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Web Log Teil 595: 8.7.2020 - 17.7.2020

8.7.2020: Das erste halbe Jahr mit dem E-bike Fischer Cita 5.0i

Seit einem halben Jahr habe ich nun mein erstes e-bike. Einen ersten Erfahrungsbericht habe ich hier ja schon mal veröffentlicht. Genug Zeit ist vergangen, nun einen Erfahrungsbericht zu veröffentlichen.

Ich war ja etwas skeptisch vor dem Kauf. Nicht wegen des konkreten Fahrrads, sondern eher wegen E-bikes allgemein. Meine Hauptbefürchtung war, das ich durch das e-bike „faul“ werden könne. Dazu hat es bei mir ein schlechtes Image, weil die meisten e-bikes, die ich auf den Straßen sah, von Senioren gefahren wurden. Und ehrlich gesagt ich fühle mich noch nicht so alt.

Ich wusste aber schon lange, dass ich für dieses Jahr eine Entscheidung fällen musste. Ich gehe normalerweise während der Freibadsaison, das heißt vom 1. Mai bis in die erste Septemberwoche jeden Tag ins Freibad. Das ist schon mit dem Fahrrad anstrengend auf dem Rückweg, wenn man 90 Minuten Schwimmen in den Knochen hat und es dann, wie in den letzten beiden Sommer so heiß ist und/oder man Gegenwind bekommt – gemeinerweise kommt der meist von Westen und auf den Strecken, auf denen ich unterwegs bin, steigt die Steigung immer nach Westen an.

Mein Lieblingsbad in Berkheim wird dieses Jahr renoviert. Berkheim war mit dem Fahrrad gut erriechbar. Es gibt auf 6 km Strecke ungefähr 60 m Höhenunterschied. Die beiden nächsten Alternativen in Esslingen und Denkendorf haben dagegen 170 bzw. 130 m Höhenunterschied. In allen Fällen dummerweise auf dem Rückweg. Während ich die Steigung von Denkendorf noch bei nicht zu heißem Wetter bewältige, ohne verschwitzt anzukommen, da sich die Steigung auf rund 4 km verteilt, sind es bei Esslingen 160 Höhenmeter auf nur 2,3 km Strecke. Das geht mit dem Fahrrad, aber angenehm ist es nicht.

Weil ich nicht aufs Schwimmen verzichten wollte, habe ich mir ein e-bike gekauft, das aber lange nur wenig gefahren wurde – im Winter eigentlich nur ein bis zweimal pro Woche für den Einkauf. Größere Strecken kamen da nicht zusammen. Nun haben die Bäder wieder täglich offen und das Fischer cita 5.0i ist auch täglich im Einsatz. Zeit einen zweiten Erfahrungsbericht hinterherzuschieben

Allgemeines Fahrverhalten

Woran ich mich nur langsam gewöhne ist das dem e-bike die „Spritzigkeit“ fehlt. Da es rund doppelt so viel wiegt wie ein normales Fahrrad reagiert es entsprechend träger auf Lenkbergungen aber auch Gewichtsverlagerungen wie man sie z.B. für die Kurve benötigt. Der Wendekreis ist größer und man muss natürlich immer noch mit dem zusätzlichen Eingreifen des Motors rechnen, wenn man selbst in die Pedale tritt. Kurven nehme ich daher deutlich weiter, versuche auch noch vorausschauender zu fahren. Wenn es um den Punkt "Fahrspaß" geht, so hat ein normales Fahrrad deutliche Vorteile. So gesehen trifft das Vorurteil „Rentnerfahrrad“ zum Teil zu. Für sportliche Fahrer ist es eher nichts. Nicht nur wegen der Massenträgheit, sondern weil man selbst als nicht so fitter Fahrradfahrer, wie ich, problemlos auf gerader Strecke über 26 km/h kommt und dann schaltet der Antrieb ab und man bewegt eben ein 25 kg schweres Fahrrad ohne Motorunterstützung. Das ist wie bei einem normalen Fahrrad mit 12 kg Einkäufen als Last.

Woran ich mich gewöhnen musste, waren die hydraulischen Bremsen. Die von mir gewohnten Seilzugbremsen bremsen nicht sofort, sondern die Verzögerung nimmt langsam zu. Daran hatte ich mich gewöhnt. Das heißt, für eine schnelle Bremsung muss man stark in die Bremsen greifen. Die hydraulischen Bremsen reagieren erheblich direkter und beim gleichen Bremsverhalten hebt es einen dann fast aus dem Sattel. Inzwischen habe ich mich doch daran gewöhnt, auch an die fehlende Rücktrittbremse. Allerdings haben die hydraulischen Bremsen auch die erste Reparatur verursacht. Ich bin auf einem schlammigen Straßenstück ausgerutscht, nachdem ich von der Kurve einbog. An und für sich kein großer Akt, ich bin auch nicht wirklich gestürzt und habe mir selbst nichts getan, doch die Bremse war gleich defekt, weil es reicht, wenn der dünne Plastikschlauch beschädigt ist und dann Hydrauliköl ausläuft. Woran ich mich inzwischen gewöhnt habe und auch sehr positiv sehe ist das der Motor sofort anspringt, was beim Anfahren recht angenehm ist. Was man aber nicht tun darf, ist den Antrieb einzuschalten, wenn man schon fährt. Dann meldet die Steuerung einen Fehler. Ausschalten kann man ihn auch nur, wenn man nicht fährt.

Reichweite

Wie schon geschrieben – ein e-bike soll bei mir nicht Anstrengung generell einsparen, sondern eine Hilfe sein, wenn es starken Gegenwind, wie in den letzten Tagen oder eine Steigung gibt. Davon gibt es auch so genügend auf den Fildern. Es gibt zwei Anzeigen um die Reichweite zu überprüfen. Zum einen im Hauptdisplay der Akkuladestand in vier großen 25 % Blöcken, aber dazwischen auch noch abgestuft. Nach ihr richte ich mich primär. Dazu gibt es aber noch eine Restreichweitenanzeige in einem Untermenü. Sie wäre ganz nützlich, wenn man wissen will, ob man den Akku aufladen soll oder es noch für die nächste Fahrt reicht. Leider funktioniert sie nicht zuverlässig. Der Stand wird aktualisiert, wenn man den Akku auflädt und danach laufend Reichweite abgezogen. Nach der Auslieferung lag sie nach dem Aufladen zwischen 74 und 78 km. Nachdem ich zuerst nur auf den Fildern - zwar auch mit Hügeln, aber eben keinem Talkessel - unterwegs war, sprang sie nach einigen Ladevorgängen auf das doppelte: 150 bis 154 km Restreichweite. Nachdem ich nun das Fischer cita täglich im Einsatz habe, um nach Esslingen zu fahren und da eben 2 km mit 8 % Steigung auf der Strecke liegen, sank sie auf 111 km. In den letzten Tagen, wo es heiß war oder windig, habe ich dann anstatt Stufe 2 oft Stufe 3 für den Aufstieg genutzt. Dann sank sie auf 88 km.

Doch alle diese Angaben sind illusorisch. Ich lade derzeit nach drei Touren, das sind etwa 36 bis 38 km auf, manchmal kommt noch eine Fahrt zum Einkaufen oder nach Kemnat dazu, das sind dann weitere 5 bis 7 km. Der Akkuladestand ist dann bei 25 % oder etwas darunter. So würde ich auf dieser Strecke die Reichweite auf rund 50 bis 55 km schätzen, nicht 88 und nicht 111. Die Anzeige ist ja auch nicht prinzipiell doof. So sank sie nach einer Tour mit 12 km Fahrtweg von 88 auf 54 km ab also nicht um 12 sondern 34 km. Nur warum beginnt sie immer mit einem utopischen Wert? Er scheint auch nicht so richtig an die Leistungsstufe des Motors angepasst zu werden, denn wenn ich von Stufe 1 auf 3 oder 3 schalte, dann ändert sich die Anzeige nicht, obwohl eigentlich klar ist, dass damit einher geht, das der Motor im Mittel mehr Leistung liefert. Wenn der Startwert einfach beim Aufladen berechnet würde, indem man gefahrenen Kilometer seit dem letzten Laden und verbliebenen Akkuladestand in Beziehung setzt, käme man auf einen recht genauen Wert.

