siebzigern (wie es heute ist weiß man leider mangels aktueller Projekte nicht) Probleme „löste“. Man umging sie. Raumsonden und Satelliten – beginnend von Sputnik 1, enthielt die elektronische Ausrüstung in einem druckdichten Kompartiment, gefüllt mit Stickstoff, den ein Ventilator umwälzte. Man setzte sich mit dem Problem des Vakuums also nicht auseinander, entwickelte keine Kunststoffe, die die Temperaturen standhielten und nicht ausgasten oder eine Temperaturregulation, die auch im Vakuum und in der Schwerelosigkeit funktionierten, sondern man schuf erdähnliche Bedingungen. Das verschaffte vor allem einen Zeitvorteil. Die USA brauchten Jahre und etliche Fehlversuche, bis sie ein Kamerasystem hatten, das im Vakuum einen Film belichten und entwickeln konnte. Russland nutzt bei Luna 3 einen Prozess der zwar unter Schwerelosigkeit arbeitet aber nicht im Vakuum, damit konnte die Sonde schon 1959 erste Aufnahmen der Mondrückseite machen – wenn auch in bescheidener Qualität.

Auf der anderen Seite: die meisten dieser so konzipieren Sonden fielen trotzdem aus, einige sogar deswegen weil diese Abteilung Gas verlor und dann überhitzte. US-Sonden waren in der Summe zuverlässiger, weil man die weltraumtaugliche Hardware natürlich extensiv unter Weltraumbedingungen testen musste. Das konnten sich die Russen sparen.

Kommen wir zu den Trägerraketen. Da sehen wir schon bei der R-7 einen Unterschied. Zum einen natürlich die vielen Brennkammern. Aber das reichte nicht. Alle Triebwerke waren starr eingebaut. Ein kardanisch aufgehängtes Triebwerk ist deutlich aufwendiger. Man muss Aktoren bauen, um es zu schwenken. Damals meist pneumatisch, wobei die Pneumatik von einer Hydraulik getrieben wurde, die als Antrieb die Treibstoffe selbst nutzte die nach Passage der Turbopumpe hohen Druck hatten. Kardanisch aufgehängte Triebwerke haben dann noch das Problem, das die Turbopumpen schnell bewegliche Rotoren haben. Sie wirken wie ein Kreisel, und wenn die Turbopumpe mit dem Triebwerk gedreht wird, induziert das ein unerwünschtes Drehmoment. Alles Probleme, die man lösen muss. Russland umging es, indem zu den 20 Hauptbrennkammern in Block A-D noch 12 Steuertriebwerke mit kleinem Schub kamen, die drehbar waren, aber ohne Turbopumpen, rein druckgefördert. Daran hat sich bis heute nichts geändert. Als die Sojus 2.1v das NK-33 Triebwerk bekam wurde dieses wieder starr eingebaut. Nun musste man ein zusätzliches Triebwerk einbauen, das die Drehungen durchführt. Man entschied sich für das RD-0110, das in der dritten Stufe der Sojus eingesetzt wurde. Eine Lösung, aber man hat zwei Triebwerke, obwohl man nur eines bräuchte und damit ein höheres Risiko.

Als Russland im Laufe der Sechziger dann im Schub reduzierbare Triebwerke entwickelt nutzte man deren Fähigkeit für Richtungsänderungen baute sie aber immer noch fest ein. So umgesetzt bei der Proton. Das nächste Problem, das es zu lösen galt, war die Zündung einer Stufe in der Schwerelosigkeit. Dann hat man nämlich das Problem, das sich die Treibstoffe von der Wand lösen und es kann vorkommen, dass der Fluss zu den Triebwerken abreist und sie sich abschalten. Das Problem trat erstmals auf als man Oberstufen einsetzte, die erste war Block E bei der Wostok/Luna. Wie löste man es? Nun, wenn man nicht weiß wie man in der Schwerelosigkeit Stufen zündet, dann startet man sie gar nicht erst in der Schwerelosigkeit. Bei allen frühen russischen Raketen wurde die Oberstufe gezündet, kurz bevor die Unterstufe Brennschluss hat. Damit diese nicht explodiert ist die Oberstufe über einen Gitterrohradapter verbunden, durch den die Gase entweichen können. Das ist eine Lösung, wenngleich man so die Unterstufe nie ganz ausbrennen lassen kann und so Leistung verschenkt. Die USA setzten es bei der Titan II auch ein, doch das war eine ICBM, bei der die Brennzeit anders als bei einer Trägerrakete minimal ist. Sie sollte nie einen Orbit erreichen. Problem gelöst? Nein umschifft. Denn wenn man das Problem löst, dann kann man eine Stufe auch mehrfach zünden und das ist nötig für bestimmte Missionen. Die Kosmos B-1 hatte daher nur die Fähigkeit elliptische Umlaufbahnen zu erreichen. Für eine höhere kreisförmige Umlaufbahn hätte man nach dem Ausbrennen der Ersten und Zünden der zweiten Stufe eine Freiflugphase benötigt. Bei der Wostok nahm aufgrund der Tatsache und der dadurch nötigen Aufstiegsbahn die Nutzlast für höhere Umlaufbahnen dramatisch ab und Raumsonden hatten da man keine Parkbahn und nach Vermessen dieser Korrekturen durchgeben konnte eine höhere Bahnungenauigkeit, die dazu führte, dass Luna 1 den Mond verpasste.

