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Web Log Teil 571: 17.10.2019 - 24.10.2019

17.10.2019: Nochmal 30.000 …

SpaceX hat bei der ITU beantragt weitere 30.000 Satelliten zu starten. Sie sollen die bisherigen 12.000 Satelliten von Starlink ergänzen. Das ganze sieht zuerst wie ein weiterer Einfall von Musk aus, der ja sich nie damit zufrieden gibt, weniger als die Konkurrenz zu können. Als Oneweb ankündigte ,720 Satelliten zu starten, hob er Starlink aus der Taufe, mit damals 4.400 Satelliten, als dann Oneweb ankündigte, man würde in der zweiten Phase auf 2.200 Satelliten hochgehen, ging auch Starlink auf 12.000 Sats hoch. Nur was ist die Ursache jetzt? Irgendeine Ankündigung eines anderen Unternehmens für noch mehr Satelliten als die zweite Ausbaustufe von Oneweb habe zumindest ich nicht vernommen und sie muss ja auch umgesetzt werden. Denn Ankündigen kann man vieles.

Mit den Anträgen bei der ITU über die FCC ist das aber nicht nur eine Ankündigung. Denn die Kommunikationsfrequenzen, die dann bewilligt werden, muss man auch nutzen, sie sind ja nicht beliebig verwehrbar und fallen sonst anderen Anbietern zu und das Reservieren kostet auch Geld, auch wenn es Peannuts vergleichen mit den Startkosten sind. Da gab es ja schon einen Disput als die FCC bei Genehmigung der Frequenzen die Auflage machte das SpaceX innerhalb von sechs Jahren die Hälfte der Satelliten (betrifft die erste Trance von 4.427 Satelliten) startet und SpaceX die ja sonst immer neue Rekorde ankündigte, meinte, das wäre unmöglich, man strebe ein Drittel der Endzahl in sechs Jahren an.

Zuerst dachte ich mir „Na jetzt haben sie einen Verwendungszweck für das Starship gefunden“. Denn 30.000 Satelliten bekommen sie nicht mit Falcon 9 oder Heavy in den Orbit. Es waren 60 Satelliten beim ersten Start im Mai, das wären so rund 500 Flüge. Bei 20 Starts pro Jahr, so viel schaffen sie bisher maximal dauert es 25 Jahre bis diese Satelliten gestartet sind. So lange dürften aber weder die Satelliten leben, noch die Kunden warten wollen. SpaceX wandelt sich ja derzeit von einem Startunternehmen für kommerzielle und institutionelle Kunden zu einem Raumfahrtkonzern, der überhaupt keine Kunden mehr braucht sondern nur noch eigene Projekte verfolgt: Starlink macht alleine so viele Starts des Starships notwendig, das andere Kunden so „nebenbei“ noch mitlaufen.

Aber auch vom Starship werden es viele Starts sein. Das ergibt sich aus der Himmelsmechanik. Es wird sicher mehrere Orbitebenen geben, aber man kann eine Abschätzung machen. Die Zahl der Bahnebenen ist bei nur einer Orbithöhe und polaren Orbits in etwa:

Bahnebenen = Wurzel(Satellitenzahl/2)

und die Zahl der Sateelliten pro Bahnebene:

Satellit pro Bahnebene = Wurzel(Satellitenzahl*2)

Man kommt bei 30.000 Satelliten also auf etwa 122 Bahnebenen und 245 Satelliten pro Bahnebene. Jeder Start kann maximal eine Bahnebene füllen, so dürfte man (wiederum vorausgesetzt, es ist nur eine Bahnhöhe, die bisherige Konstellation von Starlink ist in drei Bahnhöhen) 120 Starts benötigen um die Satelliten zu starten und bei 230 kg pro Satellit wiegen die mit dem nötigen Dispenser so 60+ t, also eine Nutzlast für das Starship. Die Falcon Heavy dürfte bei höheren Bahnneigungen und Orbithöhen nicht mehr ausreichen, auch nicht, wenn man auf die Wiederverwendung mit ihrer Nutzlasteinbuße von einem Drittel verzichtet.

Aber das ist ja nur ein Aspekt. Selbst wenn man die Satelliten in Serie fertigt, dürfte man mit Start wohl kaum unter 1 Million $ pro Satellit wegkommen und dann benötigt man eine Investitionssumme von 30 Mrd. Dollar. So einen Betrag lupft auch SpaceX nicht so einfach.

Doch es gibt ein Unternehmen, das hat Geld wie Heu und leistet es sich alles mögliche zu entwickeln und auszuprobieren, auch wenn es nie in die Produktion geht. Das ist Google die ja schon 1 Mrd. Dollar in die erste Starlink Generation investiert haben. Und nach etwas Recherche zeigt sich auch warum.

Es geht Google nicht so sehr um das überall verfügbare Internet, sondern um seine Services. Das Unternehmen arbeitet derzeit mit Hochdruck daran, Services zu generieren die den Benutzer noch mehr an das Smartphone binden. Dazu gehören Vorhersagen. Vorhersagen über anziehende Gewitter, Verspätungen im Bahn- und Flugverkehr, Vorhersagen über Staus oder auch nur Abschätzungen, wie voll eine bestimmte Autobahn ist. Dazu kommt das Verbessern von schon existierenden Produkten, wie Maps oder Earth. Die nutzen heute schon Satellitenbilder, aber die stammen aus unterschiedlichen Quellen und sind oft ziemlich alt. Die Aufnahmen meines Heimatorts sind z.B. mindestens zwei Jahre alt, erkennbar an Gebäuden die im Februar 2018 abgerissen wurden. Für viele dieser Services kann Google sich in bestehende Systeme von Airlines oder Eisenbahngesellschaften einklinken, bei der Stauvorhersage und Wettervorhersage wird es aber schwierig. Stauvorhersage gibt es in dem Sinne nicht, nur das Melden von existierenden Staus aber auch Baustellen und anderen Hindernissen und die Wettervorhersage erreicht nicht die Lokalität die für konkrete Warnungen und Hinweise (brauche ich einen Regenschirm in der nächsten Stunde) nötig ist, das ist heute mit den Wettermodellen noch nicht möglich und auch die Satellitenbilder sind zu grob.