An der Unterstützung durch den Elektromotor ist nichts zu meckern. Wie schon gesagt, auf dem anspruchsvollen Stück komme ich mit Stufe 2 von 4 recht gut aus, wenn es wirklich anstrengend wird, mal auch Stufe 3. Die 4 habe ich nie benötigt und nur ein paarmal testweise genutzt. Wenn es noch steiler würde, also einen Berg hochginge dann bräuchte man sie oder eben, wenn man zu den fauleren Typen gehört. Für die Ebene reicht eigentlich die Unterstützungsstufe 1.

Gänge

Was mich am meisten stört, ist das Verhalten der Gangschaltung. Sie reagiert sehr träge, selbst wenn ich als Vergelichsmaßstab nicht die gute Schaltung meines alten Feldmeier nehme, die schnell und weich schaltet sondern nur die meines 300 Euro Aldi-Zweitfahrrades, das inzwischen in meiner Ferienwohnung ist, als Maßstab nehme. Sie reagiert oft erst nach Sekunden oder schaltet trotz Lastunterbrechung nicht. Vor allem, wenn man zwei oder mehr Gänge runterschaltet, was bei plötzlich auftretenden Steigungen oft vorkommt. Inzwischen schalte ich schon lange vorher herunter, um das zu verhindern. Ich bin ja ein Fan von Nabenschaltungen eben weil sie auch ohne das man tritt schalten. Doch von den Vorteilen sieht man hier nichts. Wenn die Schaltung so träge reagiert, auf der anderen Seite der Elektromotor den Hauptnachteil gegenüber einer Kettenschaltung – man muss z.B. beim Anhalten herunterschalten, sonst tut man sich beim Wiederanfahren im hohen Gang schwer und auch die sonst übliche Rücktrittbremse fehlt, dann meine ich wäre eine Kettenschaltung besser. Ich habe aber noch die Hoffnung das dies beim ersten Servicetermin korrigiert wird denn auch sonst war die Vormontage des Fahrrads nicht so besonders toll, was man dann bei dem Termin wegen der Bremse noch korrigierte.

Neue Technologie in alten Konzepten

Ich will den Artikel nutzen, um ein Problem anzusprechen das ich allgemein beim Einsatz der Elektrotechnologie sehe. Nämlich, das man einfach ein bestehendes Vehikel umbaut ohne sich Gedanken zu machen, wie es besser ginge. Konkret beim e-bike. Braucht das noch eine Gangschaltung? Der Elektromotor kann ja stufenlos assistieren. Jeder, der Fahrrad fährt, weiß, das ein entspanntes Fahren auf der Geraden in den mittleren Gängen möglich ist. Es spielt nicht nur eine Rolle, wie viel Kraft man aufwenden mus, sondern auch wie schnell man tritt. Was nützt es einem, wenn man in einem niedrigen Gang wenig Kraft aufwenden muss, wenn man enorm viele Umdrehungen aufbringen muss? Bei der Steigung von Esslingen nach Ruit würde ich z.B. auch mit Stufe 1 aufkommen, nur würde ich dann im Gang 1 viel treten müssen. Das ist trotz weniger Kraftaufwand anstrengender. Pro Unterstützungsstufe geht das Optimum um einen Gang hoch, bei Stufe 4 nimmt man die Steigung also im 4 Gang – wesentlich entspannter zu fahren. Vielleicht probiere ich mal das aus. Derzeit bin ich mehr auf dem „Akku-Schon-Trip“.

Die Steuerung kann doch messen, wie oft ich in die Pedale trete, es misst zumindest die Leistung, die ich ausübe, die kann man im Display abrufen. Ich fand, dass ich bei 100 bis 135 Watt am entspanntesten fahre. Wenn der Antrieb also anstatt Gängen sich entweder nach einer bestimmten Tretfrequenz oder eben nach dieser Wattzahl richten würde, anstatt festen Unterstützungsstufen, dann bräuchte man auch keine Gänge. Die Unterstützungsstufen würden dann eher Belastungswerten entsprechen.

Jetzt wo ich 2 Kilometer lang bei der Hinfahrt nur bremsen muss, wünsche ich mir auch so etwas wie eine Motorbremse und das wäre mit einem Elektromotor auch möglich, würde sogar Energie gewinnen, die man speichern könnte. Das beherrscht das e-bike nicht, aber soweit ich weiß auch die meisten anderen e-bikes nicht. So sind als Folgekosten am Ende des Sommers nach 70 Bremsvorgängen von je 5 Minuten Dauer sicher neue Bremsbeläge notwendig.

Das Vorgehen – man fügt in das bestehende System Fahrrad einfach einen Elektromotor ein (es gibt ja sogar Umrüstungskits) ist symptomatisch, wie man bei allen neuen e-Verkehrsmitteln vorgeht. De beiden obigen Ideen wären eine wirklich sinnvolle Verbesserung. Auch wenn es intern sicher noch Gänge gibt, ist das manuelle Schalten durch die Unterstützung doch eigentlich nicht notwendig sondern das könnte der Antrieb automatisch machen. Er misst ja, wie stark ich mich belaste.

Ein anderes Beispiel: es gibt auch e-Roller. Das sind also die elektrifizierten Gegenstücke zu einem Mofa oder Moped. Im Prinzip wäre ein E-bike auch ein E-Roller. Es müsste einfach nur darauf ausgelegt sein, das der Fahrer nicht tritt, sondern man über einen Gashebel die Leistung des Elektromotors steuert. Stattdessen sind E-roller aber Gegenstücke zu Motorroller. Was ist der Unterschied? Da Motorroller einen Motor haben, der zwar für einen Benzinmotor wenig Leistung hat, meist um die 1,5 bis 2 kW, aber eben doch deutlich mehr als der Elektromotor eines E-Bikes sind sie relativ schwer. Wiegen so um die 80 kg und haben dicke Reifen mit hohem Rollwiderstand. Ersetzt man nun das Benzin durch Akkus, so haben diese Roller geringe Reichweiten von (nach Herstellerangaben) meist 25 km. Da sie als Mofa nicht schneller als ein E-Bike sein dürfen, wäre ein e-bike eben ohne Pedale, Gänge stattdessen ein Brett für die Füße und ein Gaspedal eine bessere Lösung – das wiegt um die 25 kg und hat schmale Reifen mit geringerem Widerstand. Mit einem etwas größeren Akku käme man dann auch auf mehr Reichweite als ein E-Roller und benötigt trotzdem nur einen kleinen Motor: e-

Bikes haben typisch einen 250 W Motor, der Anwender wird auf Dauer nicht mehr als 150 Watt beisteuern, ein 400 W Motor – nur ein Viertel, dessen was ein Motorroller hat, würde also ausreichen.

Ähnliches beim E-Auto. Zum einen wäre auch hier ein Abspecken beim Gewicht sinnvoll. Stattdessen baut die Automobilindustrie dieselben Fahrzeuge wie als Benziner. Selbst das Reichweitenproblem wäre keins, wenn man ein flächendeckendes Ladenetz, vor allem auch mit Schnellladestationen, hätte. Dann müsste man eben alle zwei Stunden aufladen und eine kleine Pause machen. In dem Abstand sollte man sowieso pausieren um die Aufmerksamkeit aufrechtzuerhalten und einen Stop für den Toilettengang etwas zu essen wird man in einem soclhen Intervall auch einlegen. Doch wie ich einem Fernsehbeitrag entnehme, mangelt es nicht nur an Ladestellen, sondern an jeder Steckdose der Ladestelle kann man nur Strom beziehen, wenn man vorher einen Vertrag mit dem Stromlieferanten hat. Das wäre wie, wenn man bei Benzin nur an Haltestellen für Total tanken dürfte, nicht aber bei BP, Esso oder Shell. Da ist die Politik gefordert, doch die meint, es reiche Prämien für die Anschaffung zu vergeben.

Das gleiche gilt auch für das E-bike. Das E-Bike oder für Personen die nicht treten wollen (dafür gibt auch gute Gründe z.B. um nicht durchgeschwitzt am Arbeitsplatz zu erschienen) der E-Roller würden sich erheblich besser durchsetzen, wenn es mehr Strecken nur für Fahrräder gäbe. Auch dafür gibt es ein Beispiel. Die Haupteinfahrtstraße nach Esslingen ist die Breslauer Straße. Entsprechend frequentiert ist sie, zumal man über sie auf die B10 kommt, wenn man Stuttgart fahren will. Auf zwei Drittel der Strecke hat man nun endlich einen vorher schmalen Fußgängerweg ausgebaut, bzw. im unteren Bereich eine Autospur abgeknapst als reine Fahrradspur. Ich bin früher nie die Strecke gefahren – wer will schon steil abwärts auf einem 1 m breiten Streifen, direkt neben der Fahrbahn der Autos fahren. Stattdessen längere Strecken durch den Wald auf Schotterpisten. Nun fahre ich da gerne und würde mich freuen, wenn auch das untere Drittel noch ausgebaut würde – ginge, wenn man die Parkspur, die es dort gibt, ersatzlos abschaffen würde. Das ist das, worauf es ankommt: niemand wird eine Alternative zum Auto nutzen solange er als Fahrradfahrer zusammen mit Autos fahren muss, denn das ist lebensgefährlich, zumindest auf Straßen, wo diese ihre volle Geschwindigkeit ausfahren dürfen. Regelungen wie der 1,5 m Abstand, den es seit einigen Monaten gibt, werden ja eh nicht eingehalten.

