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Web Log Teil 591: 14.5.2020 - 26.5.2020

14.5.2020: Was nervt

Hier in Nesselwang bin ich wieder mal mit zwei Dingen konfrontiert, die nerven. Das erste, ein echter Dauerbrenner ist das System der Bahn für Sparangebote. Prinzipiell läuft das so: Wer 3 Tage vor der Reise diese fest bucht, mit Zugbindung kann Geld sparen. Bis zu 50 %. Wenn mal bei Bahn.de sich aber mal Verbindungen raus sucht, selbst wenn diese deutlich später in der Zukunft liegen, wird feststellen, das sich diese im Preis deutlich unterschieden. Mal gibt es einen Zug im Sparangebot und der nächste eine Stunde später dann nur zum herkömmlichen Preis. Nun ist die Reise derzeit wirklich bequem - man hat viel Platz, selbst mit dem seit mehreren Jahren in Bayern obligaten Schienenersatzverkehr (SEV) kam ich pünktlich an - ein absolutes Novum in den letzten Jahren. Komischerweise wird in den 20 Jahren, in denen ich zweimal im Jahr immer dieselbe Strecke fahre, immer nur in Bayern so gebaut, das man einen SEV braucht. In BW entsteht zwar Stuttgart21, mit kompletten Tunneln unter der schwäbischen Alb, aber das behindert den Verkehr nicht und seit einigen Jahren sind auch die Züge in Ulm pünktlich. Aber zurück zum Sparpreis. Offensichtlich sperrt die Bahn Züge, von denen sie annimmt, das sie voll werden für das Angebot und zwar unabhängig von der echten Belegung die derzeit eben weit unter 100 % liegt. So bekam ich keinen Zug für die Rückreise, der zwischen 18 und 19 Uhr losfährt, weder am kommenden Mittwoch, noch am Donnerstag. Am Mittwoch, eigentlich mein favorisierter Abreisetag, auch keinen Zug zu einer anderen brauchbaren Zeit. Also habe ich die Abreise auf den Donnerstag verschoben - wie sich zeigte, im Nachhinein ein guter Entschluss, denn ich hatte nicht in den Kalender geschaut. Der Donnerstag ist ein Feiertag (Christi Himmelfahrt) und wenn ich mittwochs angekommen wäre hätte ich zwar genügend zum Essen im Schrank gehabt aber nichts Frisches.

Ich erwarte eigentlich, dass man Sparangebote nach Bedarf macht, z. B. 25 % der Sitzplätze dafür reserviert und wenn die weg sind, dann gibt es eben nur den normalen Preis. Doch das scheint nicht das Bahnsystem zu sein. Die Preise sind auch abgestuft: ich hätte zwischen 38,90 € und 82,80 € für die Strecke (hin und zurück) zahlen können. Zwischenstufen sind 41,80, 47,80 und 62,80 € - wohlgemerkt bei konstanter Hinreise.

Noch nerviger ist aber für mich das man für ein Sparangebot ein Zug ein IC, EC oder ICE sein muss. Der springende Punkt: ich kann entweder nach Stuttgart fahren (12 km) oder nach Esslingen (4 km). Der Zug von Stuttgart fährt dabei immer durch Esslingen durch, denn es liegt nördlicher. Esslingen ist aber kein Halt für EC, IC oder ICE. Ein normaler Regiozug, der in Esslingen losfährt braucht aber genauso lange bis Ulm wie ein ICE, bedingt durch die Alb. Die zwei bis drei Halte gleicht die zusätzliche Strecke, aus die der ICE fahren muss. Nach Ulm gibt es sowieso nur Regionalbahnen. Um in den Genuss eines Sparangebotes zu kommen, muss ich also eine längere Strecke buchen, die mir zeitlich nichts bringt - immerhin ist man fast genauso schnell in Stuttgart wie in Esslingen, da die Straßenbahn schneller unterwegs ist als der Bus. Da die IC & Co eigentlich immer voll sind, im Unterschied zu den Regiobahnen verstehe ich das System nicht. Man sollte doch das Passagieraufkommen eher gleichmäßig verteilen und wenn einer wie ich meint, er fährt besser mit der Regiobahn, warum sollte er kein Sparangebot buchen? Der Sparpreis Finder der Bahn ist dabei recht kreativ. Zum Sparpreis kommt man nur, wenn einer der obigen Züge in der Verbindung ist. Also schlägt er vor, von Ulm nach Plochingen zu fahren - der kleine Ort, etwa 10 km von Esslingen entfernt, ist tatsächlich ein ICE Halt und dann mit der S-Bahn nach Esslingen zu fahren. Leider geht das nur alle paar Stunden und die Fahrt dauert dann auch eine Stunde länger.

Das zweite was nervt ist der HTML-Export. Meine Blogs entstehen mit Libreoffice. Konkret: ich nutze eine uralte Version (3.6) von 2009, da in der noch ein vor Jahren gekaufter Duden-Korrektor funktioniert. Den Text speichere ich ab, in den Wordpress Blog füge ich ihn dann meistens über Copy und Paste ein. Wenn ich den Quelltext in Wordpress ansehe, dann sind da etliche proprietäre Attribute, Class und Style Elemente. Aber sie beeinflussen die Ausgabe in Wordpress nicht. Für die immer noch parallel gepflegten Webseiten in HTML (siehe hier) lösche ich die Attribute mit einer Funktion meines eigenen Editors.

Hier in Nesselwang habe ich einen Zweitrechner. Auf dem ist nun nicht alles installiert, was auf meinem PC drauf ist, ginge mit der kleinen SSD und ohne Festplatte auch nicht. Hier schreibe ich alles mit Libreoffice 6.4. Wenn ich hier den Export mache sieht es viel schlimmer aus. Noch viel mehr Attribute. Bei meinen letzten Beitrag sah ich das an den Tabellen, die zu breit waren, weil im Original jede Zelle ein Width-Attribut in Pixeln hat. Auch, wenn man die Exportfunktion von Lireoffice nutzt, ist das HTML so. Vor allem feste Breiten in Pixeln finde ich seltsam, kann man doch in Writer als Textverarbeitung Texte beliebig vergrößern und verkleinern, was bei einer Bildschirmdarstellung mit fester Breite nicht geht. Kurzerhand habe ich daher den Smarteditor installiert und die Tags wieder gestrippt.

Auch hier: dieses Verhalten ist uralt. Es mag sicher Leute geben, die legen auf einen Export wert, bei dem die Darstellung identisch zu der in Libreoffice ist. Aber für alle anderen, die Libreoffice einfach nur als Editor für HTML nutzen, weil es bequemer ist, wenn man sich vor allem auf den Text konzentrieren kann, wäre eine einfache Funktion "Export clean HTML" wirklich eine Bereicherung. Einen HTML Editor kann Libreoffice schon deswegen nicht ersetzen, weil es alle Bilder lokal verlinkt sind anstatt relative Pfade zum Dokument anzugeben. Das heißt, man findet Referenzen wie src="file://…" und damit muss man alle Bilderlinks manuell nachbearbeiten. Auch ein Grund warum ich die Webseiten noch parallel pflege. Die Erweiterung Writer2xhtml erlaubt zumindest ein Format (xhtml strict) bei der die meisten proprietären Attribute verschwinden, sie kann, wenn man das falsche Format (hrml5) nimmt aber noch viel Schlimmeres als der normale Export produzieren. Irgendwie schade. Ich vermute, man hat das Problem der Abgrenzung: Also wo fängt man an Fornatierungen wegzulassen? Bei den Informationen über Schriften (früher Font-Tag heute in Styles gepackt, bei den Absatzabständen oder den Seitenformaten? Für mich als jemand, der den Text weiter verwenden will, ist die Antwort einfach - ich will eigentlich keine individuellen Formatierungen im Text, sondern einfache Tags, da ich das Aussehen zentral per Stylesheet regele. So sehen dann eben alle Texte gleich gut oder schlecht formatiert aus.

