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Web Log Teil 617: 19.4.2021 - 30.4.2021

19.4.2021: Die Zerstörung der CDU

So hieß ein Video von Rezo, wobei dass ja eine Forderung war, nachdem Rezo die von mir gezielte Meinung brachte, das die CDU in den letzten Jahrzehnten eine Politik nur für bestimmte Schichten machte. Also die CDU unser Leben zerstört und nicht selbst zerstört werden muss. Doch was das „Zerstören der CDU“ also die Zerstörung der Partei selbst heißt, hat die letzte Wochen gezeigt. Erst kündet Söder an, das er das Votum der „großen Schwester“ akzeptiert, dann als es dieses Votum gibt, redet er von „Gesprächen im Hinterzimmer“. Oha, das CDU-Präsidium, das sind immerhin 61 Personen, passen in ein Hinterzimmer, nun ja vielleicht in die Hinterzimmer der Paläste von Ludwig II, als dessen Nachfolger sich Söder sieht.

Wie es geht mit dem Akzeptieren zeigte heute Morgen die Grünen. Was bei der Union „die große Schwester“ ist, ist bei den Grünen, dass die Frauen das Vortrittsrecht haben. Also wenn Annalena Bärbock Kanzler- und Spitzenkandidaten sein will, dann wurde sie es auch, wie heute um 11:00 verkündet wurde. Und bei den Grünen steht Habeck voll hinter Bärbock.

Was die CDU in der letzten Woche gemacht hat, war sich selbst zu demontieren. Nachdem das Psädium für Laschet ist, meckert Söder. Dann gibt es eine Vorstandsitzung, die auch für Laschet ist. Reicht nicht. Einen Tag später tagt die Fraktion, nun sind schon alle gewählten Bundestagsabgeordneten dabei und hier melden sich 66 von 245 Abgeordneten, davon 22 für Laschet und 44 Söder. Die anderen 179 bilden die schweigende Mehrheit – die CDU als Kanzlerwahlverein hat ihre Abgeordneten eben nicht zu dem Vertreten der eigenen Meinung erzogen. In jedem Falle ist das eine Abstimmung die man sowohl für Söder (2/3 der Meldungen) und Laschet (9/10 haben nicht für Söder gestimmt).

Dann kommt man zu einer an für sich guten Idee: die beiden sollen das unter sich klären. Äh vielleicht ist die Idee doch nicht so toll. Denn dass Söder und Laschet Kandidaten sind, ist ja nicht neu. Sie haben bisher nicht miteinander gesprochen oder sich unter zwei Augen auf einen Kandidaten geeinigt. Nun sollen sie das unter Zeitdruck tun? Es kam, wie es ist, es tat sich nichts, bis Sonntagabend also wirklich Ende der Ende der Woche. Dann fliegt Söder nach Berlin. Inzwischen wartet nicht die Junge Union und macht ihre eigene Abstimmung (für Söder) und die Fraktion will am Dienstag abstimmen. Dann haben wir vier Abstimmungen (Präsidium, Vorstand, Junge Union, Fraktion) mit, wenn es gut läuft, je zwei Abstimmungen für Söder und Laschet. Und was dann?

So zerstört man eine Partei – indem das Votum von bestimmten Gremien nicht mehr zählen und man so lange wählt, bis einem das Ergebnis passt. Dann macht jede Teilorganisation ihre eigene Abstimmung. Da haben wir noch einige. Die Delegierten für den Parteitag (rund 1.000), die verschiedenen Subvereinigungen der CDU wie die Mittelstandsvereinigung, dann kann man noch die einzelnen Landesverbände, Kreisverbände, Ortsverbände fragen oder letztendlich sogar jedes einzelne Parteimitglied – ich denke auf das wird es auch hinauslaufen. Am Ende frage ich mich: Wozu braucht die CDU einen Vorstand oder ein Präsidium oder überhaupt irgendwelche Organisationen, wenn deren Votum völlig egal ist? So zerstört man die CDU.

Kann man so eine Partei überhaupt noch wählen? Eine Partei, die es nicht mal hinbekommt, einen Kanzlerkandidaten zu wählen? Nein kann man nicht. Denn dann hat man wieder eine Politik wie in den letzten Jahrzehnten, denn auch die glänzt ja durch eine fehlende Aktion und ein Ziel. Besonders wenn Söder tatsächlich Kanzler wird, wird es heftig, denn der hat sich in den letzten Jahren immer gerade dahin bewegt, wo er meinte, Profil zeigen zu können und Wählerstimmen abgreifen zu können. Im Landtagswahlkampf 2018 nimmt er AfD Positionen auf und rückt die Politik der CSU so weit nach rechts, wie es nur geht. Das fügte sogar zu einer Koalitionskrise in Berlin in der Seehofer mit seinem Rücktritt droht. Leider hat er das Versprechen nicht eingelöst. In der Coronakrise gibt er den Scharfmacher, aber ohne Sinn und Verstand und kann auch keine bessere Bilanz aufweisen als der Rest der BRD, wie ich im letzten Blog zu dem Thema schon gesagt habe. So jemand halte ich für das Amt des Bundeskanzlers für eine vollkommene Fehlbesetzung.

20.4.2021: Nachlese zum Human Landing System (HLS) Kontrakt

Wie bereits bekannt und hier auch schon kommentiert, hat die NASA am Wochenende SpaceX den Vertrag über das HLS in einer Höhe von 2,89 Milliarden Dollar vergeben. Ich habe zuerst überlegt, ob ich das in der Aprilnachlese zu SpaceX thematisieren sollte, aber da die Kritik daran eigentlich nur teilweise mit SpaceX zu tun hat und viel weiter geht denke ich ist ein eigener Blog sinnvoll.

Zuerst einmal warum geht es? Beginnend mit dem 8.4.2019 hat die NASA eine Ausschreibung für einen Mondlander, eben das besagte Human Landing System vergeben. Für das die NASA auch drei Bewerbungen bekommen hat. Die leitenden Firmen waren Blue Origin, Dynetics und SpaceX. Ich will zuerst einmal die Konzepte beleuchten.

Die Konzepte

Blue Origin leitet ein Team mit der Beteiligung von Lockheed Martin, Northrop Grumman, and Draper. Das ist geballte Kompetenz. Northrop-Grumman beinhaltet Grumman die den originalen Mondlander entwickelt. Lockheed Martin baut die meisten Raumsonden, etliche Satelliten der NASA und ist an der ISS beteiligt und die Draper Laboratories haben damals den Computer für Apollo entwickelt. Von allen Entwürfen sieht der von Blue Origin noch am ehesten aus wie der Apollo Mondlander. Es sind zwei Stufen die aufeinandergestapelt sind, anstatt wie bei Apollo ineinander verschachtelt. Antrieb soll das kryogene Triebwerk BE-7 sein. Im Raumfahrtbereich entwickelt Blue Origin die New Glenn, eine Rakete mit 45 t LEO und 13 t GTO Nutzlast, derzeit ist die Firma im Abschluss der Erprobungsarbeiten der New Shepard mit der kommerzielle suborbitale Passagierflüge durchgeführt werden und sie stellt die Haupttriebwerke der Vulkan. Lockheed Martin stellt die Atlas V für das DoD und die NASA her und ist seit Jahrzehnten Bauer von Raketen und Satelliten.

Dynetics ist eher kleines Unternehmen, das jedoch schon zahlreiche Projekte für das amerikanische DoD entwickelt hat. Dynetics ist vor allem Systemintegrator, der mit der Beaufsichtigung zahlreicher Subkontraktoren große Erfahrung bei militärischen Projekten hat und hier 25 Firmen unter einen Hut bringt. Im Raumfahrtbereich gab es seitens Dynetics den Vorschlag für die SLS Block II Booster das F-1B einzusetzen das sie aus dem F-1A der Saturn V entwickeln wollten. Der Dynetics Mondlander ist anders als der von Blue Origin flach. Die Treibstofftanks sitzen links und rechts neben der Kabine. Dadurch entfällt das Herunterklettern der Astronauten an einer Leiter.

Über SpaceX muss ich wenig sagen. Die Firma hat seit 2002 drei Trägerraketen, die Falcon 1, Flacon 9 und Falcon Heavy entwickelt und arbeitet derzeit an einem vollständig wiederverwendbaren System dem Starship. Sie baut derzeit ein eigenes Netz aus Kommunikationssatelliten auf dessen erste Phase kurz vor dem Abschluss steht. In der bemannten Raumfahrt ist sie mit der unbemannten Dragon und bemannten Crew Dragon für ISS Transporte beteiligt. SpaceX hat schon zahlreiche Startkontrakte seitens der NASA erhalten. Ihr HLS-Lander soll vom Starship abstammen. Er hat damit einen anderen Aufbau als die anderen Systeme. Er ist zum einen einstufig. Achtet man auf die Astronauten in den Abbildungen, so wird deutlich, wie riesig die Rakete ist. Das Starship hat 9 m Durchmesser und ist rund 50 m hoch und in etwa in dieser Größenordnung ist auch das Vehikel. Es gibt Unterschiede, so eine dezidierte Spitze (Kapsel?) anstatt der Nutzlastverkleidung des Starships und es gibt keine Flügel. Während die anderen beiden Vehikel reine Lander sind, wäre wenn man die Eigenschaften des Starships übernommen hat, der SpaceX Lander ein Vehikel das auch die Astronauten zurück zur Erde bringen kann. In jedem Falle ist es zu schwer als das es von einer SLS in einen Mondorbit gebracht werden kann wie dies bei den beiden anderen Entwürfen der Fall ist.

Der Zeitpunkt

Massive Kritik gibt es am Zeitpunkt. Jeder Präsident setzt eigene Schwerpunkte im Raumfahrtprogramm. Der erste Budgetentwurf von Biden zeigt auch das er Klimaforschung, bei denen inzwischen die kleine ESA die NASA überholt hat, und wissenschaftliche Missionen mit mehr Geld unterstützen will. Das Artemisprogramm von Trump wird 2022 nicht so viel mehr Geld bekommen, aber bliebe zumindest 2022 noch am Leben. Es ist klar, das Bidens Administration für 2021 nichts groß bewegen kann, die Budgets für dieses Jahr wurden noch von der letzten Regierung genehmigt. Ebenso dauert es einige Monate, bis ein neuer NASA Chef das Amt antritt. Bill Nelson, der Wunschkandidat, geht gerade durch einige Anhörungen im Kongress und erst heute wurde eine Übergangsadministratorin ernannt. Da wirkt die Vergabe eines so großen Auftrages, wie als wöllten bestimmte Personen Fakten schaffen. Der Auftrag kann dann zwar wieder aufgelöst werden doch dann sind saftige Konventionalstrafen fällig.

Das Budget

In einer Pressekonferenz wurde deutlich, dass die NASA eigentlich wie bei CCdeV zwei Unternehmen zumindest in die nächste Runde bringen wollte, vielleicht wie bei CCdev auch zwei Lander entwickeln. Aber man hätte dieses Jahr „nur“ 850 Millionen Dollar (woanders kann man für das Geld eine komplexe Raumsonde bauen und nicht nur Papier produzieren) erhalten, ein Viertel des beantragten Budgets und so eben den günstigsten Anbieter gewählt. Auch hier: Eine niedrige Finanzierung kann ein Indiz sein, das die neue Regierung wohl anders über die Mondlandung denkt als die Letzte. Auch hier drängt sich auf, das man so noch Fakten schaffen wollte, anstatt zu warten, wie die neue Regierung zum HLS steht, die ja auch das Budget erhöhen könnte.

Die 2,89 Milliarden Dollar klingen auf den ersten Blick nach viel, es ist aber wenig. SpaceX hat nach Angaben des NASA-Administrators Bridistine bis September 2019 von der NASA insgesamt 7,7 Milliarden Dollar erhalten. 3,1 Milliarden alleine für die Entwicklung der Crew Dragon, die wiederum auf der normalen Dragon basiert, für die die NASA weitere 400 Mrd. Dollar aufwendete. Die Entwicklung eines Raumschiffs, das nur die ISS erreichen muss und bei dem man bei einem Problem innerhalb von 90 Minuten landen kann, basierend auf einer Technologie, die wohl bekannt und erforscht ist, kostet also mehr als die Entwicklung eines Raumschiffs, das zehnmal größer ist und auf dem Mond landen kann? Ich glaube nicht, dass diese Kalkulation korrekt ist, sondern wie auch woanders üblich man ein niedriges Angebot abgibt, um den Abschluss zu erhalten und dann die Preise erhöht. Abspringen kann die NASA dann ja nicht mehr. Das ist nicht neu. Im CRS-Programm war SpaceX der billigste Anbieter, inzwischen sind sie nach dem OIG der teuerste und das, obwohl sie die einzige Firma sind, die Rakete und Raumschiff teilweise wiederverwenden.