Die Politik muss klarmachen, dass sie ein bestimmtes Verkehrsmittel priorisiert. Das ist ja nichts Neues. Busse bekommen z.B. eine grüne Welle. Anders wird es kein Umdenken bei den Autofahrern geben, denn wie ich jeden Tag feststelle, tun die auf Fahrrad oder Gehwegen Dinge, die sie auf für Autos freigegebenen Straßen nie tun würden, wie das Parken auf Gehwegen oder Fahrradwegen oder eben der fehlende Abstand – würden sie nur 50 cm vom nächsten Auto entfernt überholen? Man muss, damit es für jeden Fahrradfahrer sicher ist und dann auch mehr das Verkehrsmittel benutzen Auto- und Zweiradverkehr trennen. Gibt es die Wege, dann gibt es auch die Nutzer.

10.7.2020: Die Juli Nachlese von SpaceX

… fällt relativ kurz aus. Es gibt ja nichts neues. Coronabedingt bleiben bei allen Launch Serviceprovidern die Aufträge aus und die USA hat es ja besonders schwer erwischt. Arianespace wollte ja schon eine Vega starten, musste aber wegen unvorteilhafter Höhenwinde mehrmals verschieben und nun steht der erste Ariane 5 Start nach Monaten an. Bei SpaceX wo die kommerziellen Aufträge schon vorher abgenommen haben waren von den zehn Starts dieses Jahr denn auch drei für die Regierung und sieben für Starlink. Einer fand im Juli statt, ein weiterer sollte diese Tage folgen. Auch nichts Neues gab es vom geplanten Gefährt Supr Heavy / Starship – weder Positives noch negatives. Aber in zwei Monaten startet das ja zu seinem Orbitaleinsatz – hat Musk doch vor 10 Monaten gesagt …

Daher ist Starlink für mich das heutige Thema. Es geht um das Geschäftsmodell. OneWeb hat ja Glück gehabt. Die britische Regierung hat einen Teil der Firma für 500 Millionen Dollar gekauft und weitere 500 Millionen kamen von einem indischen Investor die nun beide jeweils 45 % an OneWeb halten. Damit glauben zumindest diese beiden an einen Erfolg.

Für Außenstehende, wie mich, ist das Konzept schwer einzuschätzen, aber auch für die Firmen selbst, wie Iridium zeigt, das ich mal, als Beispiel nenne. Denn beide Netze wenden sich an Endkunden. Das ist ein Unterschied zu anderen Projekten oder den Betreibern größerer Kommunikationssatelliten, die zwar auch Endkundenterminals bieten aber im Normalfall ganze Kanäle für einen Mietpreis im Bereich von 1 Million Dollar im Jahr an Kunden verkaufen. Entweder instittuelle Kunden wie Regierungsorganisationen oder kaufkräftige Firmen. Da kann man vor der Erweiterung des Netzes die Nachfrage klären.

Iridium (und Globalstar) waren um die Jahrtausendwende die Vorgänger für OneWeb und Starlink. Vieles teilen sie mit den beiden Nachfolgern. So waren die Satelliten durch Serienfertigung recht günstig. Es wurden immer mehrere gestartet und es war ein erdnahes Netz, bei dem man keine dauerhafte Verbindung zu einem Satelliten hat. Damit funktioniert das Netz nur wenn man eine Mindestzahl von Satelliten im Einsatz hat. Vor allem aber wanden sich beide Systeme an Endnutzer und das ist ein großes Risiko. Die springen erst auf, wenn das Netz steht, vorher ist der Nutzen kaum gegeben. Dann habe ich aber schon große Summen in das Netz investiert und erst dann sehe ich die Akzeptanz. Iridium war konzipiert als weltweites Mobilfunknetz. Es scheiterte an mehreren Punkten wie zu klobige Endgeräte, dem Preis pro Gesprächsminute, dem raschen Ausbau des Mobilfunks, sodass die Flecken auf der Erde, bei der man keine Verbindung zu einem Mobilfunkmast hatte, immer kleiner wurden. Doch Mobilfunk gab es schon vorher und das diese wächst war auch nicht neu. Ein Hauptgrund meiner Ansicht nach für das Scheitern von Iridium war, das man die Zahl der Kunden die überall erreichbar sein wollen, auch dort, wo es kein terrestrisches Netz gibt, zu hoch eingeschätzt hat. Es gibt sicherlich Millionen von Kunden, die viel unterwegs sind, aber nur ein kleiner Teil ist eben auch dort unterwegs, wo auch in Entwicklungsländern kein Netz gibt, jenseits der Ballungsgebiete und Touristikregionen und selbst wenn man die Dritte Welt reist, wird man in den größeren Städten eben ein Netz vorfinden.

Globalstar hatte diese Probleme nicht. Wahrscheinlich, weil die Satellitenzahl kleiner und Investitionskosten kleiner waren. Aber es gab auch einen Unterschied zu Iridium: Globalstar hatte Gateways in ihrem Konzept. 24 davon gibt es auf der Welt. Satelliten kommunizieren mit den Gateways (einer Bodenstation mit Anschluss an das irdische Netz) und diese leiten über diese Telefongespräche oder Internetdaten in das normale Netz weiter. So sind maximal zwei Satelliten für eine Verbindung aktiv, wenn sowohl Sender wie Empfänger in der Pampa sind. Allerdings funktionierte in einer Region ohne Gateway auch so das Netz nicht, erst 2009 kamen die letzten Gateways in Afrika ans Netz. Dieses Konzept vereinfachte vor allem den Datenverkehr und durch die hohe Umlaufbahn von Globalstar von über 1400 km Höhe gab es nur wenige Regionen, in denen es nicht irgendwo eine Insel gab, auf der ein Gateway eingerichtet werden konnte.

OneWeb und Starlink wollen nun Internet über Satelliten anbieten. Die Herausforderung: wir alle haben uns an immer höhere Datenraten gewöhnt, immer mehr Dienste und immer neue Netze. Als DSL im Jahr 2000 bei uns erstmals angeboten wurde, hatte es 768 kbit/s Datenrate. Heute sind mindestens 16 Mbit Standard, man kann aber auch bis zu 250 Mbit buchen. Im Mobilfunk folgten auf das C-Netz das D und E Netz, LTE und nun 5G (wenn es noch mehr Zwischenschritte gab, man möge es mir verzeihen, aber ich habe ein Handy nur um TANs abzusetzen).

Was sind die Herausforderungen? Nun potenzielle Kunden sind alle, die mit ihrer Internetverbindung unzufrieden sind und denen die höhere Datenrate von Starlink zu dem geforderten Preis ausreicht. Die Zahl dürfte aber mit einer immer weiter verbesserten Infrastruktur kleiner werden. Daneben steigt die Datenrate auf irdischen Netzen immer weiter an, im wesentlichen nicht durch neue Kabel, sondern Modernisierung der Übertragungstechnik. Heute bekomme ich z.B. bei meinem Anbieter 100 Mbit/s für den Preis, den ich vor 10 Jahren für 10 Mbit/s zahlte. Die Fähigkeiten der Starlinksatelliten sind dagegen konstant. Und Satelliten sind lange aktiv, ich rechne auch bei Starlink mit mindestens 10 Jahren. Größere Kommunikationssatelliten haben „garantierte“ Betriebszeiten von 12 bis 15 Jahren und arbeiten oft noch erheblich länger. Wahrscheinlich planen auch deswegen beide Firmen viel größere Konstellationen, weil sie das Netz und seine Kapazität so nur durch mehr Satelliten erweitern können, sprich es teilen sich weniger Nutzer eine konstante Bandbreite. Das kostet aber, und zwar immer mehr als der Ausbau des terrestrischen Netzes. Wir haben also einen kleiner werdenden potenziellen Kundenkreis und die Konkurrenz wird schlagkräftiger. Der Netzausbau ist für viele Länder ja inzwischen sogar zu einem wesentlichen Faktor der Infrastruktur und damit des wirtschaftlichen Erfolgs geworden. Er wird daher zumindest in den Industrienationen weiter voranschreiten.

