Home Site Map Sonstige Aufsätze Weblog und Gequassel counter

Web Log Teil 89 : 25.11.2008-1.12.2008

Dienstag 25.11.2009: SpaceX macht sich unbeliebt.

Da wir heute einen Betriebsausflug haben nur einen kurzen Blog. Morgen geht es weiter mit der Ariane 5. Wie ich beim durchsehen der Portale über Raumfahrt sah, hat SpaceX am Sonntag Abend ihren ersten Test der Falcon 9 Erststufe über die volle Brenndauer absolviert. Ein Kommentar darüber, dass dieser nicht angekündigt war und die Firma nur ein paar Notizen an den High-Schools machte (" Posting notices at the high school is an example of complete stupidity and gross negligence from SpaceX. Obviously, this organization is incapable of running a reliable operation.") brachte mich dazu mal bei Google News nachzusehen - und siehe da, dieser Test hat weitaus mehr Meldungen produziert als der erfolgreich Satellitenstart. Lokale Nachrichten sind dabei durchaus nicht positiv.

Die Firma hat anscheinend niemanden über den Test im voraus informiert (Kommt einem das nicht bekannt vor). Er fand mitten in der Nacht statt (22:30 Ortszeit) und viele meinten eine Bombe wäre explodiert. Auch gab es Beschwerden wegen der Befürchtung Häuser könnten durch Druckwellen beschädigt worden sein. Die Kommentare auf einer lokalen Zeitung sprechen Bände.

Ein Raketentest ist natürlich heute etwas anderes als vor 40 Jahren. Ich glaube heute würden sich auch die Huntsviller gegen einen Test einer Saturn 1C Stufe wehren. Aber deswegen machen andere Aerospacefirmen dass auch in speziellen Testgeländen oder besser gleich in Vandenberg oder dem Cape. Dort baut SpaceX ja gerade die Startrampe um und man fragt sich, warum dort nicht gleich der ganze Test ablief.

Ich mache mich wahrscheinlich bei den SpaceX Fans noch unbeliebter als bisher, aber das ist ganz schlechte Arbeit. Vor allem wenn nicht einmal die lokalen Bürger informiert wurden (eine Menge schienen nicht zu wissen, das SpaceX überhaupt dort einen Teststand hat). Aber dafür gibt es ja hochfliegende Pläne. Neben der Versorgung der ISS soll die Dragon Kapsel nun auch als "Dragonlab" zum Einsatz kommen. Wofür man die Kapsel mit 10 m³ Innenvolumen nutzen kann blieb offen. Ein Regierungskunde (andere hat SpaceX ja nicht) scheint sich für den Jungfernflug 2010 gefunden zu haben. Doch ich denke wer ernsthaft Experimente wieder zurück auf die Erde bringen will macht das besser mit einer russischen Foton Kapsel - die ist erprobt und preiswert.

Was ich SpaceX wünsche, wäre dass beim Jungfernstart kurz nach dem Abheben mal eines der 9 Triebwerke einer Falcon 9 ausfällt - Denn anders als behauptet reicht die Schubkraft nicht aus um in einer frühen Phase einen Triebwerksausfall abzufangen: Die Rakete wiegt 333.8 t nach SpaceX Angaben und hat einen Startschub von 380 t. 1 Triebwerk weniger und es sind 338.9 t - nur muss dann, wenn es nicht gerade das mittlere ist ein zweites abgeschaltet werden um keine Schubassymmetrie zu bekommen. Also bleiben noch 295.8 T Schub. Zu wenig wenn die Rakete 333.8 t wiegt. Selbst wenn, dann ist offen ob die Nutzlast noch den gewünschten Orbit erreicht. Schließlich gibt es einen gravierenden Schubverlust. Aber so wie ich SpaceX kenne merken die das erst nach einem Fehlstart, war ja bisher auch immer so....

Mittwoch: 26.11.2008: Der Ausbau der Ariane 5: Die Lösung

Am Montag habe ich davon berichtet, wie die Ariane 5 recht spezifisch für Hermes konstruiert wurde, Heute geht es darum, wie man den Ausbau der Ariane 5 wohl besser hätte machen können als die ESA. Zuerst einmal: Ich ermutige meiner Leser ja zum kritischen Lesen und dass sie nicht alles glauben, was sie woanders sehen (sehr wichtig z.B. bei den SpaceX Seiten). Doch gilt dies natürlich auch für mich. Also ein kleiner Beweis für die Behauptung, das die Ariane 5 optimiert wurde für Transporte in den niedrigen Orbit. Hier die Nutzlasten der Ariane 5 in verschiedenen Versionen für den LEO und GTO Orbit.