De Fakto würde eine vernünftige Entscheidung dann getroffen werden, wenn man Handlungsspielräume hat. Die hat man aber nicht, wenn man das billigste Angebot nehmen muss.

Die Beurteilung

Natürlich gibt es eine Beurteilung der Entwürfe. Diese war wie folgt:

Firma

Technisch

Management

Blue Origin

Acceptable

Outstanding

Dyntecis

Marginal

Very Good

SpaceX

Acceptable

Very Good

Ich bin da etwas verwirrt. Ist das dieselbe Firma bei der die NASA früher und inzwischen vom OIG bestätigt, sich über chronisches Nichteinhalten von Terminen und Meilensteinen beschwerte? Das ist doch eine typische Management Aufgabe. Trotzdem erhält sie ein „Outstanding“. Sollte nicht nach Musk das Starship im letzten Herbst seinen ersten Orbitalflug absolvieren? Nun wird der Juli als Termin versprochen. Auch hier: Termine werden nicht eingehalten. Ich glaube auch nicht der Julitermin. Der eine oder andere wird wohl an die Falcon Heavy erinnert, die „Ende 2013“ starten sollte und es dann im Februar 2018 tat. Bei ihr hat sich SpaceX sehr geirrt. Musk meinte man müsste nur drei Kernstufen zusammenbinden und schon hätte man die Falcon Heavy. Tja nur war es eben dann komplizierter. Das Starship und ein aus dem Starship abgeleiteter Mondlander müssen noch weitaus mehr Veränderungen durchmachen als eine Falcon 9 wenn zur Flacon Heavy wird.

Das als „Average“ eingestufte technische Konzept wurde noch vor 11 Monaten als „Riskant“. Eingestuft. Was hat die NASA bewegt, seitdem die Meinung so gravierend zu ändern? Also ich habe seitdem beobachtet dass das Unternehmen nach 11 Prototypen, von denen die meisten zerstört wurden, gerade einmal das Problem der Druckbeaufschlagung des Starships gelöst und arbeitet derzeit daran einen Prototypen in der finalen aerodynamischen Phase zu landen. Die wirklichen Herausforderungen für das Raumschiff ist aber das Erreichen des Orbits und der Wiedereintritt. Der Booster dafür ist noch nicht getestet und selbst bei weniger ambitionierten Projekten gab es da Fehlschläge. Nicht zuletzt gingen beide Space Shuttle bei diesen Missionsphasen verloren. Selbst Musk, der übertrieben optimistisch ist, schätzt das er 20+ Prototypen, für die erste gelungene orbitale Mission braucht. Wie viele Starts wird SpaceX dann durchführen, bis der Mondlander funktioniert? Die Herausforderungen sind ja dann noch größer. Das Landegebiet ist uneben, er darf nicht umkippen, damit er überhaupt dorthin kommt, muss das Starship mehrmals im Erdorbit aufgetankt werden, etwas was bisher noch unerprobt ist und dann muss es auch noch zurück zur Erde. Also ich würde eine Firma angesichts der fehlenden Erfolge beim derzeitigen Starship keine so gute technische Note geben.

Ich kann mich nicht zu dem Management äußern, doch ich sehe in den anderen beiden Vorschlägen viel weniger technische Risiken, am wenigsten im Blue Origins Vorschlag.

Ich

Ich habe mir dann noch die Begründung der Entscheidung angeschaut. Auch wenn sie mit 24 Seiten zu lang ist, um sie komplett durchzulesen, so fiel mir sofort eines auf: die Sprache. Im Dokument ist nur von „I“, nicht „We“ oder „NASA“, „Panel“ die Rede. Man findet Sätze wie „I particularly find SpaceX’s strength under Technical Area of Focus 1 for its robust approach to aborts and contingencies to be compelling.“. Also das hinterlässt bei mir den Eindruck als würde eine Person entscheiden. Das Dokument wurde von Katherin Lueders, NASA-Direktorin für Human SpaceFlight unterzeichnet. Okay, das ist dann die höchste Instanz und sicher berechtigt den Auftrag zu vergeben, doch es ist sehr ungewöhnlich. Ich habe zahlreiche NASA Reports gelesen und es ist der Erste, in dem ich diese Schreibweise finde. Normalerweise wird entweder unbestimmt von „we“ oder in der dritten Person von „the Panel“ geschrieben. Also bei uns sagt man „Das hat a Gschmäckle“.

Wie geht es weiter

Die NASA wird nicht müde zu betonen, das dies nur der erste Kontrakt ist, der mit einer bemannten Mission endet, vergleichbar der Crew Demo Mission bei CCDev. Dann würde neu ausgeschrieben. Doch das ist natürlich blödsinnig, denn die Entscheidung ist damit gefallen. Wer soll sich denn sonst beteiligen? Dynetics und Blue Origin werden sicher nicht einen Mondlander auf eigene Kosten entwickeln, zumal bei bemannten Projekten die Entwicklung um ein vielfaches teuerer ist als ein Flug. Bei CCdev bekam SpaceX 3,1 Mrd. Dollar für die Entwicklung, bietet einen Flug aber für 55 Millionen Dollar pro Sitz, bei vier Personen also 0,22 Mrd. Dollar an, das ist nicht mal ein Zehntel der Summe.

Ich vermute man wollte so das HLS retten, vielleicht weil man befürchtet (oder weiß), das es unter der neuen Administration wieder eingestellt wird. Ich glaube aber genau dem wird so Vorschub geleistet. Denn ein transparentes Verfahren sieht anders aus. Gerade deswegen wird man diese Entscheidung kritisieren, zumal sie nicht nachvollziehbar ist, wenn man nach eigenen Angaben nur ein Viertel der beantragten Mittel erhalten hat. Denn ich glaube das mit einem Viertel man auch die SpaceX Lösung nicht finanzieren kann. Eher liefert man eine Steilvorlage, das gesamte HLS aufzulösen.

Das muss nicht zwingend auch das Ende von Artemis sein. Die NASA kann mit dem Gateway im Mondorbit immer noch punkten. Eine Raumstation im Mondorbit gab es bisher nicht und sie ist umsetzbar, an ihr arbeiten sogar internationale Partner mit, die schon bei der ISS die Einstellung nach Fertigstellung eines „US-Kerns“ verhinderten. Lueders hat so SpaceX vielleicht noch Zahlen aus der Vertragsauflösung verschafft, mehr aber auch nicht.

24.4.2021: Ägyptische Geschichte in 2700 Worten

Nachdem ich mir einige Dokumentationen über das alte Ägypten gesehen habe, kam in mir der Wunsch auf mir eine kleine Übersicht zu schreiben, wer wenn regiert hat, weil ich im Neuen Reich das nicht so treffsicher einordnen kann. Ich dachte mir das interessiert sich auch einige andere und ist doch ein Thema für den Blog

Das altägyptische Reich

Das altägyptische Reich ist unter den Reichen der Antike in vielerlei Weise einzigartig. Kein anderes existierte so lange nämlich über fast 3.000 Jahre. Allerdings nicht durchgehend, es gab in der Zeit drei Reiche, und wenn man die Zeiten der Fremdherrschaft abzieht, dann sind es immer noch 2.000+ Jahre die es bestand. Bestimmend war, dass die Ägypter in dieser Zeit eine durchgehende religiöse Einheit und ein Pharonentum als Gottkönige hatten und es das Reich eines Volkes war, während andere Reiche kamen und gingen. Im Zweistromland zum Beispiel in dieser Zeit das sumerische, akkadische und babylonische Reich. Die Macht verlagerte sich dabei von dem Mündungsgebiet nach Nordwesten und es regierten jeweils andere Völker.

Die ägyptische Geschichtsschreibung unterteilt die Periode in Dynastien, von denen es 31 gab. Jede regierte also knapp ein Jahrhundert. Wie woanders war eine Dynastie geprägt von Nachkommen eines Geschlechts, und wenn es keinen männlichen Thronfolger gab oder dieser umkam, entweder durch Krieg oder Attentat so begann eine neue Dynastie. Zweimal endete das Reich durch Besetzung durch fremde Mächte, so unterscheidet man das alte Reich, mittlere Reich und neue Reich.

Kennzeichnend und wahrscheinlich auch ein Grund für die lange Existenz ist ein Isolationismus der Ägypter. Sie sahen sich zum einen kulturell und moralisch als besser als andere Völker an und hatten eine gewisse Ausländerfeindlichkeit. Isoliert sind die auch durch die geografische Lage mit Wüsten im Westen und Osten, dem Mittelmeer im Norden und auch der Nil hatte mehrere Regionen, in denen er durch Stromschnellen nicht schiffbar war, was die Ausdehnung zum Süden hin begrenzte. Die Ägypter unternahmen aber auch lange Zeit keine Versuche, ihr Reich im Osten und Westen auszudehnen. Lediglich zum Süden hin expandierte das Reich, weil sich dort auch viele Rohstoffe befanden, die Ägypten brauchte. Diese Region im heutigen Sudan wurde damals Nubien, später Kusch genannt. Die fehlende Ost-West Ausdehnung des ägyptischen Reichs änderte sich erst im neuen Reich, nachdem zum zweiten Mal Ägypten von fremden Völkern regiert wurde, um mit Vasallenstataten einen gewissen Puffer zu schaffen.

Die beiden größeren Zeiten der Fremdherrschaft waren von 2200 bis 2025 v. Christus zwischen dem alten und Mittleren Reich und 1648 bis 1330 als Grenze zwischen mittlerem und neuem Reich. Bei der ersten Zwischenzeit zerfiel das alte Reich. Die Pharaonen konnten nicht das gesamte Reich mehr kontrollieren. Im Unterägypten, dem Teil der mit dem Nildelta endet, etablierte sich eine Herrschaft unter einem Pharao, doch in Oberägypten regierten lokale Kriegsherren bzw. Mächte aus dem Süden nahmen einen Teil des Reiches ein.

Anders war es bei dem Übergang vom mittleren zum neuen Reich. Hier fielen die Hyksos in Ägypten ein. Die Herkunft dieses Volkes ist bis heute unbekannt. Man nimmt an das sie ein Teil einer Völkerbewegung waren, die zu dieser Zeit auch andere Reiche wie das altassyrische Reich bedrohten und oft als „Seevölker“ bezeichnet wurden, weil sie angeblich mit Booten über die See aus dem Nichts auftauchten. Die Hyksos beherrschten vor allem Unterägypten. Aus Oberägypten konnte sie ein ägyptischer Herrsche wieder vertreiben. Damit begann das neue Reich.

Dieses endet formell mit der Annektion durch Rom 32 vor Christus, aber schon Jahrhunderte vorher wurde Ägypten durch andere Mächte beherrscht, zuerst von Nubiern, dann den Persern und zuletzt von den Griechen. Der Unterschied zu den vorheriger Besatzern war das diese Fremdherrscher das ägyptische System akzeptierten und übernahmen, nur eben sich selbst als Pharao einsetzten oder im Falle der Perser der Pharao weitestgehend machtlos und nur ein Statthalter war.

Berühmte Pharaonen

Der Pharo Menes gilt als der Reichsgründer. Er lebte etwa 3.000 v. Chr. Und hat die beiden vorher getrennten Reiche Unterägypten und Oberägypten geeint, wobei dies nach einer Stele durch einen Krieg erfolgte. Er sah sich fortan als Pharao beider Reiche und schuf auch aus den beiden Kronen für die Reiche eine. Heute wird bezweifelt, dass es in diesem Sinne eine Reichseinigung gab, sondern schon Jahrhunderte vorher beide Reiche miteinander verbunden waren. Sicher ist nur ein, dass in der ägyptischen Geschichtsschreibung mit Menes die erste Dynastie begann.