Ein besonders nerviger Bug des HTML-Exports schlägt übrigens zu, wenn man die Silbentrennung nutzt. Denn die nur in Writer am Zeilenende sichtbaren Trennstriche finden sich dann in jedem Wort wieder. Gut Silbentrennung nutze ich in meinen Artikeln eher selten, aber ab und an mache ich auch Artikel aus einigen Seiten aus meinen Büchern, so entstand z. B. die Mercury-Serie aus dem gleichnamigen Buch.

17.5.2020: Einen neuer Rekord ...

… haben NASA / Aerojet aufgestellt. Sie haben einen neuen Vertrag abgeschlossen, in dem Aerojet 18 neue Triebwerke für 1,79 Milliarden Dollar kauft. Aerojet ist nach einer Übernahme Besitzer von Rocketdyne, der Hersteller der RS-25 Triebwerke.

Der Vertrag wurde dann heftig kritisiert. Zusammen mit einem vorherigen Kontrakt der die Zertifizierung der alten und die Produktion von sechs neuen Triebwerken vorsah, hat der Vertrag nun einen Umfang von 3,5 Mrd. Dollar. Das erscheint vielen zu teuer, umgerechnet sind es 145,8 Millionen Dollar pro Triebwerk.

Die letzte Entscheidung steht nun in der Kritik, ist aber eine Folge des Finanzierungsmodells. Das sieht vor, das man nicht den typischen Zyklus vorsieht, bei dem der Geldbedarf stetig ansteigt, bis kurz vor Abschluss der Entwicklung und dann absinkt. Apollo hatte z.B. das höchste Budget 1967, also noch vor Beginn der Flüge. Die SLS sollte mit gleichbleibenden Kosten finanziert werden.

Was aber schon damals klar war: die Lösung war später teuer. Bei der Ares wurden ja auch beide Triebwerke evaluiert und damals hieß es das das RS-68 etwa halb so teuer wie ein RS-25 ist. Dabei hat es 50 % mehr Schub. Man könnte also die vier RS-25 durch drei RS-68 ersetzen und hätte trotzdem noch mehr Schub und würde Geld sparen.

Für das RS-25 gab es früher, allerdings nie von offizieller Seite, Zahlen von 40 bis 60 Millionen Dollar pro Stück. Der untere Wert bei einer höheren Stückzahl und Anpassung der Triebwerke, der höhere Wert bei kleinen Stückzahlen und unverändertem Nachbau. (Die Triebwerke werden ja nur einmal eingesetzt, da kann man sie billiger produzieren, wenn man auf dieses Feature verzichtet). Nun sind die nachgebauten Triebwerke mit 112 Millionen Dollar aber immer noch doppelt so teuer. Warum?

Aerojet gibt keine genauen Auskünfte, sagt aber das der Auftrag mehr als nur die reinen Produktionskosten umfasst. So neu ist das nicht. Als das Shuttle ausgemustert wurde, wurde auch das RL-10 deutlich teurer. Vereinfacht gesagt: Aerojet hat eine Abteilung die Raketentriebwerke entwickelt und baut. Das sind aber nicht nur Arbeiter. Kosten die auflaufen, umfassen auch die üblichen Fixkosten jedes Betriebs für Verwaltung, Rechnungswesen, sondern auch die Kosten für Anlagen und Fabrikgebäude und vor allem die gesamte Forschungs- und Entwicklungsabteilung und die wird jeder vernünftige Betrieb zuletzt entlassen, denn mit den Fachleuten geht Wissen verloren. Arbeiter kann man anlernen, Erfahrung in der Konstruktion kann man nur schwer ersetzen.

Das ist nicht neu. Noch als Apollo lief, schuf die NASA das Apollo-Application Programm, dass vor allem den Zweck hatte, zumindest die Kernmannschaft weiter zu beschäftigen, bis es ein neues bemanntes Programm gab. Es kam nicht dazu und nach Meinung vieler sind etliche der Probleme bei der Space Shuttle Entwicklung auftretenden Probleme auch damit verbunden.

Bei Aerojet heißt das, das nach Ausmustern des Space Shuttles ein Riesenauftrag wegfiel. Zwar waren die Triebwerke wiederverwendbar, aber nach jedem Flug wurden die Orbiter überprüft und gegebenenfalls Triebwerke und andere Teile ausgewechselt. Wer die Flughistorie ansieht, wird feststellen das praktisch bei jeden Flug ein Triebwerk ausgewechselt wurde. Aerojet hatte einen langfristigen Vertrag für die Wartung und der fiel nun weg. Noch problematischer: inzwischen wurde auch das Ende des RS-68 der Delta IV beschlossen. Damit gab es zeitweise nur noch das RL10 als Triebwerk in der Produktion. Das AR-22 als Ersatz für das RD-180 von Energomasch wurde von ULA nicht angenommen. So muss im Prinzip die NASA die gesamten Fixkosten der Abteilung tragen. Das drückt sich auch im ersten Kontrakt aus, der ja schon fast genauso hoch war aber nur sechs neue Triebwerke umfasste.

Gibt es dafür eine Lösung - ja aber nur eine die politisch nicht gewollt ist. Wir haben in den USA vergleichsweise wenige Starts, verglichen mit früher. Auch wenn es durch den kommerziellen Erfolg von SpaceX nun wieder einige mehr sind, so sind es noch deutlich weniger als früher an kommerziellen und vor allem militärischen Satelliten gestartet wurden. Die Raketen werden offiziell nun kommerziell entwickelt, in der Praxis vergibt das DoD aber sehr hohe Aufträge an Firmen und das DoD würde gerne drei Anbieter haben. Drei Anbieter bedeuten aber auch kleinere Stückzahlen und drei Abteilungen die Fixkosten verursachen, anstatt einer. Vor allem konkurrieren die Anbieter ja alle im gleichen Segment. Drei Anbieter für kleine, mittlere und hohe Nutzlastkapazität wären sinnvoller. Aerojet / Rocketdyne ist nun eben abgelöst worden durch Blue Origin die Triebwerke für die Vulcan und ihre eigene Raketen bauen und SpaceX. Beide Firmen bauen mehr Triebwerke und können so ihre Fixkosten besser umlegen.

So wird die NASA mit dem Manko leben müssen. Billiger würde es nur werden, wenn man von Aerojet mehr Triebwerke abnimmt. Das wäre zum Beispiel möglich, wenn man neue Booster für die SLS entwickelt auf Basis von flüssigen Treibstoffen. Die könnten dann mit dem AR-22 oder RS-68 angtrieben werden. Bei etwa 12.000 kN Schub pro Booster braucht man dann vier bis sechs Triebwerke pro Booster.

Ein kleiner Spareffekt ergäbe sich durch den Einsatz der RS-68 anstatt dem RS-25. Es ist schubstärker, so reichen drei aus und sie liefern trotzdem noch mehr Schub. Bedingt durch den schlechteren spezifischen Impuls sinkt die Nutzlast ab, aber zumindest bei Einsatz der EUS errechne ich nur einen Verlust um 3.000 kg für eine Fluchtbahn. Aber bei den obigen Aufschlägen für Fixkosten wäre der Spareffekt wohl eher gering.

