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Web Log Teil 94 : 26.12.2008-29.12.2008

Freitag: 26.12.2008: Die NASA im Schlingerkurs

Am Tag vor Weihnachten gab die NASA bekannt, dass sie an SpaceX und OSC zwei Aufträge für den Transport von Fracht zur ISS erteilt haben. An OSC einen über 1.9 Milliarden Dollar für 8 Flüge und an SpaceX einen über 1.6 Milliarden Dollar für 12 Flüge. Die Verlautbarung ist allerdings für mich etwas unverständlich gefasst:

"Both fixed-price indefinite delivery and indefinite quantity contracts take effect on January 1, 2009 and expire on December 31, 2016. SpaceX will make its first launch in December 2010, followed by OSC in October 2011."

Was soll das heißen? Es werden keine verbindlichen Starttermine und Mengen ausgemacht? Man könnte auch jeweils nur ein Kilo transportieren? Deutlicher wird folgender Passus:

"Each Commercial Resupply Services (CRS) contract plans for transporting a minimum of 20 tonnes of freight to the space station."

Wenn ich 20 t Fracht erwarte, sollte ich das auch in den Vertrag aufnehmen. Was ist davon zu halten? Erst mal wie realistisch ist das Transportieren dieser Menge für diesen Preis?

Ein ATV Flug kostet ungefähr 350 Millionen Euro, das sind etwa 500 Millionen Dollar. Für die 3.5 Milliarden, die beide Kontrakte umfassen, wären 7 ATV Flüge möglich. Das entspricht etwa 50 t Fracht - also mehr als die 40 t aus diesen Kontrakten. Allerdings: Es gibt das ATV schon. Beide Firmen müssen erst ein Raumschiff entwickeln und dazu noch eine Trägerrakete. Beides kostet Geld. Es kann Geld eingespart werden, da das ATV der komplexeste Transporter zur ISS ist. Er kann alleine andocken und ist mit zahlreichen Navigationssystemen ausgestattet, welche sich ergänzen und bei einem Ausfall eines Systems kann ein anderes übernehmen. Die Raumfahrzeuge von OSC und SpaceX werden wohl eher wie das HTV nur in den Nahbereich der ISS manövriert werden und dann vom Arm eingefangen werden. Das reduziert die Anforderungen. Andererseits sollen die Raumschiffe auch Fracht zur Erde zurückbringen. Das macht es wiederum etwas teurer und  reduziert durch die schwerere Kapsel die Nutzlast.

Auf der anderen Seite: Ein großer Transporter ist nicht viel teurer als ein kleiner. Das teure an dem Transporter ist die Elektronik, die Stromversorgung der Antrieb. Tanks für Treibstoff, Wasser sind preiswert, ebenso ist ein längerer Druckbehälter für die Fracht nicht viel teurer als ein kurzer. Beide Firmen haben aber nur Pläne für mittelgroße Trägerraketen. OSC Cygnus Raumschiff wird 2.3 t zur ISS bringen. Das Dragon von SpaceX 2500 kg. So errechnen sich pro Flug 237.5 Millionen Dollar für OSC und nur 133 Millionen für SpaceX. Das muss die Entwicklungskosten für die Raumkapsel und die Trägerrakete mit einschließen.

Es stellt sich hier die Frage ob dies so möglich ist. Zumindest von OSC kennt man ja die Preise ihrer Trägerraketen und entwickelter Satelliten. Sie liegen nicht niedriger als die von Boeing oder Lockheed und so ist schwer zu glauben, dass es gelingen wird zu diesem Preis profitabel zu arbeiten. Für 237.5 Millionen Dollar bekommt man normalerweise gerade mal einen normalen Satelliten aber kein bemanntes Raumfahrzeug. Bei SpaceX ist der Preis noch niedriger. Diese Firma will ihre Falcon 9 für 37 Millionen Dollar verkaufen, was dann noch 95 Millionen für das Raumfahrzeug übrig lässt. Ob dies so durchführbar ist muss sich zeigen. Erst mal muss SpaceX beweisen, dass sie Raumfahrzeuge und Trägerraketen entwickeln kann. Derzeit ist nur ein Start von 4 einer viel kleineren und einfacheren Trägerrakete Erfolgreich verlaufen. Die Bergung der Stufen - das wichtigste Ziel zur Kostensenkung gelang noch gar nicht.

