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Web Log Teil 73 : 15.8.2008

Freitag: Nun ja Web 2.0 halt - der echte Blog feiert seinen ersten Geburtstag

Einen Blog habe ich zwar seit Juni 2006, doch erst ein gutes Jahr später und zwar genau vor einem Jahr, habe ich mich zu einem echten Blog entschlossen, also nicht einer fortlaufend aktualisierten Webseite, sondern eines Wordpress Blogs. Das erste bertriebe ich allerdings immer noch nebenher, da ich nicht so viel von dem Editor von Wordpress und seinen Möglichkeiten halte.

Mit der obigen Überschrift fing es vor einem Jahr an - ein Jahr später gibt es:

So genug von Statistiken. Schreiten wir dazu mal wieder etwas Wissen zu vermitteln.

Wie berechnet man die Leistung eines Raketentriebwerks?

Eine gute Frage. Sie ist aber sie ist leicht zu beantworten. Die Leistung ist ja bei kinetischer Energie definiert als E = m * v² / 2. Ja und genau so berechnet man die Leistung eines Raketentriebwerks. Es stößt Gasteilchen mit der Geschwindigkeit v aus (in SI Einheiten entspricht diese Ausströmgeschwindigkeit dem spezifischen Impuls, denn man bei allen Triebwerken auf meiner Website findet) und dabei verbraucht es Triebstoff : Die Masse m.

Nehmen wir das Vulcain 2 auf der Seite von EADS. Dort steht als Leistung 2900 MW. Die Ausströmgeschwindigkeit ist in US Einheiten angegeben (434 sec) den Wert muss man mit g = 9.80665 m/s multiplizieren. Der Treibstoffverbrauch ist mit 309 kg/s angegeben. Man erhält:

L = (434 s *9.80665 m/s²)² * 309 kg/s/2 = 2798 MW. Nimmt man den Treibstoffverbrauch von 320 kg/s denn man in anderen Websites findet kommt man genau auf die EADS Angabe.

Die Leistung selbst sagt natürlich nichts aus über die Effizienz des Antriebs. Wie hoch ist der Wirkungsgrad? Das kommt darauf an wie man ihn definiert. Als Chemiker würde ich die Energie die im Treibstoff steckt, als Maßstab heranziehen. Vulcain 2 verbrennt Wasserstoff und Sauerstoff im Verhältnis 7:1. Das ist nahe des stöchiometrischen Verhältnisses von 8:1. Man könnte daher auch sagen: Das Verbrennungsprodukt entspricht der Knallgasreaktion mit einem Wasserstoffüberschuss. Der Wasserstoffüberschuss kann als inert angesehen werden. Er nimmt nicht an der Reaktion teil.

Die Reaktion H2 + O2→ H2O liefert 268.8 KJ pro Mol.

1000 g Treibstoff enthalten 984.375 g Wasserstoff und Sauerstoff die reagieren können. Der Rest ist Wasserstoff der im Überschuss vorliegt. 1 Mol Wasser wiegt 18 g. d.h. 1 kg Treibstoff liefert:

984.375 / 18 * 268.8 kJ = 14.7 MJ Energie.

309 kg/s liefern dann 4542.3 MJ/s Energie.

Da 1 J/s = 1 W ist beträgt der Wirkungsgrad:

ρ = 2798/4542.3 = 61.6 %.

Das ist allerdings ein großer Unterschied zu dem Wirkungsgrad wie er von Herstellern angegeben wird. Demnach liegen heutige Triebwerke bei einem Wirkungsgrad von 98-99 % - Der Wert von 99 % wird auch für das Vulcain 2 genannt. Selbst einfache Triebwerke wie das Merlin von SpaceX erreichen 94 %. wie ist dieser Unterschied zu erklären?

Technisch gesehen sind Raketen Maschinen, die nach den Gesetzen der Thermodynamik arbeiten, so wie ihre Heizung auch, oder ein Kraftwerk. Für diese ist der Wirkungsgrad definiert als