Das Ganze ist nicht neu, als Delta IV und Atlas V wenige Jahre nach Einführung Probleme hatten, weil die kommerziellen Starts, die man sich erhoffte, nicht kamen zahlte das Dod ULA große Summen, nur damit sie die Kernmannschaft nicht entließen. Das ist auch in anderen Bereich gang und gäbe, so bekommt Boeing 26 Milliarden Dollar für einen 19 Jahres Vertrag für die ISS-Wartung. (engineering, subsystem management, and maintenance and repair of failed hardware).

Meine Ansicht: alle anderen Raumfahrtnationen kommen ohne diese Absicherung aus und haben in der Regel nur einen Anbieter für einen bestimmten Nutzlastbereich, wenn auch wie z. B. in Russland verschiedene Firmen die Raketen herstellen. China, die die USA inzwischen zumindest bei den Startzahlen überholt haben kommen bei ihren großen Raketen der Langer Marsch Serie sogar mit einem halbstaatlichen Unternehmen aus. Ich finde das auch logisch. Die dahinter stehende Befürchtung ist ja das eine Rakete durch einen Fehlstart längere Zeit ausfällt. Doch das kommt ja eigentlich nur bei der Einführung vor. Da findet man die meisten Fehler und muss auch aufwendig nachbessern. Aber in dieser Phase kann man einen anderen Träger noch parallel betrieben. Europa macht das mit den Übergangsperioden von Ariane 4/5 und Ariane 5/6 vor. Die Hoffnung das mehrere Anbieter für mehr Konkurrenz und damit nicht ein Anbieter den Preis diktieren kann erfüllt sich ja nicht wie man beim Zusammenschluss der Trägersparten von Boeing und Lockheed zu ULA sieht. Gerade die hohen Preise haben aber dann wieder zu neuer Konkurrenz in Form von SpaceX geführt.

Noch radikaler - zumindest für die USA - wäre es das man Starts international ausschreibt. In Europa ist es gang und gäbe das selbst militärische Satelliten auch mit Trägern anderer Nationen wie Russland oder den USA gestartet werden, wenn das billiger ist. Über Sicherheitsprobleme deswegen habe ich nichts gehört. Aber das steht in den USA nicht zur Diskussion. Dann sollte man sich aber auch nicht über die Kosten eines solchen Luxuses beschweren.

19.5.2020: Neue Booster für die SLS

Mein letzter Artikel brachte mich auf die Idee, mir mal Gedanken zu machen über neue Booster für die SLS. Die SLS soll ja "iterativ" entwickelt werden. Das heißt, zuerst entsteht eine zweistufige Version ("Block I"). Da diese nicht den Mond erreichen kann, sondern mit zwei Stufen nur eine Erdumlaufbahn werden die ersten Flüge mit einer Delta IV Zweistufe (DCSS) stattfinde. Die DCSS ist so leicht, dass sie mit der Nutzlast in eine Erdumlaufbahn gelangt. Dort ist ihr - vergleichen mit der Gesamtmasse - kleiner Schub dann kein so großer Nachteil. Diese Version soll 26 t zum Mond befördern.

Später soll die EUS als Oberstufe entstehen, deutlich größer, mit vier anstatt einem RL10 Triebwerk. Das J-2X Triebwerk wurde als zu schubstark verworfen, wahrscheinlich um die Zertifizerungskosten zu sparen. Das ist dann die "Block 1B" der SLS. Erst danach geht die NASA daran, neue Booster welche die derzeit eingesetzten SRB (verlängerte RSRB aus dem Space Shuttle Programm) ersetzen. Wann diese neuen Booster kommen ist ungewiss.

Doch das soll mich nicht daran hindern, Gedanken über diese Booster zu machen. Ich kam wie schon gesagt deswegen drauf, weil die RS-25 so teuer sind, weil Aerojet nach Einstellung diverser Raketen praktisch kaum noch neue Triebwerke baut. Die Fixkosten werden also auf wenige Triebwerke umgelegt. Also dachte ich mir - hmmm wenn man in den Boostern nun das AR-1 oder RS-68 einsetzen würde, Triebwerke die Aerojet im Programm hat, dann wäre die Stückzahl höher und die Kosten pro Triebwerk - auch für die RS-25 geringer. Doch wie viele Triebwerke braucht man für die Rakete?

Ich habe mir drei Triebwerke rausgesucht:

AR-1 (LOC/Kerosin)

RS-68 (LOX/LH2)

Raptor (LOX/Methan)

Theoretisch könnte man auch die RS-25 verbauen. Allerdings sind die Triebwerke teuer und wegen des kleinen Schubs braucht man relativ viele davon. Diese Möglichkeit habe ich daher nicht betrachtet.

Anstatt dem Raptor könnte man auch das BE-4 nehmen, der Schub des BE-4 liegt in derselben Größenordnung und wahrscheinlich auch der spezifische Impuls.

Die wesentlichen technischen Daten sind zum Teil spekulativ, weil Schub und spezifischer Impuls genau (nicht ungefähr) nur vom RS-68 bekannt sind. Beim Raptor geht inzwischen sogar die Wikipedia auf Distanz und schreibt "Goal" hinter die Werte, weil sie doch sehr von Erfahrungswerten oder mit CEA" errechneten Werten abweichen.

Für die Größe der Booster habe ich mir folgendes gedacht:

Die Rakete sollte beim Start mit 1,25 g abheben können. Da der Schub jedes Triebwerks bekannt ist, habe ich die Triebwerkszahl pro Booster so lange variiert, bis bei einer Simulation die Nutzlast in der Gegend der heutigen SLS ist. Für mehr Nutzlast kann man dann mehr Triebwerke nehmen und größere Booster einsetzen. Nun die Ergebnisse:

Die Nutzlasten liegen dann leicht über der SLS:

Typ

Nutzlast Fluchtgeschwindigkeit

SLS EUS

40 t (NASA-Angabe: 37 t)

SLS RS68 Booster

48 t

SLA AR1 booster

44 t

SLS Raptor Booster

45 t

Ein Triebwerk mehr

Nimmt man jeweils ein Triebwerk pro Booster hinzu, so sieht die Rechnung so aus:


Typ

Nutzlast Fluchtgeschwindigkeit

Masse Booster

SLS EUS

40 t

733 t

SLS RS68 Booster

61 t

610 t

SLA AR1 booster

55 t

620 t

SLS Raptor Booster

53 t

520 t

Gegenüber der normalen SLS ist der Gewinn trotz immer noch kleinerer Masse als die SRB deutlich, das liegt daran, dass die SRB einen schlechten spezifischen Impuls mit einer hohen Leermasse kombinieren. Die höhere Leermasse der Booster die Methan und LH2 (Strukturfaktoren von 20, 15 und 10 wurden angenommen) verwenden, nivelliert auch etwas den höheren spezifischen Impuls.

Ob es sich auch finanziell lohnt weiß nur die NASA. Ich bin da mit einer Schätzung etwas vorsichtig, da auch die SRB nicht mehr so preiswert sind. Bei den Boostern mit Aerojettriebwerken müsste man die höheren Kosten einer Rakete mit Triebwerken anstatt den einfacheren Feststoffboostern dagegen rechnen, dass derzeit die NASA bei wenigen Rs-25 praktisch die gesamten Fixkosten von Aerojet trägt.