Langfristig benötigte man aber die Fähigkeit. Für planetare Umlaufbahnen war sie unumgänglich, ebenso für höhere Kreisbahnen oder, wenn man das Apogäum nicht genau 180 Grad vom Startort entfernt haben wollte.

Für die Kosmos C kam man auf die erste Lösung. Die zweite Stufe hatte zwei Zündphasen. Dazwischen liefen die ganze Zeit kleine Triebwerke, die genügend Schub entwickelten, dass der Treibstoff am Tankboden blieb. Das verbraucht allerdings unnötigen Treibstoff. Für längere Freiflugphasen wie sie für die Molnija Satelliten und Raumsonden nötig waren (typisch 10 bis 30 Minuten Freiflugphase) kam man bei der Molnija-Version auf die folgende Idee: Oberstufe und Satellit gelangen zusammen in den Orbit. Das Gespann darf also nie schwerer als die Nutzlast der dreistufigen Sojus sein. Am Zielpunkt angekommen zündet ein Feststoffantrieb, der die Treibstoffe sammelt und dann das Haupttriebwerk. Es war nur eine Zündung möglich und das rächte sich. Denn das System, dass die Stufe bis dahin stabilisierte, damit sie bei der Zündung nicht falsch ausgerichtet ist, war eine Fehlkonstruktion und so schaltete die Stufe nach der Zündung bald wieder ab und die Nutzlast strandete in einem Erdorbit. Ein zweiter Versuch war nicht möglich.

Erst seit Einführung der Fregat / Breeze M hat Russland wiederzündbare Oberstufen. Alle diese „einfachen“ Lösungen entpuppten sich so in der Praxis nicht als einfach, sondern fehleranfällig,

Nach diesem allgemeinen Teil nun zur N-1. Natürlich sind grundsätzliche Unterschiede zur Saturn V im Design zu erkennen, doch darum geht es nicht in diesem Beitrag. Es ging um die allgemeine Sicherheitsphilosophie. Die war bei Wernher von Braun: testen, testen, testen. Eine ausgereifte Rakete war ihm wichtiger als ein Zeitplan. Selbst im Krieg vergingen zwischen dem ersten erfolgreichen Testflug einer A-4 und ihrem Einsatz zwei Jahre. Koroljow sah das lockerer. Soweit ich gehört habe, hat er sich nie besonders für die Sicherheitsaspekte interessiert. Es gab als inoffizielle Vorgabe, das es zwei reibungslose unbemannte Tests geben musste, bevor man bemann startet. Bei der N-1 hätte das bedeutet, dass wenn die nächsten beiden Tests gelungen wären, man bemannt gestartet wäre. Und das mit einer Rakete, die bei den vorherigen vier Flügen nicht mal zur Zündung der zweiten Stufe kam. Umgekehrt war der zweite Flug der Redstone im Mercuryprogramm MR-2 nicht reibungslos. Die Redstone, eine erprobte Rakete funktionierte, aber verbrauchte den Treibstoff zu schnell. Das löste das Sicherheitssystem aus, das einen vorzeitigen Brennschluss vermutete und es beschleunigte die Kapsel noch mehr, sodass sie weit vom Zielgebiet landete. Die einfachste Lösung wäre es gewesen, den Zeitgeber für die Auslösung des Fluchtturms anzupassen (was man auch machte). Trotzdem wollte von Braun einen weiteren Testflug in dem er die Teile die diesen Schubüberschuss verursachten durch andere ausgetauscht hatte und bekam ihn auch – die anderen Verantwortlichen im Mercuryprogramm hielten ihn für überflüssig stellten keine echte Kapsel und nannten in MR-BD. BD für Booster Development.

Man sieht: beide Chefs hatten sehr unterschiedliche Vorstellungen von Sicherheit. Das merkt man auch bei den Philosophien der Rakete.

