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Web Log Teil 625: 3.7.2021 - 14.7.2021

2.7.2021: Kindergarten-Weltraumrennen

Beim heutigen Blog drängt sich mir ein Bild auf: Eine Gruppe Kindergärtler kommt von einem Ausflug heim, da rennt die letzten 10 m ein Knirps zur Türe, schlägt an und ruft laut „Erster!“.

Wenn man vom "Weltraumrennen" spricht, denken die meisten an die frühen Jahre der Raumfahrt, als es um Erstleistungen und Rekorde ging – erster Satellit, erste Mondsonde, erste Raumsonde … Das Rennen führte letztendlich zum Apolloprogramm. Doch das ist schon lange Geschichte. Seitens der NASA ging schon Ende der Sechziger Jahre der Fokus auf sinnvolle Forschungsprojekte anstatt Erstleistungen über und bei Russland waren die letzten Ereignisse die Armada von Mars 4 bis 7 um die Vikings zu schlagen und die Bilder von Venera 9/10, die ebenfalls noch vor den Vikings Bilder von der Oberfläche eines anderen Planeten liefern sollten.

Vor etwa 8 Jahren gab es dann das innerkoreanische Wettrennen um den ersten mit einer eigenen Rakete gestarteten Satellit. Es gewann Nordkorea, das am 12.12.2012 ihren Satelliten erfolgreich startete – Südkorea folgte nur 6 Wochen später am 30.1.2013. Dabei arbeiteten beiden Länder seit Jahren an einer eigenen Trägerrakete und die ersten Starts dieser erfolgten 2009.

Aber die beiden Staaten sind ein spezieller Fall, ähnlich wie die DDR ihren Interkosmos noch vor dem ersten westdeutschen Satelliten Azur startete. Aber würde man annehmen, dass in einem aufgeklärten Land wie den USA es heute noch so etwas wie ein Welktraumrennen geben würde?

Aber klar, wenn das Ego von Milliardären angekratzt ist. In den letzten Wochen hat sich ein Wettrennen zwischen den beiden Suborbitaltourismusfirmen Blue Origin (New Shepard) und Virgin Galactics (Spaceship Two) entwickelt.

Ich bin gespannt, wie es weiter geht. Am wahrscheinlichsten ist für mich, das Blue Origin den Start vorzieht, um noch vor SpaceShip Two zu starten, nur würden sie das wohl kam ankündigen. Aif der anderen Seite ist der 20.7 auch ein historisches Datum. Landung von Apollo 11 auf dem Mond und Viking Lander 1 auf dem Mars.

Ob mit den beiden Erstflügen dann das Wettrennen gelaufen ist? Wahrscheinlich, wenn nicht ich hätte, hier noch einige Vorschläge:

Tja dann gäbe es noch andere Erstleistungen, die weniger mit den Menschen zu tun haben, wie erster Sex im All (gut wird in der Zeit von 2 bis 4 Minuten Schwerelosigkeit etwas schwierig, sollte mit Vorbereitung aber zu schaffen sein) wobei ich vielleicht sagen sollte, erster offiziell dokumentierter Sex im All. Oder Haustiere im All. Gewichtsrekorde oder Größenrekorde (kleinster / größter Mensch) wären noch denkbar.

Also für ein Wettrennen à la Milliardärskindergarten gibt es wirklich genügend Stoff.

Bezos kündigte Wally Funk an, sie würde „Astronaut“ werden. Da kam ich erst ins Nachdenken – ist man als Suborbitalreisender eigentlich Astronaut? Oder sollte man dafür mindestens die Geschwindigkeit für einen Orbit erreicht haben? Die einzigen beiden bisherigen Suborbitalastronauten (wenn man unbeabsichtigte Startabbrüche mal ausklammert) Alan Shepard und Grissom flogen ja später nochmals ins All mit Gemini 3 und Apollo 14. Aber nach kurzem Nachdenken, nein muss man nicht. Man muss nicht mal geflogen sein. Bei allen Weltraumagenturen heißen selbst Anwärter für diesen Job „Astronaut“, Kosmonaut“ oder xxx-naut, so z.B. Matthias Maurer der derzeitige deutsche Astronaut im Astronautencorps der ESA.

Zuletzt noch eine Nachbemerkung. In den Medien wurde berichtet, dass Wally Funk Mitglied der „Mercury 13“ sei, eine inoffizielle Astronautengruppe, die die NASA nie starten lies. Das ist falsch. Der Arzt und Betreiber der nach ihm benannten Lovelace Klinik, William Lovelace unterzog 20 Frauen den gleichen Tests wie die Astronautenanwärter für das Mercuryprogramm. 13 der Frauen bestanden diese Tests. Mehr war es nie. Es gab keinerlei Beteiligung der NASA, noch deren Billigung oder das Versprechen, dass sie Astronauten oder Astronautinnen (Gender-Liebhaber*innen suchen sich bitte das Wort raus das ihnen am besten gefällt) werden würden. Die NASA wurde nicht mal davon unterrichtet. Die Frauen durchliefen nicht mal gemeinsam das Programm, sondern wurden in den laufenden Betrieb eingeschoben und lernten sich nicht kennen. Von den 13 leben nur noch zwei Wally Funk ist die Jüngste von ihnen. Klar ich kann alles so benennen, das es ähnlich wie ein offizielles Programm klingt. Auch eine Fußballmannschaft könnte ich „Mercury 11“ nennen. Aber das dieses „Buzzword“ so prominent in Medien, selbst deutschen wie dem sonst so gut informierten Skyweek auftaucht zeigt doch, wie völlig unkritisch heute Begriffe übernommen werden.