Ein so großes Netzwerk wäre in der Lage praktisch Echtzeitbeobachtungen in beiden Gebieten zu machen. In einem Draft hat Google das auch untersucht. Es ging um die automatisierte Auswertung von Satellitenbildern um Verkehrsvorhersagen zu ermöglichen. Software erkennt Straßen und sich auf diesen befindliche Autos, zählt sie und bestimmt ihre Verteilung. Kurz hintereinander gemachte Aufnahmen mehrerer Satelliten erlauben dann Vorhersagen über die mittlere Geschwindigkeit der Autos und Veränderungen, z-B. sich anbahnende Staus. Allerdings darf sich ein Fahrzeug dann nicht allzu weit bewegen, sonst ist es schwer zu identifizieren und so kommt man auf einen kleinen zeitlichen Abstand der Satelliten – bei 240 Stück pro Orbit dürfte nach etwa 25 Sekunden der nächste Satellit über der Szene sein. Zudem benötigt man so viele Satelliten um auch die ganze Erde kontinuierlich abzubilden – das Draft nennt als minimale Anforderung eine Auflösung für die einwandfreie Identifizierung eines Autos von 1,2 m/Pixel, damit in einer Größenordnung die auch kommerzielle Erderkundungssatelliten erreichen, doch die nehmen typisch 40 bis 50 km breite Streifen auf und dann braucht man bei 3000 km Verschiebung pro Bahnebene am Äquator schon 60 bis 80 Bahnebenen. Gekoppelt mit der Forderung nach kurzer Zeitauflösung (bedingt mehrfaches Abfotografieren derselben Region in kurzem Zeitabstand) kommt man auf die hohe Satellitenzahl – kommerzielle Satelliten kartieren etwa 500.000 km² pro Tag, also 1/1000 der Erdoberfläche pro Tag, 30.000 Satelliten ergeben dann eine Abtastung der ganzen Erde rund 30-mal pro Tag oder wenn man den Ozean weglässt kommt man auf ein Intervall von 30 Minuten, einem typischen Zeithorizont für eine Kurzzeitvorhersage.

Analog kann die Software auf den Bildern Wolken ausmachen und anhand der Form identifizieren und ihre Bewegung über verschiedene Bilder verfolgen. So ist eine lokale Wetterprognose für die nähere Zukunft (maximal 2 Stunden) möglich.

Google hat wohl mit SpaceX verhandelt, dass ihre Starlink-Satelliten mit einem kleinen Teleskop ausgestattet werden und dieses Multispektralaufnahmen macht, die mit dem Datenstrom übertragen werden. Das beißt sich bei einer niedriger Bahnhöhe nicht mit der kleinen Masse der bisher gestarteten Satelliten. In dem geplanten 550 km Orbit reicht z.B. ein Teleskop von 260 mm Durchmesser für die geforderte Auflösung von 1,2 m aus, so was wiegt etwa 10 kg. Ein Mehrgewicht das auch bei 230 kg pro Satellit nicht groß ins Gewicht fällt. Damit dürfte Google noch mehr in Starlink investieren und SpaceX hat eine bessere Chance, das System umgesetzt zu bekommen, denn anders als beim ersten Investment von 1 Milliarde Dollar in Starlink, ist diesmal eine Hardware eines Investors an Bord der Satelliten und damit hat dieser ein vitales Interesse an der Umsetzung.

18.10.2019: Freifahrtschein für Raser

Gestern scheiterte ein Antrag der Grünen auf deutschen Autobahnen ein generelles Tempolimit von 130 einzuführen. Das Ergebnis:

Für mich zeigt das sehr deutlich, wie es um unsere Regierung bestellt ist. Klimaschutz predigen, aber dann mit drei Flugzeugen zum Klimagipfel anreisen. Ein „Klimapaket“ verabschieden, das die Leute weg vom Individualverkehr und Fliegen zum Bahn- und Busfahren bringen will, aber kein Tempolimit einführen.

Natürlich bringt ein Tempolimit für den Klimaschutz wenig, das ist logisch. Aber zu hohes Tempo ist eine Hauptursache für zahlreiche Auffahrunfälle und es ist die Ursache das der Verkehr immwe wieder ins Stocken kommt. Wenn nämlich alle gleich schnell fahren, kommen auch alle gleichmäßig schnell voran, wenn aber einer dauernd beschleunigt und bremst dann bilden sich gerne Staus oder zumindest wird es zäh. Und Staus in denen Autos stehen, und der Motor weiter läuft verursachen definitiv Klimagase.

Bei einer Fraktionsstärke von 67 für die Grünen kann man davon ausgehen dass sie von anderen Fraktionen nur wenig Zustimmung bekommen haben, vielleicht ein paar Sozialdemokraten und Linke. Von Vorneherein total dagegen waren AFD und FDP, die beide ein Tempolimit als „Eingriff in die persönliche Freiheit“ ansahen. Für mich klingt das (noch dazu im fast selben Wortlaut) wie die Argumente der NRA beim Verbot von Schnellfeuergewehren und so ein bisschen ähnelt es auch der Diskussion dort. Ebenso blind sind diese beiden Parteien für das einfache Gegenargument das es nicht nur genügend Untersuchungen gibt, das durch ein generelles Tempolimit nicht nur die Unfallzahlen um 27 % sinken würden sondern auch alle schneller vorwärts kämen als mit „freier Fahrt für freie Bürger“. Und auch der Hinweis, das es in den Industriestaaten kein einziges andres Land gibt außer Deutschland in dem es kein Tempolimit gibt und die dort oft sogar noch niedriger als die 130 km/h sind und bei den meisten Nachbarn bei 100 bis 120 km/h liegen. Dort beschwert sich auch kein Bürger über mangelnde Freiheiten, geht bei vielen Parlamentariern zum einen Ohr rein und zum anderen Ohr raus.