In den Industrienationen sehe ich auch primär die Kunden. Dazu könnte die Luftfahrt und Schifffahrt kommen, die heute schon Satelliten einsetzen. O3B hat ja schon ein Netzwerk aus Satelliten in mittlerer Höhe [~ 8.000 km). Wie bei den Netzen im LEO gibt es nicht dauernden Kontakt, aber die Satelliten bewegen sich langsam über das Firmament. Das vereinfacht die Nachführung einer Antenne. O3B hat sich auf die äquatornahe Region bis etwa zum 40 Breitengrad spezialisiert und bietet zwar auch Terminals für einzelne Kunden in „strukturschwachen Gebieten“ an, hat sich aber vor allem auf die Schifffahrt und den Luftverkehr ausgerichtet. Die profitieren von einer auf ¼ (gegenüber GEO-Satelliten) reduzierter Latenz.

In den Entwicklungsländern, wo es sicher das schlechteste Netz gibt, dürfte die Zahl der zahlungskräftigen Kunden eher klein sein, und wenn es welche gibt, dann wohnen die auch nicht in der Pampa, sondern nahe Metropolen, wo auch das terrestrische Netz ausgebaut ist.

Es ist kein Zufall das Starlink derzeit nur die 53 Grad Satellitenebene bestückt (es gibt mehrere Ebenen in der Höhe und Bahnneigung). Mit 53 Grad verläuft die Bahn gerade an der Grenze der meisten US-Bundesstaaten nach Norden. Ich denke SpaceX wird zuerst nur die USA als potenziellen Kunden anvisieren. Die Satelliten, die sie starten würden aber trotzdem die ganze Erde zwischen -53 und +53 Grad versorgen können, also z. B. auch Deutschland. Das ist der Hauptnachteil dieser Netze: man braucht viele Satelliten, aktiv sind aber nur wenige. Die Expansion in andere Länder ist nicht einfach. Es gibt Regularien wie für die Funkfrequenzen aber auch die Elektronik wie EMV-Vorschriften oder elektrische Sicherheit (Betrift die Terminals für die Endkunden). Mit der EU und vielen anderen Ländern wird SpaceX also Verhandlungen führen müssen bzw. die Konformität ihrer Produkte (Terminal) nachweise müssen. Das dauert. Vor allem aber ist der Preis für Internetzugänge nicht überall gleich. Shotwell nannte zwar keinen Preis für Starlink, sagte aber das viele US-Bürger 80 Dollar für einen schlechten Service zahlen. Wenn 80 Dollar/Monat das Preisziel für Starlink ist, dann mag das Kunden in den USA anlocken. In Deutschland bekommt man für die umgerechnet etwa 70 Euro keinen schlechten Service. Ein 100 Mbit/s Anschluss kostet anbieterübergreifend etwa 50 Euro. Es gibt auch 250 Mbit Anschlüsse für diesen Preis. Dazu kommen die Kosten für den Zugang selbst. Denn das ist nicht einfach nur ein Kabelmodem. Man benötigt eine Satellitensende- und Empfangsanlage. Für das Terminal von Oneweb, das im Aufbau einfacher als die von Starlink ist, gibt es immerhin eine Preisvorstellung: 1.000 Dollar.

Ich wage zu behaupten, das die Zahl der Kunden, die 1.000 Dollar Anschlusskosten und 80 Dollar pro Monat (im Jahr also fast weitere 1.000 Dollar) überschaubar ist. Daneben gibt es schon die Konkurrenz durch geostationäre Satelliten. Für die braucht man zwar auch eine Anlage, aber dazu genügt da sich die Satelliten nicht bewegen eine einfache Schüssel mit LNB. Verbindungen über GEO-Satelliten gibt es ab 40 Euro/Monat. Das heißt selbst in der Pampa sind die Netze nicht konkurrenzlos (wobei sie sich ja auch noch Konkurrenz machen) außer bei sehr hohen geografischen Breiten. Natürlich haben GEO-Satelliten den Nachteil der hohen Latenz, aber für viele Dinge wie Surfen oder Streamen ist die nicht so wichtig. Sportübertragungen, Life-Schalten z.B. in den Nachrichten gehen ja heute auch schon über Satellit und da gibt es zwar eine Verzögerung, aber keine Bildstörung.

Als aktuelle Gefahr kommt noch der wirtschaftliche Niedergang durch Corona, vor allem in den USA dazu. OneWeb hat er ja schon erwischt, offenbar waren die zugesagten Gelder eben doch nicht so richtig zugesagt, denn die Investoren stiegen wieder aus. Bei Starlink finanziert dies SpaceX selbst indem sie Firmenaktien verkaufen also Investoren ein immer größerer Anteil von SpaceX gehört. Nur auch die dürften kalte Füße bekommen, wenn die erhofften Gewinne nicht kommen. Bedrohlich dürfte aber für SpaceX der wirtschaftliche Niedergang, vor allem eben in den USA sein. Schnelles Internet zu hohen Kosten sehe ich als Luxusprodukt an, auf das man sicher verzichtet, wenn man langsames bezahlbares Internet hat, aber arbeitslos ist. Denselben Gedanken dürften auch die Investoren von OneWeb gehabt haben, denn warum sollten sie sonst den Stecker nach nur 74 gestarteten Satelliten ziehen?

Ich selbst hoffe, das beide Netze scheitern, bevor sie daran gehen die zweite Ausbaustufe anzugehen denn da reden wir von 32.000 und 48.000 Satelliten. Nicht weil ich was gegen SpaceX habe (es betrifft ja auch OneWeb), sondern weil ich die Risiken sowohl für die Weltraumfahrt (Stichwort: Kessler Effekt) wie auch die Astronomie sehe.

Starlink und OneWeb sind ja nicht die Einzigen die Konstellationen planen. Eine Reihe von Satellitenkonstellationen sind geplant. Auch deswegen hoffe ich auf ein Scheitern, denn die würden die obigen Probleme vergrößern. Auch das ist nicht neu. Auf Iridium und Globalstar sollten Netze von ICO und Microsoft folgen mit noch mehr Satelliten – die wurden beide eingestellt, bevor auch nur ein Satellit gestartet wurde als sich der Geschäftserfolg von Iridium nicht einstellte.

11.7.2020: Mathematik à la Zubrin

Ich halte nicht viel von Zubrin, war aber bisher noch der Meinung das er zumindest die Grundrechenarten beherrscht. Dieser Aufsatz belehrt mich allerdings eines besseren. Er meint allen Ernstes, dass man eine bemannte Mondlandung mit zwei Falcon Heavy Starts und einer Crew Dragon durchführen kann. Zeit mal das nachzuprüfen. Hier mal die Fakten:

Mein Ansatz ist es zu berechnen, was diese Kombination landen und wieder in den Halo Orbit bringen könnte, verglichen mit Apollo Mondlander. Dessen Leichtgewicht dürfte heute nicht zu schlagen sein, denn schon wegen den inzwischen viel höheren Sicherheitsanforderungen hätte er eine viel schwerere Hülle und man würde wojhl auch nicht nur zwei Astronauten zum Mond entsenden.

Fangen wir mit der Nutzlast der Falcon Heavy für eine Mondtransferbahn an. Geschwindigkeitsmäßig liegt die Mondtransferbahn fast genau in der Mitte zwischen GTO und Marstransferbahn. Daher kann man ohne einen großen Fehler zu machen als Nutzlast für eine Mondtransferbahn das geometrische Mittel der Nutzlasten zwischen beiden Bahnen annehmen, das sind (22,2 + 14 ) / 2 = 18,1 t.

Crew Dragon

Die Crew Dragon muss 840 m/s aufwenden um in den Haloorbit einzuschwenken und ihn wieder zu verlassen. Selbst wenn man zusätzliche Manöver für die Ankopplung an den Mondlander und Kurskorrekturen weglässt, kann man den Faktor Startgewicht/Trockengewicht für dieses Δv nach der Raketengrundgleichung wie folgt berechnen:

f = exp(840/2000) = 1,53

Multipliziert mit der Trockenmasse von 9,5 t ergibt sich so eine Startmasse von 14,5 t. Dazu kämen in der Realität noch das Trockengewicht der Tanks und das zusätzliche Druckgas, denn die Crew Dragon ist ja für ISS Missionen ausgelegt und die haben ein kleineres ΔV-Budget. Aber auch damit läge sie sicher unter den 18 t.