Bahn Ariane 5G Ariane 5 ECA Ariane 5 ECB
ISS Bahn 17910 kg 20600 kg 23000 kg
GTO Orbit 6820 kg 9600 kg 11500 kg

Wie man sieht, nimmt die LEO Nutzlast nur leicht zu um 28 %. Die GTO Nutzlast aber um 69 %. Nehmen wir die Ausgangslage. Die ESA hatte nun also die Ariane 5 konstruiert, eine Rakete mit einer sehr hohen LEO Nutzlast, doch einer eher bescheidenen GTO Nutzlast. Die Mängel sind bekannt: Der Schub der EPC ist zu gering für eine sehr schwere Oberstufe. (Bei Abtrennung der Booster fällt die Beschleunigung sogar auf 0.75 G zurück!). Es fehlt auch eine Oberstufe mit einem energiereichen Treibstoff, wie z.B. Wasserstoff und Sauerstoff. Die Booster könnte man optimieren, muss man aber nicht, weil sie als erste Stufe den geringsten Einfluss auf das Gesamtsystem haben (sowohl von den Kosten, wie auch den Möglichkeiten der Einsparung von Gewicht und der daraus resultierenden Nutzlaststeigerung).

Die ESA begegnete dem Mangel des zu riesigen Schubs der EPC mit dem Vulcain 2. Das Vulcain 2 hat 200 kN mehr Vakuumschub und resultiert aus dem Vulcain 1 durch einen höheren Brennkammerdruck und einer Änderung des Mischungsverhältnisses. Gedacht war es als einfache Adaption, doch wie der fehlgeschlagene Jungfernstart zeigte, war es nicht so. Die Entwicklung wurde teurer und dauerte länger als geplant. Besser wäre es wohl gleich gewesen zu einem deutlich größeren Triebwerk überzugehen. Die Anpassung des Mischungsverhältnisses vergrößerte die Treibstoffzuladung um 19 t. Das frisst den Schub fast wieder auf (es bleibt ein Plus von 7-8 t bei Abtrennung der Booster, bedingt durch den höheren Treibstoffverbrauch). so sind die Ausbaumöglichkeiten für eine Oberstufe begrenzt. z.B. müsste eine ESC-B bei ISS Missionen auf etwa 11 t Treibstoff verzichten.

Die zweite Änderung war die Einführung der ESC-A als Zwischenlösung. Aufgrund des schubschwachen HM-7 Triebwerks war hier die Treibstoffzuladung nicht viel größer als bei der EPS Oberstufe. Doch der hochenergetische Treibstoff steigert schon die Nutzlast auf 9.6 t. Eine deutlich höhere Nutzlast erreicht man mit einer zweiten Oberstufe, angetrieben mit dem Vinci Triebwerk. 180 kN Schub reichen für eine größere Treibstoffzuladung und so resultieren dann etwa 11.5 t Nutzlast.

Weitere Optimierungen welche die ESA derzeit untersucht sind:

Ale Änderungen sollen zusammen die Nutzlast auf 14-15 t steigern. (27 t in LEO Orbit). Das wäre ungefähr die maximale Ausbaugrenze der derzeitigen Ariane, ohne neue Stufen einzuführen. Und... ich gebe der ESA recht! Es ist in etwa das gleiche, was ich gemacht hätte, wobei ich natürlich nur die technische Seite beleuchten kann und nicht die kommerzielle. Hier mal eine kleine Begründung warum jeder Schritt notwendig ist.

Die Oberstufe. Aufgrund der Ziolkowski Gleichung kann man das Gewicht einer optimalen Oberstufe für die 188 t schwere EPC etwa zu 40 t bestimmen. Bei dieser erreicht die Nutzlast im Vergleich zur Oberstufe ein Optimum. Der Schub einer solchen Oberstufe liegt bei vielen etablierten Trägersystemen etwa bei einem Drittel der Startmasse (mit Nutzlast). Dieses läge bei 15 t Nutzlast und 1 t für die VEB bei 56 t, ein Drittel davon sind etwa 19 t oder etwa 190 kN -- also genau den Schub den das Vinci aufweist. (das jedoch eine etwas kleinere Stufe mit etwa 33-34 t Startgewicht antreibt - eventuell geht die Vergrößerung um 200 kN auch mit einer Verlängerung der Stufe einher).