ρ = (TEnde-TAnfang )/ TEnde

Genauer gesagt handelt es sich um die bei der Temperatur enthaltene nutzbare Energie. Diese muss berechnet werden. Nutzt man das NASA Programm fcea2 dazu, so bekommt man für das Vulcain 2 eine innere Energie von -901 kJ in der Brennkammer und -9923 KJ an der Düse. Der Wirkungsgrad beträgt dann 90.9 %. EADS gibt aber 99 % an - wie kommt der Unterschied zustande? Er berücksichtigt das man nie vermeiden kann, dass Wärme nach außen dringt, also die Brennkammer erwärmt wird. Er gibt nur an, welchen Teil der technisch nutzbaren Verbrennungsenergie man nutzen kann und welcher durch turbulente Strömungen etc. verloren geht. Vor allem geht es um die Energiemenge die man ausnützen kann, bei der gegebenen Düsenlänge - 100 % Wirkungsgrad würde voraussetzen, dass die Düse unendlich groß ist, und die Gase dann diese mit derselben Temperatur, wie der Treibstoff verlassen - Das ist gar nicht möglich, weil das Verbrennungsprodukt Wasser bei 373 K sich verflüssigt und der Wasserstoff vor der Verbrennung nur 20 K "warm" ist. Beim Vulcain2 verlassen die Gase noch mit 1600 K die Düse und beim Vinci (siehe unten) noch mit 1447 K.

Beim Vinci Triebwerk, dem wohl leistungsfähigsten Triebwerk, beträgt der Verbrennungswirkungsgrad 57.3 % (höherer Wasserstoffüberschuss) und der thermodynamische Wirkungsgrad 92.2 %

Nun könnte jemand auf die Idee kommen, doch einen Ottomotor durch ein Raketentriebwerk zu ersetzen - Die Wirkungsgrade sind schließlich höher. Doch das muss scheitern. Aus zwei Gründen: Den Wirkungsgrad erreicht man nur im Vakuum, und man vergisst, das man bei einer Rakete den Oxidator mitführen muss, während beim Otto Motor der Sauerstoff aus der Atmosphäre stammt.

Was gibt es sonst noch? Ich habe die ganze Woche an dem Sichten von SpaceX Website und den verschiedenen Interviews im Web gesessen - keine leichte Kost, wenn man Musks Meinungen von den technischen Daten trennen muss, und sich durch drei Revisionen des Merlin Triebwerks wühlen muss. Schlussendlich ist es geschafft und nun sind die Artikel über die Falcon 1 und 9 online. Daneben habe ich auch an meinem zweiten Buch über das ATV gearbeitet - bislang 90 Seiten. Vom Text selbst fehlt noch einiges: von der ATV Beschreibung und der Mission. Die Ariane 5, das HTV, Progress und MPLM sind beschriebene, ebenso die ATV Evolution Szenarien und die ISS Verträge. Es werden also wahrscheinlich doppelt so viel Seiten wie beim Gemini Programm werden. Mal sehen ob es jemand interessiert.

Sonntag 17.8.2008: Gülcan und Collien ziehen aufs Land

Seit ich letzte Woche über den Abschluss dieser Sendung gestolpert bin. ist sehe ich mir sie in der Mittagspause zusammen mit einer Kollegin an und wir lachen uns schepps dabei. Für die, die nicht wissen warum es geht: Collien Fernandez und Gülcan Kamps, Moderatoren bei VIVA machen für 3 Wochen ein Praktikum bei einem kleinen Bauernhof, mit dem Ziel, diesen am Ende für 2 Tage zu führen.

Das ganze ist also eines dieser Formate: "B-Promi mal ganz anders" nicht ganz so extrem wie Dschungelcamp aber viel lustiger. Warum? Nun ja weil Gülcan und Collien sich vor der Arbeit, wo es nur geht drücken. Anstatt eine Alm hochzugehen und Essen zu bringen, versuchen sie es mit dem Auto - das dann stecken bleibt. Heu, wird mit den Fingerspitzen vorsichtig zu den Kühen geschaufelt und anstatt den Mist weg zu bringen, bezirzen sie eine halbe Stunde lang den 12 jährigen Sohn bis er die Arbeit macht. Als Trick fällt ihnen dann noch ein, dass man doch ne Allergie haben können oder sie streiken wegen der zu geringen Bezahlung um ausschlafen zu können - als ob sie von Pro 7 nicht gut für diese PR bezahlt werden. Die alte Oma und der alte Opa aber auch die beiden 9 und 12 jährigen Kinder lassen die beiden recht blass bei der Arbeit aussehen.