Mondlander

Der Halo-Orbit ist ein Orbit von 3.000 x 70.000 km. Für eine Mondlandung muss er angepasst werden, wobei ich mit Apollo vergleiche, weil das eben die bisher einzige Datenbasis ist. In der Praxis würde man leicht anders vorgehen und das Perilunäum auf 0 km Höhe legen.

Um mit dem Apollo-Orbit zu vergleichen, müsste man den Orbit auf einen 100 x 70.000 km Orbit umwandeln. Dann läge das Perilunäum wie bei Apollo, das Apolunäum höher, die zusätzliche Geschwindigkeit im Perilunäum würde beim Abstieg vernichtet werden.

Dies muss man zu den 2.500 bzw. 2.200 m/s ΔV der Stufen berechnen, man erhält so ein ΔV von 3.183 m/s (Abstiegsstufe) und 2.863 m/s (Aufstiegsstufe)

Man wird sicher aus Sicherheitsgründen und wegen der einfacheren Regelbarkeit ein Triebwerk mit lagerfähigen Treibstoffen einsetzen. SpaceX hat für die Falcon 1 das Kestrel entwickelt, das auch im richtigen Schubbereich (~ 30 kN) liegt. Sein spezifischer Impuls beträgt 3105 m/s.

Vor der Landung muss der Mondlander aber zuerst in einen Mondorbit, denn die Besatzung muss ja von der Crew Dragon umsteigen. Dafür benötigt man die Hälfte des ΔV der Crew Dragon (man verlässt den Orbit ja nicht mehr). Das sind weitere 420 m/s. Ich habe sie zum ΔV der Abstiegsstufe hinzugerechnet, die so auf ein dV von 3603 m/s kommt.

So kann man die Landemasse berechnen:

Die Landemasse berechnet sich nach:

Für die Berechnung der Masse der Aufstiegsstufe muss man nun die Trockenmasse der Landestufe abziehen, denn die bleibt auf dem Mond. Nach der Definition des Strukturfaktors f mit Startmasse/(Startmasse-Treibstoff) und dem Wert von 4,85 kann man schreiben:

Das lässt noch 2,45 t für die Abstiegsstufe übrig (5,67-3,22 t oder 18,1 – 15,65 t)

Damit könnte man eigentlich die Berechnung schon beenden, denn das ist das Gewicht der Apollo Aufstiegsstufe, nur eben ohne Treibstoff. Doch um Zubrins ganze Kompetenz zu zeigen, rechne ich weiter. Diese Kombination muss nun den Halo Orbit errechnen, für den ein Δv von 2.683 m/s benötigt wird. Die Restmasse kann man wieder Errechnen nach

Etwas knapp, aber das ist ja noch mit dem Antriebssystem. Ohne Landegestell und die gesamte Ausrüstung Wasser, Sauerstoff und Batterien wird der Strukturfaktor des Antriebssystems höher sein. SpaceX erreichte bei ihrer Falcon 1 Zweitstufe einen f von 8,42, also nehme ich diesen auch an. Damit erhält man als Trockenmasse:

Die muss man noch von den 975 kg abziehen, dann bleiben noch 776 kg übrig. 776 kg für ein Raumfahrzeug mit Kommunikationsausrüstung, Luftschleuse, Avionik, Energieversorgung, Thermalkontrolle, Wohnraum (Außenhülle), Vorräten und nicht zu vergessen einigen Astronauten mit ihren Backpacks und Anzügen und die Mondproben. Hmmm, dürfte knapp werden. Aber ich bin sicher Zubrin hat eine Lösung dafür z.B., indem er einen riesigen Luftballon als Mondlander nimmt. Menschenleben bedeuten ihm ja nicht viel, wie man von seinen hochriskanten Marsplänen ja schon weis.

Es gibt aber eine andere Erklärungsmöglichkeit, nämlich das Zubrin absolut nichts von Weltraumfahrt versteht. Warum? Schon ohne Rechnung wusste ich das dieser Plan mit zwei Falcon Heavy eine Mondlandung durchzuführen nicht klappen kann. Warum? Nun auch ohne genaue Rechnung war die Nutzlast einer Falcon Heavy, wie oben erläutert, irgendwo zwischen 14 und 22 t abzuschätzen. Anders als bei Apollo musste der LM aber die Fluchtgeschwindigkeit und nicht die Kreisbahngeschwindigkeit des Mondes vernichten bei der Landung und fast dieselbe Geschwindigkeit auch beim Rückstart, da der Haloorbit ein sehr hohes Apolunäum hat. Da ist klar, dass diese Masse nicht ausreicht, zumal der Lander schon nicht mehr als der Apollo LM wiegen kann, der vom CSM in einen niedrigen Mondorbit gebracht wurde und auch nur diesen erreichen muss. Man kann sich auch der Sache aus einem anderen Blickwinkel nähern – die Apollo CSM-LM Kombination wog bis zu 48,6 t, so viel können zwei Falcon heavy nicht zum Mond schaffen und wie Zubrin selbst schreibt, wiegt alleine die Crewed Dragon, im Prinzip also nur die Kommandokapsel, 1,5 mal mehr als die von Apollo. Wie also soll das gehen? Negative Masse? Anti-Schwerkraft?

16.7.2020: Die Zahl für heute: 2,0

Die Bundeswehr hat sich verpflichtet, 2,0 Prozent ihres Bruttoinlandproduktes für Militär auszugeben. Das Thema ist nicht neu. Trump hat schon vor Jahren das angemahnt, was bei uns auch durch die Presse ging von Politikern empörte Reaktionen hervorrief und mich auch zu einem Blog inspirierte. Nun hat er Soldaten abgezogen als weiteres „Druckmittel“. Für mich zeigt das eher Trumps Charakter auf als Sinnhaftigkeit. Als ob die knapp 10.000 US-Soldaten, die wegfallen, unsere Sicherheit ernsthaft gefährden und vor allem, als ob Deutschland derzeit nicht genügend andere Probleme hat. Wahrscheinlich will er aber nur von dem eigen Versagen in der Coronakrise ablenken – in den USA sinken ja die Infiziertenzahlen nicht, sondern steigen weiter. Immerhin ist der gefürchtete Peak nach dem Unabhängigkeitstag (einen großen Anstieg gab es auch nach dem Memorial Day (31. Mai)) ausgeblieben.

Was mir in der Form nicht klar war: die Bundesregierung hat sich verpflichtet, 2,0 Prozent des BIP für militärische Ausgaben auszugeben. Das Ziel kam erstmals 2002 in die Diskussion und wurde verpflichtend durch die damaligen Regierungen der NATO 2014 beschlossen. Dafür gibt es zehn Jahre Zeit – also bis 2024. Die Kritik der Bundesregierung ist daher etwas unverständlich, vor allem weil es dieselbe Konstellation unter derselben Kanzlerin ist wie 2014. Auf der anderen Seite ist das Ziel 2024 und nicht 2019 als Trump das erstmals zur Sprache kam. So gesehen ist das Anmahnen etwas verfrüht, zumal die Regierung ja die Ausgaben gesteigert hat.

Im Anschluss an meinen früheren Blog zu dem Thema hier einige ernst gemeinte Vorschläge wie man das 2.0 Ziel erreichen kann ohne wahnsinnig auszurüsten und vor allem in Gerät zu investieren die ich bei den heutigen Herausforderungen die eher in internationalen Friedensmissionen als der Landesverteidigung bestehen als überflüssig ansehe

Einsatzbereitschaft

Ich habe, wie viele, genug von den Negativschlagzeilen der Einsatzbereitschaft. Muss ein Chor für eine Friedensmission oder ein Manöver zusammengestellt werden, dann muss man in der ganzen Republik das Gerät zusammensuchen – von Großgerät wie einem Hubschrauber bis zu Kampfstiefel. Das ist eine Folge der Abbau der Bestände an Reserven und Ersatzteilen, die nach dem Ende des kalten Kriegs einsetzte, als „Freidensdividende“. Vorher musste man eine hohe Einsatzbereitschaft aufrechterhalten. Zeit das zu ändern und so viele Ersatzteile, Ausrüstungsgegenstände vorrätig zu halten, dass man eine hohe Einsatzbereitschaft hat. Angeblich soll ja sogar die Munition im Falle eines Krieges schon nach wenigen Tagen aus gehen. Diue Bundeswehr dementiert aber. Das kostet Geld und bringt einen dem 2,0 Ziel näher.