Die EPC muss leistungsfähig genug sein, diese schwerere Oberstufe auch anzuheben. optimal wäre ein Schub von 1 G bei Abtrennung der Booster, nach etwa 130 Sekunden Brennzeit. Zieht man den bis dahin verbrauchten Treibstoff ab, so errechnet sich ein Schub von 1900 kN. Das Vulcain 3 ist etwas kleiner, aber die ESC-B ist auch etwas leichter. Hier spielen natürlich auch die Kosten eine Rolle. Auf jeden Fall ist die ESA auf dem richtigen Weg, denn frühere Ideen für das Vulcain 3 gingen mehr in Richtung Kostenreduktion bei nur leicht gesteigertem Schub (1412-1500 kN). 1700 kN sind da schon ein größerer Sprung und bringen auch deutlich mehr Performance: 14-15 t in den GTO.

Was ich anders machen würde, ist das System der Booster. Wenn schon die Konstruktion gewechselt wird, dann sollte auch das System von nur zwei Boostern zu einem flexiblen System gewechselt werden. Zwar sind die Booster die preiswerteste Komponente einer Ariane 5. doch wenn die Nutzlast eben nur einen Teil der Maximalnutzlast ausnutzt, wie dies immer wieder der Fall sein wird, dann stellt das Weglassen von Boostern die einzige Möglichkeit dar den Preis zu senken.

Zwei Randbedingungen sollten eingehalten werden: Die Startbeschleunigung sollte nicht unter 1.2 g bei einer minimalen Konfiguration liegen und die Maximalbeschleunigung nicht über 5.0 g (heute 4.63 g). Nimmt man ein System von 2,4 und 6 Boostern an und den Maximalschub bei der Abtrennung an, so errechnet sich die Masse eines Boosters zu 145 t bei 14.3 t Leermasse und 2340 kN mittlerem Schub (Brennzeit 147 sec). Das ist eine erste Vorabschätzung, die man im Schubprofil und der Brennzeit noch optimieren kann. Sie würde aber 2, 4 oder 6 Booster zulassen. Die 4 Booster Lösung hätte dieselbe Nutzlast wie die Ariane 5 der ESA. Die 6 Booster Lösung etwas mehr. Im Vergleich zu den EAP Boostern ist der Schub geringer, dafür die Brennzeit länger. Das erlaubt es erst 6 Booster einzusetzen. Der höhere Schub des Vulcain 3 erlaubt es mit weniger Startschub auszukommen, so dass auch eine 2 Booster-Lösung bei geringer Anfangsbeschleunigung denkbar ist:

Kerndaten:

Nutzlast:

(Berechnet auf Basis der gleichen Endgeschwindigkeit wie bei der Ariane 5 ECA). Das ist sogar noch deutlich mehr als die ESA Schätzungen. Das liegt an der nochmals um ein Drittel größerere Oberstufe und der Möglichkeit die Booster zu variieren: Mit 11.4-19 t ist hier die Nutzlast um einen breiten Bereich variierbar. Das alles wäre in einem Schritt angehabt - ohne den Zwischenschritt über die ESC-A und das Vulcain 2. Schade, dass man bei der ESA nicht die Chance gesehen hat, und immer noch nicht sieht.

Was gibt es sonst neues? Das Gemini Buch verkauft sich plötzlich erstaunlich gut: Gestern war es das größte Kontingent: 25 Stück auf einmal (bei 149 Stück ein ziemlich großes Kontingent). Das ATV Buch liegt bei 32 Stück. Ich weiß inzwischen von ein paar Fehlern. Außerdem ärgert mich das vergessene "m" im online Katalog. Ich dacht eigentlich nie über eine Neuauflage nach. Aber vielleicht lohnt sich doch eine. Eine Erweiterung vor allem der Missionsbeschreibungen durch die Angaben die ich in einigen Astronauten-Büchern gefunden habe wäre denkbar. Umgekehrt sah ich das Buch immer als ein Buch über die Technik von Gemini und nahm an, dass jemand, der an den Astronauten und den genauen Missionen interessiert ist doch gleich zu einem Buch greift in dem dies im Vordergrund steht. Was meinen Sie als Leser? Das LM-Buch macht langsame Fortschritte aber so langsam reicht es mir auch. Ich glaube bis zum nächsten gibt es eine Pause. Interesse hin oder her. Es ist viel mühsamer ein Buch zu schreiben als einen Aufsatz. Es dauert so ewig lange bis man fertig ist, immer wieder muss ich umstellen, oder doppeltes löschen und viel Recherche ist nötig. Das ermüdet und nimmt einem ein bisschen die Motivation. Trotzdem behalte ich eine Veröffentlichung noch dieses Jahr im Auge.