Daneben ist auch anderes wichtig. Diese Booster könnte man bei Problemen abschalten und den Fluchtturm auslösen - das geht auch bei den SRB, doch bei laufenden Boostern ist dies deutlich riskanter und vergessen wir nicht - beim Challenger-Unglück hat man das Versagen nicht bemerkt, obwohl Kameraaufnahmen bei der Nachauswertung die Flammen neben dem Booster schon Sekunden vorher zeigten. Heute wäre das durch mehr Messsonden und Computerüberwachung, die automatisch abbricht vielleicht verhinderbar, aber wenn man Triebwerke abschalten kann hat man immer mehr Möglichkeiten, z. B. auch sich normal von der Rakete lösen ohne den Fluchtturm zu aktiveren. Daneben könnte man auch nur einzelne Triebwerke abschalten und so eine Mission vielleicht retten oder zumindest bis in den Erdorbit bringen.

Die Herstellungskosten der Triebwerke sind nur ein Aspekt, bedeutender sind wohl die Entwicklungskosten denn wir reden ja von wenigen Flügen.

Als Nebeneffekt hat man dann auch Erststufen mit 390 bis 620 t Masse, also etwas größer als eine Atlas V bis doppelt so schwer. Die könnte man auch als Trägerraketen einsetzen, ähnlich wie Russland das bei den Boostern der Energija bei der Zenit machte. Für die größeren Versionen - man wird ja sicher nicht Booster mit der gleichen Nutzlast wie der SLS bauen, habe ich dies mal mit der DCSS als zweiter Stufe für einen GTO-Orbit ausgerechnet.

Version

Nutzlast GTO

Mit AR-1 Triebwerken

12 t

Mit RS-68 Triebwerken

18,5 t

Mit Raptor Triebwerken

17,5 t

Der Nachteil dieser Stufen, die ja einen hohen Schubüberschuss haben, sind enorme Spitzenbeschleunigungen zum Brennschluss von 444 bis 570 m/s. Das könnte man aber reduzieren, indem man vorher Triebwerke abschaltet. Man könnte auch Triebwerke ausbauen, da sie eine Startbeschleunigung von 18 bis 19 m/s haben, wäre das problemlos möglich, sofern die Schubassymetrie ausgeglichen wird.

Eine zur Größe passende Oberstufe wäre die EUS, daher dieselbe Berechnung nochmal mit der EUS:

Version

Nutzlast GTO

Mit AR-1 Triebwerken

22,5 t

Mit RS-68 Triebwerken

34 t

Mit Raptor Triebwerken

27 t

In einen niedrigen LEO Orbit würde etwa die doppelte Nutzlast befördert werden. Damit ergeben sich einige interessante Möglichkeiten:

Man (mit zwei Oberstufen) eine Rakete mit einer Nutzlastkapazität im Bereich der Delta 4 Heavy und Falcon Havey und darüber hinaus - die derzeitige Entwicklung, die von der USAF mitfinanziert werden, wären so nicht nötig und man käme zu größeren Stückzahlen der Booster und EUS - niedrigere Stückkosten. Die EUS Versionen - bei den RS-68 Triebwerken auch die DCSS Version, sind ausreichend um die Nutzlast der SLS für eine Mondtransferbahn in einen Erdorbit zu befördern. Damit könnte man das Konzept der Ares I und Ares V aufgreifen:

Bei diesem startete die Ares I die bemannte Orion und die Ares V den Altair Mondlander und eine Stufe. Das erhöhte nicht nur die Nutzlast für die Mondmisssion, sondern bedeutete auch, das nur die Ares I die strengen Kriterien für einen bemannten Träger erfüllen musste und das macht die Ares V billiger. Entsprechendes gilt dann für die SLS: Die Zentralstufe müsste dann nicht für bemannte Einsätze qualifiziert sein. Die RS-68 / EUS Version erreicht 63 t in den LEO. Eine SLS mit RS-68 Boostern könnte weitere 27 t in den Leo bringen und noch genügend Treibstoff in den Tanks haben, um mit den angekoppelten 63 t noch eine Mondtransferbahn zu erreichen, zusammen gelangen so also 80 t in die Mondtransferbahn, das ist ein komfortables Polster für anspruchsvolle Missionen. Oder man nimmt die etwas kleineren Booster mit jeweils einem Triebwerk weniger und hebt durch den separaten Start der Orion die Nutzlast an.

20.5.5020: Das gestrichene Weltwunder

Es gibt ja die berühmte Liste der sieben Weltwunder. In der ursprünglichen Liste von Herodot waren noch die Mauern von Babylon enthalten. In der heutigen Liste die auf Antipatros zurückgeht fehlen sie. Herodot schrieb seine Liste 450 v. Chr. Antipatros lebte im 2 Jahrhundert vor Christus. Der Grund für die Streichung - die Mauern waren zerfallen. Sie wurden durch den Leuchtturm von Alexandria ersetzt, den es in der ersten Liste nicht geben kann, da Alexandria erst durch Alexander den Großen um 330 v. Chr. gegründet wurde.

Anders als andere Weltwunder von denen es gar keine Reste mehr gibt, wie dem Koloss von Rhodos oder den Hängenden Gärten - die muss es ja im 2 Jahrhundert noch gegeben haben - gibt es aber noch die Fundamente der Mauern und ich bin beim Surfen drüber gestoßen und sie sind echt riesig!

Die deutsche Wikipedia nennt 17,5 bis 30 m Breite und 25 bis 30 m Höhe. Auf der Mauerkrone gab es einen 12 m breiten Fahrweg, der ausreichte, um zwei Vierspänner nebeneinander fahren zu lassen um schnell Truppen heranzuschaffen - 12 m das ist die Breite von drei Spuren auf einer Autobahn! Leider steht der Wikipedia-Artikel auf der Qualitätssicherungsseite, in der englischsprachigen Wikipedia fand ich diese Skizze, aber leider keine genauen Angaben zu den Stadtmauern. Die FU-Berlin bestätigt aber eine Länge von 18 km und eine Höhe von 30 m.

Ich habe mir mal die Mühe gemacht das verbaute Volumen zu berechnen. Hier die Daten die ich fand:

Nimmt man die Skizze mit Maßstab, so dürften die Außenmauer rechts etwa 7 km lang sein. 11 km entfallen also auf die Innenmauern. Von den 11 km entfallen etwa ein Sechtel auf die Ufermauern mit dünneren Wänden.

Der große Unterschied zwischen Fahrwegbreite und Mauerbreite von 12 und 27 bis 30 m deutet darauf hin, das die Mauern sich nach oben hin verjüngten. Nimmt man oben eine Mauerbreite von 1 m an, so bilden die Mauer im Querschnitt ein Trapez mit einer Höhe von 30 m, einer Basisbreite von 27 bis 30 m und einer Breite der kürzesten Seite von 14 m. Das entspricht einer Fläche von 615 m² bei 27 m Stärke und 330 m² bei den Innenmauern sowie 171 m² bei den Ufermauern. Beieht sich die obere Breite des Fahrwegs von 12 m dagegen auf die Innenmauern, so dürften diese kaum angeschrägt sein.

Multipliziert diese Querschnittsfläche mit den Längen von 7 km, 9,1 km und 1,9 km ergibt das ein Volumen von 4,3 Millionen m³, 3 Millionen m³ und 0,32 Millionen m³, zusammen also rund 8 Millionen m³ Volumen oder mehr als das dreifache Volumen der Cheops-Pyramide (2,583 Millionen m³). In der Größe sind die Mauern also wirklich beeindruckend und ein Weltwunder. Wären die Mauer nicht angeschrägt, so wären es sogar 10,4 Millionen m³, wenn man jeweils den Mittelwert der Breiten nimmt. Das ist nur die Maur selbst. Dazu kommen Türme, die genauso breit waren, noch etwas höher und sehr eng beieinander staden. Also ein enorm verbautes Volumen.