10.7.2021: Eine Belohnung fürs Impfen?

Die Auswirkungen des Sommers werden allmählich sichtbar. Es ist Urlaubszeit und damit fahren/fliegen mehr Personen in den Urlaub und von dort auch Corona mitbringen – die meisten wollen ja da hin, wo auch andere Menschen sind. Abstände werden kaum noch eingehalten und die Maske – man ist doch im Urlaub. Dazu kommt, dass sie dort auf andere Urlauber treffen, aus Ländern, bei denen die 7-Tages-Inzidenz nicht so gering ist wie bei uns. Gestern wurde erst Spanien zum Hochrisikogebiet hochgestuft. Bei uns steigt die 7-Tages-Inzidenz seit einigen Tagen wieder leicht an und wenn man nicht ein besseres Konzept hat, als letztes Jahr wird sie mit der Rückreisewelle dann stark ansteigen und im Gerbst kommt dann die vierte Welle.

Ein Vorschlag wurde gestern im Radio gebracht und man rief die Hörer auf, über ihn zu diskutieren. Nach einer Studie des Ifo Instituts wollte eine „Impfprämie“ von 100 Euro die Impfquote nahe der 80 % Grenze bringen, 500 Euro sogar zu 90 %. Angesichts der ansteckenderen Delta-Variante sind nun 85 % Impfquote das neue Ziel von RKI und Jens Spahn – das bedeutet, da wir Kinder unter 12 nicht impfen wollen und auch von den Erwachsenen einige Risikogruppen nicht geimpft werden können, das sich praktisch jeder ab 12 impfen lassen sollte. Prämien werden in verschiedenster Form diskutiert. Forscher plädieren für eine Prämie von 200 bis 300 Euro, Lindner für einen kostenlosen Eintritt in Museen. Verweisen wird auf Griechenland, wo junge Erwachsene 150 Euro für eine Impfung bekommen.

Das Ganze ist zwiespältig. Auf der einen Seite bekommen wir das Coronavirus nur in den Griff wenn wir eine hohe Impfquote haben, das es jemals wieder verschwindet glaube ich nicht, denn dazu müssten wir diese hohe Impfquote weltweit erreichen. Das heißt ein normales Leben, die Einschränkungen, die ja viele Betriebe auch wirtschaftlich treffen, wie nur zum Teil gefüllte Stadien und Gaststätten, werden erst dann fallen. Auf der anderen Seite will wohl niemand eine Impfpflicht. Die gibt es nur für Angestellte in Kitas wegen der Masern. Aber selbst für die Kinder nicht – sie ist nur Voraussetzung um einen Platz in der KITA zu erhalten, mann kann sich aber immer noch entscheiden, sein Kind nicht impfen zu lassen und dann selbst zu betreuen. Wie sollte eine Impfpflicht denn auch aussehen? Dazu müsste man jeden Geimpften ja erfassen und nach einer bestimmten Frist Nicht-Geimpfte durch die Polizei zwangsweise zur Impfung abholen lassen, Gewalt wird man wohl keine anwenden, so bleibt noch eine Strafe für Impfverweigern wie Busgeld.

Wenn es eine Prämie gibt, fühlen sich dann nicht alle verschaukelt, die sich schon geimpft haben lassen? Ich habe für meine Impfung einen Nachmittag geopfert und wurde dafür in den Schwarzwald gefahren. Andere haben etliche Versuche an Telefonhotlines oder Online hinter sich einen Termin zu ergattern. Das alles kostet Zeit und Nerven und nun gibt es die Impfung auf dem Silbertablett mit Geldprämie?

Die Begründung für die Impfprämie ist das die Impfung nach Untersuchung des Ifo Instituts rund 1.500 Euro wert ist. Um diesen Betrag sinken die Ausgaben des Staates bzw. steigen die Einnahmen durch höhere Steuern, wenn jemand geimpft ist.

Das Offensichtlichste an der Problematik ist, das man zuerst mal die Impfung einfacher machen sollte. In den USA gibt es eine Impfung bei öffentlichen Veranstaltungen in Einkaufszentren. Das könnte man zum Vorbild nehmen. Das meint auch der SPD-Experte Karl Lauterbach. Das ist noch niedrigschwelliger, als der Termin beim Arzt den man auch erst mal vereinbaren und wahrnehmen muss. Wie schon teilweise praktiziert, könnte man mobile Impfkampagnen in sozialen Brennpunkten durchführen. Würden (was aber wegen des Datenschutzes nicht der Fall ist) alle Geimpften erfasst so könnte man, wenn auch bei Einsatz dieser neuen Möglichkeiten das Interesse abflaut, alle persönlich abklappern, die noch nicht geimpft sind.