Triebwerke

Der wohl sicherheitstechnisch kritischste Teil der Rakete sind die Triebwerke. Daher widmete von Braun ihnen auch große Aufmerksamkeit. Das F-1 war moderner als das H-1, aber es verwandte dieselben Konstruktionsprinzipien wie frühere US-Triebwerke. Das Hauptstromverfahren, das sicherlich zumindest theoretisch bekannt war, wurde nicht eingesetzt und die technischen Werte waren moderat. Von den technischen Werten waren schon die ersten NK-Triebwerke besser. Sei es spezifischer Impuls oder Schub/Gewichtsverhältnis. Aber sie wurden extensiv getestet. Es gab insgesamt 2.771 Zündungen, davon 1.110 über die volle Brenndauer mit einer Gesamtdauer von 239.124 s. Sechs Triebwerke wurden jeweils über 5.000 Sekunden lang betrieben. Zweimal wurden aus der normalen Produktion zwei Triebwerke herausgegriffen und auf ihre volle Lebensdauer von 2.250 s und zwanzig Zündungen getestet. Zusammen mit den Akzeptanztests hatten die Triebwerke nach dem letzten Flug 1.280.527 s Betriebsdauer in 3.248 Zündungen akkumuliert. Davon entfielen nur rund 10.000 s auf die 13 Flüge.

Diese Bilanz konnten die NK-Triebwerke nicht aufweisen. Es waren hier 832 Tests mit 86.000 s. Die Zeitdauer und die Testzahl sind beeindruckend, wenn auch nicht so hoch wie beim F-1. Zum Vergleich, das Vulcain absolvierte 280 Tests mit 86000 Sekunden. Die Testzahl ist dabei der wichtigere Parameter, da das Vulcain mehr als fünfmal länger arbeiten muss, als ein NK. Nicht ignorieren kann man die Triebwerksanzahl. Das Vulcain braucht viel weniger Tests, weil es nur ein Triebwerk ist. Paradoxerweise: je mehr Triebwerke eine Rakete hat, desto zuverlässiger muss eines sein, da ein Ausfall meist zu einem Missionsverlust führt. Man würde also erwarten das bei 30 Triebwerken die NK-Triebwerke stärker getestet wurden als die F-1 und das ist nicht der Fall.

Ein Rätsel für mich ist die Qualitätskontrolle. Die ersten NK-Triebwerke waren ohne Überholung nur einmal zündbar (das waren auch die F-1, doch man konnte sie ja nach jeder Zündung mit einem neuen Startsystem ausstatten). Die F-1 wurden trotzdem vor jedem Start viermal gezündet, mit zusammen 495 s Brennzeit, (später maximal 165 s lang betrieben) – einzeln, zusammen, in der Stufe eingebaut. Bei den NK-Triebwerken baute man jeweils eine Charge von sechs Triebwerken. Davon nahm man zwei heraus und testete diese. Bestanden diese den Test, so wurden die anderen eingebaut, wenn nicht wurden sie verschrottet. Jedes Mal, wenn ich das schreibe, muss ich in Gedanken den Kopf schütteln. So was funktioniert nur bei systematischen Fehlern, nicht bei zufällig verteilten Fehlern.

Sicherheitsphilosophie

Beide Träger hatten in den ersten Stufen eine „Engine-out“ Kapazität. In der Beziehung war die N-1 sogar besser. Bei ihr dürfte schon beim Start ein Triebwerk ausfallen, bei der Saturn V erst nach 30 Sekunden. Zudem hatte die N-1 diese Fähigkeit bei den ersten drei Stufen, die Saturn V nur bei den ersten zwei. Allerdings hatte die N-1 auch fünf Stufen. Das Handling war aber unterschiedlich. Bei der Saturn V wegen der schwenkbaren Triebwerke wurden diese schräg gestellt, um die Asymmetrie auszugleichen. Bei der N-1 mit fest eingebauten Triebwerken muste man das zugehörige entgegengesetzte ebenfalls Triebwerk abschalten.