Die äußere Mauer wurde unter Nabū-kudurrī-uṣur II, allgemein in der griechischen Schreibweise als Nebukadnezar II bekannt erreichtet. Er regierte 43 Jahre, also genügend Zeit sie zu bauen. Wahrscheinlich ging es aber viel schneller. Denn sie war ein Abwehrmonument gegen die Meder. Die aber zum Ende der Regierungszeit Nebukadnezars keine Rolle mehr spielen. Unter ihm wurde auch der in der Bibel erwähnte Marduktempel "Turm zu Babel" errichtet der eine Grundfläche von 92 x 92 m hatte und etwa 91 m hoch - wenn auch nach oben verjüngend, ist das auch in etwa das Volumen einer Pyramide.

Von beiden Bauwerken ist nichts mehr übrig. Der Marduktempel - Marduk war der Stadtgott und damit oberste Gottheit, war schon unter Alexander nicht mehr nutzbar. 10.000 Männer brauchten zwei Monate um ihn abzutragen, denn Alexander wollte ihn neu aufbauen lassen. Der Grund: die Bauweise. Die Mauern bestanden aus einer Außenschicht aus getrockneten Lehmziegeln. Auch der Tempel bestand aus getrockneten Lehmziegeln. Dazwischen wurde bei den Mauern mit Erde und Geröll aufgefüllt, die gestampft wurde. Nur an wenigen Stellen, wie dem Ischtar Tor wurden gebrannte und zur Zierde auch glasierte Lehmziegel verwendet. Das ergibt sich zum einen aus der enormen Größe der Mauern, vor allem aber dadurch, das es in Mesopotamien kaum Holz gibt, mit dem man Brennöfen betreiben könnte - keine Ausnahme, schon in den ältesten Pyramiden findet man aus dem Libanon importierte Zederholzstämme, den Ägypten hatte als Flusstal dasselbe Problem. Verfugt wurde mit Bitumenmörtel, aus Erdöl gewonnen, bei den Ufermauern wurde auch mit Bitumen gegen die Feuchtigkeit isoliert. Trotzdem drang Wasser ein, und die Ziegel zerfielen, die Mauer stürzten ein, bzw. die Tempel verfielen. Die Mauern bzw. Tempel waren so ein dauernder Sanierungsfall, ähnlich wie heute unsere Kathedralen, aber in viel schlimmeren Ausmaß. Heutige Experten schätzen die Lebensdauer eines solchen Ziegels auf einige Jahrzehnte. Solange wie unter Nebukadnezar das Reich blühte, war die Instandhaltung kein Problem, aber sonst schon.

Die Mauern erfüllten ihren Zweck. Die Perser belagerten die Stadt, konnten die Mauern aber nicht überwinden. Aber sie konnten die Stadt aushungern. Babylon war zu dieser Zeit eine der größten Metropolen ihrer Zeit mit rund 200.000 Einwohnern, die versorgt werden mussten. Der Verfall dürfte nach Eroberung durch Kyros begonnen haben, denn als persische Provinz dürfte viel der Steuereinnahmen nach Persepolis als Tribut gewandert sein. 200 Jahre später war der Tempel - als religiöses Heiligtum und in dem Gesamtvolumen deutlich kleiner als die Mauern - schon zerfallen, immerhin müssen die Mauern um 450 v.Ch. so intakt gewesen sein, um als Weltwunder in die Liste von Herodot einzuziehen.

Was mich bei der Recherche erstaunt ist der Gigantismus. In Rom, danach die größte stadt der Antike, gibt es auch zwei Stadtmauern: die ältere serivanische Mauer, in etwa zur gleichen Zeit wie die babylonische Mauer gebaut: 4 m breit, 10 m hoch und die aurelianische Mauer in der späten Kaiserzeit nach 275 n. Chr. errichtet. Sie ist mit 6 m Höhe und 3,5 m Breite noch kleiner. Vor allem die Breite erstaunt mich. Selbst wenn das Material weicher ist als Stein (wobei die meisten Steinmauern ja auch nur außen aus Stein bestehen) benötigt man doch keine 17 bis 30 m Breite. Das ist um ein vielfaches breiter als ein Rammbock lang ist und man kann sich kaum denken, das dieser dann sich tagelang durch das Mauerwerk arbeiten können, ohne das die Stadtbewohner Gegenmaßnahmen treffen. Das Heranführen von Streitkräften mit Streitwagen sehe ich auch nicht als notwendig. Zum einen kann man von den Mauern ja lange bevor die feindlichen Truppen an der Mauer sind ihr Herannahen sehen und man kann Truppen auch durch die Stadt heranführen. So riesig ist die Stadt nicht, maximal 2 km von einer Seite zur anderen. Das müsste in einer halben Stunde zu schaffen sein. Ebenso ist die Höhe von bis zu 30 m enorm hoch. Wahrscheinlich um Belagungstürme abwehren zu können. Griechische Belagerungstürme, allerdings etwa 300 Jahre jünger waren bis zu 41 m hoch, also noch höher als die Mauern. Gegen sie würde eine Abschrägung mehr schützen als die Höhe, denn bei 14 m Breite am Ende und 28 m Basisbreite muss der Turm 7 m überbrücken, um an die Mauer zu kommen. Allerdings zeigen die gängigen Abbildungen keine abgeschrägte Mauer. Eine Abschrägung wäre aber auch aus statischen Gründen sinnvoll.

23.5.2020: Die Lösung für ein überflüssiges Problem - die Landung auf einem Himmelskörper mit Ionentriebwerken

Derzeit laufen die Vorbereitungen für zwei Landungen mit Bodenprobenentnahmen auf zwei Planetoiden: Bennu (OSIRIS-REx) und Ryugo (Hayabusa 2). Diese sind sehr klein, beide unter einem Kilometer Durchmesser. Entsprechend gering ist ihre Schwerkraft. Da stellt sich mir die Frage, wie klein ein Himmelskörper sein muss, damit man nur mit Ionentriebwerken landen kann. Genauer gesagt, geht es um das Abheben nach der Landung. Denn es gilt folgender einfache Spruch aus der Luftfahrt: "Runter kommt man immer".

Es gilt folgender einfache Zusammenhang:

Für das Abheben einer Raumsonde mit einer Bodenprobe gilt: Die Beschleunigung des Raumschiffs muss größer als die lokale Gravitation g sein:

a > g

Beide Größen sind wiederum von anderen abhäng. Die Beschleunigung a ist abhängig vom Schub F und der Masse m des Raumfahrzeugs:

a = F / m

Die Gravitation von der Masse des Körpers M und seines Radiuses R, sowie der Gravitationskonstante G:

g = G M / R²

Die Masse des Körpers M wiederum von seiner Dichte D und dem Radius sowie der Kreiskonstante π (Pi)

M = 4 / 3 * π * R³ * D

Innerhalb dieser Gleichungen sind π (3.14....), G (6.67..x10-11) Konstanten. Die Dichte D ist variabel, es gibt als Extreme Himmelskörper, deren Kern aus Eisen und Nickel besteht (Dichte > 3,3 g/cm³). Gestein hat in etwa eine Dichte von 2,2 bis 2,5 g/cm³. Es gibt aber Körper mit Hohlräumen oder Porosität wie z.B. die Marsmonde Phobos und Deimos (Dichte 1,47 und 1,88 g/cm³). Im Kuipergürtel, wo die Körper vor allem aus Eis bestehen, liegt die Dichte dann bei 0,9 bis 1. Wenn man sich aber auf eine bestimmte Klasse wie Gesteinsmeteoriten beschränkt, kann man die Dichte als konstant ansehen.