Eine Prämie? Auch wenn ich gerne 100 Euro bezahlt hätte, hätte ich in den letzten 7 Monaten mein normales Leben führen können, glaube ich nicht, dass eine Prämie der richtige Weg ist. Zumindest nicht in Form von ausgezahltem oder überwiesenem Geld.

Ich denke vorher sollte man es mit gesellschaftlichem Druck probieren. Der kommt aber nicht vom Staat, sondern der Gesellschaft. Sprich: Unternehmen haben schon heute die Möglichkeit jemanden nicht einzustellen, weil er nicht geimpft ist oder ihn nach Ende der Probezeit nicht zu unternehmen. Sie können ihn auch versetzen, von einem attraktiven Job mit Publikumsverkehr in eine einsame Lagerhalle, wo er Inventur machen muss. Das ist ihr Recht nach den Vorschriften des Arbeitsrechts. Sie dürfen zwar niemanden diskriminieren, aber sie können hier auf den Gesundheitsschutz verweisen. Ebenso können Unternehmen die Publikumsverkehr haben, diesen auf Geimpfte beschränken. Das ist ihr Hausrecht und sie müssen das nicht mal begründen, wie jeder weiß, der mal von einem Türsteher abgewiesen wurde. Für eine Einschränkung auf geimpfte kann es gute Gründe geben – wenn erst mal genügend geimpft sind – und 42 % sind schon vollständig geimpft – dann muss ein Laden oder eine Wirtschaft abwägen – was bringt mir mehr Umsatz, wenn nur ein Teil der Besucher in den Laden kann, aber dafür wie vorher ohne Quadratmeterbeschränkung, also mehr Kunden pro Fläche – oder, wenn alle reinkönnen, aber der Laden halb leer ist. Ich denke sobald es genügend Geimpfte gibt wird die Entscheidung alle nicht geimpften gar nicht reinzulassen leichter fallen. Vor allem bei Lokalitäten wo es schon vorher schwer war einen Platz ohne Reservierung zu erhalten. Länder können - und tun dies bereits – heute schon die Einreise für nicht Geimpfte verweigern. So bleibt Impfgegnern nur noch Balkonien übrig und manch einer der Reisen möchte lässt sich Impfen. So war es auch bei meinem Bruder, der trotz seines Alters (72) meinte, er bräuchte keine Impfung aber dann doch in den Urlaub fahren wollte.

Wenn man sich für eine Prämie entscheidet, dann erst wenn wirklich absehbar ist, das man sonst die nötige Impfquote nicht erreicht, dann aber schon wegen der Gerechtigkeit wegen für alle, auch rückwirkend. Und nicht in Form von Geld. Möglich wären Gutscheine in denen man in staatlichen Stellen freien Eintritt hat – da ist für jeden was dabei egal ob Museum, Theater, Zoo oder Schwimmbad. Alternativ, mein Vorschlag da näher am Zweck der Impfung, ein Gutschein für eine Zuzahlung der Summe der Krankenkasse bei Dingen wo sie sonst nicht mehr viel bezahlt, also z.B. Brillen, Hörgeräte, Zahnbehandlungen oder Zuzahlungen bei Medikamenten. So wird auch eines vermeiden, was ich immer befürchte, wenn für ALG-II Empfänger nach Kulturprämien gerufen wird - solange es als Geld aufs normale ALG-Budget drauf kommt, wird eben davon nicht der Sportverein, die Gitarrenlehrstunde etc. bezahlt, sondern sich ein Luxusartikel gekauft, der sonst nicht drin wäre. Die Kosten sind angesichts der Kosten für Hilfe und Kredite überschaubar. Bei einer Impfquote von 85 % und 200 Euro Prämie wären dies 14 Mrd. Euro. Angesichts durch Covid-19 verursachten neuen Schulden in Höhen von 240,2 Mrd. Euro ist das wenig.

Was aber viel wichtiger ist, ist ein Langzeitplan. Ebenfalls in den Nachrichten war, dass Biontech/Pfizer eine Zulassung für eine dritte Impfung in den USA beantragt haben. Dann würden die Antikörper um den Faktor 5 bis 10 ansteigen und nach Beobachtungen in Israel, wo man besonders früh anfing, scheint der Impfstoff nach 6 Monaten an Wirksamkeit (zumindest bei den ersten geimpften, alten Patienten) zu verlieren. Da der Impfstoff einer anderen Studie nach nur zu 64 % vor der Ansteckung der Delta-Variante, aber immerhin zu 93 % vor schweren Verläufen, die das Gesundheitssystem belasten schützt, ist dann ja noch eine weitere Negativbotschaft, die dazu zwingt eine hohe Impfquote aufrecht zuerhalten – da normalerweise etwa 20 % der infizieren einen schweren Verlauf haben, würde bei 100 % Impfquote man immer noch erwarten das sich 36 % der Bevölkerung ansteigen, und etwa 0,5 % einen schweren Verlauf hätten. Das wären bei 82 Millionen Einwohnern aber immer noch 410.000 Patienten. Nach den derzeitigen Erfahrungen würden davon etwa 50.000 an Covid-19 sterben. Und dass nur bei 100 % Impfquote. Die bisherige Erfahrung mit Varianten zeigt auch das schon infizierte oder geimpfte sich mit neuen Varianten neu anstecken können.