Wie bei den vergangenen Ausschreibungen gingen Lockheed und Boeing, die sich zu PlanetSpace zusammen geschlossen hatten, leer aus. Sie hatten sich den OSC/SpaceX Angeboten angepasst und boten nun einen selbst entwickelten Transporter mit einer neuen Version der Athena an, also kein Einsatz der großen Trägerraketen Atlas und Delta und des ATV und HTV wie noch bei der letzten Runde.

Das Problem ist, dass es sehr viele NASA Anforderungen gibt. Es geht nicht nur um die Versorgung der ISS - dafür könnte die NASA diese Dienstleistung bei Europa, Japan und Russland einkaufen. Es gibt ja schon 3 Systeme dafür. Es geht auch um US Unabhängigkeit, obwohl das in den letzten Jahren nicht so eng gesehen wurde. Von 2003-2005 gab es nur Sojus und Progress für die ISS Versorgung und von 2011-2014 wird es genauso so sein.

Vor allem aber geht es meiner Meinung nach um die Förderung von neuen Raumfahrtkonzernen. Davon sind ja nur noch zwei übrig geblieben: Boeing und Lockheed, die nun immer mehr beginnen zusammen zu arbeiten. Sie tun dies schon bei den Trägerraketen und treten hier gegenüber der NASA als nur eine Firma auf und auch bei dieser Ausschreibung war es wieder eine neue Firma, die von beiden Konzernen betrieben wurde. Es kann gut sein, dass man bei der NASA hier wieder gerne mehr Mitspieler hätte.

Ich wage mal eine Prognose wie es kommen wird: Beide Firmen werden zu dem Preis es nicht leisten können, eine Trägerrakete der Delta II Klasse zu entwickeln, dazu noch ein neues Raumschiff und dieses dann für diese niedrigen Preise pro Flug zu starten. Es wird teurer kommen. Da beide Firmen recht klein sind, können sie selbst nicht Geld zubuttern. Da die NASA ihre ISS Versorgung garantiert haben will, wird sie zuzahlen müssen. Die 3.5 Milliarden sind nur die erste Rate, zumal damit ja die ISS Versorgung nicht gedeckt ist: Die NASA spricht von 40-70 % des Bedarfs zwischen 2012 bis 2015. Da bleiben 30-60 % noch übrig. Woher kommen die her?

Dabei ist noch einiges offen: Zum Beispiel wie es mit Ares/Orion weitergeht. Nach verschiedenen inoffiziellen Meldungen wird Obama auch wegen der Rezension das Ares/Orion Programm gravierend zusammenstutzen. Der Ausflug zum Mond wird wahrscheinlich gestrichen oder um Jahre verschoben. Auch soll die Neuentwicklung der Ares eingestellt werden und auf Atlas und Delta zurückgegriffen werden. Das hatte die NASA ja wegen der Sicherheit immer abgelehnt, Seltsamerweise lässt sie aber ein Raumschiff, das an die ISS ankoppeln soll, von Neulingen entwickeln die eine Firma hat bislang maximal kleine Satelliten in der 100 kg Klasse entwickelt und die zweite hat noch gar nichts erfolgreich entwickelt. Auch unbemannte Raumschiffe müssen sicher sein. Man denke an die Kollision von Progress-M34 mit der Mir. Insgesamt schlingert die NASA derzeit sehr und es ist nicht offensichtlich wohin die Reise gehen soll.

Das Foto heute zeigt ein bewiesenermaßen sicheres Raumschiff: Die Apollo Kapsel.

Apollo 8 Liftoff

Samstag 27.12.2008: Nicht dass ich jemand aufschrecken will...