Djoser ist der erste Pharao der dritten Dynastie von 2.720 bis 2.700 v. Chr. Mit ihm beginnt die Zeit des Pyramidenbaus. Schon in den Jahrhunderten davor gab es in Ägypten einen ausgeprägten Totenkult, bei dem es wichtig war, das der Körper intakt blieb, also mumifiziert wurde. Nur wurden vorher die Pharaonen in ausgehobenen Gräbern bestattet, über die ein kastenförmiger Totentempel, eine Mastaba errichtet wurde. Djoser lies erstmals mehrere Mastabas aufeinander setzen, wobei diese immer kleiner wurde, und kam so zu den Pyramiden. Er baute die Stufenpyramide von Sakkara. Sie besteht aus sechs Stufen hat eine Höhe von 62 m bei einer Grundfläche von 109 x 121 m. Sie ist der zweitälteste erhaltene ägyptische Momentalbau.

Snofru war der erste König der vierten Dynastie. Er regierte von 2570 bis 2530 v. Chr. Er ging nun von der Stufenpyramide auf eine echte Pyramide über. Die Knickpyramide von Daschur. Snofru baute zuerst eine Stufenpyramide, wie die Könige seit Djoser. Bei ihr waren aber schon die Mastabas unterschiedlich hoch und wurden von Stufe zu Stufe höher. Die Pyramide wurde so höher. Im 15-ten Regierungsjahr lies er eine echte Pyramide mit geschrägten Seitenflächen bauen. Doch auf halber Höhe hat diese einen Knick. Die Pyramide begann mit einem Quadrat und wurde mit einem Winkel von 58 bis 60 Grad geplant. Doch die Kräfteverteilung der echten Pyramide war anders als bei den Stufenpyramiden. So wurde auf halber Höhe. der winkel auf 54 Grad reduziert und zur Unterstützung ein Gürtel um die bisherige Pyramide zur Abstützung gezogen. Als man wieder auf der Höhe angekommen war die schon erreicht war senkte man den Winkel erneut ab auf 43 Grad. Als Folge beider Baumaßnahmen wurde die Pyramide breiter (knapp 190 anstatt 157 m Seitenlänge) und weniger hoch (105 anstatt 129 m Höhe). Ursache sind nach Expertenmeinung nicht die Pyramidenbauweise, sondern die Wahl des falschen Untergrundes – alle bisherigen Pyramiden wurden auf massiven Fels gebaut. Die Knickpyramide dagegen auf weicherem Tonschiefer.

Nachdem man nun wusste, wie eine echte Pyramide gebaut wurde, gab Snofru im 29 oder 30 Regierungsjahr noch eine dritte Pyramide, die rote Pyramide, in Auftrag, mit 220 m Seitenlänge bei nur 108 m Höhe mit einem Neigungswinkel von 43 Grad, also dem letzten Winkel der Knickpyramide hatte. On Snofru in ihr bestattet wurde ist offen. Es gibt eine Grabkammer aber keinen Sarkophag, allerdings auch keinen Sarkophag in der Knickpyramide. Snofru herrschte angeblich über 50 Jahre und so könnte er die Fertigstellung der dritten Pyramide noch erlebt haben.

Cheops und Chefren sind die Erbauer der beiden großen Pyramiden. Cheops war nach Snofru der zweite König der vierten Dynastie und regierte von 2620 bis 2580 v. Chr. Sein Sohn ist Chefren, der von 2570 bis 2530 v. Chr. regierte. Ihre beiden Pyramiden sind fast gleich groß (Seitenlänge 220 bzw. 215 m,. Höhe 149 bzw. 143 m). sie sind die größten je gebauten Pyramiden. Danach nahm der Gigantismus ab. Mykerinos, der die dritte Pyramide im Gizehkomplex baute, der Sohn Chefrens der von 2530 bis 2510 v. Chr. regierte, baute erheblich kleiner. Seine Pyramide hat nur noch 110 m Seitenlänge und 63 m Höhe.

Vom mittleren Reich kennt man keine bekannten Pharaonen in ihm wurde die Reichshauptstat Theben. Im alten Reich war es noch Memphis gewesen. Die meisten bekannten Pharaonen stammen aus dem neuen Reich in dem Ägypten über Jahrhunderte auch Krieg in Vorderasien führte. Nach dem Einfall der Hyksos beschloss man die Reichsgrenze bis nach Syrien vorzuschieben, um diese Gebiete als "Puffer" gegen weitere Invasionen zu haben. Im neuen Reich werden auch keine Pyramiden mehr gebaut. Die Könige lassen sich stattdessen in den Felsen eingehauene Gräber im leichter zu bewachenden Tal der Könige bestatten.

Hatschepsut ist die erste Pharaonin – normalerweise erbten den Thron immer nur männliche Nachkommen. Hatschepsut übernahm den Thron, weil der Thronerbe Thutmosis der III beim Tod seines Vaters Thutmosis II nur neun war. Sie muss aber zwischen dem zweiten und siebten Jahr der Regierung den Thron alleine übernommen haben und regierte dann 21 Jahre lang von 1479 bis 1458 v. Chr. Ihr Totentempel ist bis heute ein Touristenmagnet. Hatschepsut lies sich anfangs als Frau darstellen, dann als Mann. Über das Ende ihrer Regierung gibt es Spekulationen. Früher meinte man Thutmosis III habe sie ermorden lassen, inzwischen ordnet man ihr eine Mumie zu. Diese Frau starb an einer Krankheit, wahrscheinlich Krebs, doch auch diese Zuordnung ist nicht eindeutig.

Unter ihrem Sohn, Thutmosis III erreichte das ägyptische Reich die größte Ausdehnung Thutmosis III regierte von 1479 bis 1425 v.Chr. Unter seiner Mutter gab es kaum Feldzüge, sodass viele der Vasallen in Vorderasien von Ägypten abfielen. Mit seinem 22-Regierungsjahr, also dem Tod seiner Mutter begann er jährliche Feldzüge, bei denen er die Grenze des Reiches immer weiter ausdehnte und dabei nicht nur die Fürstentümer im heutigen Palästina und Libanon unterwarf, sondern drang im achten Feldzug im 33 Regierungsjahr bis an den Euphrat. Hauptgegner waren, die Mitanni, eines der "Seevölker" verwandt mit den Hyksos deren Herrschaft Ägypten gerade erst abgeschüttelt hatten. Sie blieben auch eine Bedrohung während der ganzen Regierungszeit. Erfolgreicher und dauerhafter war sein Vorstoß nach Nubien, das er für längere Zeit Ägypten eingemeindete.

Amenophis III, der von 1388 bis 1351 regierte gehört wie Hatschepsut und Tuthmosis III auch zur 18 Dynastie. Er ist vor allem als Erbauer von Monumentalstatuen in Erinnerung geblieben. 700 Statuen soll er erreichtet haben, die größten 21 m hoch. Das war möglich, weil Amenophis mit dem Mitannireich eine Anerkennung des Status Quo erreichte und während seiner Regentschaft keine Feldzüge nach Vorderasien führte einzig ein Feldzug zur Unterwerfung von Rebellen in Nubien ist übermittelt.

Sein Sohn Amenophis IV ist bekannter unter dem Namen Echnaton. Echnaton versuchte erfolglos in Ägypten eine Ein-Gott-Kultur zu etablieren, also den Monotheismus, lange vor den Juden, die das Konzept wohl übernahmen. Echnaton „der Aton dient“ benannte sich selbst um, denn er verehrte den bislang unbedeutenden Sonnengott Aton, lies ihm sogar eine eigene Stadt Achetaton (Armarna) bauen. Dem Volk war dieser Schritt nicht zu vermitteln, die beteten heimlich weiter ihre alten Götter an. Echnaton vernachlässigte zudem das Reich und konzentrierte sich ganz auf den Aufbau von Armarna. Er nahm dafür auch das Militär zu Hilfe und das destabilisierte die Außengrenzen. Regionale Statthalter schrieben erfolglos Briefe an seine Mutter Teje. Bekannt sind bis heute nicht nur die zeitlos schöne Büste seiner Frau Nofretete („die Schöne ist gekommen“) sondern auch die Darstellungen Echnatons selbst die einen absurd verzerrten androgynen Mann zeigen. Nach deinem Tod im 17-ten Regierungsjahr (je nach Datierung 1336 bis 1324 v. Chr.) übernahm sein Sohn Tutanchaton die Rgierung. Tutanchamun war bei dem Tod Echnatons noch ein Kleinkind, sodass ein Wesir eine der älteren Töchter Echnatons heiratete und regierte, bis Tutanchamun alt genug war. Er sorgte dafür das Tutanchamun, der Tutanchaton getauft wurde entsprechend erzogen wurde und wieder den Amunkult als Hauptkult einführte und auch seinen Namen änderte. Tutanchamun starb selbst schon mit 19, wie man heute denkt an den Folgen eines Unfalls mit einem Streitwagen. Er konnte, nachdem er schon mit 10 den Thron besteig, als Kind keine großen Taten vollbringen. Er ist heute eine der bekanntesten Pharaonen, weil sein Grab das Einzige nie geplünderte ist, das Archäologen je ausgruben – dabei war es nicht mal sein Grab. Er starb so früh im Jahr 1323 v.Chr., das sein Grab noch gar nicht fertig war und er in einem Grab eines Wesirs begraben wurden. Alle Grabbeigaben passten dort gar nicht hin, sodass die Kammern voll bis zur Decke gefüllt waren und das Grab wurde so überhastet fertiggestellt, dass Wandmalereien nicht trocken waren und sich Schimmel bildete.

Mit Tutanchamun endet die 18 Dynastie, zu der alle Pharaonen seit Hatschepsut gehörten. Über die Motive Echnatons für den Monotheismus wird bis heute diskutiert. Tatsache ist, dass der Amunkult über die Jahrhunderte immer mächtiger wurde. Amunpriester erhielten Gebiete deren Einkünfte – die Ernte, Geld war ja noch nicht erfunden – sie alleine erhielten. Dem Reich fehlten diese Einnahmen, um die Grenzen zu sichern und das Volk zu ernähren. Jeder Pharao schenkte neue Gebiete Amun, der Reichsgott war. Das verschlimmerte über die Jahrhunderte die Problematik. Das mag ein Grund für den neuen Kult gewesen sein, bei dem Echnaton selbst der höchste Priester war und so die Priesterschaft Amuns umging. Allerdings dürfte auch religiöser Eiferer dabei gewesen sein, denn für einen neuen Kult muss man keine neue Stadt errichten.

Sethos I ist in der Historie deswegen bekannt, weil er nach dem Tod Echnatons eine – nach eigener Aussage – Wiedergeburt Ägyptens - einleitete. Er regierte von 1290 bis 1279 v.Chr und ist Sohn Ramses I und Vater von Ramses II. Nachdem unter Echnaton zahlreiche Vasallenstaaten von Ägypten abgefallen waren unterwarf Sethos I zahlreiche Gebiete im heutigen Palästina. Zwei Totentempel in Abydos und Theben stammen von ihm.

Ramses II ist der ägyptische Pharao mit der längsten Regierungszeit von 66 Jahren – er starb 1213 v. Chr. Im Alter von 90. Aufgrund der langen Regierungszeit und einer enormen Bautätigkeit hat er die meisten bis heute erhaltenen Monumente erschaffen, so den Felsentempel von Abu Simpel. Er erweiterte zahlreiche existierende Tempel und gründete seine eigene Stadt Pi-Ramese. Wie andere Stattgründungen von Pharonen im Nildelta hatte diese keinen Bestand, anders als die alten Hauptsstädte Theben, Memphis oder Luxor am oberen Nil, da die Nebenflüsse des Nils im Delta laufend ihr Bett änderten. Ramses II gilt auch als der Erfindung der Propaganda. Seit Jahrhunderten führten das ägyptische reich mit Großmächten in Vorderasien Krieg, der meist in und um Palästina und Syrien ausgetragen wurde. Mittlerweile war das Mitannireich von den Hethitern niedergerungen worden und diese dehnten ihr Einflussgebiet nach Süden aus. So kam es 1274 v. Chr. zur Schlacht von Kadesch die weder die Hethiter mit einem größeren Heer noch Ramses II gewinnen konnten. Ramses II wurde sogar umzingelt und geriet in Lebensgefahr. Das hielt ihn nicht davon ab, die Schlacht auf metergro0ßen Reliefen als vollständigen Sieg darzustellen. Nach weiteren Feldzügen in denen keine der beiden Großmächte siegreich war, bedrohte das neu erblühende assyrische Reich die Hethiter an der östlichen Flanke und beide Mächte schlossen 1259 v. Chr. den ersten dokumentierten Friedensvertrag der Geschichte, dessen Text man auch im Foyer der UN findet. Er wurde auch eingehalten über den Tod Rames II hinaus. Er ist bemerkenswert da ein großer Teil sich nicht so sehr mit dem Verhältnis der beiden Großmächte beschäftigt als vielmehr mit inneren Gegnern, die beim jeweils anderen keinen Unterschlupf finden sollen. Als Strafandrohung werden die Götter bemüht.