Doch das ist nur ein Aspekt. Man muss auch gewährleisten, dass der Ausfall keine Folgen hat. Im Extremfall kann ein Triebwerk explodieren und so die Nachbartriebwerke beschädigen, wie bei der N-1 mehrmals passiert. Die N-1 verlies sich auf das Sicherheitssystem Koord. Das F-1 hatte in den Leitungen unterhalb der Turbopumpe Schalter. Es waren drei mit leicht unterschiedlichen Auslöseschwellen einige Bar unterhalb des Nenndrucks. Sobald der Nennschub erreicht war, wurden sie hineingedrückt und damit aktiv. Sank er dann ab so gab es, sobald zwei Schalter umsprangen an die IU ein Signal (bei der Saturn IB wurden die Triebwerke sogar selbst abgeschaltet), die dann Aktionen traf. Denn wie schon geschrieben – erst nach 30 Sekunden dürfte ein Triebwerk gefahrlos ausfallen musste die Steuerung eine Entscheidung treffen – Fluchtturm auslösen, Rakete aufs Meer steuern, Triebwerk abschalten. Kord bei der N-1 hatte auf den ersten Blick eine ähnliche Aufgabe, nur das es hier fünf Parameter pro Triebwerk waren. Doch KORD war mit der Aufgabe auch überfordert. Die IU der Saturn V musste 5 Signale von 5 Triebwerken verarbeiten, KORD 150 von 30 Triebwerken. Was mich wundert – und das hat nichts damit zu tun, das die erste Stufe der N-1 nie als Ganzes getestet zu tun, ist das man keinerlei Vorbereitungen traf, das ein Triebwerk das explodiert nicht die anderen beschäftigt – so was gab es bei den F-1 auch nicht, aber da hatte man ja den Fokus darauf gerichtet, dass ein Ausfall gar nicht erst vorkommt.

Ich schreibe eigentlich nur über die erste Stufe, weil man die oberen Stufen ja nie in Aktion sah. Sie sind aber auch unkritischer, weil dann die Atmosphäre passiert ist. Man kann dann alle Triebwerke abschalten, das Raumschiff abtrennen und landen. So wurden auch die J-2 weitaus weniger intensiv getestet als die F-1.

In meinem neuen Buch, in dem auch die N-1 ein Kapitel von 60 Seiten Umfang bekommen hat, benutzte ich die Formulierung, das das russische Mondprogramm „mit der heißen Nadel gestrickt“ war. Und das trifft es. Recherchiert man, so findet man so viele Versäumnisse, Wagnisse. Nur mal als Ergänzung: Am Mond angekommen sollte ein Astronaut über die Oberfläche der Sojus zum Mondlander klettern, dort dann einsteigen und zusammen mit der letzten Stufe Block D landen. Die reichte aber nicht für die komplette Landung aus, sondern war in geringer Höhe ausgebrannt und nun wurde sie abgetrennt und das Mondlandertriebwerk gezündet. Also ich möchte das nicht machen. Nach dem Rückstart wäre der Kosmonaut erneut ausgestiegen über den Mondlander zur Sojus geklettert, zusammen mit den Gesteinsproben und dort wieder eingestiegen – aus Gewichtsgründen gab es keinen Kopplungstunnel zwischen Sojus und Mondlander. Wenn das in einem Science-Fiction Film erschienen wäre, es wäre zu abenteuerlich gewesen, doch so war es geplant, einfach, weil die N-1 nicht die Nutzlast hatte, die die Saturn hatte und man Gewicht einsparen musste.

Fazit

In der Summe finden wir das Wernher von Braun der Sicherheit großen Rahmen einräumte. Bei den ersten Raketen, A-4, Redstone, Jupiter vor allem durch Zuverlässigkeit, also intensive Erprobung. Das ist das Level, das heute zahlreiche russische Raketen haben – einfach durch die lange Einsatzhistorie. Betrachtet man die ersten Jahre, so sieht das deutlich anders aus. Die Saturn, gebaut für bemannte Einsätze wurde dagegen so konstruiert, dass sie von Anfang an möglichst sicher war. Das geschah durch Redundanz – die hatte die N-1 bis auf den Ausfall ganzer Triebwerke nicht, daher habe ich es hier auch komplett weggelassen - intensive Prüfungen und zumindest bei den Triebwerken konservative Betriebsparameter. Dafür waren die stufen sehr leichtgewichtig, auch besser als die der N-1.

7.8.2019: Die Kohlendioxidsteuer

Nachdem man bei der Europawahl massiv Stimmen verloren hat und auch weil die Fridays for Future Demos auch in den Schulferien weitergehen (soviel zum Thema Schulschwänzen....) gibt es nun jeden Tag neue Vorschläge für Klimasteuern und Klimaabgaben. Heute soll die Mehrwertsteuer für Fleisch angehoben werden von 7 auf 19. Letzte Woche war von einer Abgabe auf Inlandsflüge, die der Verband für Luftverkehr sogar selbst ins Spiel brachte, nachdem einige Wochen vorher diskutiert wurde, Kerosin zu besteuern und Frankreich eine solche Abgabe eingeführt hat und ich könnte das noch beliebig fortsetzen.