Zusätzliches Gerät

Bestandteil der Vereinbarung ist auch das 20 % der Militärausgaben in Großgerät und deren Entwicklung auszugeben ist. Das sind über 12 Mrd. Eure pro Jahr. Das ist eine Menge. Wenn dann sollte das Geld nicht für typisches Gerät ausgegeben werden, dass man für eine direkte Konfrontation mit einer anderen Armee braucht – das wäre ja im Prinzip nur Russland, sondern das besser in das neue Einsatzprofil passt, also für Freidensmissionen oder Kriseneingreifmissionen. Dort braucht man weniger einen Kampfpanzer oder ein Jagdflugzeug als vielmehr gepanzerte Fahrzeuge egal ob Mannschaftstransporter oder Schützenpanzer, Hubschrauber, Transportflugzeuge. Auch die Marine würde angesichts immer unsicherer Meere und Missionen im Mittelmeer zur Bekämpfung der Schleusertums von mehr Schiffen profitieren, aber wohl kaum von U-Booten. Wenn man etwas neu entwickelt dann eher so etwas wie ein Erdkampfflugzeug – hat die Bundeswehr im Gegensatz zu Russland oder die USA nicht, oder damit man das Geld auch losbekommt einen Flugzeugträger. Zugegeben, den braucht man nicht wirklich, aber er macht Eindruck. Man kann auch über Nachbestellungen von schon vorhandenem Gerät nachdenken. Das hat zwei Vorteile. Zum einen scheinen alle neuen größeren Rüstungsprojekte egal ob G-36, A-400 oder Kampfhubschrauber Tiger massive technische Probleme bei der Einführung zu haben, die über Jahre anhalten. Da wäre es konsequent wenn man diese mal angestellt hat von dem nun funktionierenden Gerät nachzustellen anstatt etwas Neues zu entwickeln, was wieder Probleme hat. Zum Zweiten kostet ein Anschlussauftrag wegen der fehlenden Entwicklungskosten und eingespielten Produktion weniger als eine Neuentwicklung.

Was sich nicht geändert hat, ist die Bedrohungslage. Russland hat ja ebenfalls zum Ende des Kalten Kriegs massiv abgerüstet, vorher hatte sie erheblich mehr konventionelle Truppen als in Europa von der NATO-Seite stationiert waren. Heute ist die NATO technisch und militärisch überlegen. Die Bedrohungslage kommt vor allem dadurch das die Nachbarstaaten Russlands befürchten wie die Ukraine annektiert zu werden, doch cih sehe die Gefahr nicht. Das würde den Bündnisfall auslösen und das will Russland sicher nicht, denn dann würden sie garantiert verlieren.

Bezahlung und Soldatenzahl.

Was sich mit den vielen Auslandmissionen geändert hat, ist auch das ein ziemlicher Teil der Bundeswehr nun in verschiedensten Missionen, internationalen Brigaden oder Chören unterwegs ist. Man hat mit der Vereinigung Deutschlands ja die Soldatenzahl – die Bundeswehr und Volksarmee zusammengezählt 600.000 überschritt - radikal reduziert, ich denke man kann über eine moderate Erhöhung nachdenken und man sollte auch über eine adäquate Bezahlung nachdenken. Neu in der Diskussion wegen der zahlreichen Vorkommnisse über rechtsradikale Äußerungen / Symbole / etc. ist ja auch die Wehrpflicht wieder einzuführen – auch wenn nur die AfD so dafür ist. So wie vorher geht es sicher nicht mehr. Aber wie wäre es mit einem Pflichtjahr für alle Jugendliche einzulegen nach der Lehre oder Schulabschluss. Das könnte man bei der Bundeswehr ableisten, aber auch in sozialen, kulturellen oder ökologischen Einrichtungen und Projekten. Und zwar dann auch adäquat bezahlt, mindestens so gut wie bei einer Lehre. Das würde zum einen verhindern das sich nur Menschen einer bestimmten Ideologie und Hang zum Militär bei der Bundeswehr melden zum andern würde es den Pflegenotstand mildern, der ja durch Wegfall des Zivildienstes wieder zugenommen hat und die Möglichkeit kulturelle oder ökologische Arbeit zu leisten bietet ein breites Spektrum, auch um auszuloten was einem liegt und was nicht.

Forschung und Entwicklung

Fast jeden Tag lese ich in den US-Raumfahrt Newsportalen von Auftragen des DoD an die US-Raumfahrtindustrie. Malk einige Millionen, mal einige Milliarden. Die Spanne reicht von Studien bis Produktionsaufträgen. Um nur mal den Bereich Raumfahrt zu nehmen: Das Militär betreibt das GPS-System, alle Satelliten werden von der USAF beschafft und gestartet. Das Militär hat ein eigenes Wettersatellitensystem, bezahlt die Industrie für die Entwicklung von Trägern die dann auch Aufträge erhalten (früher entwickelte die USAF die Träger noch selbst), betreibt eigene Kommunikationssatelliten und „Hosted Payloads“ auf kommerziellen Kommunikationssatelliten, ja das Militär betreibt sogar eigene Forschungssatelliten. Früher zur Detektion von Atomwaffentests (Vela Hotel) heute vor allem für die Space Weather Vorhersage (DSCOVR), hat sogar mal eigene Raumsonden (Pioneer 0-4, Clementine) betrieben und ist neben den eigenen Aufklärungssatelliten der beste Kunde von Firmen, die hochauflösende Erdaufnahmen anbieten. Ähnliches ist bei Starlink und OneWeb zu erwarten, erste Aufträge haben beide Firmen schon erhalten. Demgegenüber hat die Bundeswehr nur einen Kommunikationssatelliten und einige Radarbeobachtungssatelliten im Einsatz. Forschungsaufträge gibt es fast gar keine. Die Radartechnologie der Satelliten wurde z.B. zuerst für die zivilen TerraSar / Tandem Satelliten entwickelt. Das könnte man ändern. Neben neuen Aufträgen kann man einiges umdeklarieren, so Ausgaben für Ariane 6 (damit man einen eigenen Träger hat und unabhängig von Russland ist), Galileo, Eumetsat. Man könnte auch einige Forschungssatelliten mit „Dual Use“ Charakter entwickeln und natürlich viele Entwicklungsaufgabe für Technologien, die man prinzipiell militärisch wie zivil nutzen, kann formal durch die Bundeswehr vergeben. So kann man einige Gelder formal dem Verteidigungsministerium zuordnen, was mehr oder weniger kreative Buchführung ist, aber es bietet auch die Chance mehr Geld in die Forschung zu investieren, wo es sicher besser aufgehoben ist als in Form von neuen Eurofightern. Raumfahrt ist ein Bereich, in dem ich mich auskenne. Dasselbe geht sicher auch in anderen Bereichen z.B. Chemie (Schutz vor chemischen Kampfstoffen, Abwehrmaßnahmen, medizinische Betreeung), Biologie (gerade aktuell durch Covid-19, das könnte ja auch eine biologische Waffe sein).

Erweiterung des Einsatzspektrums

Derzeit ist die Bundeswehr nur für die Landesverteidigung mit Waffen tätig. In Anlehnung des obigen Aspektes kann man ihre Kompetenz auch erweitern und ihr damit Bereiche unterstellen die es schon gibt die man aber noch ausbauen kann. Deutschland ist bedroht durch Cyberangriffe. Zumindest alle die aus dem Ausland kommen, gegen die könnte schon jetzt die Bundeswehr aktiv sein. Dafür benötigt man sicher viel Personal und Geld. Die Bundeswehr soll in Friedensmissionen auch Infrastruktur reparieren, das macht heute das technische Hilfswerk innerhalb Deutschlands. Man könnte das THW reduzieren und dafür wesentlich mehr Ressourcen in der Bundeswehr vorrätig halten die wenn sie nicht gerade im Ausland gebraucht werden, eben im Inland zum Einsatz kommen.

Ebenso zeigt die Coronakrise, wie wichtig es ist genügend Krankenhäuser mit adäquater Ausstattung zu haben und vor allem man die nötige Schutzausrüstung / Masken etc. vorrätig hat und nicht erst, wenn die Krise beginnt, zusammenkaufen muss. Da das auch beim Abwehr eines biologischen oder chemischen Angriffs nötig ist wäre die Aufstellung solcher Lager eine Aufgabe der Bundeswehr, ebenso könnte sie viel mehr Krankenhäuser betrieben – im Kriegsfall würde es ja auch sehr viele Verwundete in kurzer Zeit geben. Solange es keinen Krieg gibt, kann man die für zivile Zwecke nutzen.