Ich habe mich ja mit der Energiesituation schon einige Male beschäftigt und vor allem durch einige Zahlenbeispiele mal aufschrecken wollen. Doch ich denke es ist mal an der Zeit, es konkret zu sagen: Innerhalb der BRD werden wir nie mit regenerativen Energien unseren heutigen Energieverbrauch decken. Inspiriert hat mich dazu die neueste Folge von Fernsehkritik.tv. In dieser wird den Öffentlich-Rechtlichen unterstellt, sie würden politisch motiviert darstellen, dass man mit Solarenergie 60 % des Energiebedarfs decken könnte. Das ist nicht das was ich kenne. Zwar ist das Thema derzeit en vogue, aber die Berichte die ich kenne, sprechen eine andere Sprache, sie plädieren für einen Stromverbund, Solarkraftwerke in Spanien und Afrika und sie haben ein Hybridfahrzeug mit einem konventionellen Fahrzeug verglichen und der Hybrid hatte einen höheren Spritverbrauch. Aber ich schaue auch keine Diskussionsendungen und Verbraucherberatungssendungen an, die als Beispiel gezeigt wurden.

Tatsache ist: Der Verbrauch an Primärenergie betrug 2006 4018 Milliarden kWh. Das sind pro Bundesbürger 48814 kWh. Das ist nicht ihr Stromverbrauch, es ist die gesamte Energie die sie verbrauchen: Heizung, Benzin, Strom, Energie zur Produktion von Produkten. Man könnte es auch in MJ berechnen. Das ist die Ausgangslage. Wer es genauer anschauen will, findet es aufgeschlüsselt nach Energiequellen auf der Seite im Link.

Natürlich weiß ich, dass regenerative Energien nicht mit fossilen Energien vergleichbar sind. So können Solarzellen Strom direkt erzeugen, während Kraftwerke einen schlechten Wirkungsgrad bei der Umwandlung haben. Dafür hat man andere Probleme, wie die Speicherung von Energie, da die Sonne im Winter kaum scheint, wir dann aber viel Energie zur Heizung brauchen. Wir müssen die Energie transportieren, wir müssen fossile Stoffe ersetzen, z.B. Benzin durch Wasserstoff, wobei Umwandlungsverluste entstehen. In der Summe denke ich, brauchen wir wahrscheinlich sogar mehr Primärenergie, wegen der Verluste beim umwandeln und Speichern.

Aber gehen wir von 48814 kWh aus. Durchschnittlich beträgt die Sonneneinstrahlung in der BRD etwa 1200 kWh pro m². Das reduziert sich bei einer Dachneigung von 45 Grad auf 800 kWh/m² die nutzbar sind. Nimmt man einen durchschnittlichen Wirkungsgrad von 15 % bei Solarzellen aus, so erzeugt eine Solarzelle von den 800 kWh Sonneinstrahlung 120 kWh elektrische Energie. Für die 48814 KWh die pro Person entfallen, muss man also Solarzellen auf einer Fläche von 400 m² installieren. Das macht klar, dass es so nicht geht. Zum einen ist die Fläche 10-40 mal größer, als die nutzbare Dachfläche eines typischen Einfamilienhauses (von Hochhäusern ganz zu schweigen). Vor allem sind die Investitionskosten enorm hoch. Eine 1 kWp Anlage liefert etwa 800 kWh pro Jahr und kostet 22000 Euro. Davon müsste jeder Bundesbürger 60 aufstellen oder 1.32 Millionen Euro in Solarzellen investieren!

Damit ist klar, es geht so nicht. Über die Unmöglichkeit mit Biomasse unseren Energieverbrauch zu decken, habe ich schon mal geschrieben, es reicht nicht mal für das Benzin und Diesel. Aber rechnen wir mal nach: Riesen Chinaschilf ist eine der Pflanzen mit den höchsten Hektarerträgen. Bei 20 t im Durchschnitt pro Hektor und einem Heizwert von 18.1 MJ/kg liefert ein Hektar einen Energiegehalt von 100.000 kWh, also nur 10 kWh pro Quadratmeter. (Anstatt 120 bei der Photovoltaik), dafür betragen aber die Investitionskosten nicht einige Tausend Euro. Nehmen wir an wir pflastern 50 % unserer Fläche damit voll (das sind 178000 km² oder 17.8 Millionen Hektar), so liefert das 1780 Milliarden KWh. Das ist nicht ganz die Hälfte des heutigen Energiebedarfs. So geht es also auch nicht.