Ramses II war der letzte große Pharao. Es gab dann zwar noch weitere Pharaonen, die Ramses hießen (bis Ramses XI), aber ihre Macht schwand. 1069 gab es einen Bürgerkrieg und das Reich zerfiel in Ober- und Unterägypten in denen Generäle oder Hohepriester regierten. Um 780 v. Chr. Übernahmen die Nubier die lange Zeit von den Ägyptern beherrscht wurden die Macht. Ab jetzt regierten fremde Mächte Ägypten. Die Nubier wurden von den Assyrern 681 besiegt. Die Assyrer dann von den Persern 525 v. Chr und diese von Alexander dem Großen 332 v. Chr. Nun bezogen Griechen den Pharonenthron beließen aber wie die vorherigen Könige den Pharao auf dem Thron bzw. wurden selbst zum Pharao. Die letzte Pharonin war Kleopatra VII die schon Julius Cäsar nutzte, um den Mitthronerben Ptolmaios XIII entmachten zu lassen. Nach dem Krieg gegen Ptolemais wurde Ägypten nicht zur Provinz, sondern Kleopatra von Cäsar sogar mit Truppen gestützt. Nach Cäsars Tod fing Kleopatra eine Beziehung mit Antonius an, doch der verlor zusammen mit den ägyptischen Streitkräften gegen Augustus und beide brachten sich danach um. Ägypten wurde nun zur römischen Provinz.

Eine der Ursachen des Niedergangs des Ägyptischen Reiches war tatsächlich der Amunkult deren Hohepriester die ab 1087 v. Chr, auch Pharaonen stellten. Der Reichsgott Amun wurde immer mehr zu einem Staat im Staate, außerhalb der Kontrolle des Pharaos mit eigenen Ländereien, Gesetzmäßigkeit und Macht. Macht, die dem eigentlichen Pharo fehlte.

Welcher Pharao übrigens der in der Bibel im Buch Exodus erwähnte ist, ist bis heute historisch nicht feststellbar. Das liegt daran, dass man dieses Buch nicht genau datieren kann, aber über zwei Jahrhunderte Pharaonen immer wieder Krieg in Palatina geführt haben und die Deportation von Bevölkerung als Arbeitskräfte aber auch um Aufstände zu verhindern, war damals gang und gäbe. Was man weiß ist, dass es im östlichen Mittelmeer durch Klimaänderungen Missernten im 11 und 12 Jahrhundert vor Christus gab. Plagen sind ja auch im Buch Exodus erwähnt. Allerdings war dies schon nach den bekannteren Eroberungszügen und Ägypten scheint durch die verlässliche Nilschwemme kaum von Missernten betroffen gewesen sein und lieferte sogar Getreide ins Hethiterreich.

26.4.2021: Flyby zu Uranus und Neptun

Kürzlich las ich die Ankündigung das China zwei Raumsonden für die Heliosphärensondierung baut. Sie sollen eine Distanz von 100 astronomischen Einheiten (AE), also knapp 15 Milliarden km bis 2049 erreichen – das wäre schneller als Voyager, zumal die Sonden erst noch gebaut werden sollen. Die erste Sonde soll 2024 starten, Jupiter 2029 passieren. Die zweite Raumsonde 2033 Jupiter passieren. In nur 21 bzw. 20 Jahren 15 Mrd. km zu erreichen ist anspruchsvoll (ich habe nur die Zeit ab Jupiter genommen, da am Startdatum 2024 sichtbar ist, dass die Sonden vorher noch im inneren Sonnensystem unterwegs sind, um zum Beispiel an der Erde nochmals Geschwindigkeit durch ein Swing-By aufzunehmen). Die derzeitigen Rekordhalter Voyager 1+2 sind derzeit 152 bzw. 126 AE von der Sonne entfernt – aber ihr Jupitervorbeiflug war 1979, das heißt, sie haben diese (wenn auch größere) Distanz in 42 Jahren erreicht nicht in 20. Ich war daher auch zuerst skeptisch. Bei einer hohen Ankunftsgeschwindigkeit bei Jupiter ist das möglich – bei 41.3 km/s in der Erdbahn – ohne Swingby würde die Bahn dann bis 5,4 Mrd km Distanz reichen – kommt man in 20 Jahren in diese Distanz. Auch danach ist die Sonde dann 1,6-mal schneller als Voyager 1 unterwegs und würde diese irgendwann überholen.

Als ich mich noch nicht für Raumfahrt interessierte, sondern für Astronomie, waren die Planeten das interessanteste Objekt in der Astronomie. Logisch, denn nur von ihnen wusste man mehr, das auch für einen Teenager verständlich war. Bei Sternen, schwarzen Löchern oder dem Urknall kommt dann schon ziemlich viel Physik dazu. Damals war Neptun mein Lieblingsplanet. Das lag zum einen am Namen: Neptun war der Meeresgott und ich bin eigentlich immer gerne geschwommen oder im Wasser unterwegs. Es war aber das er im Teleskop blau war. Blau ist eigentlich eine ungewöhnliche Farbe. Die meisten anderen Planeten sind grau, oder gelb-rötlich. Vor allem aber wusste man von den äußeren drei Planeten (heute sind es ja nur noch zwei) fast nichts. Ihre Größe, Farbe, Schätzungen über die Masse, das war es dann auch. Das lädt zu Spekulationen ein. Da eine der beiden Sonden Neptun passiert, kam ich auf mein heutiges Thema.

Ich meine, das mehr als 30 Jahre nach Voyager es mal wieder an der Zeit ist Vorbeiflugsonden zu diesen Planeten zu schicken. Eine der chinesischen Sonden soll auch Neptun passieren. Uranus ist nicht dabei, doch ich denke das liegt an den Positionen. Das Diagramm zeigt, das Uranus und Neptun im Jahr 2033 etwa 60 Grad voneinander entfernt sind. Die Sonden sollen aber in entgegengesetzte Richtungen fliegen. Eine zur Stoßfront der Heliosphäre, eine in den Schweif. Die Vorbeiflugdaten an Jupiter müssten für ein solches Vorhaben so auch um einen halben Jupiterumlauf also fünf bis sechs Jahre auseinanderbiegen. Es sind vier Jahre, allerdings passiert die zweite Sonde noch Neptun, der sie auch noch ablenken kann.

Ich habe mich schon, damit beschäftigt ob auch nicht ein Orbiter um beide Planeten mit der heutigen Technik möglich ist. Die Himmelsmechanik macht aber einen Strich daraus. Die Vorbeiflüge an Jupiter dienen ja dazu Geschwindigkeit aufzunehmen, um schnell zu Uranus und Neptun zu kommen. Die langsamsten Bahnen ohne ein Swing-By dauern 30 bzw. 45 Jahre. Bei ihnen ist aber auch die Differenzgeschwindigkeit am kleinsten. Will man die kurze Reisezeit behalten, so muss man kurz vor dem Ziel schnell abbremsen. Das geht heute eigentlich nur mit Ionentriebwerken und in der Entfernung benötigt man dann schon einen leistungsstarken Kernreaktor als Stromversorgung, den es nicht gibt. Chemisch hat man keine Chance die überschüssige Geschwindigkeit abzubauen. Die Vorbeilfluggeschwindigkeit liegt bei der unteren Tabelle bei > 26,7 km/s für Neptun und > 22,1 km/s für Uranus. Die Fluchtgeschwindigkeiten für 200 km Kreisbahnen, Basis für die Ausgabe des NASA Trajectory Browsers liegt bei 21,2 bzw. 23,4 km/s. Zwei Uranusbahnen liegen im Bereich dessen, was chemisch möglich ist, mit etwa 1 km/s über der Fluchtgeschwindigkeit. Beim Neptun liegt man aber mindestens 3,4 km/s drüber.

Daher denke ich wäre es an der Zeit wieder jeweils eine vorbeifliegende Sonde zu Uranus und Neptun zu schicken, anstatt zu warten, dass man irgendwann doch einen Orbiter bauen kann.


Fluggelegenheiten zu Neptun zwischen 2024 und 2040:


Earth_Departure

Dest_Flyby

Duration (days)

C3 (km2/s2)

Abs DLA (degs)

Injection DV (km/s)

Post-injection DV (km/s)

Total DV (km/s)

Flyby speed (km/s)

Feb-23-2031

Feb-18-2041

3648

88.1

17

6.68

0.01

6.69

27.34

Mar-29-2032

Feb-05-2042

3600

104.5

29

7.24

0.01

7.25

26.71

Uranus:


May-03-2033

Feb-18-2041

2848

84.8

38

6.57

0

6.57

24.39

Mar-27-2031

Nov-14-2040

3520

84.9

9

6.57

0

6.58

24.81

Jun-07-2034

Apr-15-2044

3600

85.7

23

6.6

0

6.6

22.13

Mar-24-2030

Apr-20-2040

3680

88.2

10

6.69

0

6.69

25.91

Jul-12-2035

Aug-24-2045

3696

100.2

0

7.1

0.11

7.21

21.81

Mar-21-2029

May-04-2039

3696

92.1

12

6.82

0.6

7.42

28.8

Man sieht in beiden Tabellen die Systematik durch Jupiter-Swingbys. Jupiter kann eine Sonde um einen bestimmten Winkel ablenken und beschleunigen. Er bewegt sich aber selbst und erreicht irgendwann einen Punkt, wo der Winkel negativ werden müsste, was einer Abbremsung entspricht. Jupiter überholt so Uranus und Neptun. Wie viele Jahre – pro Jahr gibt es nur ein optimales Fenster, da sich ja auch die Erde bewegt – es gibt hängt daher davon ab, wie schnell das Ziel ist. Uranus ist doppelt so schnell unterwegs wie Neptun, weswegen es zwischen 2029 und 2035 sechs Bahnen gibt, bei Neptun dagegen nur 2031/32 jeweils eine Route.

Ich habe mir schon mal die Mühe gemacht, eine solche Sonde zu skizzieren. Das möchte ich nicht wiederholen. Ich möchte nur die Gründe anführen, weshalb wir nochmals eine Sonde, besser ein Paar oder ein Quartett bauen sollten.

Der wissenschaftliche Hauptgrund für eine weitere Sonde nach Voyager 2 ist das jede Sonde nur eine Momentaufnahme liefert. Jede Voyagermission lieferte neue Erkenntnisse aber es ergaben sich auch Fragen. Es wurden Erklärungen vorgeschlagen, die man durch eine weitere Mission überprüfen sollte. Voyager zeigte bei Jupiter und Saturn, den beide Sonden anflogen, auch den Sinn einer zweiten Mission. Das Forschungsprogramm von Voyager 2 wurde jeweils geändert, um neue Entdeckungen von Voyager 1 genauer zu untersuchen. So die Vulkane auf Io, der entdeckte Ring um Jupiter. Die Detailstruktur der Saturnringe. Da dies aber auch von der Instrumentierung abhängig ist – man wird von neuen Instrumenten auch neue Erkenntnisse erwarten, einfach weil vorher die Beobachtungen nicht möglich waren, wäre es sinnvoll zu jedem Planeten sogar zwei Sonden zu schicken. Die Sonde zu Neptun könnten 2031/32 starten und Neptun 2041/42 passieren, bei Uranus hat man mehr Möglichkeiten. Will man einen Vorbeiflug 2041/42 vermeiden um mehr große Antennen einer Sonde widmen zu können (gleicher Zeitraum wie die Neptunsonde) so wären die Starttermine 2029 und 2030 sinnvoll, der Letztere aber mit einer hohen Geschwindigkeit. Zu dem Faktor komme ich noch.