Neben dem Vorteil für die Fahrer – ja es ist ein Vorteil wenn die Überlebenschance steigt und es weniger „spontane Staus“ also ohne Ursache wie Unfälle oder Baustellen gibt – würde ein Tempolimit auch ein Signal für die Klimapolitik sein. Nicht durch den eingesparten Sprit, sondern die Lenkungswirkung. Wenn es ein Tempolimit von 130 km/h gibt ist es völlig unsinnig ein Auto zu bauen das 200 oder gar 250 km/h Spitze hat. Denn man darf ja dann nicht so schnell fahren. Volvo setzt dies ja heute schon um. Allerdings begründet mit der Sicherheitstechnologie die oberhalb von 180 km/h auch nicht mehr schnell genug reagieren kann. Ich glaube allerdings auch das Menschen bei der Geschwindigkeit nicht schnell genug reagieren, zumindest bei den bei uns üblichen Abständen zwischen den Fahrzeugen. Und die Begrenzung auf 180 km/h ist auch nicht so dolle, vor allem wenn man weiß das in Schweden auf Landstraßen ein Tempolimit von 70 km/h und auf Autobahnen eines von 120 km/h gilt – das sind also immer noch 60 km/h mehr als erlaubt. Aber immer noch besser als 200+ km/h. Die Rechnung ist einfach: Ein Auto mit niedriger Motorisierung braucht auch wegen des geringeren Hubraums bei anderen Zyklen weniger Sprit und ist in jedem Falle leichter, was den Rollwiederstand senkt und damit den Spritverbrauch. In den Siebzigern hatten Autos typisch eine Höchstgeschwindigkeit von 130 bis 150 km/h und seltsamerweise braucht der Urgolf immer noch weniger Sprit als der heutige Golf.

Die Bevölkerung ist weiter – nach einer Umfrage sind 56,6 % für ein Tempolimit. Besonders enttäuscht hat mich dabei die SPD – denn die hatte schon 2007 auf einem Parteitag ein generelles Tempolimit beschlossen. Seitdem ist sie zweimal in der Regierung gewesen und hat es nicht umgesetzt. Auch jetzt wäre klar, das der Vorschlag wenn CDU, AFD und FDP dagegen sind scheitert, aber man hätte dann wenigstens zu diesem Beschluss stehen können, und trotzdem wäre der Koalitionsfrieden gewahrt gewesen, denn das Tempolimit käme ja nicht durch. Das unser Verkehrsminister kategorisch dagegen ist wundert nicht, denn er heißt ja nicht um sonst (be)scheuer(t).

So langsam glaube ich Markus war schon 1982 prophetisch. In seinem einzigen Hit „Ich will Spaß“ findet man vieles was heute selbstverständlich ist:

20.10.2019: Fank ju for traweling wiv deutsche Bahn

Ich bin kein typischer Bahnkunde. Ich fahre im Jahr genau viermal mit der Bahn, nämlich zweimal zu meinem ganzjährig vermieteten Ferienhaus um nach dem Rechten zu Sehen, Großputz und Gartenarbeiten zu machen und entsprechend wieder zurück. Das ist eine feste Strecke von Stuttgart nach Nesselwang im Allgäu, nahe der österreichischen Grenze, mit Umsteigen in Ulm und Kempten. Trotzdem gab es in den letzten Jahren kaum eine Fahrt, ohne das ich eine Stunde später ankam.

Früher war das Hauptproblem die Strecke Stuttgart – Ulm wo die Intercitys regelmäßig zu spät ankamen, auch weil sie mitten auf der Alb oft 10 Minuten halten mussten, weil ein anderer Zug vor ihnen war. Das hat sich, seit unsere Landesregierung den Bahn-Chef monatlich zum Rapport zitiert, gravierend verbessert und in den letzten Jahren waren alle ICE pünktlich. Es geht also, wenn der Druck da ist.

Hauptproblem für Verspätungen auf der restlichen Strecke waren und sind Bauarbeiten. Früher begannen die direkt nach Ulm zwischen Ulm und Senden. In den letzten Jahren gab es die Bauarbeiten auf dem letzten Abschnitt zwischen Kempten und Nesselwang und diesmal (letzte Woche) zwischen Kempten und Bad Gröningen. Durch den Busersatzverkehr geht dann immer der Anschluss flöten.

Ich bin mit der Bahn nicht zufrieden und das liegt vor allem an den Verspätungen oder ebben versäumten Zügen durch Arbeiten. Nun soll ja durch das Klimapaket es besser werden, so sollen die Bahntickets für den Fernverkehr billiger werden – die Idee die Bahn als Alternative zum Auto aufzubauen ist gut, doch es ist ja nicht der Ticketpreis. Wie bei mir ist es allgemeine Beobachtung das die Züge nicht pünktlich sind. Die Quote liegt bei nur rund 74,7 %. Dabei definiert die Bahn „pünktlich“ als „weniger als 16 Minuten zu spät“. Eine sehr seltsame Definition, so lange Wartezeiten beim Umstieg habe ich nirgends auf der Strecke. Wenn die Politik etwas tut – und die Bahn ist ja noch Staatsunternehmen – dann wäre es sinnvoll in die Infrastruktur zu investieren. Natürlich muss irgendwo immer mal repariert werden. Aber wenn die meisten Strecken eben nur ein Gleis haben, dann kommt es dazu, dass man auf diesen Busersatzverkehr ausweichen muss, mit langen Verzögerungen und Umsteigen. Auf der Rückfahrt waren es diesmal vier Umstiege anstatt zwei. Besser wäre es alle Strecken mindestens zweigleisig auszulegen. Dann kann man an einem Gleis reparieren und das andere immer noch nutzen, wenn auch vielleicht mit reduziertem Takt. Dafür sollte man Mittel locker machen und nicht in teure Hochgeschwindigkeitsstrecken und für billigere Bahntickets, denn billiger als mit dem Auto dieselbe Strecke zu fahren ist es ja schon heute.

Der Takt ist das nächste. Züge fahren im Prinzip im Stundentakt. Bei jeder Verzögerung, und kommt der Zug auch nur einige Minuten zu spät, muss man dann eine Stunde warten. Geht das nicht besser? Ein Takt von einer halben Stunde sollte doch auch möglich sein.