Freitag: 28.11.2008: Neue Prozessoren und neue Software

Ich habe gerade einen Bericht über die Architektur von Intels neuem Prozessor Core I7 gelesen. Er führt wieder neue Befehle ein, mit denen man z.B. Strings besser vergleichen kann und die Stringlänge schneller bestimmen. Vor allem gibt es wieder Hyperthreading und neue Hardware Features, wie das komplette Stilllegen von Kernen oder das Hochtakten der anderen Kerne wenn einige stillgelegt sind.

Das ganze erinnert mich an eine Grundproblematik, die wir eigentlich seit dem Pentium II haben. Bis dahin war es so, dass die Prozessoren die Befehle immer schneller ausführten, entweder weil sie weniger Takte pro Befehl brauchten oder die Taktfrequenz anstieg. Es gab gravierende Erweiterungen in der Architektur: Mit dem 80286 den Protected Mode und eine 16 MByte Adressierung und mit dem 386 den vollen 32 Bit Modus mit 32 Bit Registern und 32 Bit Adressierung. Aber: Software musste dafür entwickelt werden und dann konnte die Software auf allen Rechnern das gleiche - egal ob sie auf einem Pentium oder 386 er lief.

Seit dem Pentium II wird an der Architektur geschraubt. Es wurde eine zusätzliche Unit eingeführt: SSE, die mittlerweile bei SSE 4.2 angekommen ist. Mal gibt es Hyperthreading, mal nicht. Prozessoren gibt es mit 2, 3 oder 4 Kernen. Eine Zeitlang gab es auch nur 32 Bit fähig waren und welche mit 32 und 64 Bit Kernen.

Sieht man sich die SPEC Benchmarks an, bei denen die Hersteller der Prozessoren die Freiheit haben den Compiler so einzustellen, dass er den optimalen Code erzeugt, dann sind teilweise große Sprünge in der Performance möglich: 20-30 5 mehr bei gleicher Taktfrequenz mit einem neuen Kern und Optimierter Software. Doch haben Sie etwas davon?

Nein. Denn ein Hersteller von Software kann diese nicht auf einen Prozessor optimieren. Er kann nicht die neuesten Befehle einsetzen, wenn er nicht einen Großteil der Kundschaft verprellen will, die diesen Prozessor nicht hat. (Vor allem nicht wenn AMD und Intel zueinander inkompatible Erweiterungen machen). Ja heute ist - einige Jahre nach Einführung der Zweikernprozessoren - es noch normal, dass eine Software nur einen Kern ausnutzt,. Das ist aus der Programmierung zu erklären, die erheblich aufwendiger wird, wenn man mehrere Prozesse abstimmen muss. Sehr oft ist aber auch der Arbeitsablauf linear. Der Zweikernprozessor bringt trotzdem etwas: Denn das Betriebssystem kann ganze Programme zwischen den Kernen verschieben. So bleibt ein Kern für die Arbeit und einer für Hintergrundtätigkeiten (Virenscanner, Download, Videostreaming). Doch mehr braucht man nicht: Vierkernprozessoren haben bei den Wald und Wissen Anwendungen keine Vorteile. Für Gamer werden sogar Zweikernprozessoren empfohlen - Sie sind höher getaktet und es gibt noch kaum Spiele die mehr als zwei Kerne nutzen.