Der technische Hauptgrund für die Sonden ist, dass wir heute viel mehr Möglichkeiten haben das optimale aus einer Vorbeiflugmission herauszuholen. Eine solche dauert bei den großen Planeten mehrere Monate, doch nur etwa eine Woche lang dauert die heiße Phase, in der alle Instrumente aktiv sind. Voyager konnte Daten kaum zwischenspeichern, der Laie erkennt das vor allem an den wenigen Bildern der kleinen Objekte, also der Monde. Vom Neptunmond Triton – immerhin größer als Pluto - gibt es etwa 30 Aufnahmen, von den Uranusmonden mit Ausnahme von Ariel und Miranda nur eine gute Aufnahme. Dagegen konnte New Horizons beim Vorbeiflug 7.700 Aufnahmen machen, die meisten davon wurden zwischengespeichert. Rund 1.000 zeigen Pluto mindestens bildfüllend – das ist um Größenordnungen mehr als mit der Technik der Siebziger die Voyager hatte. 16 Monate brauchte man um alle Daten zu übertragen. Ebenso haben sich die Instrumente weiter entwickelt und Fortschritte gab es auch in anderen Gebieten – leistungsfähigere Transponder und das K-Band erlauben es auch diese Datenfülle nach dem Vorbeiflug zu übertragen denn es wären ja noch mehr Aufnahmen möglich als bei New Horizons. Kurz eine heutige Mission würde erheblich mehr und bessere Daten liefern als Voyager. Man muss nur sich die Ergebnisse von New Horizons ansehen und die passierte einen Kleinplaneten, der zwanzigmal kleiner als Neptun oder Uranus ist.

Als Nebeneffekt kommt bei beiden Sonden noch ein Jupitervorbeiflug hinzu den man nutzen kann die inneren Monde (ab Io) besser zu erkunden, denn diese werden auch bei den geplanten Jupitermissionen aufgrund des hohen Strahlungslevels nicht nahe passiert werden. Idealerweise wird man zweimal Io nahe passieren. Das hängt aber von der gewählten Bahn ab- bei den Bahnen zu Uranus betragen die minimalen Abstände über den Wolken 0,04 bis 29,4 Radien. Bei Neptun 5,1 und 2,88 Radien. Ios Umlaufbahn hat einen Radius von 4,9 Radien über der Wolkenobergrenze. Nimmt man dies als zusätzliches Kriterium, so fallen die Startgelegenheiten 2034 / 2035 weg.

Für Uranus gibt es die Möglichkeit die andere Seite der Monde zu kartieren – durch die stark geneigte Bahn sah Voyager 2 nur eine Seite der Uranusmonde. 2028 sieht man die Seite die Voyager 2 nicht aufnehmen konnte voll beleuchtet, 2049 herrscht Tag- und Nachtgleiche auf Uranus – nur dann sind beide Seiten beleuchtet. Die Sonde wird zwischen beiden Daten Uranus passieren. Einen ähnlichen Effekt haben wir bei Triton, wo die Bahnneigung der Bahn von Triton (157 Grad) und die Achsenneigung von Neptun (30 Grad) auch 187 Grad ergeben, also der Mond praktisch um 180 Grad gekippt ist. Hier ist nach 83 Jahren die bei Voyager 2 nicht beobachtbare Oberfläche sichtbar, der ideale Vorbeiflugtermin wäre also 2072. Das wird man nicht erreichen, aber immerhin sieht man deutlich mehr von der für Voyager unbeobachtete Nordpolregion.

Die Frage, die ich mir stelle, ist das auch mit einem finanzierbaren Budget möglich? Raumsonden ins äußere Sonnensystem neigen dazu, sehr teuer zu werden. Juno kostete 1,1 Mrd. Dollar. Es geht aber auch billiger: New Horizons kostete 723 Mill. Dollar, wovon auf die Raumsonde selbst aber nur etwa 300 Millionen entfallen. Am teuersten ist der Start gewesen und die RTG. Ich denke man wird mit dem Budget für eine heutige Discoverysonde von 450 Mill. Dollar ohne Start und ohne RTG eine Sonde bauen können, sie würde teurer als New Horizons sein, da sie auch instrumentell besser ausgerüstet sein wird. Aber bei zwei Exemplaren kann man die bei Raumsonden relativ hohen Entwicklungskosten besser umlegen. Die RTG von Voyager werden nicht mehr gebaut. Ein heutiger MMRTG, wie ihn die Mars Rover einsetzen, kostet 27 Mill. Dollar. Bei 110 Watt Leistung. Drei dieser MMRTG würden 330 Watt Leistung bringen – weniger als bei Voyager. Allerdings ist Elektronik inzwischen weniger stromverbrauchend. Voyager braucht alleine rund 245 Watt um nur operieren zu können und elektrische Heizelemente kann man durch Nutzung der Abwärme der RTG ersetzen. New Horizons kam mit rund 200 Watt aus, da sollten 300 Watt für eine besser instrumentierte Sonde reichen. Drei MMRTG weitere 81 Mill. Pro Sonde.

Hauptkostenpunkt war bisher der Start der über 200 Mill., Dollar kostete. Da gibt es inzwischen mit der Falcon eine Alternative und die Atlas V ist auch billiger geworden. Eine Falcon Heavy könnte die Sonde direkt zu Jupiter befördern. Da jedoch die Oberstufenmasse unbekannt ist und die Sonde weniger als eine Tonne wiegt, ist die Unsicherheit groß. Die NASA Performance Query liefert 1.425 kg für ein C3 von 90 km/s- dann gibt es mindestens eine Bahn pro Planet und 755 kg für ein C3 von 100 km²/s², dem höchsten Wert den man eingeben kann. Zwei Bahnen liegen darüber. Damit wäre ein direkter Start mit einer Falcon Heavy möglich. Allerdings schwankt deren Preis deutlich. Für den Start von Psyche verlangt SpaceX 117 Mill. Dollar, für den von PPE/HALO 332 Mill. Dollar. Der Grund dürfte sein, dass im letzten Fall die volle Performance ohne Wiederverwendungsmöglichkeit benötigt wird. Das wäre auch hier der Fall. Dann wäre die Falcon Heavy aber zu teuer.

Es gibt zwei Alternativen – man kann eine Falcon 9 nehmen und einen Swing-By an der Erde durchführen oder man macht dies mit der Falcon Heavy Nach der Performance Website kann eine Falcon Heavy bei Wiederverwendung 3165 kg auf eine Bahn mit einem C3 von 26 km²/s² befördern – das wäre eine Sonnenumlaufbahn mit einer Flugdauer von genau zwei Jahren. Der Erdvorbeiflug nach zwei Jahren müsste dann bis zu 3 km/s addieren, um auf das benötigte C3 zu kommen.

Alternativ setzt man auf der Falcon 9 eine Oberstufe ein, was allerdings auch Zusatzkosten impliziert. Auch hier ist aufgrund der fiktiven Nutzlastwerte auf der SpaceX Website die Abschätzung schwer. Das NASA Performance Tool führt die Rakete aber gar nicht auf. Die bisher größte Nutzlast waren Starlinksatelliten die 15,2 t wogen und in einen 53 Grad Orbit entlassen wurden. Die höchste Geschwindigkeitsanforderung sind 7,24 km/s über der Kreisbahngeschwindigkeit bei 29 Grad Bahnneigung. Als Erstes habe ich die Nutzlast für eine 29 Grad Bahn errechnet. Das sind etwa 15,9 t. Dann habe ich in Gedanken die Nutzlast durch eine SEC Centaur ersetzt und berechnet, wie viel Masse noch übrig bleibt, wenn diese um 7,24 km/s beschleunigt. Das sind 3.090 kg. Davon geht das Leergewicht der SEC Centaur von 2.343 kg ab, es bleiben also noch 847 kg übrig. Davon ginge noch ein Nutzlastadapter ab, sodass man Netto bei etwa 700 kg landet. Das ist etwas weniger als bei Voyager, doch mit leichten Gewichtseinsparungen. Voyager hatte z.B. einen großen Treibstoffvorrat der über 100 kg wog und den man nie brauchte. So denke ich ist es machbar. Ideal wäre hier eine alte Centaur, da man ja auf rund 7 t Treibstoff verzichten muss, die hatte eine um 400 kg geringere Leermasse. Praktisch würde man die Centaur volltanken und als Oberstufe nutzen. Dann wäre eine Nutzlast von etwa 1.500 kg für das höchste C3 möglich, allerdings ist das ein selbst berechneter Wert, und da die Massen für die Oberstufe nur geschätzt sind, mit entsprechender Unsicherheit behaftet. Andererseits ist die Centaur nun die letzte Stufe und deren Werte sind bekannt, sodass selbst eine größere Massenabweichung bei der Falcon 9 Zweitstufe in dem Polster von mindestens 500 kg abgefedert werden. Offen sind die Kosten für eine Centaur Oberstufe, doch die kleinste Version der Atlas V 401 kostet nach ULA angaben 109 Millionen Dollar, da schätze ich wird die Oberstufe ein Drittel ausmachen, also etwa 35 Millionen Dollar. Die Falcon 9 hat ebenfalls einen variablen Preis, der bei den nächsten Missionen zwischen 59 und 177 Millionen Dollar liegt. Da es aber eine Alternative gibt – die Atlas 401 kann 1,8 t auf eine Zweijahresumlaufbahn befördern, das verlängert dann die Mission wird SpaceX wohl eher weniger verlangen. Bestimmt weniger als 109 Millionen Dollar sonst, würde die NASA gleich die Atlas V wählen. Man wäre dann bei:

636 Mill. Dollar – ein etwa das, was New Horizons kostet.

Bei zwei Sonden dürfte die zweite Sonde preiswerter werden lassen. Diese könnte dann für etwa 310 Millionen Dollar gebaut werden, wenn man 0,75 als typischen Exponent einer Lernkurve ansetzt. Insgesamt denke ich das dies nicht zu viel für die Mission ist.

27.4.2021: Dinge, bei denen ich den Nutzen nicht verstehe

Ich bin treuer Leser der Computerzeitschrift ct‘. Sporadisch seit der zweiten Ausgabe 1983, als Abonnement seit 1995. In den letzten Jahren lese ich immer weniger drin, das hat vielerlei Gründe. Einer der Wichtigsten ist, das vieles was dort besprochen oder getastet wird mich nicht mehr tangiert. Lag früher das Hauptaugenmerk des Titels auf "Computer", so ist es heute mehr „Technik“. (ct steht für Computer & Technik). Es werden Kopfhörer für Hunderte Euro besprochen, vor allem aber zahlreiche Geräte die man in den Begriff Smart-XXX oder Iot (Internet of the Things) einordnen kann. Also Dinge, die es eigentlich ohne Smart schon seit langem gibt, nun aber mit integrierten Computern und App-Steuerung.

Bespiele gefällig? Es gibt Fahrradschlösser, die man mit einer App sperren und entsperren kann. Dasselbe natürlich auch für die Haustüre. Schon im Discounter gibt es Smart-Home Startersets für die Steuerung von Beleuchtung in jeder möglichen Farbe und Lichtstärke oder der Heizung. Dazu kommen die Smart-Watches, Fitness-Tracker mit App-Anbindung, Schlafdiagnosegeräte etc... Ja selbst komplette Autos und Fahrräder – selbst wenn die nichts „Smartes“ haben, sondern nur einen Elektroantrieb, werden inzwischen bei der ct getestet.

Alle haben zwei Dinge gemeinsam: sie sind schweineteuer und mir erschließt sich nicht der Sinn. Das angesprochene Fahrradschloss kostet rund 300 Euro, also so viel wie ein Dreigangdahrrad. Smartwatches fangen bei 200 Euro an, können aber auch durchaus vierstellige Preise erzielen.