Zuletzt ärgert mich noch die Preis- und Kommunikationspolitik der Bahn. Da mein Haus vermietet wird, muss ich selbst reservieren. Das heißt, ich muss schauen wann es frei ist und das mache ich einige Wochen vorher und buche dann auch gleich das Bahnticket, denn so komme ich in den Genuss der Sparangebote. Die haben aber zwei Nachteile. Das erste ist, das sie zeitabhängig sind. Damit meine ich nicht die Staffelung der Preise durch die Bahn, bei denen die größte Ersparnis ab 5 Tagen Vor der Abreise drin ist, sondern das auch die Preise abhängig von der erwarteten Auslastung sind. Das heißt, am Wochenende ist ein Ticket teurer als am Wochentag und tagsüber teurer als frühmorgens oder nachts. So kostete mich die Fahrt diesmal, wo ich wegen der Belegung am Samstag anreisen und am Freitag abreisen musste, 10 Euro mehr als im April wo ich am Dienstag kam und Mittwochs abreiste. Das nervigste ist für mich aber die Bindung an IC oder bessere Züge. Den Sparpreis bekommt man nicht, wenn man die Regionalbahnen nimmt. Nun ist es so das auf meiner Strecke es nur einen Abschnitt gibt der mit IC zugänglich ist. Das ist die Strecke Stuttgart – Ulm. Wegen der Alb ist die Zeitersparnis gegenüber einem Regionalexpress mit einigen Halts aber nur 10 Minuten (mit Stuttgart 21 soll das ja alles viel besser werden …) das macht bei 3 Stunden Gesamtfahrtzeit den Kohl nicht fett. Im Gegenteil. Für meinen besondere Fall macht es sogar keinen Unterschied: Ich wohne auf den Fildern, direkt über Esslingen. Esslingen wird aber von allen Zügen durchquert die von Stuttgart nach Ulm fahren. Anstatt wie es derzeit ist, nach Stuttgart mit der Stadtbahn zu fahren (10 km nach Westen) könnte ich mit dem Bus 4 km nach Esslingen fahren und die 10 Minuten die der Regionalexpress von dort aus nach Stuttgart braucht, einsparen. In der Summe wäre ich sogar 5 Minuten weniger lang unterwegs und da der Preis nach Streckenlänge berechnet wird, wäre es noch dazu billiger.

Ich verstehe daher bis heute nicht, warum die Bahn diese Politik fährt, außer man will mit Gewalt die IC(E) voll haben – das waren sie diesmal auch, Gäste waren bei der Rückfahrt noch 5 Minuten nach dem Abfahren dabei, die Wagen auf der Suche nach Sitzplätzen zu durchqueren. Die Regionalexpress Züge bieten dagegen immer genügend Platz. So wären doch die Auslastung besser und jeder könnte selbst entscheiden, ob er etwas schneller unterwegs sein will. Ja eher würde ich annehmen das man für den ICE Zuschlag zahlt, weil er schneller ist.

Das zweite ist die Kommunikationspolitik. Von Verspätungen bekommt man relativ spät etwas mit- In den letzten Fällen 1 Stunde vor dem Abfahrt. Da ich erst mal zum Bahnhof kommen muss und in Nesselwang der PC dann auch längst abgebaut und im für Gäste nicht zugänglichen Untergeschoss verstaut ist, bekomme ich davon nichts mit. Im April erfuhr ich so erst am Bahnhof, das es wieder einen Busersatzverkehr gab – bis ich an die Haltestelle in der Ortsmitte ankam, war der Bus natürlich längst weg. Die Angaben sind zudem irreführend. Durch die Bauarbeiten zwischen Kempten und Bad Gröningen gibt es in dem Portal Bahn.de die normale Verbindung gar nicht. Die Mail sagte mir, die Verbindung die ich gebucht habe, könnte nicht gefunden werden.

Stattdessen sollte ich von Kempten nach Augsburg fahren und von dort aus nach Stuttgart. Der ICE nach Ulm fiel aber nie aus. Bei der Hinfahrt kam ich so früh in Stuttgart an, das da noch der Regionalexpress nach Ulm stand und ich fragte den Lokführer ob ich nicht auch mit dem Zug fahren könnte (in der Annahme der ICE würde ausfallen) danach geht es ja mit dem Regionalexpress sowieso weiter und da er 13 Minuten früher abfährt machen die 10 Minuten mehr auf der Strecke auch nichts aus. Bei der Rückfahrt wusste ich dann schon von den Bauarbeiten und habe die gleiche Strecke wieder zurückgenommen. Übrigens dann im überfüllten ICE.

Mein Vorschlag: bietet zu der Email Benachrichtigung und eurer App eine SMS Benachrichtigung an. Zum einen gibt es Leute wie mich, die kein Smartphone haben bzw. noch nicht dem Zwang erlegen sind, dauernd auf das Ding zu starren. Zum zweiten sind Email und App passive Medien. Man muss sie aktiv öffnen, um zu sehen, ob es etwas Neues gibt. Eine SMS empfängt man und das hört man an einem Ton und kann dann nachsehen. Kostet euch 9 ct, doch das sollten euch doch zufriedene Kunden wert sein.

Zuletzt will ich aber noch eine Lanze brechen und zwar für die Bahn-Mitarbeiter. Auch wenn es nach dem Titel einen anderen Anschein hat, ich habe bisher nur nette, hilfsbereite und höfliche Mitarbeiter getroffen egal ob Schaffner, Kontrolleure oder Lokomotivführer. Nur mit dem Englisch scheint es bei vielen nicht so zu klappen, dabei sind die Sätze die man durchsagen muss ja relativ fest. Die Englischschwäche wird ja auch in diesem Lied der Wise Guys aufgegriffen.

22.10.2019: Die Lösung für überflüssiges Problem. Der Satellit im niedrigen Orbit, stabilisiert mit Ionentriebwerken

Auf meinen heutigen Blog bin ich durch einen Artikel über den SLATS Satelliten gekommen (Super Low Altitude Test Satellite). Der Satellit hat mehrfach seinen Orbit abgesenkt und dann aufrecht erhalten mit Ionentriebwerken. Nachdem er seinen ersten operationellen Orbit von 392 km Höhe erreicht hatte, hat der Satellit nach und nach diesen abgesenkt. Zuletzt machte er noch Aufnahmen aus 181 km Höhe. Das untere Bild zeigt, wie dabei die Auflösung ansteigt.