Zeit also meinen Senf dazuzugeben. Wir Deutsche neigen ja dazu, alles ganz fein zu regeln. Es gibt zig Verordnungen und Vorschriften und es sind so viele, weil man zig Ausnahmen trifft, um ja nicht irgendeine Minderheit zu benachteiligen. Das geht los bei Bauvorschriften und endet bei der Steuer. Für einen Wandel zu mehr regenerativen Energien und mehr Energieeffizienz denke ich ist aber der einfachste Weg eine Steuer oder Abgabe oder weil es ja schön klingen soll wie „Solidaritätszuschlag“ so etwas wie der „Klimabonus“ auf fossile Brennstoffe.

Das Konzept des Klimabonuses

Das Konzept ist nicht neu und funktioniert in einem anderen Sektor bereits: nämlich im Finanzsektor. Da ist die Kapitalertragssteuer samt Soli- und Kirchensteuer automatisch fällig und wird bei jeder Zinszahlung oder Verkauf mit Gewinn einbehalten. An ein solches System denke ich für den Klimabonus. Der Hauptposten sind fossile Energien. Sie werden entweder bei uns gefördert (Kohle, zum geringen Teil auch Erdgas und Erdöl) oder importiert. Bei dem, der sie als erstes verkauft, ist dann die Abgabe fällig die er auf die Preise draufschlagt. In der folgenden Kette des Weiterverkaufens fällt dann keine Steuer (Klimabonus) an. So erreicht die Steuer auch alle und nicht wie die Ökostromabgabe nur die Privathaushalte während die Industrie weitestgehend befreit ist.

Nicht ganz so einfach ist es bei nicht fossilen Brennstoffen wie Holz (Pellets), Biogas oder andere Dinge, die man verbrennen kann. Würde man die komplett frei vom Klimabonus belassen, dann ist es nicht schwer zu prophezeien, dass dann bald massenhaft Holz woanders eingeschlagen und zu uns importiert wird. Mein Vorschlag: Nachhaltig bewirtschaftete Ressourcen sind befreit vom Klimabonus. Dazu gehören Holzpellets aus Abfällen, Biogas aus Biomasse von deutschen Ackerflächen. Das gilt nicht für importierte Biomasse oder Holz, das nur geschlagen wird, um verheizt zu werden.

Das meiste Kohlendioxid und andere Klimagase werden natürlich von den fossilen Rohstoffen freigesetzt. Doch das ist nicht die einzige Quelle. Eine zweiet ist Methan. Bei uns durch Kühe freigesetzt, in Asien durch den Reisanbau. Hier kann man einen Durchschnittswert für die Klimabilanz ermitteln und pro Kilogramm berechnen. Das ist fällig bei dem Schlachten von Kühen, wie auch Milch die in der Molkerei abgegeben wird und beim Import von Reis. Man wird sicher auch eine Klimabilanz für importierte Sojabohnen oder Palmöl / Palmkernöl erstellen können und entsprechend einen Wert, der für jedes Kilo fällig wird. Das hätte auch den Nebeneffekt, dass dieses Kraftfutter teurer wird und man vielleicht man wieder die Kühe weiden lässt, wenn es billiger wird und das die Lebensmittelindustrie weniger billiges Palmöl in ihren Produkten verwendet.

Betroffen durch das Erheben an der Quelle sind dann alle. Egal ob man den Energieträger direkt umsetzt, wie Braunkohle zur Stromgewinnung oder Methan oder man ihn aufbereitet wie Erdöl zu Benzin, Diesel und Kerosin oder er Grundmaterial ist wie die Erdölfraktionen in der chemischen Industrie.

Die Höhe

Die Höhe ist natürlich wie immer bei Abgaben problematisch. Anders als bei Steuern fällt sie ja bei jedem an. Doch auch hier gibt es ein Vorbild: Die EEG Umlage muss ja auch jeder zahlen, außer natürlich die Industrie. Ich halte am Anfang eine Summe von 25 €/t erzeugtes Kohlendioxid für angemessen. Das ist das, was man bei Organisationen wie Atmosfair für die Kompensation der gleichen Menge Kohlendioxid zahlen muss und was auch die Verschmutzungsrechte im Zertifikathandel kosten. Das ist für eine vierköpfige Familie beim Bundesdruschschnitt von 11 t CO2/Jahr 1100 Euro. Für einen Single 275 Euro.