Das beste aber ist: Sie wissen dass die Kamera dabei ist, das die ganze Show nur 3 Wochen dauert und die Bauernfamilie diesen Job ihr ganzes Leben lang macht. Anstatt also sich zusammen zu reißen und 3 Wochen eben mal auch dreckige und schwere Arbeit zu machen - Wie schon gesagt, Millionen von Menschen tun dies ihr Leben lang. Das wäre die Gelegenheit sich positiv zu präsentieren und (vielleicht berechtigte) Vorurteile abzubauen. Stattdessen präsentieren sie sich genau so, wie man es sich denkt: Sie kommen mit 13 Koffern an, so dass man bei der Abreise einen Kleinbus nur für das Gepäck braucht. Sie verbringen viel Zeit mit dem Aufbrezeln und erscheinen im Kuhstall in knappen Designerklamotten, bei denen man nicht nur die Glocken der Kühe sehen kann. Und sie drücken sich vor der Arbeit oder verbringen mehr Zeit mit dem Rumschnattern als dieser. Pro 7 reibt auch noch Salz in die Wunde, indem es die Fehler der beiden deutlich hervorhebt wie das Einspielen von Anweisungen, welche die beiden geflissentlich ignorieren oder der Zoom auf die gut sichtbare Oberweite beim Apell im Designer Outfit im Kuhstall. Aber das war zu erwarten, und das kennt man ja von solchen Formaten. Um so wichtiger wäre es für mich gewesen mich gut zu präsentieren.

Ich frage mich, was die beiden Damen geritten hat dies zu tun. Gülcan Kamps hat es ja nicht nötig. Schließlich bekommt sie von ihrem Ehemann die Brötchen umsonst (Erbe des Kamps Bäckereiimperiums). Immerhin bekommt man neue Einblicke in die Welt von B Promis, die wohl als solche schon geboren werden. Wie anders kann es sein, dass Collien Fernandes mit 16 von zu Hause auszog aber noch nie in ihrem Leben ein Ei aufgeschlagen hat? Wie bitte, hat sich die junge Dame in den letzten 10 Jahren ernährt? Gülcan braucht zwei Versuche um Pfannkuchen zu produzieren - die dann von den Kindern als nicht genießbar eingestuft wurden. Und wozu braucht man einen Rückspiegel im Auto? Um sich drin zu betrachten? Ich hoffe nur Collien findet auch noch einen reichen Mann, der eine Köchin und Haushälterin beschäftigen kann, ansonsten ist sie ernsthaft in Gefahr zu verhungern. Warum machen die Damen so etwas, wenn man doch nur an Ansehen verlieren kann? Zumindest bei den Menschen die selbst arbeiten müssen. Vielleicht wirkt das Cool bei Jugendlichen, die sich so die Arbeitswelt vorstellen (Money for nothing and the Chicks for free) und das scheint wohl auch das Zielpublikum zu sein. Doch müssen die Damen ja auch von jemand engagiert werden und eine schlechtere Vorstellung ihrer Arbeitsmoral kann man ja nicht bieten. Das reicht dann eben mal für eine Stunde lang die Charts anzusagen, schon die Arbeit an einem Film, wo man konzentriert arbeiten muss, wird die beiden wohl überfordern.

Die tiefere Frage die ich habe: Sind solche unselbständigen, "Ich" bezogenen Geschöpfe, ein Produkt unserer Wohlstandsgesellschaft? Es scheint immer mehr davon zu geben. Ich kann mich nicht erinnern, so jemanden vor 20 Jahren kennen gelernt zu haben, weder in der Schule noch Studium. Ist es so verbreitet zu glauben, man müsste nichts können und würde fürs Nichtstun bezahlt werden? Oder wenn man etwas leistet, dann müsste es wahnsinnig viel mehr Kohle geben, mehr als man ausgeben kann, soviel wie die Manager verdienen? Kann sein. Wir hatten bei uns eine Kollegin mit nur einem kurzen Gastspiel. Sie hatte Null Qualifikation, nervte ihren Chef mit dauernden Anrufen, wie sie ihre Arbeit machen sollte, anstatt sich selbst einzuarbeiten und besuchte Vorlesungen die sie schon als Student hätte hören müssen und saß in der Bibliothek anstatt den Datenbankserver zu administrieren und das Labor zu betreuen. Nun hat sie uns verlassen um den Master zu machen und gleich in einer Position anzufangen, in der sie leiten kann und nichts können muss - so glaube ich denkt sie zumindest.