Ich meine, wenn man das alles mal richtig durchdenkt, kommt man auf das 2,0 Ziel, ohne das man gleich die Bundeswehr massiv aufstocken muss und der Haushalt groß belastet, wird. Ein Teil der Mittel muss zusätzlich aufgebracht werden, aber viel wird einfach umgeschichtet, indem man die obigen Organisationen formal der Bundeswehr unterstellt und so deren Ausgaben zu den Militärausgaben zählen.

16.7.2020: Das Space Shuttle Derivided Launch System

Die SLS hatte ja (inoffiziell) die Aufgabe die vielen Beschäftigten des Space Shuttle Programms weiter zu beschäftigen, denn dieses wurde 2005 von Bush eingestellt, 2011 stellte dann Obama das Nachfolgeprogramm mit den Raketen Ares I + V ein, sodass im Prinzip alle die an großen Trägern arbeiteten, nun arbeitslos waren. Das ist auch ein Grund für die Misere der SLS, doch das ist heute nicht mein Thema.

Ich habe mir mal zur Aufgabe gemacht, auszurechnen, wie eine echte "SLS" aussehen könnte, eine Rakete die nicht Teile des Space Shuttle Programms verwendet, sondern wirklich soweit es geht die Komponenten unverändert übernimmt.

Zur Erklärung: Die SLS-Kernstufe hat den Durchmesser des ET, kann also auf dessen Fabrikationsanlage gefertigt werden, aber ist größer. Es gibt einen neuen Schubrahmen, der vier anstatt drei SSME aufnimmt. Ebenso sind die Booster von 4 auf 5 Segmente verlängert worden.

Meine Idee: Man baut den Schubrahmen aus dem Orbiter aus, bzw., baut ihn nach und setzt ihn einfach an den Boden des Tanks. Oben bekommt der ET noch einen Stufenadapter für die Oberstufe und man wird einige Hilfssysteme aus dem Orbiter verlagern müssen wie z.B. Heliumdruckgasflaschen. Als Strukturfaktor der Kernstufe habe ich den der Kernstufe der SLS genommen, addiert man das Gewicht der einzelnen Systeme, so kommt man auf ein geringes Gewicht, ich nehme an, man ist bei der SLS wieder von der Leichtbauweise des SLWT auf die des früheren Tanks zurückgegangen, dann würde es ziemlich genau passen.

Da diese Kernstufe kleiner als die der SLS ist, habe ich vier Booster vorgesehen, dafür die originalen des Space Shuttle Programms, mit 4 Segmenten, sogar mit der Bergungsausrüstung. (Könnte man weglassen, brächte dann noch etwas Nutzlast).

Problematisch für eine Mondmission und dafür ist die Rakete ja da, ist die Oberstufe. Im Prinzip benötigt man eine neue Oberstufe, für die SLS wird ja auch die EUS entwickelt. Doch wenn man dem Grundsatz treu bleibt, nur Existierendes zu verwenden, dann gibt e eigentlich nur zwei mögliche Oberstufen:

Die CBC ist zu schwer, das Optimum würde im Bereich 100 bis 150 t liegen, und hat vor allem eine sehr hohe Trockenmasse von über 26 t. Die DCSS ist dagegen zu leicht, nur 30 t schwer. Die Centaur ist dagegen noch leichter als die DCSS, auch wenn sie etwas bessere technische Werte als diese hat.

Ich habe daher vier Optionen betrachtet:

Hier die Nutzlasten:

Version

Nutzlast auf Fluchtgeschwindigkeit

DCSS

35 t

CBC

34 t

CBC + DCSS

40 t

2 x DCSs

39 t

EUS

44 t

Die CBC-Versionen sind nutzlastmäßig unattraktiv, egal ob mit oder ohne DCSS, wenn man bedenkt, das man durch Ersetzen der CBC durch eine zweite DCSS die nahezu gleiche Nutzlast bekommt. Die EUS ist auch nicht so viel besser, als zwei hintereinander geschaltete DCSS. Immerhin erreicht sie die Zielnutzlast der SLS Block 2, und zwar ohne neue Booster und selbst die kleinste Version mit der DCSS würde die SLS mit derselben Oberstufe in der Nutzlast schlagen. Die Nutzlast für ein TLI wäre etwas höher, aber nicht nennenswert. Für hohe Geschwindigkeiten also z.B. zum Mars werden die kleineren Stufen noch etwas attraktiver.

Die EUS bringt relativ wenig Vorteile, weil sie durch den geringen Schub von 440 kN relativ große Gravitationsverluste hat, das Perigäum liegt bei Brennschluss deutlich über 1.000 km Höhe. Ersetzen der vier RL10 durch ein J-2X würde trotz geringerem spezifischem Impuls die Nutzlast auf etwa 48 t steigern. Rein theoretisch könnte man auch bis zu drei Centaur auf der Kernstufe in einem Dreieck anbringen und so drei Raumsonden gleichzeitig starten, doch da es in der Praxis kein Projekt gibt, das dies erfordert ist das eben nur Theorie. Das parallele Zünden mehrerer kleinen Stufen (wie eben den drei Centaur) habe ich nicht betrachtet, da ich auch keine Umsetzung eines solchen Prinzips bei Oberstufen kenne, es ist wahrscheinlich zu riskant.

Interessant an dem Projekt wäre, das gerade neue Oberstufen für neue Schwerlastraketen, namentlich die OmegA und Vulcan gebaut werden. Diese sind deutlich größer als die DCSS und setzen auch zwei RL10 ein. Leider sind ihre technischen Daten nicht bekannt, sodass eine Simulation noch spekulativer wäre.

Ich denke aber es wäre umsetzbar gewesen. Es wäre eben eine Lösung gewesen, wie sie früher üblich war. Genügte damals eine Rakete nicht mehr den Ansprüchen, dann baute man einfach einige Booster an (Titan, Delta), verdoppelte deren Zahl (Delta) oder wechselte die Oberstufe (Titan) aus.

17.7.2020: Mögliche Feststoffboosterverlängerungen beim Space Shuttle

Eine, wenn auch vorhersehbare Tragik des Space Shuttles war, das es anders als alle US-Träger während der 30 Jahre im Einsatz praktisch keine großen Upgrades gab. Die Gründe sind vielfältig. Anfangs waren durchaus Upgrades vorgesehen. Doch nach der Challengerkatastrophe hatte die Sicherheit Vorrang. So entfiel nicht nur die Centaur Oberstufe, sondern es entfielen auch alle Upgradepläne. Daneben ist dies bei einem bemannten Raumfahrzeug jede gravierende Veränderung sowieso schwierig, man kann ja nicht einfach so einen unbemannten Qualifikationsflug einschieben.

Es blieben nur Upgrades der Feststoffbooster. Es war auch eines geplant, nämlich für den operationellen Betrieb der ISS. Dadurch das man sich mit Russland auf eine Bahnneigung von 51,6 Grad geeinigt hatte – vorher war eine viel niedrige Bahnneigung für die US-Station „Freedom“ geplant, sank die Nutzlast des Space Shuttles stark ab. Eine Verlängerung auf 5 Segmente hätte die Nutzlast für die ISS um 9,1 t erhöht, das waren 50 % der Nominalnutzlast für diesen Orbit.

5 Segment SRB setzt auch die SLS ein. Die Ares V sollte 5,5 Segment SRB einsetzen. Eine Verlängerung der Booster ist um je ein halbes Segment möglich. Da ATK Datenblätter für kleinere Versionen der Booster führt, kann man ausrechnen, dass ein Segment die Startmasse um rund 143 t erhöht und die Trockenmasse um 15 t. Ich habe mir die Aufgabe gemacht, die Nutzlasten des Space Shuttles mit verschiedenen Verlängerungen zu berechnen.

Die Simulation des Space Shuttle Aufstiegsprofil ist nicht ganz einfach, weil der Orbiter auf einer suborbitalen Bahn ausgesetzt wird. Dann befinden sich in ihm aber noch Restflüssigkeiten und Gase des ET bzw. für dessen Druckbeaufschlagung. Die werden dann jedoch abgelassen. Es zünden die OMS um den endgültigen Orbit zu erreichen, mindestens einmal um das Apogäum anzuheben, es können je nach Aufstiegsbahn aber auch zwei Zündungen sein.