Wie soll dies weitergehen? Man wird wohl kaum den Fortschritt einfach aufhalten können. Ich sehe zwei Möglichkeiten. Die eine getrieben von den Hardwareherstellern: Sie legen eine Hardwareplattform fest die so mächtig ist, dass es Jahre dauert sie vollständig umzusetzen. Bis dahin emuliert man sie und nach und nach füllt man sie mit Leben. Z.B. einen 64 Kernprozessor. Derzeit können wir nur 4 Kerne produzieren. Diese müssten die anderen mit emulieren und dabei eben dauernd wechseln. Oder eine 128 Bit Umgebung mit sehr mächtigen Streaming Operationen, Codierungs- und Encodierungsoperationen in Hardware oder High-Level Befehle als Maschinensprache. Auch das ist nicht undenkbar. Sie sind jetzt vielleicht nicht möglich und müssen bis dahin durch ein kleines Programm ersetzt werden. Doch das ist nichts neues: Der 8086 konnte auch nicht Multiplikation und Division in Hardware ausführen. Das machte ein kleines Microcodeprogramm. Software wird dann laufend schneller in dem Maße wie die Hardware die Emulation durch real vorhandene Hardware ersetzen kann. Solange kann aber ein Hersteller seine Software unverändert über Jahre hinweg einsetzen und sie wird immer schneller.

Der zweite Weg wird von den Softwareherstellern beschritten: Betriebssystemherstellern und Softwareproduzenten. Wenn ich will, dass meine Software immer optimal läuft, dann muss ich sie neu kompilieren. Nun will ein Softwarehersteller sicher nicht seinen Code herausgeben. Das ist aber notwendig um sie neu zu kompilieren. Eine Lösung wäre es den Quelltext zu verschlüsseln  z.B. mit einem 256 AES Schlüssel. Wenn eine Kompilierung notwendig ist fragt der Compiler nach dem Schlüssel beim Hersteller nach und bekommt ihn. Damit erzeugt man eine optimale Version für den eigenen Prozessor und man wahrt trotzdem das Geheimnis des Codes. Das Kompilieren muss dabei fest in das Betriebssystem eingebunden werden und dieser muss sich gegenüber dem Hersteller als sicher ausweisen können z.B. mit einem Zertifikat. Ein Hersteller kann sogar mehrere Versionen von besonders kritischen Teilen vorhalten, optimiert für verschiedene Prozessoren.

Eine Alternative, aber weitaus schlechter optimierend wäre ein Programm welches den Quelltext untersucht und Optimierungen vornimmt, z.B. Befehle durch leistungsfähigere ersetzen oder Programmteile in einzelne Threads unterteilen. Diese Lösung kommt ohne Kenntnis des Quelltextes aus, ist jedoch nur suboptimal .NET hat dies angekündigt, doch bislang sieht man keine besondere Unterstützung von leistungsfähigen Features einzelner Architekturen.

Die Sache mit Deutschland und dem Nationalstolz

Während der letzten Wochen lief im ZDF die Serie "Wir Deutschen". Die episodenartig deutsche Geschichte vor allem aufgemacht an einigen Personen beleuchtete. Ich fand die Serie sehr gut. Aus mehreren Gründen. Deutsche Gesichte wird im Fernsehen (zumindest beim ZDF wo diese Serie lief) dank Guido Knopp auf 12 Jahre verkürzt - oder sollte ich 1000 Jahre sagen ;-) Aus dem zweiten Grund: Ich habe einiges dazu gelernt, auch wenn ich kein Fan des Dokutainments bin mit Szenen wie beim Spielfilm. Wie ich in einem Beitrag gesehen haben, soll die Serie auch im Geschichtsunterricht eingesetzt werden - ich weiß nicht ob die Serie dadurch besser wurde oder umgekehrt eine gute Serie dafür ausgesucht wurde.

Die Geschichte eines jeden Landes ist einzigartig. Eine Charakteristik von Deutschland ist es, dass wir zwar eine gemeinsame Sprache haben (nun ja leidlich. Ich habe meine Zweifel, ob jemand aus dem Norden Deutschland mich versteht wenn ich breit schwäbisch rede), aber sonst eigentlich den größten Teil unserer Geschichte keine Nation hatten - zumindest nicht in dem Sinne wie es unsere Nachbarländer wie Frankreich kennen: Eine Zentralgewalt welche das ganze Land regiert. Der nationale Gedanke, also nicht die Identifikation mit dem Fürstentum in dem man lebt, sondern dem Land begann bei uns recht spät, erst 1813 mit den Freiheitskriegen, aber erweckt war er von dahin nicht zu bremsen.