Der fehlende Sinn? Nehmen wir mal die Heizungssteuerung. Ich habe eine alte Heizung, seit letztem Jahr geht die Zeitschaltuhr pro Tag um 5 Minuten nach. Beim letzten Service fragte ich, ob man sie austauschen könnte. Der Monteur meinte das ginge nicht, da jeder Hersteller ein eigenes Süppchen kocht und die schon lange nicht mehr hergestellt wird. Also gehe ich zweimal am Tag kurz in den Keller und stelle manuell von Tag- auf Nachtbetrieb um und umgekehrt. Klingt umständlich, ich bilde mir aber ein, das dies noch schneller geht, als nun das Smartphone rauszukramen und die App zu öffnen. Vor allem soll man ja was für die Fitness tun, deswegen gibt es ja Fitness Tracker. Ähnliches kann ich zu fast jedem Smart-Artikel sagen. Wann verändert man zu Hause drastisch das Licht? Wenn ich mehr Licht brauche, mache ich einfach eine zusätzliche Lampe an. Wenn es eine bestimmte Stimmung also Lichtfarbe sein soll, dann ist das doch meistens so wenn es romantsch wird und da sind Kerzen und Teelichter nicht nur viel romantscher, sondern auch billiger. Ich glaube im normalen Leben braucht man nie die Möglichkeit die Lichtfarbe beliebig einstellen zu können.

Ganz seltsam wird es bei den Smartwatches. Sie sind so klein, das der Akku einmal am Tag aufgeladen werden muss, aufgrund der Größe und des Konzepts sind sie schwer zu bedienen und wenn es wirklich was wichtiges gibt ist das Display zu klein. Sie funktionieren ja auch nur mit Smartphone. Der wichtigste Einsatzzweck scheint nur zu sein aufmerksam zu machen, wenn man das Vibrieren oder den Ton des Smartphones nicht wahrnimmt oder nicht wahrnehmen darf da abgestellt. Dafür mehrere Hundert Euro ausgeben?

Eine Uhr ist für mich einer dieser Gegenstände, die einfach nur funktionieren müssen. Ich schaue drauf um die Uhrzeit abzulesen, zweimal im Jahr muss ich sie umstellen, weil unsere Regierung es nicht fertigbringt, die Uhrzeitumstellung abzuschaffen und irgendwann ist der Akku leer und ich kaufe eine neue. Ich will gar nicht so viel Zeit mit meiner Uhr verbringen und darum scheint es mir geht es – die Leute haben zu viel Zeit um sie in technische Gadgets zu investieren.

Mich beschleicht aber auch der Verdacht, dass ich womöglich anders ticke als die meisten. Denn die meisten haben auch ein Smartphone und ich habe mir zwar mal eines gekauft aber benutze es nicht mehr. Das fing an als Ende der Neunziger die Handys aufkamen und sich die meisten eines anschafften. Schlussendlich haben sich die Smartphones aus den Handys ermittelt. Bei Handys war der Einsatzzweck noch übersichtlich. Nun war man theoretisch immer erreichbar und später konnte man auch Nachrichten verschicken und empfangen. Schon da erschloss sich mir nicht der Sinn so ein Gerät zu kaufen, das ja immer auch verdongelt mit einem Handyvertrag war. Die Frage, die ich mir damals stellte, war: wer will mich ganz dringend tagsüber anrufen, wenn ich nicht zu Hause bin? Da fielen mir nicht viele ein. Die nächste Frage war – bin ich auch dann erreichbar und das bin ich eben nicht. Damals habe ich noch Informatik studiert und da sind Handys wegen der der Störwirkung in der Vorlesung und Praktika verpönt und mussten ausgeschaltet bleiben. Später hatte ich einen Arbeitsplatz mit Festnetznummer, die ich auch an Personen weitergab, für die es einen Grund für einen unaufschiebbaren Anruf gab. Übrig blieben zwei bis drei Stunden am Tag, wo ich unterwegs war und während der Zeit eben nicht erreichbar. Dafür ein Telefon anschaffen? War mir zu umständlich. Handybesitzer wurde ich erst 2017 und nur deswegen, weil ich über Online Orders bei Aktien gegenüber der telefonischen Order mehr sparte, als ein Handy mit Prepaid im Jahr kostet. Dafür muss man aber eine mobile Tan empfangen können, was bei meinem Festnetztelefon nicht geht. Als „Neuling“ in der Materie habe ich sogar inzwischen das zweite Handy (und nur ein Handy), weil die SIM-Karte des ersten irgendwann gesperrt wurde, da ich das Prepaid Guthaben nie aufbrauchte und somit auch nie ein neues auflud. Beim Zweiten bin ich schlauer und mein Prepaid Guthaben steigt jedes Jahr...

So habe ich wohl den Trend zum Smartphone gar nicht mitbekommen. Ich habe mir trotzdem eines gekauft, aber wohl zu wenig investiert, ein Alcatel Pixi 4 für unter 70 Euro. Das Ding war zu langsam, aber dass Smartphones nichts für mich sind, habe ich auch so mitbekommen. Auf dem Display sieht man zu wenig, wenn man surft, die Bildschirmtastatur ist zu klein und hat kein Feedback. Nach einigen Tests, bei denen ich vor allem Youtube Videos anschaute, landete es in der Schublade. Mir begegnen auf der Straße trotzdem etliche Leute, die nicht nach vorne, sondern nur auf ihr Smartphone schauen. Zweimal sogar auf dem Fahrrad, was sehr gefährlich ist. Ich hoffe nur Autofahrer machen das nicht auch. Keine Ahnung was sie dort ansehen, ich vermute Twitter-Tweeds, Chat-Verläufe. Das ist kurz genug, das es auf das Display passt. Auch hier: Ist es so dringend, das man sogar das Gehen dafür unterbrechen muss? Oder ist das schon eine Art Sucht?

Eine Sucht vielleicht nicht nach einem Gerät, sondern nach Aufmerksamkeit. Für viele ist es wichtig das Hunderte oder Tausende von „Followern“ wissen was sie tun, denken oder sehen.

Ich habe vor Jahren mal ein Twitter-Konto eröffnet. Doch das verstaubt auch. Was habe ich schon dauernd von mir zu geben? Anfangs wann ein neuer Blog oder Buch erscheint, doch ich denke wer meinen Blog kennt wird auch so dem Blog folgen. Dazu gibt es ja einige Möglichkeiten oder man legt ihn einfach als eine Startseite fest. Und etwas erneut zu twittern, was schon jemand getwittert hat halte ich für das Erzeugen von Informationsmüll. Ich habe ehrlich gesagt schon Probleme, alle paar Tage einen neuen Blog aufzulegen und genauso ehrlich gesagt, ich meine, dass meine persönliche Meinung zu vielen Dingen interessiert wenige. Ebenso wenig wie mich die Meinung anderer interessiert, ganz zu schweigen davon jedes Detail des eigenen Lebens mit der Handykamera zu dokumentieren. Vor allem nicht für Leute die ich die persönlich kennengelernt habe, sondern nur mit ihrem Nickname und aus dem Internet kenne.

In jedem Falle wird man für die Gadgets, so bezeichne ich sie mal, viel Geld los. Denn billig ist nichts. Ich glaube das ist eine Altersfrage. Wenn ich zurückdenke was ich früher für Computer und Zubehör ausgegeben habe, oftmals ohne das es einen großen Nutzen hatte, dann schüttele ich heute nur noch den Kopf. Dabei war die Hardware damals noch viel teurer als heute. Heute denke ich rationaler – was habe ich davon, was nützt es mir? Nachdem die letzten PC nach ziemlich genau 5 Jahren Defekte hatten, obwohl sie mir noch genügten, habe ich beim derzeitigen extra auf Langlebigkeit geachtet und z.B. ein Mainboard mit Festkörper Kondensatoren und einem Business Chipsatz gekauft. Der Rechner wird im Juli 7 Jahre alt und solange er es tut ist auch kein neuer geplant. Ich glaube so lange leben die meinten Gadgets nicht. Bei Smartphones noch kein Problem, doch wenn man Dinge hat, zum Bereich Smart-Home gehören, dann zählt eben Langlebigkeit. Die Installation von Licht, die Steuerung der Heizung oder das Hausschloss wechselt man nicht alle paar Jahre und läuft dann auf dem aktuellen Smartphone noch die App?

Manchem reichen Gadgets nicht. In der aktuellen ct‘ finde ich eine Bauanleitung für einen Farmbot. Das ist ein Gerät, das auf Schienen über ein 3 x 1,5 m großes Hochbeet fährt und das automatisch bewässert. Kosten, ohne Hochbeet 1.600 Euro. Wofür? Also viele gärtnern gerne, es gibt ja nicht umsonst die Schrebergarten für die, die keinen Garten am Haus haben. Unstrittig ist auch, das sich der Aufwand nicht lohnt. Das gilt schon für den normalen Garten. Selbst Bioware von Demeter und Bioland ist günstiger, wenn man rechnet, was man für Gerätschaften ausgibt, selbst wenn man seine eigene Arbeitszeit nicht rechnet. Doch der Bot nimmt einem ja auch das ab. Dann kann ich aber doch gleich alles im Laden kaufen. Nichts gegen IoT. Ich finde das was man als „Maker-Szene“ bezeichnet ausgesprochen befruchtend. Sie bringt Leute dazu, sich wieder mehr damit zu beschäftigen, wie Computer arbeiten. Früher musste man ja programmieren, wenn man ein Problem jenseits des Mainstreams hatte. Ich mache das immer noch, selbst wenn es schon eine fertige Lösung gibt. Aber Müssen tut man es heute nicht mehr, im Internet gibt es eine Lösung für fast jedes Problem, man muss sie nur finden. Die meisten wissen nicht mal wie ein Computer funktioniert oder können programmieren. Indem man nun Sensoren an Kleincomputer wie dem Arduino oder Raspberry Pi ranhängt, hat man eine Experimentierwiese. Man kann etwas machen, was man nicht kaufen kann. Ich habe vor Jahren mal eine Wetterstation an einem Raspberry Pi programmiert. Leider gingen irgendwann die Sensoren kaputt, der Raspi funktioniert immer noch. Derzeit überlege ich ob ich etwas mache was ich im Radio gehört habe. Dort haben Studenten ein Gerät entwickelt, das den Abstand vorbeifahrender Autos zum Fahrrad misst. Der muss ja mindestens 1,5 m betragen – ich halte das Einhalten eher für die Ausnahme. Ich denke so was kann ich, auch wenn ich einen Raspberry an eine Powerbank hänge und mit entsprechenden Sensoren bestücke. Die Messung würde eben automatisch beim Systemstart beginnen und alles in einer Datei ablegen. Eine Suche zeigte auch das es kostengünstige Sensoren gibt die Abstände messen. Mal sehen, vielleicht mein nächstes Projekt. Genügend Raspis die ich nicht nutze, (eigentlich nur den Letzten und leistungsfähigsten) habe ich ja.Aber ein Bot für das Gießen eines Hochbeets? Ehrlich?

Kürzlich hörte ich nach längerer Zeit im Radio wieder „1984“ von den Eurhytmics. Der Song entstand ja in Anlehnung an den Roman von George Orwell, der im selben Jahr ja auch verfilmt wurde und so wieder aktuell war, auch wenn die Computertechnik noch weit davon entfernt war, das zu leisten was im Roman „1984“ kam. Apple nutzte das Thema auch für seinen berühmten Macintosh-Spot. Heute ist „1984“ Realität. Wir werden getrackt, wenn wir uns im Internet bewegen. Ja manche stellen sich sogar ein Gerät ins Wohnzimmer, das jede Unterhaltung aufnimmt und ins Internet überträgt und dort wird sie (trotz anderseitigen Beteuerungen) dann natürlich auch ausgewertet. Nur damit sie „Hey Alexa“ sagen können anstatt das sie kurz eine Frage oder einen Musikwunsch eintippen können. 1984 haben wir uns noch über einen harmlosen Fragebogen zur Volkszählung aufgeregt. Wie sich doch die Zeiten ändern ….

28.4.2021: Ein realisierbarer Uranusorbiter

Bei meiner Suche nach Bahnen für eine Uranus und Neptun Flyby Sonde entdeckte ich das ein Uranusorbiter mit chemischem Antrieb, also Stand der Technik möglich wäre. Ich will das heute einmal zu meinem Thema machen.