Setzen wir die Gleichungen ineinander ein:

a > g

wird zu

F / m > G * (4 / 3 * π * R³ * D) / R²

bzw. wenn man R² und R³ herauskürzt:

F / m > G * (4 / 3 * π * R * D)

Wenn G, 4/3, π, D zu einer Konstante zusammengefasst werden (für Dichte D = 2,5 g/cm³ und den Faktor 1.000 für 1.000 kg = 1 m³ Volumen bei Dichte 1) ist sie 6,98 x 10-7), dann kann man die Formel verkürzen zu:

F / m > C * R

Da für ein Raumschiff der Schub und die Masse gegeben sind, kann man so leicht den Radius des Himmelskörpers berechnen:

R = C / (F/m)

Eine kleine Beispielsrechnung:

Für eine Raumsonde die 1.000 kg wiegt und einen Schub von 0,3 N hat (entspricht in etwa Ionentriebwerken mit 8 bis 9 kW Leistungsaufnahme) ist F/m = 0,0003.

Dann folgt für den Radius: 430 m. Damit liegt man in der Größenordnung, welche die beiden Asteroiden haben, die derzeit besucht werden (Bennu: 492 m Durchmesser, Ryugo: 900 m Durchmesser, beide aber mit kleinerer Dichte (0,97 bzw. 1,19 g/cm³). Damit könnte eine Raumsonde auf beiden Körpern landen und wieder abheben. Das gilt natürlich auch für andere Körper in dieser Größenordnung.

In der Praxis ist die Gravitation so klein, das selbst die Landung extrem lange dauern würde, wenn man sich nur auf sie verlässt. Die Sonden werden daher aktiv abgebremst, indem man Triebwerke gegen die Flugrichtung zündet, damit sie mit definierter Geschwindigkeit auftreffen. Umgekehrt benötigt man für das Abheben dann auch nur eine kleine Kraft. Beim Größeren der beiden Körper Ryugo beträgt die Kreisbahngeschwindigkeit etwa 0,26 m/s. Nach 866 s Betriebszeit der Triebwerke hätte die Raumsonde so einen Orbit erreicht. Es würde aber auch ausreichen ein 10 N Triebwerk - das sind die kleinsten serienmäßig verbauten Triebwerke - 26 s lang zu zünden. Klar ist aber auch, das ohne aktive Abbremsung die Raumsonde maximal mit Fluchtgeschwindigkeit = √2 * Kreisbahngeschwindigkeit = 0,367 m/s = 1,32 km/s auftreffen würde, was ihr sicher nicht schaden würde - auf der Erde entspricht das einem Fall aus 0,7 cm Höhe.

Mit Ionentriebwerken wäre so eine Landung auf kleinen Himmelskörpern mit einem Durchmesser von etwa 1 km oder kleiner möglich. Man könnte sie sogar benutzen, um zu schweben - dann könnte man den Landeplatz vor der Landung studieren und verschieben. Dabei kostet das fast keinen Treibstoff.

Kleine Himmelskörper stellen wegen ihrer geringen Gravitation Raumsonden vor Herausforderungen. So schwenken diese in der Regel nicht in eine Umlaufbahn ein. Die Gravitation von kleinen Planetoiden ist so klein, dass schon geringe Störkräfte oder Ungenauigkeiten die Sonde wieder aus der Umlaufbahn katapultieren. Selbst ohne andere Himmelskörper und ihre Gravitation als Störkraft gibt es diese: die Körper sind nicht rund, die Masseverteilung ist unregelmäßig, damit auch die Gravitationskraft. Rosetta flog einen Dreieckskurs um den Kometen Churymasov-Geramisenko, das heißt sie beschleunigte geradlinig, stoppte an einem Endpunkt, drehte um 60 Grad und bewegte sich zim nächsten Punkt. Es entsteht dann eine Bahn die im Plot einem Dreieck entspricht mit dem Körper in der Mitte. Die zweite Methode ist das die Raumsonde den Körper nur begleitet. Sie hat also dieselbe Bahn wie er nur eben einige Kilometer versetzt. Da selbst kleine Asteroiden rotieren kann man auch so die ganze Oberfläche aufnehmen.,

24.5.2020: Die Lösung für die Mobilität mit E-Autos

Elektroautos haben ein Problem: die Reichweite. Selbst mit großen Batterien liegt die maximale Fahrstrecke bei maximal 500 km, eine Strecke, die man selbst bei Richtgeschwindigkeit in vier Stunden zurücklegen kann. Das reicht im Zentrum Deutschlands nicht mal bis zu den Nachbarländern. Es wäre ja kein Problem, wenn man dann genauso schnell aufladen könnte wie bei einer Tankstelle mit Benzin, doch das geht heute noch nicht.

Interessanterweise zieht das E-Auto nicht mal als reines Fahrzeug für die täglichen Fahrten – der Benziner wäre dann „Zweitfahrzeug“ für die wenigen längeren Strecken. Entsprechende Autos gibt es doch sie werden nicht so sehr nachgefragt.

So gibt es Forschung um dieses Problem zu lösen. Es wird an Batterien geforscht die noch mehr Energie speichern, damit bei gleichem Gewicht der Batterie die Reichweite erhöhen. Es wird an einer schnelleren Aufladung geforscht. Daneben natürlich noch an anderen ökologisch besseren Alternativen als Benzin und diesel wie dem Wasserstoff als Treibstoff.

Doch in China scheint man eine Lösung gefunden zu haben. Dort wird zur Zeit eine Testanlage für einen „Wattway“ errichtet. Anders als eine erste Anlage in Frankreich scheint sie auch zu funktionieren. Bei dieser Technologie sind im Fahrbelag Solarmodule eingelassen, die Strom produzieren. Probleme gibt es natürlich. Das Hauptproblem ist die Belastung durch den Druck. Der Belag über den Modulen muss transparent sein, damit die Sonne zu den Solarzellen hindurchdringt und er muss trotzdem sie vor Beschädigung schützen. In China arbeitet die halbstaatliche Organisation die den Solarway baut, mit deinem Solarzellenhersteller zusammen, um die Widerstandsfähigkeit zu erhöhen. Ein Verbot von schweren Wagen nützt wenig, denn wenn dann trotzdem einer die Strecke befährt, macht er eben etliche Module kaputt. Der Wattway liefert dann zwar Energie, doch die nützt den Autos wenig.

Nun hat man auf einer zweiten, kürzeren, Teststrecke das Konzept erweitert. Sie ist nicht für die Öffentlichkeit freigegeben, auch weil sie noch etwas empfindlicher gegenüber Druck ist – und schon die normale Strecke hat Probleme mit den in China chronisch überladenen Lastwagen.