Ich habe mal die Meinung vertreten, dass sich die Geschichte eines Landes sich in dem Verhalten der Menschen niederschlägt. Man muss nur die  Amerikaner mit uns Vergleichen. Um es mal überspitzt zu formulieren: Die Amis meinen überall in der Welt müsse es so sein wie bei Ihnen und jeder will nur Amerikaner werden, während man bei uns das "an dem Deutschen Wesen kann die Welt genesen" wohl ausgetrieben hat. Es spiegelt sich in dem alltäglichen Verhalten wieder. Die Sparquote bei den Amerikanern ist bei Null. Das hat ja auch diese Immobilienkrise mit verursacht: Das Kaufen auf Kreditkarten. Die dann angehäuften Kredite wurden in Immobilienhypotheken umgewandelt und als die dann auch geplatzt sind? Nun ja wir wissen ja wie es weiterging.

Das drückt sich auch im Verhältnis des einzelnen zu seiner Nation aus. Die Amis fangen bei jeder nur passenden Gelegenheit ihre Hymne anzustimmen (auf die Melodie eines englischen Trinkliedes, wodurch sie so schwer zu singen ist, dass es als Folge bei offiziellen Anlässen einen professionellen Vorsänger gibt) und bedecken dabei ihr Herz. Bei uns ist es nicht mal peinlich wenn die Nationalspieler bei der Kamerafahrt während die Nationalhymne gespielt wird, stumm sind oder wie ein Frosch ihre Lippen bewegen. Nun ja angesichts dessen was ich von den meisten Interviews von Fußballspielern in Erinnerung habe muss man sich auch nicht wundern das sie diese paar Zeilen nicht im Kopf behalten können.

Was mich ein bisschen stört ist, dass bei uns Nationalstolz meist gleichgesetzt wird mit Nationalismus (das was die NPD, DVU und anderen rechtsradikalen propagieren) oder man semiintellektuell herkommt mit Floskeln wie "Ich kann nur auf etwas stolz sein, dass ich selbst erreicht habe und nicht auf eine Nation". Waaahnsinnig intellektuell, trifft aber nur nicht den Kern. Das Wort heißt nun mal so. Passender wäre wahrscheinlich "Nationalidentifikation". Man kann dies ja umbenennen so wie man schon "Negerküsse" in "Schokoküsse" umbenannt hat. Ich dachte das hätte sich nach der WM 2006 etwas verändert, aber anscheinend kann man bei uns die Nationalfarben und Flagge nur zeigen, wenn Fußball gespielt wird. Unverständlich: Denn die Nationalflagge hat ihre Farben nach den Uniformen des Freiheitscorps Lützow aus dem Kamp 1813/4 gegen Napoleon: Die Uniformen waren schwarz gefärbte Zivilklammoten, mit roten Ärmelaufschlägen und goldfarbenen Messingknöpfen. In den Freiheitskriegen spielten die "schwarzen Jäger" keine große Rolle, doch sie erlangten Berühmtheit durch den Dichter Theodor Körner der ihnen beitrat und den Kampf in Gedichte und Werke fasste und auch bei einem Gefecht am 26.8.1813 fiel.

Die Farben stehen also für eine Periode der deutschen Geschichte, als sich erstmals Deutsche als allen Kleinstaaten gegen einen gemeinsamen Feind (Napoleon) auflehnten und ihn schließlich aus dem Land warfen. Es sind also urdemokratische Farben und können durchaus mit Stolz präsentiert werden.

Ansonsten: Man hat es gemerkt es wurde in der letzten Zeit still. Ich habe eigentlich nur noch an meinem nächsten Buch gearbeitet. immer noch suche ich nach einem Titel und Untertitel. (Man schaue sich auch das Inhaltsverzeichnis an). nun sehe ich endlich Licht am Tunnel: Nach 199 Seiten bin ich durch mit der Beschreibung aller Zusatzstoffe. Nun fehlen noch 1-2 Lebensmittel in der Was ist drin Rubrik und der Textteil ist fertig. Danach schließt sich das Korrekturlesen an. Aber jetzt reicht es auch. Danach folgt erst mal ne Pause. Buch Nummer 4 ist verschoben, mindestens um ein paar Monate. Vom Bücherschreiben habe ich jetzt genug für ein paar Monate, zumal ich vom Januar bis März ja noch einen Lehrauftrag habe, der mich etwa einen zusätzlichen Arbeitstag pro Woche kostet denn ich durch Überstunden ausgleichen muss.