Der Gegensatz dazu finde ich in den heutigen Nachrichten: Da sollen Arbeitslose nun Demenzkranke betreuen. Ihnen Essen und Trinken geben. Ihnen vorlesen und mit Ihnen Spaziergänge machen. Ich halte diese Arbeit nicht für leicht. Selbst wenn die Kernpflege von ausgebildeten Kräften übernommen wird, ist das doch für jemanden belastend und ich glaube man muss so etwas tun wollen und psychisch dem gewachsen sein. Es handelt sich schließlich nicht um Menschen und nicht Dinge, mit denen man zu tun hat.

Auf der einen Seite haben wir also heute solche Luxusgeschöpfe wie Gülcan und Collien und auf der anderen Seite scheint der Pflegenotstand schon so schlimm zu sein, dass wir daran denken jeden der arbeitslos ist, für die Pflege einzuteilen. In unserer Gesellschaft stimmt etwas nicht. Leider ist das nicht das einzige, das nicht stimmt.

Montag 18.8.008: Einen Schritt zurück: Intel, der Larrabee und der Atom Prozessor

Intel arbeitet derzeit an einem neuen Prozessor mit 32 Kernen. Unter dem Codenamen "Larrabee" wird ein Prozessor entwickelt mit .... Tada ... der Pentium (P54C) Architektur  Intel hat das Design an das US Verteidigungsministerium verkauft, dort wurde es verbessert und man wollte damit strahlengehärtete Prozessoren entwickeln. Inzwischen hat man beim DoD keine Verwendung mehr dafür (man setzt auf die PowerPC Plattform). Intel hat es zurückgekauft und setzt es nun in dem Prozessor ein. Einige Eigenschaften blieben erhalten, wie das In Order Design (Da heutige Prozessoren mehrere Befehle pro Kern ausführen können, stellt sich die Frage was man macht, wenn ein Befehl von dem Ergebnis des letzten abhängig ist, z.B. dessen Ergebnis braucht. Moderne Prozessoren arbeiten dabei "out of Order" - sie sortieren die Befehle so um, dass ihre Einheiten möglichst alle beschäftigt sind. Der Pentium arbeitet "In order". Er musste in diesem Falle warten, bis das Ergebnis vorliegt. Neu ist allerdings die Erweiterung auf 64 Bit und eine Vektoreinheit, die 16 identische Operationen mit einfacher Genauigkeit (32 Bit) ausführen kann. Zusammen mit den 32 Kernen und 2 Operationen pro Taktzyklus erreicht man bei 2 GHz eine Geschwindigkeit von 2 TFLOPs, das ist etwa 70 mal so schnell wie ein heutiger Prozessor von Intel.

Wofür braucht man das? Nun Intel will damit den Grafikkarten Konkurrenz machen. Analog den Rasterprozessoren sollen diese Grafikoperationen wie das Berechnen der Szenen oder das Versehen mit Texturen durchführen. Intel veröffentlichte sogar eine Demo, in der ein älteres Spiel per Raytracing berechnet wird - Ray Tracing ist viel besser parallelisierbar als die heutigen Berechnungen. Es ist aber viel aufwendiger wenn Licht und Schatten, Reflektionen und diffuses Licht dazu kommen. Optisch gibt es nur Vorteile, wenn die Welt sehr viele spiegelnde Oberflächen hat, was eher selten der Fall ist.

Larrabee erreicht bei normalen Grafikprozessoren in etwa die Performance einer 140 Euro Grafikkarte. Es trennt ihn also noch einiges von der Spitzenklasse, obwohl er nominell doppelt so schnell ist wie NVidias und ATI's Spitzenmodelle. (2 anstatt 1 TFLOP, obwohl diese bis zu 1000 Rasterprozessoren haben). Die Frage ist: Was soll das? Sucht Intel krampfhaft nach neuen Absatzgebieten für seine Chips? Bei den PCs ist es so, dass die QuadCores in der Praxis wenig nutzen bringen. Die wenigsten Anwendungen werden schneller und der Bequemlichkeitsfaktor (Ein Prozessor ist mit Arbeit beschäftigt und der andere für den Anwender verfügbar) ist ja schon beim Dual Core gegeben. Sicherlich sind Spiele die Anwendungen, die heute mit die Spitzenperformance erfordern und bestimmte Spieler geben einige Hundert Euro für eine Spitzengrafikkarte aus. Doch das Groß der PCs arbeitet mit einer OnBoard Graphikkarte oder einem einfachen Modell und braucht nicht die Performance. Bürorechner haben normalerweise keine Grafikkarte (und viele Firmen wollen auch keine dezidierte Karte in den Rechnern) und wenn es nicht das aktuellste Spiel ist, reicht auch ein billigeres Modell. Warum soll also der Anwender einen Chip kaufen, dessen viele Kerne er nur bei diesen Anwendungen ausreizen kann und die sonst langsamer als ein DualCore sind?