Besonderheiten des Uranussystems

Die wesentliche Besonderheit des Uranus und seines Mondsystems, das auch wesentlichen Einfluss auf das Missionsdesign hat, ist die Lage der Rotationsachse. Sie ist um 98 Grad zur Bahnebene geneigt. Nun was bedeutet das? Ich veranschauliche es mal am Beispiel der Erde. Alle Planeten haben eine mehr oder weniger stark zur Bahnebene geneigte Rotationsachse. Bei der Erde beträgt der Winkel knapp 24 Grad. Das verursacht bei uns die Jahreszeiten. Die Erde rotiert raumfest, das heißt die Achse zeigt immer auf einen festen Punkt – deswegen nutzen wir bei uns auf der Nordhalbkugel den Polarstern, der nahe dieses Punktes ist, um Fernrohre parallel zur Rotationsachse der Erde auszurichten. Während eines Jahres dreht sich die Erde aber einmal in einem Kreis um die Sonne, das heißt der Teil der Oberfläche, der beleuchtet ist, schwankt im Laufe des Jahres.

Nur an zwei Tagen im Jahr steht die Achse senkrecht zur Rotationsachse, dann herrscht überall auf der Erde Tag und Nachtgleiche, das ist am 21.3 und 22.9 der Fall. An zwei anderen Tagen ist der Tag am längsten und die Nacht am kürzesten und umgekehrt, das sind die Sommersonnenwende am 21.6 und die Wintersonnenwende am 21.12. Die Verknüpfung mit Jahreszeiten erfolgte schon frühzeitig, gilt so aber nur für die Nordhalbkugel. Auf der Südhalbkugel sind die Jahreszeiten gerade umgedreht.

Die Schwankung der Tageslänge ist um so größer, je weiter man sich von dem Äquator entfernt – nur dort sind Tag und Nacht immer gleich lang. Nähert man sich den Polen so ist es so, das ab einem bestimmten Breitengrad um die Sonnenwenden die Nacht bzw. Tag gar nicht mehr enden. Die Grenze definieren wir als die Polarkreise, das ist der Komplementärwinkel zur Erdachsenneigung also 66+ Grad. Damit verbunden sind noch andere Phänomene wie z.B., wie steil die Sonne über den Himmel zieht oder auf- und untergeht.

Bei Uranus mit einer Achsenneigung von 98 Grad bedeutet das, das Rotationsachse und Bahnachse nur einen Winkel von 8 Grad haben (per Definition geht man davon aus, dass die Rotationsachse einen Winkel von 90 Grad zur Bahnachse hat, das heißt, wenn er 0 Grad beträgt, dann rotiert der Planet senkrecht zur Bahnachse. Entsprechend rotiert Uranus in der Bahnachse – mit einer kleinen Abweichung von 8 Grad, die man aber vernachlässigen kann. Das bedeutet, wo bei uns der Polarkreis bei 66+ Grad beginnt, ist es bei Uranus bei 8 Grad der Fall. Auf jeweils einer Hemisphäre jenseits 8 Grad vom Äquator herrscht jeweils ein halbes Uranusjahr völlige Dunkelheit bzw. wird diese dauernd beleuchtet. Nur zweimal im Jahr ist es so das die gesamte Oberfläche beleuchtet wird, wenn die Rotationsachse wieder senkrecht zur Bahnebene steht. Das hat natürlich Folgen für eine Raumsonde, die so nur einen Teil der Oberfläche beobachten kann. Das ist bei Uranus kein Problem, er rotiert ja. Aber die Monde rotieren gebunden. Das heißt sie drehen sich einmal um die eigene Achse, während sie den Planeten umkreisen und so ist auch bei ihnen über ein halbes Uranusjahr – und das sind 42 Erdjahre, nur die Hälfte der Oberfläche beleuchtet. Das ist vergleichbar mit dem Erdmond. Auch er rotiert gebunden, so sehen wir immer nur eine Hälfte. Bis 1959 war die Rückseite unbekannt. Nur wird die Rückseite beleuchtet und bei den Uranusmonden nicht. Lediglich zu den Sonnenwenden – die nächste ist 2048 – kann man die ganze Oberfläche der Monde beobachten.

Ein zweiter Punkt ist die Lage der Umlaufbahn. Eine Sonde wird sich aus der Ebene der Ekliptik dem Planeten nähern oder zumindest mit einem kleinen Winkel zu dieser. Das ganze Mondsystem rotiert aber nahezu senkrecht zur Rotationsachse, ebenso wie die Ringe. Die Abbildung hier zeigt den Weg von Voyager 2 durchs Uranussystem und es zeigt die grundlegende Problematik - wenn eine Sonde nun in eine umlaufbahn einschwenkt, dann ist das praktisch eine polare Umlaufbahn. Sie wird so niemals den Monden sehr nahe kommen, wie dies bei Jupiter oder Saturn der Fall ist. Dazu muss man die Bahn um 98 Grad drehen, was ebenfalls Treibstoff benötigt.

Ergebnisse des NASA Trajektorie Browsers

Ich stelle hier mal die Ergebnisse des NASA Tranjektory Browsers für Rendezvousbahnen zu Uranus vor. Jede Tabelle enthält die optimalen Flugrouten zwischen 2026 und 2040 für eine bestimmte Reisezeit, maximal eine Bahn pro Jahr

8 Jahre Flugzeit:


Earth_Departure

Dest_Arrival

Duration (days)

C3 (km2/s2)

Abs DLA (degs)

Injection DV (km/s)

Post-injection DV (km/s)

Total DV (km/s)

Route

Jun-07-2034

May-28-2042

2912

87.5

22

6.66

2.41

9.07

EJU

Jul-12-2035

Jul-02-2043

2912

107.2

1

7.33

1.82

9.15

EJU

Aug-31-2036

Aug-21-2044

2912

141.2

27

8.41

1.51

9.92

EU

May-03-2033

Mar-22-2041

2880

84.9

37

6.57

3.37

9.94

EJU

Sep-03-2037

Aug-24-2045

2912

142.1

30

8.44

1.5

9.94

EU

10 Jahre Flugzeit:


Earth_Departure

Dest_Arrival

Duration (days)

C3 (km2/s2)

Abs DLA (degs)

Injection DV (km/s)

Post-injection DV (km/s)

Total DV (km/s)

Route

Jun-07-2034

Jun-02-2044

3648

85.7

23

6.6

1.14

7.74

EJU

Jul-28-2035

Jul-23-2045

3648

103.8

3

7.22

0.9

8.12

EJU

May-19-2033

May-15-2043

3648

87.7

37

6.67

1.56

8.23

EJU

Aug-31-2036

Aug-27-2046

3648

125.4

15

7.92

0.85

8.77

EJU

Sep-25-2039

Sep-20-2049

3648

136.9

30

8.28

0.86

9.14

EU

Jul-19-2026

Jul-14-2036

3648

134.8

9

8.21

0.95

9.17

EU

Aug-20-2032

Aug-16-2042

3648

136.6

20

8.27

0.91

9.18

EU

Jul-22-2027

Jul-17-2037

3648

136.2

14

8.26

0.95

9.21

EU

Sep-22-2038

Sep-17-2048

3648

139

27

8.35

0.87

9.21

EU

Aug-18-2031

Aug-13-2041

3648

137.5

17

8.3

0.91

9.21

EU

Jul-24-2028

Jul-20-2038

3648

138.6

19

8.33

0.94

9.28

EU

Aug-15-2030

Aug-10-2040

3648

140.2

13

8.38

0.92

9.3

EU

Sep-19-2037

Sep-15-2047

3648

142.7

25

8.46

0.87

9.33

EU

Aug-12-2029

Aug-08-2039

3648

142.7

10

8.46

0.93

9.39

EU

12 Jahre Flugzeit


Earth_Departure

Dest_Arrival

Duration (days)

C3 (km2/s2)

Abs DLA (degs)

Injection DV (km/s)

Post-injection DV (km/s)

Total DV (km/s)

Route

Jun-07-2034

Jul-20-2044

3696

85.7

23

6.6

1.11

7.71

EJU

Jul-12-2035

Aug-24-2045

3696

100.2

0

7.1

0.95

8.05

EJU

May-19-2033

Jul-02-2043

3696

87.6

38

6.67

1.48

8.15

EJU

Aug-31-2036

Sep-12-2046

3664

125.4

15

7.92

0.85

8.76

EJU

Sep-25-2039

Nov-07-2049

3696

136.6

30

8.27

0.84

9.11

EU

Jul-19-2026

Aug-31-2036

3696

134.6

10

8.21

0.92

9.13

EU

Aug-20-2032

Oct-03-2042

3696

136.4

20

8.27

0.88

9.15

EU

Sep-22-2038

Nov-04-2048

3696

138.6

28

8.33

0.84

9.18

EU

Aug-18-2031

Sep-30-2041

3696

137.1

17

8.29

0.89

9.18

EU

Jul-22-2027

Sep-03-2037

3696

136.3

14

8.26

0.92

9.18

EU

Aug-15-2030

Sep-27-2040

3696

139.7

14

8.37

0.9

9.26

EU

Jul-24-2028

Aug-21-2038

3680

139.1

20

8.35

0.92

9.27

EU

Sep-19-2037

Nov-02-2047

3696

142.1

25

8.44

0.85

9.29

EU

Aug-12-2029

Sep-25-2039

3696

142.1

11

8.44

0.9

9.34

EU

So, nun zu den Erklärungen der Spaltenwerte. Ich fange mit dem Einfachsten an. Die Route gibt die beteiligten Planeten an. Es geht immer von der Erde (E) los und endet bei Uranus (U). Doch oft kann ich Geschwindigkeit oder Zeit sparen, wenn ich Jupiter als Sprungbrett nutze. Das ist während einiger Jahre pro gemeinsamer Periode von Uranus und Jupiter (13-14 Jahre) möglich.

Der DLA-Winkel ist wichtig für die Auslegung der Bahn. Für US-Raketen, die praktisch jede Bahnneigung anstreben können, ist er unbedeutend. Bei einem Start vom CSG aus, sind bestimmte Winkel verboten, weil Stufen sonst auf bewohntes Gebiet niedergehen könnten ist er relevant. Ist er zu hoch, dann benötigt man mindestens einen Erdvorbeiflug um den DLA-Winkel zu erreichen, wie dies z.B. bei BepiColombo der Fall war.

Die Residualer dürfte selbsterklärend sein. Wie man sieht, werden 12 Jahre nicht ausgenutzt, maximal 3696 Tage, also 10 Jahre 2 Monate benötigt man.

Für eine konkrete Mission sind die beiden Geschwindigkeitswerte bzw. die damit zusammenhängende Größe C3 wichtig. Denn je höher diese sind desto mehr Treibstoff benötigt man. Damit man diese Werte in etwa einsortieren, kann hier einige Geschwindigkeiten von Satelliten und Raumsonden für Ziele im Sonnensystem:

Orbit

Geschwindigkeit

C3

Nutzlast Atlas 551

LEO 200 km

7784 m/s

-61 km²/s²

18.814 kg

GTO 200 x 35790 km

10.239 m/s

-16 km²/s²

6.880 kg

Mars, 150 x 228 Mill. km

11.405 m/s

8,8 km²/s²

5,731 kg

Jupiter, 150 x 780 Mill. Km

14.110 m/s

78 km²/s

1.669 kg

New Horizons

16,204 m/s

141 km²/s²

479 kg

New Horizons musste in etwa die doppelte Geschwindigkeit eines Satelliten erreichen. Das klingt jetzt erst mal nach nicht so vil ist aber vergleichbar als würde die Atlas in den Erdorbit eine Rakete befördern die dann wieder so viel Geschwindigkeit aufbringen muss, das wenn sie vom Erdboden aus startet selbst die Nutzlast einen Erdorbit erreicht. Die Nutzlast nimmt exponentiell ab. Daher habe ich in die letzte Spalte die Nutzlast nach offiziellem Users Manual eingetragen. (bei Jupiter: Berechnung)

Für das Missionsdesign wichtig ist, das auch beim Uranus abgebremst werden muss. Die angegebene Geschwindigkeit ist die Überschussgeschwindigkeit in einem 200 km Orbit gegenüber der Fluchtgeschwindigkeit – in der Praxis wird man mehr abbremsen müssen, dazu später mehr. Diese Geschwindigkeit sollte also möglichst klein sein, um die Sondenmasse zu vergrößern. An diesem Punkt kann man nichts ändern. Aber an der „Injektion dV“, auch diese relativ zu einem 200 km hohen Erdorbit. New Horizons war schon eine Ausnahme, dahingehend das sie Jupiter direkt erreichte. Heute nutzt man dazu Swing-By. Galileo und Cassini nahmen Schwung an Venus und Erde und verließen die Erde mit einem relativ niedrigen C3 von unter 10 km²/s². Ich kann leider nicht alle möglichen Bahnen berechnen, aber es gibt einige Sonderfälle, die einfach berechenbar sind, das sind Bahnen, deren Periode ein einfacher Bruch der Periode der Erde ist. Der einfachste Fall ist der einer Sonnenumlaufbahn mit einer Periode von 2 Jahren. Nach 2 Jahren hat die Erde genau zwei Umläufe durchgeführt, die Sonde einen. Wenn sie nun an der Erde vorbeifliegt, kann diese sie nochmals beschleunigen. Damit dies in die richtige Richtung geschieht muss man meist noch eine Kurskorrektur durchführen. Das machten bisher alle Raumsonden so. Ich habe für diese „Deep Space Manaever“ 500 m/s eingeplant. Der Vorteil dieser Lösung ist, dass die Bahn nur bis 325 Millionen km heraus geht. Bei Jupiter sind es dagegen 780 Mill. km. Das dV für einen Flug zum Jupiter sinkt von 78 auf 26 km²/s² bzw. von 14.110 auf 12.124 m/s. Die Erde muss die Sonde dann noch um weitere 2 km/s beschleunigen, was bei einem Vorbeiflug möglich ist.