Ich habe mir mal die Mühe gemacht mit den Daten des Kohlendioxidrechners des Bundesumweltamtes zu errechnen, wie sich dies auf verschiedene Stoffe auswirkt:

Stoff

Kohlendioxid

Aufpreis

Heizöl (leicht) j1 1000 l

3,18 t

8 ct/l

Erdgas (1000 kWh)

0,23 t

0,6 ct/kWh

Braunkohlenstrom (1000 kWh)

0,98 t

2,45 ct/kWh

Erdgas (1000 kWh)

0,64 t

1,2 ct/kWh

Erdgas mit Kraft/Wärmekopplung

0,42 t

1,05 ct/kWh

Benzin (100 l)

0,27 t

6,8 ct/l

Diesel (100 l)

0,31 t

7,8 ct/l

Das ist nicht so viel. Bei Strom ist die Ökostromumlage heute schon um ein Vielfaches höher (7 ct/kWh) und bei Heizöl, Benzin und Diesel liegt das im Rahmen der normalen Schwankungen in den letzten Jahren. Alleine der Heizölpreis hatte in dem letzten Jahr ein Minimum von 55 ct/l und ein Maximum von 80 ct/l. Der Effekt ist aber, das Stoffe die viel klimaschädliches Gas ausstoßen, teurer werden. Der Preisunterschied in der Gestehung zwischen Erdgas und Braunkohlestrom liegt bei 3 ct/kWh. Das schrumpft so auf 1,6 bis 1,8 ct zusammen und dann wird man die vielen Gaskraftwerke, die man hat und die man heute nur kurzeitig abfährt dauerhaft nutzen wird und Stromkonzerne von alleine auf die Braunkohle verzichten, ohne das man ihnen auch noch 40 Mrd. Euro dafür zahlt.

Langfristig wird die Gebühr aber steigen müssen, auch um den Druck zu erhöhen. Ich denke aber eine Abgabe an der Quelle, analog der Quellensteuer ist die sinnvollste Umsetzung mit am wenigsten Bürokratie und am wenigsten Vermeidungsmöglichkeiten.

Kompensationsmöglichkeiten

Derzeit gibt es drei Möglichkeiten den eigenen Kohlendioxidverbrauch zu kompensieren:

Mein Vorschlag: Man sollte die Investitionen in alternative Energien und die echte Kompensation anrechnen lassen können, aber mit dem Faktor, den man aktuell als Kohlendioxidsteuer zahlt. Bei der Investition in erneuerbaren Energien liegt man drüber, das bedeutet man investiert, wenn die Abgabe 25 €/t beträgt und man 160 €/t investiert netto nur 135 €/t, die Investitionen lohnen sich also eher. Bei den Kompensationen ist es gerade anders rum. Hier könnten die Organisationen damit werben das man zwar 25 €/t Kohlendioxid geltend machen kann, man mit dem Geld in Wirklichkeit aber 1,1 bis 1,7 t Kohlendioxid vermeidet. Allerdings fällt mir spontan nichts ein, wie man das Abrechnen der Kompensation unbürokratisch hinbekommt. Das Absetzen von der Steuer geht ja nur wenn man Steuern zahlt und das tun viele Geringverdiener die ja auch betroffen sind nicht.

 

9.8.2019: Raumfahrtsplitter

Eigentlich wollte ich heute Teil 2 über die Kohlendioxidsteuer, pardon, den Klimabonus, bringen nämlich, wie man die Gelder verwenden könnte, doch da sich schon beim ersten Teile eine rege Diskussion über gerade diese Frage entwickelt hat, denke ich ist das nicht nötig.

Ich will daher nur meinen Senf zu zwei Schlagzeilen geben, die in den letzten Tagen erschienen. Der Erste hat mich etwas ratlos hinterlassen, weil zwei grundverschiedene Dinge in einen Artikel gepackt wurden: Demnach sollen Arianespace und SpaceX „Rideshare“ Missionen, also Mitfahrgelegenheiten anbieten.

Das erste, die GO-1 Mission von Arianespace ist mit Sicherheit so etwas nicht. Wie im Artikel geschrieben transportiert Ariane 64 4.500 kg (nach Users Manual: 5.000 kg) in den geostationären Orbit und auch die Aussage, das man als Vorteil verkauft das der Satellit in 6 Stunden anstatt 6 Monaten im Orbit ist spricht die Betreiber von Kommunikationssatelliten an und für die ist Zeit gleich Geld. Die 6 Monate sind auch ein Extrembeispiel für Satelliten mit Ionenantrieben, mit dem chemischen Antrieb ist das in einigen Tagen erledigt.