Das bedeutet: wir werden wie bei Grippe regelmäßig impfen müssen. Vielleicht sogar anders als bei der Grippe halbjährlich. Darauf sollte man sich einstellen und eine Infrastruktur schaffen, die das leistet – das kann sein, indem man die Aufgabe an Ärzte delegiert, das kann, sein, indem man niederschwellige Impfzentren dauerhaft etabliert, also Impfzentren möglichst in der Nähe von Punkten, wo die Manschen sowieso oft hingehen und die man ohne Termin besuchen kann. Bisher ist aber noch ganz offen, ob es bei uns überhaupt eine dritte Impfung geben wird, erst recht wann und wie. Und nett wäre, auch wenn man mal einen Impfnachweis etabliert, der einfacher handelbar ist als ein gelber Impfausweis oder nur mit einem Technischen Geräte wie einem Smartphone und einer App funktioniert – wenn überhaupt.

13.7.2021: Zeit für eine Regelung

Sir Richard Bransom wurde nach seinem Suborbtailhopser zum „Astronauten“ erkannt. Ich fand das etwas befremdlich. Es zeigt aber auch, dass es keine richtige Definition gibt, wer ein Astronaut, Kosmonaut, Taikonaut oder „was-auch-immer-naut“ ist.

Alle Bezeichnungen sind mehr oder weniger willkürlich. Im Kosmos sind wir alle, denn das ist das ganze Universum, also auch die Erde. Zu den Sternen (Astra = Stern) ist noch kein Mensch geflogen und wird es auch so schnell nicht. Taikonaut kann soweit ich es verstehe sowohl Weltraumfahrer wie auch Kosmosfahrer bedeuten. Ich finde die deutsche Bezeichnung „Weltraumfahrer“ oder „Raumfahrer“ (oder -reisende) am passendsten, so müssten die Personen im englischen dann „Spacenauten“ heißen, im französischen tun sie es mit der Bezeichnung Spationaut ja.

Aber das ist mehr eine sprachliche Feinheit. Im Prinzip kann ja jede Nation ihre Raumfahrer nennen, wie sie will. Im Mercury-Team wo man die US-Bezeichnung „Astronaut“ festlegte, war man sogar froh, das die Russen ihre Piloten „Kosmonauten“ nannten, so gab es keine Verwechslungsgefahr. Ich benutze meist Astronaut für die Raumfahrer jeder Nation, unabhängig von der nationalen Bezeichnung. „Raumfahrer“ habe ich früher oft benutzt, doch heute muss ich dabei immer an etwas anderes denken.

Wer ist ein „Astronaut“?

Was genauso wenig geregelt ist, ist ab wann man als „Astronaut“ gilt. Das akzeptierteste Kriterium ist das Überschreiten der Karman-Linie, das sind 100 km Höhe. Doch auch diese Grenze ist willkürlich gezogen. Als physikalisches Kriterium für den Beginn des Weltraums wird der Übergang der Stratosphäre in die Ionosphäre genant, bei der nun nicht mehr Moleküle vorliegen, sondern geladene Teilchen, eben Ionen. Doch diese Grenze ist von der Sonnenaktivität abhängig und beginnt je nach dieser Aktivität mal in 70, mal in 90 km Höhe. Daher gibt es ja auch die zweite Definition die Virgin Galactics nutzten mit einer Grenze von 80 km Höhe. Auf die der Ionosphäre folgende Exosphäre will man sich wohl nicht einlassen, denn die beginnt erst ab 1.000 km Höhe und ihre Grenze ist noch variabler.

Letztendlich geht es um eine gerade Zahl, keine physikalisch korrekte Definition. Daher auch gerade 80 km oder 100 km. Sobald man das System für die Maßeinheit Länge wechselt, sieht der so gerade Wert ganz anders aus. Die USA arbeiteten sehr lange mit nautischen Meilen (abgekürzt nm), 1 nm sind 1,852 km, so findet man oft einen 185 km hohen Orbit als Referenz, dass sind genau 100 nm. Zumindest das US-Militär arbeitet auch noch mit nautischen Meilen. Genauso gut könnten die Amerikaner auch normale Meilen (1,602 km) oder Yards (0,9144 m) oder Fuß (0,3048 m) nehmen. Sie lieben doch so arg unsystematische Einheitensysteme. Zumindest in der Luftfahrt aus der vieles in der Raumfahrt entstammt ist die Höhenangabe in Fuss noch gängig. Die Gipfelhöhen von Starship-Versuchen wurden in US-Nachrichtenportalen auch immer in 50.000 Fuss oder ähnlichem angegeben.