Für Erdbeobachtungssatelliten ist Auflösung nicht alles. Wichtig ist auch die Frequenz (also wie oft ein Gebiet überflogen wird, Abdeckung (erfasste Oberfläche) und Spektralreinheit der Aufnahmen (wichtig um Vegetationstypen zu unterscheiden oder Krankheiten zu erkennen). Allerdings ist für viele Anwendungen vor allem militärische, die Auflösung doch wichtig. Und da ist es nun mal so – je höher, desto besser.

Die derzeit besten Aufnahmen macht Worldview 3, ein Satellit von 5.7 x 2.5 x 7.1 m Größe und einer Masse von 2.800 kg. Seine Aufnahmen haben eine Auflösung von 0,31 m/Pixel. Damit er in 617 km Höhe solche Aufnahmen machen kann, braucht er nach den optischen Gesetzen ein Teleskop von 111 cm Durchmesser und – keine Verwunderung – der Hauptspiegel hat auch einen Durchmesser von 110 cm. Wie man bei diesem Foto der Integration sieht, ist bei dieser Größe das Teleskop das Teil das die Größe und Masse des Satelliten bestimmt, der Satellit wird also um das Teleskop herum gebaut, ähnlich ist es bei Hubble Weltraumteleskop.

Bei einem Teleskop, das weiß jeder der eines hat oder sich auch Objektive für eine Kamera zulegt, steigt das Gewicht rasch mit dem Durchmesser der Linse oder des Spiegels an. Es gilt folgender einfacher Zusammenhang:

In der Summe steigt so das Gewicht in etwa zur dritten Potenz des Durchmessers an, bei Großteleskopen rechnet man nicht ganz die dritte Potenz, da man dann doch an bestimmten Teilen Material einsparen kann. Aber um den Faktor 6 bei doppeltem Durchmesser (Potenz 2,59) ist es schon.

Gegenüber den großen Satelliten in Höhen von 500 bis 600 km gibt es schon Alternativen. Flotten von kleinen Satelliten bis hin zu 3U Cubesats, Sie werden als Mitfluggelegenheit in niedrigem Orbit ausgesetzt und verglühen daher viel schneller. Sie machen aber den großen Satelliten keine Konkurrenz, denn sie haben einen anderen Fokus. Man begnügt sich mit Auflösung deutlich über 1 m. Dafür liefern viele Satelliten einen schnelleren Überblick, decken die Erdoberfläche schneller ab und erlauben in kürzeren Intervallen eine erneute Beobachtung, wichtig z. B. bei Naturkatastrophen wie Waldbränden, Erdbeben oder Überschwemmungen.

Die Idee

Meine Überlegung: Welche Bahnhöhe könnte ein Kleinsatellit dauerhaft aufrechterhalten, wenn er seinen Orbit mit Ionentriebwerken aufrechterhält. Ich habe das mal mit dem DLR Kleinsatellit „Flying Laptop“ durchgerechnet. Der Satellit wiegt 110 kg und ist 60 x 70 x 85 cm groß. Mit Solarzellen wird daraus eine maximale Fläche von 180 x 85 cm. Ich habe mit einem einfachen Modell bei mittlerer Sonnenaktivität (SFU=130, AP-Index = 12) die Sinkrate dieses Satelliten ausgehend von seinem 600 km hohen Orbit berechnet. Dabei ging ich davon aus das die Solarpaneele nur bei 50 % der Umlaufzeit bremsen (am Tag) und auf der Nachtseite aus der Flugrichtung gedreht werden, um die Abbremsung zu verringern. Am Tag folgen sie der Sonne, wirken also im Durchschnitt nur mit 50 % ihrer Fläche. Daraus ergibt sich im Mittel eine abbremsende Fläche von 0,765 m³. Man erhält folgende Tabelle:


Tage

Jahre

Höhe [km]

Δv [m/s]

Δv/Jahr [m/s]

Differenz (Tage)

17628,0

48,30

500,0

5,52974

2,80951

718,4

20581,6

56,39

400,0

5,65248

19,57453

105,4

20978,4

57,48

299,9

5,77990

170,13423

12,4

21021,2

57,59

199,5

5,91270

1798,44558

1,2

21025,1

57,60

79,5

6,38619

23309,57539

0,1

Die Differenz in Tagen gibt an, in wie vielen Tagen der Satellit um je 10 km sinkt. Wie nicht anders zu erwarten beschleunigt sich der Prozess schnell. Er braucht 48 Jahre um von 600 auf 500 km Höhe zu sinken, doch nur noch 8 Jahre bis er dann endgültig verglüht. Besonderen Augenmerk sollte man auf das Δv/Jahr richten. Das ist die Geschwindigkeit, die man aufwenden muss, um den Orbit dauerhaft zu halten. Für 400 km Höhe noch kein Problem – 20 m/s sind selbst bei 10 Jahren Lebensdauer nicht viel Treibstoff. In 300 km Höhe benötigt der Satellit bei einem Δv von 170 m/s pro Jahr aber schon so viel Treibstoff, das er bei einer 7 Jahresmission zur Hälfte aus Treibstoff bestehen würde, wenn man chemischen Treibstoff benötigt. Die 1800 m/s für 200 km Höhe könnte man mit Ionentriebwerken jedoch aufbringen, wenn sie lange genug arbeiten (dann wahrscheinlich während der ganzen Tagseite) und den Satelliten dann längere Zeit im Orbit halten.

Ich habe nun gerade diesen Satelliten als Ausgangsbasis genommen, um zu berechnen wie nahe man der Erde kommen kann wenn man Ionentriebwerke als Antrieb nutzt.