In dieser Stecke erprobt man die drahtlose Energieübertragung mittels Induktion. Das kennen wir in Deutschland vom Transrapid. Dazu benötigt das Auto aber einen Empfänger. Neben der schon bekannten Druckempfindlichkeit zeigte sich aber im Versuch ein anderes Hindernis: Es gibt pro Modul einen Sender für die Übertragung der Energie. Sobald das Fahrzeug dann die Grenze eines Moduls passiert, reist die Energierübertragung kurzzeitig ab. Das Fahrzeug bewegt sich durch den Impuls natürlich weiter, sobald etwa ein Drittel der Modullänge überbrückt ist, setzt wieder die Energieübertragung ein, die Beschleunigung ist damit nicht kontinuierlich, sondern mit kleinen Stößen. Damit diese nicht störend empfunden werden, muss das Auto nach Untersuchungen mindestens 10 m/s, also 36 km/h schnell sein. Das ist keine große Einschränkung, will man die Technik ja vor allem bei längeren Strecken nur für Autos verbauen, in China bei Straßen, die unseren Autobahnen entsprechen. Die zweite Einschränkung dürfte vor allem in Deutschland ein Problem werden. Ab 30 m/s Geschwindigkeit nimmt bei den Versuchsfahrzeugen die Beschleunigung ab. Es wird eine konstante Energiemenge übertragen, der Energieverbrauch steigt aber durch die immer höhere Geschwindigkeit ab. Bei den Versuchsfahrzeugen eines chinesischen Herstellers war bei 37 m/s (rund 133 km/s) Schluss. Das hängt natürlich vom Fahrzeug ab, je schwerer es ist, desto niedriger ist die Grenze. Das bedeutet, die Technologie kann die Batterie unterstützen, aber nicht ersetzen, die Unterstützung wird aber immer kleiner je schneller man unterwegs ist. In China mit einer Geschwindigkeitsbeschränkung von 120 km/h und Autos mit vergleichsweise kleinen Batterien und damit geringerer Masse ist das weniger ein Problem. Bei 120 km/h rechneten die Ingenieure vor, verlängert sich die Reichweite, wenn nur auf der Teststrecke gefahren wird um 50 %. Bei 100 km/h sind es schon 80 %. Bei 80 km/h sollen 120 % erreicht werden, also mehr als eine Verdopplung. Entsprechend seltener müsste ein Auto aufgeladen werden.

Eine zweite Einschränkung ist der Verkehr. Die Energie muss ja auch gewonnen werden. Jedes Modul enthält eine Reihe von Kondensatoren welche die Energie zwischenspeichern. Sie sind anders als Batterien (fast) beliebig oft aufladbar und sie geben die Ladung viel schneller ab. Kondensatoren sind jedoch pro gespeicherter Energieeinheit viel teurer und ihre Kapazität pro Masse ist viel geringer. Der Solar Highway kann daher viel weniger Fahrzeuge mit Energie versorgen, als es die pure Leistung der Solarzellen verspricht. Die nicht abgenommene Leistung ist nicht verloren, sie wird ins Stromnetz eingespeist. Auf der anderen Seite können die Kondensatoren auch durch das Stromnetz aufgeladen werden, sodass der Solar-Highway auch bei schlechtem Wetter funktioniert. Aber oberhalb einer bestimmten Frequenz reicht die Zeit nicht aus, die Kondensatoren schnell genug wieder voll aufzuladen. Diese brauchen rund 0,2 s für eine volle Ladung. Ein Paneel hat, wenn es quer verlegt ist, eine Länge von 1 m, bei Verlegung in der Länge 1,6 m. Der Abstand zwischen zwei Fahrzeugen darf also 20 bzw. 32 m nicht unterschreiten, wenn man die volle Ladung übertragen will. Das ist durch weitere Kondensatoren noch verbesserbar. Aber natürlich ist auch die Abschattung zu berücksichtigen. Ist ein Auto 4 m lang, so ergibt sich bei 20 bzw. 32 m Abstand zwischen zwei Fahrzeugen eine Abschattung über 1/5 bzw. 1/8 der Zeit und entsprechend eine Verringerung der aufgenommenen Energie. Bei einem Stau könnte der Solar Highway so praktisch gar keine Energie an die Autos mehr liefern.

Die Versuche zeigen, das die Technik prinzipiell funktioniert. Die wesentlichen Probleme gibt es nicht mit der Übertragung der Energie über Induktion, sondern den Solarzellen. Wie bei anderen Solar Highways hat man massive Probleme mit Ausfällen durch zu hohen oder punktuell zu hohem Druck. Daneben ist noch ungeklärt, wie lichtdurchlässig der Schutz wird, wenn er im Laufe der Zeit verdreckt und erodiert. Es scheint aber so, als wäre die grundsätzliche Technik der Energieübertragung durch Induktion praktikabel, dann eben durch ein externes Stromnetz und nicht durch in die Fahrbahn eingelassene Solarmodule.

Was allerdings noch offen ist und wohl als Nächstes angegangen wird ist die Abrechnung des so verbrauchten Stroms. In China wird erwogen, diesen gar nicht abzurechnen, sondern die Stromlieferung als öffentliche Leistung anzusehen um den E-Autos zum Durchbruch zu verhelfen. Schließlich hat sich China in den letzten Jahren mehr und mehr zu seiner Verantwortung für das Klima bekannt. Denkbar ist aber auch eine individuelle Abrechnung. Das Problem ist nicht die Technik: durch Nahbereichs Funktechniken wie Bluetooth oder RFID ist es kein Problem, jedes Fahrzeug individuell zu erfassen. Das Problem ist vielmehr das jedes Modul, das ja nur 1,6 x 1 m groß ist, so Buch über jedes Fahrzeug führen muss und diese Daten dann in einem Rechenzentrum zum Gesamtprofil eines Fahrzeugs bzw. dessen Halters zusammengeführt werden. Würde man nur einen Bruchteil des chinesischen Stra0ßennetzes umrüsten (dass gleiche gilt wohl auch für das deutsche Netz), so hätte man Millionen von Abrechnungsstellen die im Sekundenabstand neue Daten generieren. Unter Datenschutzgründen sicher bedenklich, doch das spielt zumindest bei den chinesischen Modell keine Rolle.

Funktioniert die Technik, so könnte sie Elektroautos zum Durchbruch verhelfen. Zum einen löst sie das Reichweitenproblem, oder entschärft es zumindest. Zum andern könnten E-Autos preiswerter werden. Sie benötigen nur noch so viel Batterienkapazität, wie man für tägliche Fahrten auf nicht modifizierten Innenstadtstrecken benötigt, sowie als Reserve für die Fahrt auf dem Solar-Highway-. Bei den obigen 120 % Reichweitenverlängerung bei 80 km/h würde das heißen, das man dieselbe Reichweite mit einer nur halb so großen Batterie erreicht. Weitere Kosteneinsparungen kommen durch Motoren, die dann nicht für eine Spitzenbeschleunigung von 200+ km/h ausgelegt werden müssen.

Denkbar ist – auch um die Probleme mit der Druckbelastung durch LKW und Abnützung des Belags zu verhindern, dass man nur eine Spur einer Autobahn als Solar-Highway auslegt und diese dann für E-Autos reserviert. Allerdings wird es wahrscheinlich auch eine teure Umrüstung. Es gibt keine Daten, wie viel die chinesische Versuchsstrecke gekostet hat, aber aufgrund der Technik dürfte sie sicher noch teurer als der Solarfahrradweg von Eftstadt sein, der bei 90 m Länge 150.000 € kostete, also rund 1.600 €/ laufender Meter. Wir haben rund 13.000 km Autobahnen und 38.000 km Bundesstraßen, übertragen auf diese Länge wäre das eine Investition von 82 Mrd. Euro. Aber wer weiß – als Deutschland nach der Depression von 1929 eine Massenarbeitslosigkeit hatte, lies die Regierung (übrigens schon vor der Machtergreifung) Autobahnen bauen. Vielleicht rüstet man heute die Autobahnen dann um. Und zweistellige Milliardenbeträge werden derzeit ja fast jeden Tag rausgehauen.