Ich würde es anders angehen. Ein xxx-naut ist jemand der die Erdschwerkraft nicht überwunden, aber zumindest kompensiert hat. Er hätte sie überwunden, wenn er die Erde dauerhaft verlassen hätte, also Fluchtgeschwindigkeit erreicht. Das hat bisher niemand erreicht auch die Apolloastronauten nicht. Es fehlte ihnen aber nicht viel dazu.

Kompensiert hat er die Schwerkraft, wenn er die Erde umkreist, dann gleichen sich Zentrifugalkraft und Schwerkraft aus. Dann hat er zumindest die Erdschwerkraft so überwunden, dass er dauerhaft schwerelos ist.

Die Suborbitalhopser sind nicht dauerhaft schwerelos und sie unterscheiden sich von anderen Phasen der kurzzeitigen Schwerelosigkeit nur durch die Dauer. Wer irgendwo fällt und sei es nur vom Stuhl, ist immer kurzzeitig schwerelos, wenn man den Luftwiderstand mal ausblendet. Wernher von Braun soll Experimente beim Springen von einem Turm ins Wasser gemacht haben. In Bremen gibt es als preiswerte Alternative zu Höhenforschungsraketen einen Fallturm der evakuiert sind. Dort ist ein Objekt einige Sekunden (bis zu 9,3) schwerelos, bevor es in einen Behälter mit Styrophorflocken zur sanften Abbremsung fällt. Und nicht zuletzt gibt es Parabelflüge, bei denen man etwa 30 Sekunden schwerelos ist – zwar weniger als bei SpaceshipTwo oder der New Shepard, aber ein Flugzeug kann in einer Kampagne Dutzende dieser Parabeln durchfliegen und so erhält man als Gesamtdauer deutlich mehr als bei den beiden Suborbitalfirmen.

Niemand hat die Teilnehmer dieser Parabelflüge Astronauten genannt, nur weil sie nicht die erforderliche Höhe erreicht haben. Auf der anderen Seite werden die X-15 Piloten die auch 80 öder gar 100 km Höhe überschritten haben auch nicht als Astronauten bezeichnet.

Für mich wäre das Erreichen der Orbitalgeschwindigkeit das Kriterium, damit sich jemand Astronaut nennen kann. Hinsichtlich der bisher geflogenen Astronauten ändert das nichts – Gus Grissom und Alan Shepard erreichten dies zwar bei ihren Suborbitalmissionen Mercury-Redstone 3 und 4 nicht, aber später in den Missionen Gemini 3 und Apollo 14. Korrekt sollte man dann auch bei Personen, die ins All fliegen, wollen von Astronautenanwärtern sprechen. In den USA tut man dies, in Europa nicht.

Ansonsten sehen wir einer Astronautenschwemme entgegen. Alleine Virgin Galactics spricht von 600 Reservierungen für Flüge des SpaceShips Two, die alle 250.000 Dollar für einen Hopser bezahlen. Wie viele sich bei der New Shepard angemeldet haben und was es dort kostet, weiß man nicht. Wenn das Starship mal tatsächlich fliegen sollte, dann soll es nach Musks Vorstellungen auch suborbitale schnelle Flüge anbieten. Das US-Militär liebäugelt auch mit der Möglichkeit mit diesem Vehikel schwere Ausrüstung sehr schnell zu verlegen und fördert daher die Entwickelung finanziell. Dann kämen alle diese Personen, die mit dem Starship von Kontinent zu Kontinent reisen zu der Liste der Astronauten hinzu.

Wollen wir das?

Ich möchte es zumindest nicht. Ich würde auch keine besondere Bezeichnung für Suborbitalhüpfer einführen, denn diese würde dann ja auch für Parabelflieger gelten, wenn das Kriterium nicht die erreichte Höhe, sondern die Orbitalgeschwindigkeit ist (sie ist natürlich mit einer Mindesthöhe verbunden, da man auf der Erde auch in noch so evakuierten Röhren nie diese Geschwindigkeit erreichen wird, dazu gibt es noch zu viel Restatmosphäre).

Ich habe die Orbitalgeschwindigkeit als Kriterium genommen, nicht das Durchlaufen eines Orbits, weil sonst Gagarin rausfiele: Er erreichte einen Orbit, damit er aber noch auf dem Gebiet der Sowjetunion landen konnte, musste er wegen der Erdrotation nach einem Umlauf oder 24 Stunden später wieder landen, da sich die Erde ja in 24 Stunden einmal unter ihm wegdreht. Also bremste er vor Vollendung des ersten Orbits wieder ab und landete westlich des Startsplatzes.