Das Konzept

Fangen wir zuerst mal mit einer Abschätzung an. Der originale Flying Laptop hat eine Betriebsdauer von mindestens zwei Jahren. Das ist konservativ. Ich habe mal mit fünf Jahren gerechnet. Ionentriebwerke haben oft eine Mindestlebensdauer von 10.000 Betriebsstunden, das sind dann 2.000 Stunden Betrieb pro Jahr oder 5,5 Stunden pro Tag, also in etwa während der halben Zeit in der man sich auf der sonnenbeschienen Seite de Erde befindet. Die Betriebsstunden legen zusammen mit dem Schub des Triebwerks den Gesamtimpuls pro Jahr fest, der wiederum mindestens so hoch sein muss, wie Masse des Satelliten x gefordertem Δv. Angesichts des kleinen Satelliten und auch damit geringer Leistung der Solarpaneele kann man nur kleine Ionentriebwerke einsetzen. Ich schätze die Leistung der bisherigen Paneele bei 25 % Wirkungsgrad bei einer Flcähe von 2 x 0,6 x 0,85 m Größe auf 345 Watt. Verdoppelt man die Fläche um Strom für das Triebwerk zu haben, so stehen weitere 345 Watt zu Beginn der Lebensdauer für den Antrieb zur Verfügung. Verfügbare Antriebe mit einer Leistungsaufnahme in diesem Bereich sind:

Bezeichnung

Stromvierbauch [W]

Schub [mN]

Spezifischer Impuls [s]

Gewicht [kg]

Rit 10 EVO

290 W

10

3.000

1,8 kg

XIPS 8

350 W

14

2.500

2,0 kg

T5

349 W

9.5 mN

3.500

2,5 kg

Ich habe nun für jedes dieser Triebwerke berechnet, wie viel zusätzliche Masse man benötigt, wenn man sie 10.000 Stunden lang betriebt. Der Tank für den Xenon-Treibstoff soll 20 % der Treibttoffmasse ausmachen. Das ist ein Wert der mit CFK-Werkstoffen problemlos erreichbar ist.


Bezeichnung

Gesamtimpuls

Gesamtgewicht

Rit 10 EVO

360.000 N

16,5 kg

XIPS 8

504.000 N

26,7 kg

T5

342.000 N

14,5 kg

Geht es nach dem reinen Zusatzgewicht, so schneidet das T5 am besten ab, geht es nach dem Gesamtimpuls so das XIPS 8. Zu diesem Gewicht kämen noch die Solarzellen, die bei einem typischen Flächengewicht von 60 kg/kW weitere 20,7 kg wiegen. Dazu käme noch der Stromkonverter für die benötigte Hochspannung und Leitungen / Ventile. Diese beiden Teile sollen weitere 2 kg wiegen. Dann kommt man auf abschließende Tabelle:


Bezeichnung

Gesamtgewicht

Δv über 5 Jahre

Rit 10 EVO

149,2 kg

2400 m/s

XIPS 8

159,4 kg

3160 m/s

T5

147,2 kg

2323 m/s

Will ich die maximale Geschwindigkeitsänderung haben, so ist das XIPS 8 die beste Wahl. Mit den Daten gehe ich nun nochmals in die Simulation und bestimme mit neuer Masse und vergrößerten Solarpaneelen die Bahnhöhe, wo die Abbremsung gerade 600 m/s pro Jahr beträgt (= 3000 m/s durch 5 Jahre, 160 m/s als Reserve / nicht nutzbares Druckgas). Das ist bei diesen Randbedingungen in 248 km Höhe der Fall. Das ist aber stark abhängig von der Sonnenaktivität. Bei ruhiger Sonne (SFU=70) kann man bis auf 237 km herankommen und bei einem SFU von 200 muss man auf 260 km Höhe gehen. Auch für solche Abstandsänderungen benötigt man Treibstoff. Allerdings wird man bei einer Lebensdauer von 5 Jahren, also weniger als einem halben Sonnenzyklus, schon von vorneherein die richtige Starthöhe wählen.

Was bringst?

Nun Wunder kann man nicht erwarten. Aber der Orbit zwei bis zweieinhalbmal niedriger als bei größeren Erderkundungssatelliten wie WorlΔview 1-3 oder Ikonos. Entsprechend ist die Optik für dieselbe Bodenauflösung kleiner. Trotzdem – bei 110 kg Masse des „Flying Laptops“ bleiben vielleicht 20 bis 30 kg für die Nutzlast. Das reicht, wenn ich von käuflichen Teleskopen ausgehe, in etwa für ein Teleskop mit 14 bis 16 Zoll Durchmesser (der Tubus eines C14 Schmidt-Cassegrainteleskops wiegt 20,4 kg, dazu kämen dann noch die Einheit mit den Sensoren und die DPU). Aus 250 km Höhe würde ein leistungsbegrenzendes Teleskop mit 35 cm (14 Zoll) Durchmesser dann Details von 0,4 m Auflösung abbilden – das ist nicht das Niveau von Wordlview 3, aber nur wenig schlechter.

Alternative elliptischer Orbit

Viele späteren US-Aufklärungssatelliten, so die KH-11 Serie haben elliptische Umlaufbahnen gehabt, mit einem niedrigen Perigäum und einem höheren Apogäum. Der Orbit hat Vor- und Nachteile. Ein Vorteil ist, das man im Perigäum viel bessere Aufnahmen bekommt und durch das hohe Apogäum trotzdem die Lebensdauer höher ist. Es sinkt aufgrund der Reibung zuerst vor allem das Apogäum ab. Ein Nachteil ist, dass Perigäum über einem bestimmten Breitengrad liegt. Die ganze Erde kann man so nicht hochauflösend abbilden, aber sehr gut ein Land das sich über viele Längengrade und nur wenige Breitengrade erstreckt wie Russland. Aber da es wahrscheinlich von den „kleinen“ Satelliten sowieso mehrere gibt, ist das kein Problem, man startet dann einfach mehrere Satelliten mit einem Perigäum auf unterschiedlichen Breitengraden. Ich habe nochmal berechnet, nun mit dem ursprünglichen Satelliten (110 kg Masse, abbremsende Fläche von 0,765 m². Wenn das Perigäum bei 310 km liegt und das Apogäum bei 800 km, dann kann er sich bei mittlerer Sonnenaktivität (SFU=130) etwas länger als 5 Jahre im Orbit halten. Nach 4 Jahren ist das Puerperium unter 250 km gesunken. Im letzten Jahr hat man also vergleichbare Bedingungen wie mit dem Ionentriebwerk. Das wäre natürlich noch zusätzlich einsetzbar, wobei dann der Δv Aufwand wesentlich kleiner ist (107 m/s in 4 Jahren, daher hatten die KH-11 auch nur chemischen Treibstoff an Bord).