Die Nutzlast für diese Geschwindigkeit nach einer einfachen dV Berechnung beträgt:


Rakete

Nutzlast

[kg]

Zielgeschwindigkeit

12.124,0

m/s

Minimale Nutzlast

2.000,0

kg

Ariane 5 ECA

4.442,9

kg

Ariane 64

4.846,9

kg

Atlas V 401

2.188,7

kg

Atlas V 411

2.770,5

kg

Atlas V 421

3.226,8

kg

Atlas V 431

3.777,5

kg

Atlas V 521

2.985,8

kg

Atlas V 531

3.573,5

kg

Atlas V 541

3.956,1

kg

Atlas V 551

4.028,4

kg

Delta IV (5,2)

2.089,1

kg

Delta IV (5,4)

3.155,9

kg

Delta IV Heavy

6.361,0

kg

Delta IV M (4,2)

2.792,3

kg

Delta IV M (5,2)

2.150,2

kg

Delta IV M (5,4)

3.220,5

kg

Falcon Heavy

6.023,1

kg

SLS ICPS

17.712,9

kg

Ich habe alle Raketen aufgeführt, die für NASA und ESA in Frage kommen, andere chinesische, russische oder Raketen mit unklarer Datenlage habe ich weggelassen. Als Minimum habe ich 2.000 kg Masse für die Mission angesetzt. Für eine konkrete Mission muss man das nochmals im Detail durchrechnen, weil es bei den meisten Trägern durch die lange Brennzeit der Oberstufen noch Gravitationsverluste gibt und der DLA-Winkel noch berücksichtigt werden muss.

Es gibt aber eine erstaunlich große Auswahl. Reduzieren wir das auf bezahlbare Träger, die es auch in einigen Jahren noch gibt, so bleiben Atlas, Ariane 5/6 und Falcon Heavy übrig.

Schauen wir uns nun noch einmal die Bahnen an. Ich habe die direkten Routen ausgeschlossen. Zum einen ist das dV nochmals deutlich höher, zum anderen braucht man lang und nicht zuletzt ist Jupiter nicht nur ein Sprungbrett, sondern selbst ein Planet der nicht nur es erlaubt die Instrumente schon mal zu erproben, sondern auch zusätzliche Ergebnisse verspricht. Da wir durch weitere Vorbeiflüge das dv beim Start auf Kosten der Reisezeit reduzieren können, sortiere ich nun die verbleibenden Routen nach dv bei der Ankunft:


Earth_Departure

Dest_Arrival

Duration (days)

C3 (km2/s2)

Abs DLA (degs)

Injection DV (km/s)

Post-injection DV (km/s)

Total DV (km/s)

Aug-31-2036

Aug-27-2046

3648

125.4

15

7.92

0.85

8.77

Jul-28-2035

Jul-23-2045

3648

103.8

3

7.22

0.9

8.12

Jul-12-2035

Aug-24-2045

3696

100.2

0

7.1

0.95

8.05

Jun-07-2034

Jul-20-2044

3696

85.7

23

6.6

1.11

7.71

May-19-2033

Jul-02-2043

3696

87.6

38

6.67

1.48

8.15

May-19-2033

May-15-2043

3648

87.7

37

6.67

1.56

8.23

Jul-12-2035

Jul-02-2043

2912

107.2

1

7.33

1.82

9.15

Denn nun müssen wir dazu kommen, was wir wirklich für ein dv bei Uranus benötigen. Wenn wir den Planeten nicht nur selbst erkunden wollen, sondern auch die Monde, benötigt man eine Bahn die eine nicht zu lange Umlaufzeit hat. Ich habe mich für 30 Tage Umlaufdauer entschieden, dann gibt es zwischen zwei Perizentrendurchläufen, bei denen auch die Monde passiert werden, 30 Tage Zeit die Daten zu übertragen. Die erste Bahn soll 120 Tage Umlaufszeit haben. Diese hohe Umlaufdauer erlaubt es weniger Treibstoff zu benötigen, wenn im Apozentrum die Inklination bei nun minimaler Geschwindigkeit geändert wird. Die obigen dv beziehen sich ja nur auf eine Geschwindigkeitsdifferenz zur Fluchtgeschwindigkeit, damit ist man noch nicht in einem stabilen Orbit. Schaut man sich die Treibstoffvorräte silbriger Missionen an, so ist klar, dass alles über 2 km/s wegfällt – schon bei 2 km/s beträgt die Masse nach dem Abbremsen dann nur noch die Hälfte und dazu kommen noch weitere Geschwindigkeitsänderungen im Orbit.

Die erste Bahn führt bis auf 1.000 km an die Wolken heran und entfernt sich dann wieder auf 5 Millionen km. Diese Bahn erforder 369 m/s mehr, als in der Tabelle oben angegeben. Die Endbahn soll genau außerhalb der letzten Ringkante verlaufen (78.000 km über den Wolken) und sich bis auf 2 Millionen km entfernen. Zudem wird die Bahnneigung um 98 Grad gedreht, sodass die Sonde die gleiche Bahnneigung wie das Uranussystem hat (das ist ein Worst-Case Szenario, da man mit einer Bahnneigung von einigen Grad eintreten kann). Die beiden Bahnen haben Umlaufdauern von 121 bzw. 31 Tagen, kommen der Forderung also recht nahe. Diese Bahnanpassung von der 120 auf die äquatoriale 30 Tagebahn benötigt weitere 467 m/s. Dazu kommen noch die 500 m/s Reserve für Deep-Space Manöver, sodass man zur obigen Tabelle noch 1.345 m/s addieren muss.

In der Folge habe ich nun die Berechnung so aufgestellt, das mein Ziel es ist, eine 700 kg schwere Sonde ohne Antriebssystem in diesen Zielorbit zu bringen, das entspricht in etwa der Masse von Voyager ohne Treibstoff. Die Trockenmasse des Antriebssystems habe ich nach Erfahrungen mit Sonden auf 1/7 der Startmasse festgelegt, den spezifischen Impuls auf 3.000, einem typischen für NTO/MMH. Man kommt dann auf folgende Tabelle:


Earth_Departure

Dest_Arrival

Injection DV (km/s)

Post-injection DV (km/s)

Gesamt dV

Startmasse

Aug-31-2036

Aug-27-2046

7.92

0.85

2195

1772 kg

Jul-28-2035

Jul-23-2045

7.22

0.9

2245

1814 kg

Jul-12-2035

Aug-24-2045

7.1

0.95

2295

1860 kg

Jun-07-2034

Jul-20-2044

6.6

1.11

2455

2010 kg

May-19-2033

Jul-02-2043

6.67

1.48

2825

2426 kg

May-19-2033

May-15-2043

6.67

1.56

2905

2532 kg

Jul-12-2035

Jul-02-2043

7.33

1.82

3165

2918 kg

Realistisch wird die Sonde schwerer, denn man kann natürlich nicht den ganzen Treibstoff nutzen und man benötigt weiteren Treibstoff für Kurskorrekturen im Orbit und für Lageänderungen. Doch selbst die schwerste Sonde liegt noch im dV Budget einer Ariane 5 ECA oder den größeren Modellen der Atlas, ab der 531 (wegen des Durchmessers der Antenne wird man mit einer 4 m Verkleidung die Sonde nicht starten wollen). Das heißt alle diese Bahnen wären möglich, man hätte sogar noch Reserven für eine schwerere Sonde oder die Mitnahme einer Atmosphärenkapsel, die da sie vor dem Eintritt in die Umlaufbahn abgesetzt wird sich nur gering auf die Masse auswirkt.

Konkrete Massenberechnung

Nun noch die konkrete Berechnung der Nutzlast mit einer Ariane 5 ECA und Atlas 521 für ein C3 von 27 km²/s² und eine Anfangsbahnneigung von 38 Grad. Ich errechne für die Ariane 5 ECA eine Nutzlast von etwa 3.100 kg bei der Atlas 521 sind es 2.400 kg. Warum die große Abweichung zur ersten Tabelle? Nun bei Ariane 5 ist zum einen mal die viel größere Bahnneigung zu berücksichtigen die Nutzlast kostet. Bei der Atlas ist das etwas geringer. Bei beiden gibt es Gravitationsverluste, weil durch die lange Betriebdauer das Perigäum ansteigt, bei Ariane 5 auf über 1.400 km. Da die C3-Energie aber eine Differenzenergie ist, die zu der Fluchtgeschwindigkjeit addiert wird, ist dies ungünstig, denn die Endgeschwindigkeit sinkt so zwar etwas ab aber lange nicht so stark, wie der Anteil der in der Hubarbeit steht der dann auch die Fluchtgeschwindigkeit absenkt, sodass die zusätzliche Energie einen immer größeren Anteil an der Gesamtenergie ausmacht. Auch hier ist der Effekt bei der Atlas V 531 kleiner. Immerhin gäbe es bei ihr die Möglichkeit eine größere Version zu nehmen.

Da auch die Injektionsgeschwindigkeiten aller tabellierten Daten in etwa gleich sind, würde man in der Praxis wohl die günstigste Bahn mit einem Start am 31.8.2036 und einer Ankunft am 27.8.2046 nehmen. Geht man auf Nummer sicher, so legt man die Sonde mit großzügigen Treibstoffreserven aus und peilt den Starttermin 2035 an, dann hat man bei Problemen immer noch 2036 als Backupstartdatum. Wie die Startdaten zeigen, liegen alle in einem Zeitraum zwischen 2033 und 2035. Verpasst man diesen Zeitraum, so muss man über 13 Jahre warten, bis man wieder ein Dreijahresfenster hat, dass sich dann ab 2046 wieder für 3 Jahre öffnet oder man muss eine der direkten Bahnen nehmen. Bei einem geforderten Gewicht von < 1.900 kg hat man aber auch bei der Atlas V noch Reserven. Die Ariane 5 ist noch unkritischer und würde in jedem Falle auch die Mitnahme einer Atmosphärenkapsel, je nach Gewicht auch zwei zulassen. Die 700 kg Gewicht die für die Trockenmasse der Sonde angesetzt habe, sind dabei nicht mal wenig. Der Galileo Orbiter wog ohne Antriebssystem auch nur 734 kg. Mit Cassini kann man den Orbiter natürlich nicht vergleichen, Cassini wog leer 2.125 kg, davon geht die Trockenmasse des Antriebssystems aber noch ab, die man auf etwa 500 kg schätzen kann.

In der Summe denke ich wäre ein Uranusorbiter mit heutigen Trägern möglich. Geplant ist aber kein Unternehmen, soweit ich weiß.

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