Aber vielleicht gibt es ja bald noch neue Bezeichnungen für Mondfahrer und Marsfahrer. Klingt zumindest im Deutschen nicht schlecht. Ich glaube aber das die Amerikaner mit „Moonnaut“ oder „Moononaut“ nicht glücklich werden, eher mit „Marsnaut“ oder „Marsonaut“, wobei ich aber skeptisch bin das ich noch jemals einen Marsfahrer in meinem Leben sehen werde – das ist ja auch schon zu zwei Dritteln um und die Mondlandung lag weit vorne im ersten Drittel, als ich gerade mal 4 war. Entsprechend sind die meisten Apolloastronauten auch inzwischen verstorben, obwohl sie damals zwischen 35 und 40 waren.

Der passende Song zum Thema: Astronaut von Christina Stürmer

14.7.2021: Die drei kosmischen Geschwindigkeiten

Mein letzter Beitrag brachte mich auf den heutigen Blog, über den ich trotz nun vieler Jahre nichts geschrieben habe, die drei kosmischen Geschwindigkeiten. Ich gebe zu, von denen hört man als Raumfahrtanfänger was, später sind sie aber nicht mehr so relevant, doch dazu später mehr.

Die drei kosmischen Geschwindigkeiten sind:

  1. Die erste kosmische Geschwindigkeit ist die eine Erdumlaufbahn zu erreichen.

  2. Die zweite kosmische Geschwindigkeit ist die, die Erdgravitation zu verlassen.

  3. Dir dritte kosmische Geschwindigkeit ist die, die Gravitation der Sonne zu überwinden.

Man könnte, da man ja weiß das die Sonne sich in einer Galaxie, der Milchstraße befindet, auch noch eine vierte kosmische Geschwindigkeit definieren, um die Milchstraße zu verlassen und da die Milchstraße Bestandteil einer Galaxiengruppe des lokalen Haufens ist, noch eine weitere und viele dieser Gruppen bilden dann einen Superhaufen – man sieht man kann das noch fortsetzen, auch dazu später mehr. Das sind aber keine offiziellen kosmischen Geschwindigkeiten und sie sind in absehbarer Zukunft auch nicht erreichbar, anders als die ersten drei.

Die erste kosmische Geschwindigkeit

Um in einen kreisförmigen Erdorbit zu gelangen, muss man die Gravitationskraft durch eine gleich große Zentrifugalkraft kompensieren. Die Zentrifugalkraft entsteht, wenn man die Erde schnell genug umkreist, das sie mit steigender Rotationsgeschwindigkeit größer wird weiß jeder, der mal an einem Seil etwas geschwungen hat und dies immer schneller tut – das Seil zieht zunehmend stärker.

Mathematisch kann man die Geschwindigkeit wie folgt berechnen:

v1 = Quadratwurzel(GM/Orbithöhe)

GM ist das Produkt aus Gravitationskonstante und Erdmasse (etwa 3,98x1014).

Die Orbithöhe muss man in Metern angeben, die Geschwindigkeit ist in Metern pro Sekunde. Oft wird sie mit 7800 m/s angegeben, das entspricht einer Orbithöhe von etwa 176 km. Es ist klar, dass diese Geschwindigkeit variabel ist, an der Erdoberfläche liegt sie bei 7910 m/s und sie sinkt mit steigender Entfernung ab. Im geostationären Orbit in knapp 36.000 km Höhe liegt sie bei 3,071 km/s und in der Entfernung des Mondes bei knapp über 1 km/s. Diese Nichtkonstanz gilt auch für alle anderen kosmischen Geschwindigkeiten.

Mann kann den Energieaufwand (physikalisch eine Arbeit) für erste kosmische Geschwindigkeit aber nicht verkleinern, indem man einen höheren Orbit anstrebt. Denn um in einem Gravitationsfeld etwas anzuheben, also auch eine Rakete, die erst mal die Orbithöhe erreichen muss, muss man Arbeit aufwenden. Die Arbeit wird wieder frei, wenn die Ursprungshöhe erreicht wird. Da weiß jeder, der mal etwas nach oben geschleppt oder von dort fallen gelassen hat. Selbst auf dem Erdboden hat ein Körper noch Hubarbeit, wie man leicht beim Fallen eines Steins in ein Loch beobachten kann. Erst beim Erdmittelpunkt angekommen, gibt es keine Hubarbeit mehr.

Diese Hubarbeit ist aber größer, wie die Energie die man in Form der Zentrifugalgeschwindigkeit einspart. Es bringt also nichts einen höheren Orbit anzustreben, zumindest nicht, wenn man dadurch die Geschwindigkeit reduzieren will.

In der Praxis spielt die erste kosmische Geschwindigkeit keine Rolle, weil:

Die zweite kosmische Geschwindigkeit

Bei einer Kreisbahn halten sich wie geschrieben Erdgravitationskraft und Zentrifugalkraft die Waage. Dadurch bleibt der Abstand zur Erdoberfläche konstant. Überwiegt die Zentrifugalkraft, so entfernt man sich von der Erde und es gibt eine elliptische Umlaufbahn. Steigert man die Zentrifugalkraft noch weiter, so wird, wenn man genau die gleiche Energie die in der Erdgravitation steckt, hinzunimmt diese komplett kompensiert und man verlässt die Erde für immer. Die Bahn wird zu einer Parabel, bei einer noch höheren Geschwindigkeit zu einer Hyperbel.