Geometrie

Bisher ging ich vom Flying Laptop aus, doch der wurde für eine solche Aufgabe nicht konstruiert. Wenn man einen Satelliten speziell für einen niedrigen Orbit baut, dann spielt anders als bei „normalen“ Satelliten die Geometrie eine Rolle. Nun gibt es einen „Luftwiederstand“ auch wenn er klein ist, ist eine aerodynamische Form doch günstig. Das primär wichtigste ist es die Angriffsfläche zu verkleinern. Das kann man machen, indem der Satellit länglicher ist und nur mit der kurzen Seite in die Bahnrichtung schaut. Will man noch mehr tun, so belegt man die Oberfläche mit Solarzellen, dann fallen die Paneele und ihr Widerstand weg. Bei dem Volumen von Flying Laptop von 357 dm³ und der Oberfläche der Solarzellen von 1,02 m² wird das allerdings ein langer Satellit. Aber ein Quader von 0,35 x 0,35 x 2,91 m Länge hat dasselbe Volumen und dieselbe Oberfläche. Aber seine Frontfläche beträgt nur 0,1225 anstatt 0,765 m² und damit bleibt er länger im Orbit. Will man noch mehr tun, dann kommt man zu aerodynamischen Formen wie bei den KH 1 bis 4 oder GOCE (siehe Abbildungen). Ein solcher Satellit hat in einem 300 km hohen Orbit nur noch ein Δv von 28 m/s, also vergleichbar dem Δv auf der elliptischen Bahn ist aber immer so nahe der Erde. Das ist dann auch mit chemischem Treibstoff machbar. Der Widerstand steigt aber rapide an. In 250 km Höhe sind es schon 88 m/s pro Jahr. Ohne Antrieb kann er sich knapp ein Jahr im Orbit halten, wenn die Starthöhe 300 km beträgt.

Fazit

Bei geeigneter Geometrie, zusätzlichem Antrieb (Kleinsatelliten haben meist keinen Antrieb und regeln nur ihre Lage und dies ohne Treibstoff durch Magnetfeld- oder Drehmomente) und / oder optimierten Orbit können Kleinsatelliten sich durchaus länger in einem erdnahen Orbit halten und das wäre eine Option für Kleinsatelliten die hochauflösende Aufnahmen machen.

Andere Anwendungen dieser Technik wäre die direkte Sondierung der Hochatmosphäre oder Gravitationsfeldmessungen. Der erwähnte ESA-Satellit GOCE hat dazu auch Ionentriebwerke eingesetzt. Er verblieb über 4 Jahre in seinem anfangs 283,5 km hohen Orbit.

24.10.2019: Anarchy in the UK

Es mag ein Zufall sein, aber immer, wenn ich an den Brexit denke und nach einer Überschrift für den Blog suche fallen mir Titel der Punk Bands The Clash und Sex Pistols ein: London Calling, Should i stay or should i go? Und wenn ich die letzten Tage rekapituliere, eben Anarchy in the UK.

Ich habe einiges gelernt. So das die Queen so ziemlich der armseligste Tropf im ganzen Königreich ist. Denn jeder, auch wenn er kein Amt hat, darf dort zumindest eine eigene Meinung haben. Auch bei uns darf der Bundespräsident die nicht immer äußern, weil er überparteilich sein muss. Aber er ist nicht verpflichtet, Regierungserklärungen von Boris Johnson als die eigene vorzulesen und er darf, wenn er Zweifel an der Rechtmäßigkeit eines Gesetzes hat, die Unterzeichnung ablehnen. Die Queen musste aber die Zwangspause von Johnson unterzeichnen, die dann auch schnell wieder einkassiert wurde.

Nun hat Johnson einen neuen „Deal“ abgeschlossen der für mich sehr komisch wirkt, demnach sollen in Nordirland die Engländer Waren zolltechnisch abfertigen, die an die EU gehen und dort ankommen. Man überträgt also eine wichtige Hoheitsrechtliche Sache einem Drittland. Sehr komisch. Klingt für mich wie der Vorbote für ein neues Steuerparadies. Doch selbst das wird nicht vom Unterhaus genehmigt. Kann ich verstehen, ich würde auch erst mal das Ganze durchlesen, das sollen ja 400 Seiten sein. Johnson ist zweimal gescheitert, das Gesetz auch nur zur Abstimmung zu bringen. Dafür verdonnert ihn das Unterhaus dazu, einen Brief an die EU zu schreiben, in dem er um einen neuen Termin bittet. Er unterzeichnet den nicht und schreibt einen zweiten an die EU, in dem sinngemäß schreibt, dass er persönlich keine Verschiebung will und lieber zum 31.10 ohne Vertrag ausscheiden will. Gespaltene Persönlichkeit? Was macht man als Empfänger? Sucht man sich das Schreiben aus, das einem, gefällt? Oder das das unterschrieben ist - sonst ist ja auch nur etwas gültig, wenn es unterschrieben ist. Oder das mit der Verschiebung, da es ein von dem Parlament verabschiedetes Gesetz ist oder das von Johnson, schließlich ist er immer noch Ministerpräsident, wenn auch nicht durch Wahlen legitimiert und derzeit ohne Mehrheit. Keine einfache Entscheidung.

Heute nun erneut ein Ersuchen den Austritt nochmals um drei Monate auf den 31.1.2020 zu verschieben. Außerdem will er Neuwahlen. Verständlich wenn man keine Mehrheit hat (man hätte eben nicht zwei Dutzend Abgeordnete der eigenen Partei ausschließen sollen).

Soviel in Kürze wie ich das Possenspiel sehe, das in Great Britain abläuft. Mir ist allerdings auch klar geworden, das dies nicht nur ein Problem eines Parlaments und einer Situation ist, in der es keine für England akzeptable Lösung für Nordirland gibt, die auch für die EU akzeptabel ist. Es ist ein Problem der Engländer selbst. Nach dem, was ich in den letzten Wochen erlebt habe würde ich annehmen, das Johnson Neuwahlen haushoch verlieren würde. Er ist im Parlament gescheitert, hat lange Zeit nichts gemacht und die ersten Vorschläge waren inakzeptabel und dann hat er auch noch die Verfassung gebrochen, indem er das Parlament in die Zwangspause schickte.