Montag 1.12.2008: Der Ausbau der Ariane 5: Preiswerte Alternativen zur ESA Politik

Ich habe im vergangenen Aufsatz über einen alternativen Ansatz philosophiert. Wie Michael Van schon angeführt hat gibt es auch andere Konzepte. Mit mehr Vulcain Triebwerken kann man leicht aus der Ariane 5 eine Rakete machen die selbst 35 t zum Mond befördert, wie eine CNES Studie von 1991 schon zeigte. Die DLR hat ein Konzept der Wiederverwendung der EPC untersucht und will diese als geflügelte Booster wieder verwenden. Doch es geht auch anders. Machen wir doch eine Analyse:

Ariane 5 bezieht ihre starke Marktposition durch die Fähigkeit zwei Nutzlasten gleichzeitig zu transportieren. Dies macht den Start günstiger für einen Kunden. Das heißt im Umkehrschluss, dass Ariane 5 maximal die doppelte Nutzlast eines Konkurrenzproduktes anbieten muss. Da Delta und Atlas nicht mehr auf dem freien Markt angeboten werden (weil sie zu teuer sind) und die H-2 keine konkurrenzfähigen Preise offeriert sind noch übrig:

Rechnet man 800 kg für eine SPELDA dazu, so bräuchte man eine maximale Nutzlast von 2*6300+800 kg = 13400 kg. In der Praxis ist die Anforderung etwas geringer. Es ist nicht sehr wahrscheinlich, dass gleich zwei sehr große Satelliten auf einmal transporteiert werden. Vor allem Satelliten über 6 t sind noch recht selten. Das hat vielfältige Gründe, vor allem ist es für einen Satellitenhersteller und einen Betreiber sind große Satelliten ein Risiko: Es gibt dann nur noch wenige (im Extremfall nur ein Trägersystem) welche sie transportieren kann und damit begibt man sich in eine Abhängigkeit. Normal dürfte derzeit eher die 5 t Klasse sein und mit 11.5 t Nutzlast wäre die ESC-B ausreichend für einen 6 t und 5 t Satelliten.

Für die derzeitige Situation ist die ESC-B also ausreichend. Doch wie sieht die Zukunft aus? Russland arbeitet an der Angara - aber die Angara ist seit mehr als einem Jahrzehnt geplant. Ihr Erststart wird immer wieder verschoben und es ist noch nicht absehbar. Wenn, dann erhöht sie die Nutzlast mit der (ebenfalls noch nicht verfügbaren und auch für die Proton protrahierten) KVRM Oberstufe bei 6.6 t.

Für die Zenit gibt es keine Upgradepläne. Die größte Version der Langen Marsch 5 soll 10 t in den GTO bringen. Doch auch diese hinkt hinter dem Soll hinterher und ihr Erstflug wurde mehrfach verschoben. Das korrespondiert auch mit der Entwicklung: Es gibt derzeit eine gewisse Stagnation: Die Satelliten werden nur langsam schwerer. Das Groß liegt immer noch im 4-6 Bereich. Es gibt noch genügend Satelliten unter 3 t Gewicht, so dass es sich für Arianespace lohnt die Sojus von Kourou aus starten zu lasen. (Wenn man es genauer nimmt: Es gibt für diese leichten Satelliten nur Ariane 5 und chinesische Träger - Proton und Zenit sind zu teuer bei einem Einzelstart.

So haben die Minister beschlossen die ESC-B Stufe weiter zu verschieben. Zur Erinnerung: Die Stufe wurde 1998 beschlossen und nach einer Vorlaufzeit in der sie definiert wurde, sollte die richtige Entwicklung ab 2002 beginnen, wenn die ESC-A in Dienst gestellt wurde. Die stufe rund um das Vinci Triebwerk sollte rund 400 Millionen Euro kosten, bis 2006 verfügbar sein und die Nutzlast auf 11.5 t steigern bei fast gleichen Produktionskosten. Der Ariane 5 Rettungsplan nach dem Fehlstart der Ariane 5 EC-A verschlang jedoch dieses Geld und 2005, beim nächsten Ministerratstreffen wurde die Entwicklung verschoben und dieser Beschluss wurde im wesentlichen wiederholt. Das Vinci Triebwerk wird schon seit einiger zeit erprobt, noch in einer führen Stufe ohne Expansionsdüse, aber immerhin. In 2011 wird über die Wiederaufnahme beschlossen werden. Der früheste Termin für den Jungfernflug ist 2016, eher 2017.