25.5.2020: Wie man ohne große Kosten den Ertrag von Photovoltaikanlagen um 10 % steigern kann

Ich habe nun ja zwei Photovoltaikanlagen. Eines was ich bald gelernt habe: so einfach wie ich es dachte, ist es nicht, vor allem weil der Staat viel geregelt hat.

Eines was man bei der Inbetriebnahme entscheiden muss beruht auf einer Gesetzesnovelle von 2012: Die Begrenzung der Anlagenleistung. Damit die Netzbetreiber vor großen Schwankungen im Netz geschützt sind, gibt es zwei Möglichkeiten:

Im letzten Fall bekommt man eine Steuerung vom Netzbetreiber, die bei meiner zweiten Anlage 200 Euro gekostet hätte. Ich habe bei beiden Anlagen die 70 % Regulierung gewählt, auch weil ich nicht weiß wie und um wie viel dann heruntergeregelt wird und das sieht bei Diagrammen dann so aus:

Man sieht deutlich, dass es ein Plateau gibt das konstant bleibt, bis die Leistung wieder unter 70 % sinkt. (4,8 bzw 7 kw). Ohne Drosselung sollte die Kurve eine Spitze wie bei einer Parabel haben.

Die Drosselung um 30 % klingt erst mal dramatisch, doch betrifft sie nur die Spitzenleistung, die es nicht den ganzen Tag gibt, an bedeckten Tagen schon gar nicht. Im Mittel rechnet man bei optimaler Ausrichtung der Anlage mit 13 % Ertragseinbußen, bei reinen Ost-West Anlagen sind es noch 8 %. Wenn man annimmt, dass im Mittel die Anlagen dazwischen liegen bedeutet das, das wir so auf 11 % des Stroms verzichten, den Solaranlagen produzieren könnten.

Ich finde das antiquiert. Warum? Nun wir haben inzwischen eine wirklich gute Wettervorhersage. Nicht nur für ganz Deutschland, sondern auch regional bis in Skalen von einigen Kilometern und nicht nur für den ganzen Tag, sondern für jede Stunde. Das heißt die Netzbetreiber können planen. Sie wissen wann Solarstrom kommt und ich denke dasselbe gilt (vielleicht nicht in der gleichen Qualität) auch für den Windstrom. Ich denke se nutzen diese Information auch heute schon für ihre Planungen. Da zudem diese „70 Prozent“-Regelung für Kohlekraftwerke und Kernkraftwerke gedacht ist die man nicht schnell hoch oder runterfahren kann, anders als Gaskraftwerke oder Wasserkraftwerke, und wir von denen ja sowieso wegkommen wollen, wäre es sinnvoll, diese Beschränkung fallen zu lassen. Wer eine Steuerung vom Netzbetreiber hat müsste in diesem Fall gar nichts machen, bei allen anderen müsste der Installateur die Begrenzung im Wechselrichter abschalten, was ein kleiner Besuch zu Hause ist. (Logischerweise darf das der Besitzer der Anlage nicht tun).

Insgesamt habe ich sowieso das Gefühl die Solarbranche fremdelt noch mit moderner Technik. Beide Wechselrichter, die ich habe, haben eingebaute Webserver. Die liefern aber Seiten mit Javascript oder ähnlichem aus. Ich dachte daran wie bei meiner Wetterstation die Seiten periodisch abzufragen und aus dem HTML Quelltext die Keydaten auszulesen und dann selbst aufzubereiten. Das klappt aber nur bei reinem HTML. Die einzige Abfragemöglichkeit auf Low-Level Ebene wäre in beiden Fällen das ziemlich veraltetete Modbus Protokoll, das aber leider bei beiden Wehselrichtern nicht aktiviert wurde und als Benutzer kann ich es nicht aktiveren. Es gibt aber schon seit fast zwei Jahrzehnten Webservices wie DSCO oder WSDL. Auf so was Naheliegendes scheinen die Hersteller nicht zu kommen.

Eine ähnliche Situation gibt es beim Aufladen von Speicherbatterien. Auch das wird durch die 70 % Regelung verkompliziert. Man kann, das ist erlaubt, zuerst die Batterien laden und dann erst die Kappung durchführen. Damit dies geht, muss man natürlich wissen, ob es an dem Tag überhaupt dazu kommt. Wenn der Himmel bedeckt ist dann ist das eher unwahrscheinlich. Auch ohne die Kappung ist der optimale Aufladezeitpunkt ohne Wettervorhersage schwer zu ermitteln. Natürlich kann man aufladen, sobald der Wechselrichter mehr Strom liefert als man selbst verbraucht, doch dann ist die Batterie vielleicht um 10:00 voll und um 11:00 ist die 70 % Kappungsgrenze erreicht. Auch das Aufladen würde davon profitieren, wenn man den Tagesverlauf der zu erwartenden Leistung kennen würde.

Mein Vorschlag: Der deutsche Wetterdienst, der ja die Vorhersagen macht, könnte zusammen mit der Solarbranche eine API wie bei Web Services erarbeiten. Da die Wechselrichter sowieso alle am Internet hängen können sie einmal am Tag einen Server des DWD abfragen der ihnen bei Übermittlung eines Datums z.B. die zu erwartende Sonneneinstrahlung in 1 Stunden Intervallen liefert und danach könnten die Anlagen dann die Batterien laden, aber auch das Auto aufladen oder bestimmte Verbraucheraktivieren wie Wasch- oder Spülmaschine.

Ich denke, das ist machbar. Aber ich glaube es kommt nicht dazu, denn wie ich durch meine beiden Wechselrichter weiß: schon bei den ausgelieferten Webseiten wie auch dem Datenimport als CSV gibt es enorme Unterschiede. Ein Wechselrichter liefert Stundenmittelwerte an Leistung, der andere etwa 20 Spalten im 5 Minuten Intervall mit Unix Zeitformatskodierung. Standards sehen anders aus.

26.5.2020: Stufen aufteilen mit der Aufstiegssimulation

Für die einfache Bearbeitung von Paralellstufen wie z.B. bei der Atlas, aber auch Raketen mit Schubreduktion gibt es einen Punkt im Menü – Stufen aufteilen.

Dieses Menü teilt eine Stufe in zwei auf, wobei die wesentlichen Daten aus der ersten Stufe abgeleitet werden. Dazu setzen sie zuerst den Cursor in ein eingabefeld der Stufe die geteilt werden soll und rufen dann das menü auf. Sie erhalten diese Maske:

Sie entspricht den wesentlichen Eingabefeldern (außer anzahl). Die Buttons unter den Feldern erlauben eine Neuberechnung der Werte basierend auf einer Veränderung der obigen Werte in dieser Spalte:

In allen Fällen editieren sie nur die erste Stufe, die zweite Stufe ergibt sich auf den berechneten Werten. Wenn sie auf „ok“ klicken wird die Stufe üebrnommen.

Vergessen sie nun aber nicht den Zündungszeotpunkt der folgenden Stufen anzupassen

Meistens wird auch eine komplett neue aufteisgbahn benötigt.

Mögliche Einsatzgebiete:

Modellering von eineinhalbstufigen Raketen

Schubreduktion in der späten Betriebsphase

Abwurf von Triebwerken oder tanks.



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