Zumindest wäre das bei uns so, wenn ein Kanzler eine Reihe von Schlappen und Ohrfeigen bekommen würde. Aber er will ja deswegen Neuwahlen (ein neues Referendum würde es ja auch tun) weil er in den Meinungsumfragen dann hinzugewinnen würde. Und das bei einem Mann der lügt, wenn er nur den Mund aufmacht. Offensichtlich honoriert der Wähler neuerdings so was. Als weitere Beispiele könnte man Trump und Erdogan oder die AFD-Führung anführen.

Was mich aber mehr erstaunt, war sowohl in den Debatten des Unterhauses, wie auch bei Befragungen von Engländern immer geredet wurde in der Form „wir und die EU“. Also so als wären sie nicht noch Bestandteil der EU. Natürlich wird auch bei uns von der EU in der dritten Person gesprochen, wenn es um EU-Gesetzgebung geht z.B. aber ich bin überzeugt, das die meisten Deutschen sich als Mitglied der EU und als Europäer verstehen und nicht nur die Deutschen, sondern ich würde diese Mehrheit auch bei den meisten Ländern annehmen, die lange in der EU sind. (bei den neuen Mitgliedsländern bin ich mir da noch nicht so sicher. Die müssen nach dem Zerfall des Ostblocks erst noch teilweise ihre Nationalphase nachholen). Jeder der älter ist, kennt noch ein Europa mit Grenzen und Grenzkontrollen, und zig Währungen die man umtauschen musste. Das die EU trotz mancher Nachteile in der Summe mehr Vorteile für jeden bringt, ist bei uns gesellschaftlicher Konsens.

Anders war das bei den Engländern. Dort sah man sich nicht als EU-Bürger noch Bestandteil der EU, ja nicht mal von Europa – denn oft wird von „Europe“ synonym mit der EU gesprochen. Sie haben ja sich auch nie so eng eingebunden wie andere Staaten, haben z.b. noch ihre eigene Währung. Ich vermute, dass ist eine Folge der Insellage. Man kann dann eben nicht mal schnell sich ins Auto setzen und nach Holland oder Österreich fahren, sondern muss entweder über den Eurotunnel oder mit der Fähre übersetzen. Dadurch bliebt man zwangsläufig isoliert. So muss einen auch nicht verwundern, wenn die Hälfte für den Austritt war.

Wie geht es weiter? Ich vermute, man wird erneut verschieben. Einfach, weil es das einfachste ist und sich so auch die EU-Regierungen eine Entscheidung sparen. Offen ist immer noch, ob dieser neue Deal von Johnson überhaupt durch alle 27 nationale Parlamente kommen würde. Man hat nach den bisherigen Erfahrungen voraussichtlich abgewartet, ob das englische Parlament das Gesetz überhaupt abnickt. May ist ja dreimal mit ihrem Vertrag gescheitert. Aber noch mal Verschieben das löst doch nicht das Problem. Derzeit ist die Regierung nicht handlungsfähig und die Opposition kann kein Abkommen aushandeln und selbst dann wäre offen, ob diese eine Mehrheit findet, weil es im Parlament einen bunten Mix an Meinungen gibt von dem einen Extrem „Wir sollten in der EU blieben“ bis zum anderen „Raus aus der EU, so schnell wie möglich, koste es, was es wolle“.

Wenn um weitere drei Monate verschoben wird, dann wird es dabei nicht bleiben. Man hat schon dreimal verschoben vom 29.3 auf den 12.4, dann den 30.6 und zuletzt gleich um vier Monate auf den 31.10. Wie hat England die letzten vier Monate genutzt? Gar nicht. Sie haben Zeit verplempert, indem sie in einer Mitgliederabstimmung einen neuen Tory-Parteischef gesucht haben, der – ja so funktioniert Demokratie dort – ohne Wahl dann automatisch Exministerpräsident wird, und der hat dann auch erst mal Däumchen gedreht. Weitere 3 Monate bedeuten nur, das Johnson dann Neuwahlen anstreben wird und die nächste Regierung wird dann, egal ob es wieder Johnson oder jemand anders ist, mit dem Hinweis man wäre gerade frisch gewählt und müsste erst mal sich einarbeiten, gleich eine neue Verlängerung beantragen. Das Einzige, was dabei positiv heraus käme wäre, wenn es eine stabile Mehrheit gäbe für oder gegen den Brexit das wäre egal, aber was alle nervt ist ja das es keine Mehrheit derzeit für jede Position in dieser Frage gibt.

Johnson hat monatelang hoffentlich angekündigt, er wolle am 31.10 raus und wenn es sein muss ohne Vertrag. Liebe Verantwortliche, Eu-Botschafter und Regierungschefs, tut ihm endlich diesen Gefallen!

[Edit]

Da alles an dieser Nordirland Frage hängt – ich halte es für die EU für besser hier keine Sonderlösung zu stricken, sondern eine allgemein gültige. Das Problem, das ein EU-Land eine Grenze zu einem Nicht-EU Land hat, ist nun ja nicht so neu. Alle Staaten im Osten haben eine Grenze zu einem Nachbarn und innerhalb der EU gibt es das auch – die Schweiz grenzt an Österreich, Italien, Frankreich und Deutschland und es gibt nur wenige Waren die die Schweiz erreichen, ohne die EU zu passieren und umgekehrt gibt es auch EU Güter die von Frankreich oder Deutschland nach Italien die Schweiz passieren.

Spätestens, wenn ein anderer EU Staat die EU verlässt, muss es eine Grenzregelung geben. Der GAU für die EU wäre wohl der Austritt von Deutschland – wie haben die meisten Nachbarn und liegen in der Mitte. Durch uns führen die meisten Routen zwischen den Ländern.

Behandelt England mit Nordirland als normales Land. Da gibt es eben Grenzen und Grenzkontrollen. Versucht nicht das einzusparen, nur weil England eine Insel ist und deswegen eine Sonderlösung für Nordirland zu finden.


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