Ich glaube nicht dass es viele dieser Missionen geben wird. Das hat einige Gründe. Das Erste ist, das schon der Satellit dafür konzipiert sein muss. Er braucht viel weniger Treibstoff, der Hauptantrieb kann entfallen. Das ist eine grundlegende Designentscheidung genauso, wie die ob er einen Chemischen oder Ionenantrieb einsetzt. Würde sich ein Kunde entscheiden so wäre er darauf angewiesen, dass der Satellit im GEO landet. Okay, das ist auch mit der Proton, Atlas V und Falcon möglich, bei der Falcon Heavy zumindest bei der STP-2 Mission demonstriert, so denke ich auch bei der Falcon (ohne Heavy) möglich. Aber die haben ziemlich unterschiedliche Nutzlasten. Bei Proton, Atlas und Ariane 64 sind sie bekannt, bei der Falcon 9 muss man schätzen, da die Oberstufe unbekannt ist.

Rakete

Nutzlast GTO 0 Grad Bahnneigung

Nutzlast GEO 0 Grad

Ariane 64

11.500 kg

5.000 kg

Proton Breeze M

6.180 kg

3.000 kg

Atlas 521

4.890 kg

2.632 kg

Atlas 551

6.880 kg

3.904 kg

Falcon 9

6.500 kg (27 ° GTO)

1.700 kg (geschätzt)

Die Falcon 9 kann keinen 0-Grad-GTO erreichen, das macht einen Geschwindigkeitsunterschied von 300 m/s, und dürfte die Netto-Nutzlast (ohne zusätzlichen Treibstoff und Tanks) für einen vergleichbaren Orbit auf 5.700 bis 5.800 kg reduzieren. Deutlich ist die stärkere Nutzlastabnahme der Falcon und Ariane gegenüber der Proton und Atlas. Das liegt an der Oberstufe. Ich vermute die Ariane 6 wird wie Ariane 5 eine sehr schwere Oberstufe einsetzen. Anders komme ich auch bei meinen Simulationen nicht auf die niedrige Nutzlast. Ich schätze das Trockengewicht auf 7 t ein. Bei den Nutzlastangaben folge ich nicht den 4.500 kg von Spacenews sondern dem Ariane 6 Users Manual.

Gegenrechnung: Bei einem spezifischen Impuls von 3050 m/s. Einem Strukturfaktor von 7 würde ein Satellit der 5.000 kg in dem GEO wiegt, 9.144 kg in den GTO entsprechen, darin transportiert Ariane 6 aber 11.500 kg. Es ist also ungünstiger. Vor allem lohnt es sich nur bei sehr großen Satelliten. Daher wohl das Anbieten von „Rideshares“ um die Nutzlast voll auszunutzen. Ich kann mir nur vorstellen, das potenzielle Kunden aus der Regierung kommen, die von vorneherein die Ariane 6 buchen. Der direkte Transport in den GEO ist seit Jahrzehnten bei US-Militärsatelliten üblich, er war es auch bei den GPS-Satelliten (der aktuelle Block hat aber einen integrieren Antrieb) und ist es in Europa beim Galileosystem.

Eine Mitfahrgelegenheit wäre allerdings von Vorteil, jedoch nicht für die Ariane 64, sondern die kleinere Ariane 62. Die wird man bevorzugt für SSO-Missionen einsetzen und das ist ein Orbit, den auch viele Sekundärnutzlasten einsetzen. Ariane 4+5 hatten dafür eine Plattform (ASAP-4 / ASAP-5), mit der man Kleinsatelliten mitfuhren konnte. Da Ariane 5 aber seit 2009 keinen SSO mehr anfliegt, kam sie lange nicht mehr zum Einsatz.

Der GEO-Transport könnte interessanter werden, wenn die verbesserte Oberstufe ULPM zur Verfügung steht. Eine solche die anstatt Aluminiumlegierungen CFK-Werkstoffe einsetzt, wird derzeit entwickelt und könnte bis 2024/25 zum Einsatz kommen. Sie soll die Nutzlast um mindestens 1 t, (Ziel: 2 t) anheben. Wenn man mal ausblendet, dass man das gleich so hätte machen können, dann hebt das die Nutzlast in jeden Orbit an. Nehmen wir mal 1,5 t als Mittel für den Nutzlastgewinn an, so sieht das so aus:

Orbit

Nutzlast bisher

Nutzlast neu

Zuwachs

SSO 500 km

14.900 kg

16.400 kg

+ 10 %

GTO

11.500 kg

13.000 kg

+ 13 %

GEO

5.000 kg

6.500 kg

+ 30 %

Der Gewinn steigt also überproportional an. Umgerechnet auf den GTO entsprechen 6,5 t im GEO dann schon 11,87 t im GTO, also nur noch 1 t weniger als direkt in den GTO transportiert werden. Gelingt das 2-t-Ziel für die Reduktion der Leermasse, dann sind es 12,8 zu 13,5 t, also nur noch ein kleiner Unterschied. Dann kann das durchaus interessant werden – der Satellit wird ja auch kostengünstiger, wenn er einfacher aufgebaut ist und Systeme wegfallen. Allerdings wird man dann schon wieder zwei Nutzlasten in den GEO befördern, und dann müsste man noch rund 500 bis 700 kg für eine Sylda abziehen, was die Bilanz dann doch wieder etwas trübt. Für kommerzielle Nutzer denke ich wird es bei GTO bleiben. Doch schön wäre es, auch Nutzlasten als Rideshare in den GTO zu befördern. Die könnten dann immer noch dort ihre Bahn anheben. 300 kg in den GTO entsprechen rund 160 kg in den GEO, das ist eine Größenordnung die die Oneweb-Satelliten haben. Auch kleine Forschungssatelliten von 100 bis 150 kg Masse leisten im LEO gute Dienste, warum also nicht im GEO.

Bei SpaceX sind dagegen wahrscheinlich Rideshares in LEO und SSO gemeint, das die Firma jemals einen GEO-Transport durchführt, halte angesichts nur zwei Stufen und der Trockenmasse der letzten Stufe (von mir auf 5 t geschätzt) für unwahrscheinlich. Für gerade diese Missionen haben sie ja die Falcon Heavy entwickelt. Umgekehrt dürfte sie selbst bei einer Landlandung mindestens 11 t in einen SSO befördern, da bleibt viel Reserve für Mitfahrgelegenheiten.

Ähnlich ratlos war ich beim Lesen des folgenden Artikels über OneWeb und Virgin Orbits. OneWeb hat ja bei Virgin Starts seiner Satelliten gebucht, ich vermute für Reservesatelliten. Eine Bahnebene wird jeweils von ein Sojus gefüllt (34 bzw. 36 Satelliten), fällt einer aus so wird LauncherOne bis zu zwei Reservesatelliten starten. OneWeb hat seinen Vertrag gekündigt und wird nur 4 anstatt 39 Starts abnehmen. Nun will OneWeb 47 Millionen für die Vertragskündigung. Insgesamt scheint der Vertrag vertrackt zu sein und die Standpunkte und Argumente total entgegengesetzt, So hat Oneweb schon 66 Millionen Dollar gezahlt, obwohl die Starts nur 18 wert sind, und rechnet mit 234 bis 832 Millionen für die restlichen. Was wiederum nicht zu dem 6 Millionen Dollar pro Start passt, den Virgin Orbit angibt. Auch unverständlich ist das dies nun zwei bis dreimal der Marktpreis sein soll – als der Vertrag abgeschlossen wurde, sicher nicht. Die einzige verfügbare Rakete die Electron ist auch teurer, doch es gibt einige chinesische Firmen die Feststoffraketen entwickelt, letzten Monat schaffte die erste einen erfolgreichen Start drei andere scheiterten in den letzten zwei Jahren daran. Sie alle visieren einen Startpreis von 10.000 bis 20.000 Dollar pro Kilogramm an, was dann 3 bis 6 Millionen Dollar für die 300 kg der Launcher One sind. Dabei dürften die 10.000 Dollar aber als Ziel für die verbesserten Typen mit mehr Nutzlast (durch Startbooster) sein. Also ich finde den Preis nicht zu hoch. SpaceX will ja auch für eine 300 kg Nutzlast 4,5 bis 6 Millionen Dollar haben.

Als Argument würde ich eher die Verspätung sehen – die LauncherOne sollte ja längst im Einsatz sein, doch da auch Oneweb hinterherhinkt und bisher nur 10 Testsatelliten startete zieht dieses Argument wohl nicht.

Zeitgleich plant Virgin groß: man will nun mehrere Flugzeuge an unterschiedlichen Flughafen haben, um mehr Starts zur gleichen Zeit durchführen zu können, ersetzt also eine große Rakete durch mehrere zeitgleiche Starts der LauncherOne. Angesichts rund einem Dutzend Firmen die Kleinträger in der Nutzlastkategorie entwickeln, davon fünf weitere schon mit einem Testflug oder im Einsatz würde ich eher kleinere Brötchen backen ...


 

Sitemap Kontakt Neues Impressum / Datenschutz Hier werben / Your advertisment here Buchshop Bücher vom Autor Top 99