Die zweite Neuerung von Intel halte ich für sinnvoller. Es ist der Atom Prozessor. Der Atom Prozessor, den es schon gibt, mit bis zu 1.8 GHz Takt  Es ist ein Einkernprozessor ebenfalls im In Order Design. Das besondere: er verbraucht nur 2.5 Watt an Leistung. Damit braucht er keinen Kühler. Gedacht ist er eigentlich für Netbooks, also diese neue Klasse von Mini-Notebooks wie dem EEE-PC. Da erwartet man keine Spitzenleistungen, aber der Akku soll, obwohl er klein ist, lange durchhalten. Das 10" Medion Notebook, das es kürzlich bei Aldi zu kaufen gab, setzt z.B. den Prozessor ein. Daneben soll er recht preiswerte Boards ermöglichen, für 70 Euro inklusive (fest eingelötetem) Prozessor und damit will man in den Entwicklungsländern mehr Umsatz machen. Möglich ist dies, weil die Chipfläche nur 25 mm² beträgt, das ist ein Viertel bis Zehntel der größeren Brüder. Dafür ist die Performance auch niedriger, in etwa so schnell wie ein Athlon 2000-2500, also etwa das was vor 4 Jahren noch aktuell war. Doch für Windows XP und die meisten Büroanwendungen reicht das.

Ich denke der Atom ist interessanter für viele: Damit kann man lüfterlose Rechner bauen, die ohne den großen Lüfter auch recht kompakt sind. Der Einsatz als PC neben dem Fernseher und der Stereoanlage zum Aufzeichnen und Abspielen von Videos und MP3 wäre denkbar. Bezahlbar wäre es auch. Denn das Board kostet ja nur 70 Euro. Oder ein leiser Büro-PC, denn man hinter den Monitor klemmen oder als Monitorfuß nehmen kann - endlich Schluss mit den großen Desktop Gehäusen. Einige Modelle gibt es schon, aber ich denke es werden mehr werden.

Ich habe vor einigen Jahren einmal den Aufsatz "Die große Mauer" über die grenzen der Miniaturisierung geschrieben. Vieles was ich angesprochen habe ist mittlerweile eingetreten - Die Taktfrequenz ist seit Ende 2002 nicht mehr bei den Intel Chips angestiegen. Im Gegenteil: Die 3.73 GHz die ein Intel 4 einmal erreichte, schafft heute kein Intel Prozessor mehr. (Power PC erreicht 5 GHz, aber das ist auch eine andere Architektur) Mehr Leistung gibt es nur durch mehr Kerne, da die Grenzen bei der Miniaturisierung noch nicht erreicht sind. Doch Festplatten wachsen schon deutlich langsamer in der Größe. Seit einem Jahr steht der Rekord bei 1 TByte - Es gibt zwar mittlerweile schon 1.5 TByte Platten, doch nur deswegen weil diese mehr Schreiben einsetzen, die Dichte pro Quadratzoll ist kaum angestiegen. Solange die Anzahl der Transistoren immer weiter ansteigt, aber die Taktrate kaum, hat Intel eben nur die Wahl immer mehr Kerne auf einen Chip zu packen oder diese immer billiger zu verkaufen und die Ausbeute pro Wafer zu erhöhen indem der einzelne Chip immer kleiner wird. Das grundsätzliche Problem ist aber, dass es bei dem, was die meisten User machen, keine Möglichkeit gibt dies zu parallelisieren. Es geht bei Videoschnitt, aufwendige Fotobearbeitung und Spielen, doch das ist eben nicht das, was die meisten tun. Für Office und Internet braucht man keine schnelleren Prozessoren. Solange nicht die "Killeranwendung" vor der Tür steht hat Intel wenig Chancen mit dem Larrabee.