Da Energie und Geschwindigkeit nach der Physik über die Formel:

E = ½ * M * v²

zusammenhängen, Masse und Bruch (½) konstant sind kann man die zweite kosmische Geschwindigkeit leicht aus der ersten Geschwindigkeit errechnen:

v2 = Quadratwurzel(2)*v1 oder

v2 = Quadratwurzel(2*GM/Orbithöhe)

Es gibt dies

selbe Abhängigkeit wie bei der ersten kosmischen Geschwindigkeit von der Orbithöhe. In einem erdnahen Orbit beträgt sie etwa 11 km/s. Im GEO nur noch 4,5 km/s und in Mondentfernung 1,5 km/s.

Bei elliptischen Umlaufbahnen muss man je nach erdfernstem Punkt deutlich weniger aufbringen. Sind es im erdnahen Orbit 3,2 km/s mehr, so sind es bei einer GTO-Transferbahn, wo man im erdnächsten Punkt schon 10,2 km/s Geschwindigkeit hat, nur noch 0,8 km/s.

Auch die zweite kosmische Geschwindigkeit ist selten von praktischer Bedeutung. Denn nach der Definition hat man beim Verlassen der Erde mit der Fluchtgeschwindigkeit im Unendlichen keine Energie mehr und damit auch keine Geschwindigkeit. Das bedeutet, man wird immer langsamer. Bei genauem Erreichen der ersten kosmischen Geschwindigkeit braucht man 42 Tage um 1 Million km Distanz zu erreichen – die Geschwindigkeit beträgt dann noch 70 m/s. Für die zehnfache Distanz, also 10 Millionen km benötigt man dann aber nicht 420 Tage, sondern 1278 und die Geschwindigkeit sinkt in dieser Distanz auf 7 m/s. Man wird also immer langsamer. Vor allem aber will man ja irgendwo hin. Zum Mond, zu den Nachbarplaneten, zu Asteroiden oder Kometen. Für alle diese Ziele gibt es eine minimale Geschwindigkeit, (die mit Ausnahme des Mondes) immer höher als die Fluchtgeschwindigkeit ist, für die Venus um rund 400 m/s höher, für den Mars 600 m/s mehr.

Die zweite kosmische Geschwindigkeit ist aber noch aus einem anderen Grund nur eine hypothetische – die Erde befindet sich nicht alleine im Weltall. Sie umkreist die Sonne, welche die 300.000-fache Masse hat. Zwar ist sie 150 Millionen km von der Sonne entfernt doch es gibt eine Grenze, ab der die Sonnengravitation die Erdgravitation überwiegt. Überschreitet eine Sonde diese Grenze, so schlägt sie eine Sonnenumlaufbahn ein, abhängig von ihrer momentanen Geschwindigkeit und Richtung. Bei der Erde ist das in 1,5 Millionen km Distanz der Fall. Diese Entfernung nennt man Hill-Sphäre.

Die dritte kosmische Geschwindigkeit

Jede Sonde, die mehr als die Fluchtgeschwindigkeit hat, verlässt die Erde mit einer Überschussgeschwindigkeit. Es resultiert eine Bahn, die die Erdbahn schneidet. Ist der Geschwindigkeitsvektor in Richtung des Geschwindigkeitsvektors der Erdbahn so resultiert eine Ellipse, die mit steigender verbliebener Geschwindigkeit immer weiter wird. Irgendwann wird auch diese Bahn hyperbolisch und die Sonde verlässt das Sonnensystem. Die dazu nötige Geschwindigkeit ist die dritte kosmische Geschwindigkeit.

Die Erde umkreist die Sonne mit einer Geschwindigkeit von etwa 29,8 km/s. Analog zur zweiten kosmischen Geschwindigkeit kann man errechnen das man für das Verlassen des Sonnensystems dann 42,1 km/s oder 12,3 km/s mehr benötigt. Dies gilt aber nur für den Fall, dass die Geschwindigkeitsänderung nach Verlassen der Hill-Sphäre in einer Sonnenumlaufbahn erfolgt. Ist dies nicht der Fall sondern schon beim Start, so muss man berücksichtigen, das eine Geschwindigkeitsänderung nahe einem Gravitationszentrum eine höhere Überschussgeschwindigkeit erzeugt. Sprich: Beschleunigt man gleich bei Verlassen der Erde über die Fluchtgeschwindigkeit so hat man bei Erreichen der Hillsphäre weitaus mehr Restgeschwindigkeit als die Überschussgeschwindigkeit, die man anfangs addierte. Berechenbar ist die für diesen Fall benötigte dritte kosmische Geschwindigkeit nach:

v3 = Quadratwurzel(vdiff² + v2²).

vdiff ist die Differenz der solaren Fluchtgeschwindigkeit zur Geschwindigkeit der Erde um die Sonne, also obige 12,3 km/s.

v2 ist die lokale Fluchtgeschwindigkeit der Erde, in einer erdnahen Bahn etwa 11 km/s.