Okay. Was gibt es an Alternativen? Es wär zum einen mal zu überlegen, ob die Stufe dann noch in der Form gebaut werden sollte. Um diese Zeit steht ja auch dann die Einführung der Booster mit Composite Hülle an. Diese sollen bei 275 t Startmasse (5 t mehr als bisher) nur noch 27 t leer wiegen 8(2 t weniger als bisher). Dies sollte etwa 1 t Nutzlast in GTO bringen. Die Ariane 5 wäre dann bei etwa 12.5 t GTO. Wenn man es schlau macht, dann verlängert man die Brennzeit. 145 Sekunden Brennzeit gibt es schon bei Feststoffantrieben. Die Beschleunigung würde nur leicht beim Start sinken. Die zusätzlichen 20 Sekunden Brennzeit haben jedoch einen Effekt: Das Vulcain 2 verbrennt in dieser Zeit 6.4 t Treibstoff. um diese 6.4 t darf die ESC-B schwerer sein. Eine Simulation ergibt, dass eine so verlängerte ESC-B dann etwa 900 kg mehr transportieren kann. man kommt so auf 13.4 t Nutzlast. Das Vinci müsste etwas schubstärker sein. Doch das wird sowieso erwogen (200 kN Schub anstatt 180) und könnte schon jetzt während der Entwicklung erfolgen. Man käme so auf eine 13.4 t Nutzlast und zwar ohne eine relativ teure Einführung des Vulcain 3 (das würde dann nochmals etwa 1 t mehr bringen, doch dieser Schritt ist wahrscheinlich wegen der Größe des Triebwerks erheblich teurer).

In der Summe hätte man dann wenigstens 2016 eine Ariane 5 mit 13.4anstatt 11.5 t Nutzlast. Wichtig für Deutschland denke ich wäre es hier einmal vorzupreschen und die Verantwortung zu übernehmen. Denn die Produktion der Ariane sichert ja auch hochqualifizierte Arbeitsplätze, die durch die Steuereinnahmen wieder einen Rückfluss der Investitionen sorgen. (Bei der Ariane 1-4 war das Verhältnis 4:!, das wird bei der Ariane 5 geringer sein, aber man wird in jedem Fall die investierten Gelder zurück bekommen). Vor allem bringt es aber auch etwas für die Fähigkeit von deutschen Unternehmen. Die Composite Strukturen werden derzeit von Frankreich und Italien entwickelt. Deutschland hat zwar die Herstellung der Stahlgehäuse perfektioniert, doch diese Technologie ist veraltet. Das Vinci würde Erfahrungen im Bereich des Expander Cycle Kreislaufs bringen. (Deutschland baut hier schon die Brennkammer, doch die wesentlichen Unterschiede gibt es in der Treibstoffförderung und neu ist auch die keramische Düse) Das ist auch für Europa gut, denn so gibt es für zukünftige Erweiterungen oder eine neue Rakete mehr als ein Unternehmen in Europa das die Schlüsseltechnologien beherrscht.

Geld wäre ja da, denn auch der ATV Ausbau wurde nicht so beschlossen wie von der DLR und Industrie gewünscht: Es gibt hier erst mal eine Vorstudie über den Bau selbst wird dann 2011 entschieden. Die Vorstudie macht nur 20 Millionen Euro aus. Eine Entwicklung wäre nach EADS Angaben etwa  800-1000 Millionen kosten (Mehr darüber in dem Buch rechts). Auch bei Exomars konnte man sich nicht so richtig entscheiden: Man hat die Mission auf 950 Millionen gekürzt und hofft, der Rest kommt von Internationalen Partnern (USA, Russland). Nun ja glauben kann man vieles. So gesehen steht die Entwicklung der ESC-B mit gesicherten Mitteln von 115 Millionen recht gut da.


Sitemap Kontakt Neues Impressum / Datenschutz Hier werben / Your advertisment here Buchshop Bücher vom Autor Top 99