Das alles zu simulieren wurde mir zu komplex. Ich habe daher eine andere Taktik gewählt. Anstatt den Orbiter und diese komplexe Bahn zu simulieren, berechne ich nur welche Masse die 3 SSME mit dem ET auf eine 150 x 407 km Transferbahn mit einer Bahnneigung von 51,8 Grad abliefern. Diese Bruttomasse enthält dann den Orbiter, OMS-Treibstoff und Nutzlast. Der nun benötigte OMS-Treibstoff ist aufgrund der Geschwindigkeitsänderung von 75 m/s berechenbar, er macht 2,5 % der Gesamtmasse aus. Diesen ziehe ich dann von der Grossmasse ab und erhalte die Bruttomasse für einen 407-km-Orbit. Die Nutzlast für die ISS ist mit 18,2 t bekannt, so kann ich die Orbitermasse bei Erreichen der ISS bestimmen. Und durch Subtraktion dieser erhält man dann die Nettomasse zur ISS. Ich erhalte so eine Orbitermasse von 81,4 t was zu den bekannten Orbitermassen von 78,5 bis 79,2 t passt.

Version

Brutto 150 x 407 km

Brutto 407 km

Netto 407 km

Space Shuttle

102 t

99,4 t

18,2 t

4,5 Segment SRB

112 t

109,2 t

28,1 t

5 Segment SRB

118 t

115,1 t

33,8 t

5,5 Segment SRB

131 t

127,7 t

46,4 t

Ich komme auf sehr hohe Nutzlasten, für den 5 Segment Booster um 15,6 t mehr, nicht nur 9,1 t wie die NASA angibt. Dafür kann es Gründe geben. Zum einen habe ich am SRB nichts außer dem neuen Segment geändert, das heißt auch nichts an der Düse und Bergungssystem. Beides kann Gewicht addieren. Allerdings ist der Einfluss klein – ich errechnet für 5 t mehr Trockengewicht bei den Booster nur eine Nutzlastabnahme von 500 kg bei der 4,5 Segment Version und mehr als 5 t pro Segment werden es nicht sein, denn die Trockenmasse der normalen Booster beträgt, wenn man das Startgewicht auf die Segmente umrechnet, 22 t pro Segment.

Wahrscheinlicher ist, dass die NASA ein anderes Aufstiegsprofil fährt. Wie man an dem Höhendiagramm sieht, ist die für maximale Nutzlast optimierte Aufstiegsbahn bei den Versionen mit höherem Startschub flacher. Ebenso kann es sein, das das Abbrandverhalten verändert wird, um die Brenndauer zu verlängern, sonst würde die Spitzenbeschleunigung auf 46 m/s bei der 5,5 Segmentversion ansteigen. Ein auf Basis der SRB neu designter Booster von ATK hat z.B. 133 anstatt 123 s Brennzeit. Ein Großteil der zusätzlichen Nutzlast beruht aber auf der Reduzierung der Gravitationsverluste:


Version

Aufstiegsverluste

Space Shuttle

1906 m/s

4,5 Segment SRB

1757 m/s

5 Segment SRB

1690 m/s

5,5 Segment SRB

1586 m/s

Bei der 5-Segment Version würden die gleichen Aufstiegsverluste, mithin ein ähnliches Aufstiegsprofil z.B. die Differenz in der Nutzlast von 6,5 auf 1,2 t senken. Dafür gibt es Gründe, wie die aerodynamische Belastung des Shuttles.

Daneben gibt es natürlich noch andere Eigenheiten des Space Shuttles, die ich nicht simuliere und die Einflüsse auf die Nutzlast haben, so der variable Schub der Haupttriebwerke. Um Ende der Brennzeit wird der Schub ständig gedrosselt, um eine 3-g-Spitzenbeschleunigung aufrechtzuerhalten. Selbst wenn man dies beibehält, wäre diese Phase bei höherem Gewicht des Space Shuttles mit Nutzlast kürzer und die Höhe der Schubreduktion ebenfalls. Allerdings denke ich, wurde diese 3-g-Kriterium festgesetzt, damit auch nicht ausgebildete Astronauten als Nutzlast- oder Missionsspezialisten mitfliegen können, was bei den ersten Missionen ja auch oft vorkam. Nach dem Challengerunglück waren aber alle Passagiere ausgebildete Astronauten. Diese haben, wenn sie andere Reisemöglichkeiten nehmen – egal ob es Sojus, Starliner oder Dragon sind, heute mit erheblich höheren Beschleunigungen zu tun, die auch die der 5,5 Segmentbooster überschreiten.

Trotzdem gibt es natürlich noch offene Fragen, so ob der Tank die zusätzliche Belastung aushält. Die Schubreduktion erfolgte auch nicht nur spät, sondern auch in der frühen Phase um die aerodynamische Belastung zu senken. Die letzte vollständige Kommunikation mit der Challenger, oft noch zu hören in Dokus war die Ansage von der Missionskontrolle, dass nun die Triebwerke wieder Schub zulegen „Throttle up“ nachdem sie während des Zeitpunkts von Max-Q herunterfuhren.

Eine weitere offene Frage die bei der Nutzlast mitspielt ist, ob die NASA auch von mehr Downmass ausgeht, also auch mehr Masse zurückführen will. Da man rund 5 % der Startmasse als Treibstoff braucht, um den Orbit zu verlassen, bedeuten 10 t mehr Nutzlast 500 kg mehr OMS-Treibstoff. Es dürfte trotzdem genügend OMS Treibstoff geben, um die Missionen durchzuführen.

Oberstufen

Das 5-Segment-Upgrade war ja gedacht, um die Nutzlast für die ISS zu erhöhen. Ganz weggefallen ist nach der Challengerkatastrophe die Entwicklung von Oberstufen. Da Wasserstoff/Sauerstoff als zu riskant galt, bleiben eigentlich nur noch lagerfähige Treibstoffe – Sauerstoff/Kerosin wäre auch denkbar, bietet aber wenige Vorteile und Sauerstoff ist zwar nicht so flüchtig wie Wasserstoff, aber würde auch eine aufwendige Isolierung benötigen.

Meiner Meinung nach hatte ie NASA aber tatsächlich eine Alternative untersucht, die gut geeignet war. Das war eine Agena-Version für den Space Shuttle. Die Agena ist eine der ältesten Oberstufen und sie lief Mitte der Achtziger aus. Verglichen mit den anderen Stufen mit lagerfähigen Treibstoffen wie der Transtage oder Delta hat sie aber einen Vorteil: Ihr Triebwerk hat eine Turbopumpe. Damit liefert es mehr Schub als ein AJ-10 und vor allem benötigt man keine Tanks, die hohen Druck aushalten, weil der Treibstoff durch Druckgasförderung ins Triebwerk gelangt. Das senkt die Leermasse deutlich ab, wichtig wenn man vom LEO in den GEO möchte oder gar zu den Planeten.

Die neue Agena wäre auf NTO/MMH als Treibstoffe umgestellt worden, hätte ein neues Triebwerk mit großer Expansionsdüse erhalten. Zwei Versionen waren gedacht. Die eine war eine Standard-Agena von 1,54 m Durchmesser, nur modernisiert. Sie hätte für GTO-Missionen ausgereicht. Die Zweite hätte zwei Zusatztanks erhalten, die dann die Stufe einfach verbreitern. Sie wäre für GEO- und Planetenmissionen eingesetzt worden und 27.5 t gewogen – damals (1973) plante man noch Shuttle Upgrades, welche mehr als die nominellen 29,5 t Nutzlast erbringen würden. Diese Agena hätte man mit einem Nutzlast Upgrade einführen können. Sie sollte 6 t in den GEO (zum Vergleich: IUS: 2,3 t) bringen, noch etwas mehr zum Mars. Der Vorteil wäre eine für lagerfähige Treibstoffe hohe Nutzlast gewesen, zudem wäre die Version mit Zusatztanks auch kompakt gewesen. Allerdings gab es nur wenige Nutzlasten, die diese Stufe erfordert hätten und die normale Version hatte den Nachteil das sie lang, aber nur 1,54 m Durchmesser hatte. Eine Neukonstruktion, die kürzer ist, aber den Nutzlastraum in der Höhe voll ausnützt wäre bei kleineren und mittelschweren Satelliten und Raumsonden wohl besser gewesen. Das hätte dann gemische Missionen wie das Aussetzen eines Satelliten mit der Agena und der Transport von Fracht oder eines Spacelabs zugelassen, oder eben mehrere Satelliten auf einmal, aber auch Satellitentransporte hatte die NASA nach Challenger ja weitestgehend eingestellt.

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