So erhält man als dritte kosmische Geschwindigkeit, wenn man diese beim Verlassen der Erde aufbringt, etwa 16,6 km/s. Das ist natürlich günstiger als die Energie nacheinander aufzubringen (12,3 + 11 km/s = 23,3 km/s). Bisher hat keine Raumsonde die dritte kosmische Geschwindigkeit beim Start erreicht. Die bisher schnellste war New Horizons die mit 16,2 km/s die Erde verlies. Durch ein Swing-By am Jupiter haben bisher fünf Sonden – Pioneer 10+11, Voyager 1+2 und eben New Horizons die dritte kosmische Geschwindigkeit aber nach dem Start erreicht.

Vierte und weitere kosmische Geschwindigkeiten

Wenn die Sonde dann die Sonne verlässt, hat sie ebenfalls noch eine Restgeschwindigkeit und sie schlägt eine Bahn um das Milchstraßenzentrum ein. Die Erde befindet sich rund 25.000 bis 28.000 Lichtjahre vom Zentrum entfernt und braucht für einen Umlauf rund 220 Millionen Jahre, war zum letzten Mal also in dieser Position, als es auf der Erde noch Dinosaurier gab. Schon die Bestimmung der Rotationsgeschwindigkeit der Sonne ist schwierig. Lange nahm man eine Geschwindigkeit von 220 km/s an, neuere Messungen deuten auf 267 km/s hin. Der Unterschied zum Sonnensystem ist, das die Masse der Milchstraße nicht in einem Punkt konzentriert ist. Bis zum Zentrum aber auch in der entgegengesetzten Richtung – die Milchstraße hat einen Radius von etwa 50.000 Lichtjahren, gibt es Sterne und Gas. Ihre Gravitationskräfte addieren sich und heben sich auch gegenseitig auf. Daneben ist dies nicht statisch – Sterne weiter außen umlaufen das Zentrum langsamer und Sterne innen schneller, und damit ändern sich auch die Abstände. Eine Fluchtgeschwindigkeit aus der Milchstraße – nennen wir sie mal vierte kosmische Geschwindigkeit, ist daher schwer zu berechnen.

Würde eine Zivilisation dies trotzdem mal durchführen, so bräuchte sie viel Geduld. Selbst mit Lichtgeschwindigkeit würde es Zehntausende von Jahren brauchen, um die Galaxis zu verlassen und nochmals so lange, bis ein Fotos oder ein Funksignal wieder beim Startort ankäme.

Galaxien bilden Gruppen. Unsere Galaxie umkreist eine Rohe von Zwerggalaxien. Mit zwei weiteren größeren Galaxien bildet sie die lokale Gruppe. Diese Gruppe hat einen Durchmesser von 5 bis 8 Millionen Lichtjahren. Auch diese Galaxien ziehen sich an und um die Gruppe zu verlassen, muss man deren lokale Fluchtgeschwindigkeit überwinden, die aber wegen der Bewegung der Mitglieder genauso wenig präzise berechenbar ist wie die Fluchtgeschwindigkeit der Milchstraße. Alleine Andromeda und Milchstraße, die bleien größten Galaxien, bewegen sich mit 110 bis 120 km/s aufeinander zu und werden in 4 bis 10 Milliarden Jahren zusammenstoßen.

Diese lokale Gruppe bildet zusammen mit anderen Galaxien einen Galaxienhaufen, die dann Hunderte, manchmal sogar Tausende von Galaxien umfassen können. Sie bilden die größte Einheit im Universum die durch die Gravitation zusammengebunden sind. Zwischen diesen Galaxienhaufen gibt es dagegen Regionen in denen es gar keine beobachtbare leuchtende Materie (Sterne, Galaxien) gibt. Ein Galaxienhaufen hat einen Durchmesser von etwa 10 Millionen Lichtjahren und die Galaxien bewegen sich mit 500 bis 1000 km/s relativ zueinander. So benötigt eine Zivilisation viel Geduld, wenn sie eine Sonde aus ihrem Galaxienhaufen ins absolute Nichts entsenden will, denn das dauert so selbst mit Lichtgeschwindigkeit Millionen von Jahren.

Die Bedeutung der kosmischen Geschwindigkeiten

Ich habe keine Quelle gefunden, wer diese Benennung bzw. Definition erstmals durchführte, doch weil sie in der Praxis ohne Relevanz sind – für einen Erdorbit addieren bzw. subtrahieren sich weitere Größen, die von dem Startwinkel, geografischen Ort, Aufstiegsbahn und Technik der Rakete abhängen, die beiden anderen Geschwindigkeiten haben für konkrete Missionen keinerlei praktische Bedeutung – denke ich ist die Definition sehr alt, wahrscheinlich vor Beginn der Raumfahrt getroffen worden. Ich tippe auf einen der beiden Theoretiker der Raumfahrt, Ziolkowski und Oberth als Urheber. So ist es zwar schön zu wissen, welche Bedeutung sie haben und wie man sie berechnet, mehr aber auch nicht.


 

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