Dienstag 19.8.2008: Manche können es und manche nicht

Vor einigen Tagen hat Iran seinen ersten Satelliten gestartet - mit einer selbst entwickelten Rakete. Die genauen Daten sind nicht bekannt, doch die erste Stufe stammt von der Shahab 3, die auf Umwegen (über russische Hilfe) aus der nordkoreanischen No-Dong entwickelt wurde. Diese Rakete wurde von Nord Korea schon zu einer Trägerrakete umgebaut, doch der einzige Start vor etwa 10 Jahren führte wohl in eine zu niedrige Umlaufbahn. Die Shahab 3 wiegt etwa zwischen 15 und 16 t, wodurch die Satelliten recht klein werden, wahrscheinlich so im Bereich 100-200 kg. Nach iranischen Angaben soll es sich um einen Test  handeln. Vielleicht folgt dem dann ein Erdbobachtungssatellit: Mit 100 kg Masse bekommt man zwar keine hochauflösenden Bilder, aber Probe-A ein ESA Kleinsatellit wiegt auch nur 94 kg und macht aus 820 km Höhe Fotos mit 10 m Auflösung. In 410 km Höhe wären dann 5 m drin und mit einem etwas besseren Teleskop käme man vielleicht auf 3-4 m. Das reicht immerhin aus, um Panzer und Flugzeuge zu zählen. Wenn die Iraner dann in der ersten Stufe 4 der Sharab Raketen bündeln, kommen sie auf die 3 fache Nutzlast und schwupp ist man in einem Bereich wo kommerzielle Satelliten mit 1 m Auflösung (Ikonos) liegen.

Iran zeigt, dass Raketenbau nicht so schwierig ist, wenn man weiß wie es geht. In der Tat ist es so wie bei den Atomwaffen: Im Prinzip ist es schwieriger einen eigenen Mikroprozessor zu entwickeln, als eine Rakete zu bauen oder eine Atombombe. Der Riesenunterscheid ist nur, dass man bei einem Mikroprozessor alles was man braucht auf dem Weltmarkt kaufen kann - vom Fotobelichter für die Masken bis zur Software für den Chipentwurf, ja sogar ganze Chip Fabriken kann man sich bauen lassen. Bei Raketentechnologie und der Technologie zur Urananreicherung versucht man dagegen das zu verhindern, indem man Exportverboten verhängt.

Nun ja es gibt noch einen Unterschied: Eine Trägerrakete ist komplexer als eine einstufige Gefechtsrakete. Selbst in Europa und Amerika wird ein neues Triebwerk hunderte Male getestet, bevor es zum ersten Mal fliegt, einfach weil die Bedingungen so extrem sind und man auch heute noch an der Grenze arbeitet, was Materialen aushalten können. Trotzdem kann man auf keinem Teststand der Welt die Rakete als ganzes und die Arbeit im Vakuum oder unter Schwerelosigkeit simulieren und es sind bei den ersten Flügen mit mehr Fehlstarts zu rechnen (historisch recht gut belegt und gültig bis heute (Zenit, Ariane 5) ist die 80 % Regel bei den ersten 20 Starts: Von den ersten 20 Starts misslingen in der Regel 4-5, bis zu diesem Zeitpunkt hat der Träger eine Zuverlässigkeit von 80 %, danach wird es laufend besser´).

Heute geht es - außer bei Iran und anderen Drittweltländern - aber nicht mehr darum nm einen Orbit zu erreichen, sondern dies unter möglichst geringen Kosten. Was ist aus den vielen Ideen geworden die es im Laufe der Zeit hab die Kosten zu senken?

Es gab deren viele. Hier nur eine kleine Auswahl:

Ale Versuche haben meist eine Gemeinsamkeit: Ein Vorwurf an die etablierten Firmen wie Lockheed, Boeing oder EADS, ihre Raketen wären unnötig teuer und kompliziert und wenn man es einfacher macht wird es auch erheblich billiger. Ich halte das für falsch. Zum einen arbeiten dort auch fähige Ingenieure an den Raketen. Diese Leute sind nicht dumm oder haben die Aufgabe etwas möglichst kompliziert zu machen. Sie versuchen in der Regel die einfachste Lösung hinzubekommen welche die Vorgaben erfüllt. Die einfachste Lösung ist in der Regel auch die preiswerteste und zuverlässigste. Vielmehr kann es vorkommen, wenn man die Kosten möglichst gering halten will, dass man zu einer unnötig komplizierten oder einer fehleranfälligen Lösung kommt. Dazu zwei Beispiele: Die N-1 hatte 30 Triebwerke, weil man die Entwicklungskosten niedrig halten wollte und große Triebwerke sind eben teuer zu entwickeln. Bei jedem der vier Fehlstarts gab es Probleme mit diesen. SpaceX meinte Entwicklungsjosten zu sparen indem es die Brennkammer beim Merlin ablativ kühlt - um festzustellen, dass dies viel umständlicher war als die normale regenerative Kühlung und später darauf umzuschwenken.

Natürlich neigen Trägerraketen, die von der NASA und dem DoD gekauft werden, dazu teurer zu werden als geplant. Doch sehe ich da nicht die Ursache in den Raketen selbst, sondern der Bürokratie und dem Overhead der sich einspielt wenn man es mit staatlichen Stellen zu tun hat. So braucht an am Cape länger und mehr Personal um eine Rakete zu starten. Die NASA bucht auch nicht einen Start den dann Boeing oder Lockheed ausführen können wann gerade Zeit ist sondern eine Serviceleistung: Start am x.y. um z Uhr - so muss man Personal bezahlen das zu anderer Zeit die Däumchen dreht. Es geht auch anders: Arianespace hat beim letzten Los einen neuen Vertrag mit EADS geschlossen: EADS liefert nun nicht mehr nur die Raketen. Sie bauen sie auch am Startplatz zusammen und integrieren die Nutzlast. Die Startkosten sollen so und durch rationellere Fertigung um 30 % sinken. Arianespace muss aber ihre Kunden auch auf dem freien Markt akquirieren und kann sich nicht auf die wenigen ESA Starts verlassen. Ich glaube wenn die NASA und DoD ihre Ausschreibungen öffnen würden - das die Nutzlast auch mit einer nicht US Trägerrakete befördert werden kann - dann würden sehr bald die Atlas und Delta billiger werden. Nur müsste eben dann die NASA wie andere Kunden auch einen Start buchen und kein Rundum Sorglos Packet.

Eine Idee die immer wieder kommt, ist die der "Low-Tech" Rakete, also einer Rakete bei der man auf teure Systeme wie Turbopumpen, Hochdrucktriebwerke etc. verzichtet. In den USA gerne als "Big Dump Booster" bezeichnet. Schaut man sich das ganze dann genauer an, so wird es eher teurer. Denn da die Nutzlast einer Rakete exponentiell abnimmt, wenn man z.B. den spezifischen Impuls absenkt, muss die Rakete viel größer werden und das frisst alle Einsparungen wieder auf. Sehr oft kommt man auf diese Idee, weil man zu den russischen Raketen schaut, die praktisch unverändert über Jahrzehnte ihren Dienst taten. Doch das hat auch seinen Grund: Zum einen kann es sich Russland nicht leisten neue Raketen zu entwickeln - Die Angara wird seit einem Jahrzehnt entwickelt, obwohl sie Triebwerke einsetzt, die es seit langem gibt. zum zweiten ist es immer noch eine andere Wirtschaft: Teuer sind Raketen durch die Arbeitszeit die in ihnen steckt. Sie werden in kleinen Stückzahlen produziert und das sehr aufwendig. Es sind umfangreiche Kontrollen und Prüfungen notwendig durch qualifiziertes Personal. Da das Lohnniveau in Russland schlicht und einfach viel geringer ist als bei uns, sind sie billiger. Ich bezweifele, dass ein Nachbau der Proton im Westen billiger wäre als eine Ariane 5 oder Atlas. Wahrscheinlich wäre eine Ariane 5 die in Russland gefertigt würde, auch zu einem Bruchteil einer in Deutschland und Frankreich gefertigten Rakete zu haben.

Ich denke das Optimum bei nicht wieder verwendbarer Technologie haben wir erreicht: Feststoffbooster als erste Stufe, eine Zentralstufe mit Wasserstoff als Antriebe und eventuell eine Oberstufe auch mit Wasserstoff. Alternativ wäre auch die Zentralstufe mit Kerosin denkbar, dann benötigt man in jedem fall eine Oberstufe. In der Fertigung kann man das kaum noch billiger machen. Preiswerter würde höchsten eine Wiederverwendung werden. Ich glaube allerdings auch, dass eine private finanzierte Rakete nicht erfolgreich sein wird. Die Entwicklungskosten sind einfach zu hoch und es gibt zu wenige Starts. Typscherweise liegen die Entwicklungskosten bei dem 50-100 fachen eines Raketenstarts. Nimmt man 30 % Gewinn pro Start ein, so müsste man 150-300 Stück durchführen nur um das Kapital selbst zurück zu bekommen. Von der Verzinsung mal ganz zu schweigen.


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