Was gibt es noch? Windenergie kann einen Teil des Stroms liefern, Geothermie Heizung, aber selbst optimistische Rechnungen von einer Bedarfsdeckung im unteren zweistelligen Prozentbereich (10-15 %) bei vollem Ausbau aus.

Was bleibt? Sonnenenergie kann man auch anders nutzen. Nicht mit Solarzellen, sondern um Wärme zu erzeugen. Es gibt dazu mehrere Technologien, die man in zwei Gruppen einteilen kann. Entweder man bündelt die Energie auf einen Punkt in einem Turmkraftwerk und erreicht dort sehr hohe Temperaturen, oder man bündelt die Energie nur auf einem kleinen Gebiet und erhitzt damit ein Medium wie z.B. bei einem Parabolrefelktor, der im Brennpunkt die Luft erhitzt. in beiden Fällen hat man eine Anlage die ein heißes Medium nutzt und beim Abkühlen Energie gewinnt. Diese Maschinen arbeiten nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik und der ist ganz einfach definiert nach:

Wirkungsgrad = 1 - (Tmin / Tmax)

Beispiel: Luft wird von 20 Grad auf 100 Grad erhitzt (293 bzw. 373 K)

Wirkungsgrad = 1 - (293/373) = 0.214

Das bedeutet, je höher die erreichbare Temperatur ist, desto höher der Wirkungsgrad und desto mehr Energie kann gewonnen werden. Das ist der wesentliche Grund warum Solarkraftwerke vor allem in sonnenreichen, heißen Gegenden gebaut werden sollten und Deutschland dazu sehr ungeeignet ist (mal abgesehen von den Kosten pro Quadratmeter Land, die auch bezahlt werden müssten). Bei Solarzellen steigt die Ausbeute recht linear, bei thermischen Kraftwerken erreicht man eine viel höhere Arbeitstemperatur, so dass der Gewinn erheblich höher ist. Die Kosten pro Quadratemer sind auch geringer als bei Solarzellen. Vor allem aber ist es eine Technologie, die viel besser geeignet ist für einen Elektrizitätsversorger als Solarzellen, die eine typische dezentrale Energiequelle sind.

Trotzdem wir werden alle nicht am Energiesparen vorbeikommen. Am Pullover im Winter im Zimmer, an den öffentlichen Verkehrsmitteln oder noch wahrscheinlicher dem Fahrrad und die Flugreisen werden sicherlich in einigen Jahrzehnten genauso exklusiv sein wie vor einigen Jahrzehnten. Zuletzt noch etwas zu dem zweiten Punkt von Fernsehkritik.tv. Dort wird bemängelt es gäbe keine wissenschaftlichen Beweis, dass der Anstieg des Kohlendioxids für die Klimaveränderung verantwortlich ist. Ich weiß nicht ob der Moderator verstanden hat, wie ein wissenschaftlicher Beweis definiert ist. Bei der Klimaveränderung wird es diesen nicht geben, solange man nicht die Erde mehrfach über einige Jahrzehnte unter verschiedenen Kohlendioxidkonzentrationen gesetzt hat und dazu andere Parameter wie die Sonneneinstrahlung variiert hat. Wissenschaftliche Beweise sind äußerst schwierig zu erbringen. Doch das ist nicht notwendig, bei den meisten Theorien die man heute hat, reicht es auch genügend Fakten zu haben, welche die Modelle stützen. Oder meint wirklich jemand Neutronen wären blaue kleine Punkte, die mit roten Punkten, wie in einer Brombeere in einem Atomkern sitzen- Das ist nur eine Vorstellung wie wir uns Atomkerne vorstellen - sie reicht aber aus bestimmte Phänomene zu erklären.

Natürlich wird unser Klima nicht nur vom Kohlendioxid geprägt und vor allem ist der Zusammenhang nicht linear. Es gab in der Vergangenheit auch Klimaschwankungen, durch Variationen im Sonnenfleckenzyklus, aber es gibt auch historische Daten, die deutlich einen Zusammenhang mit dem Kohlendioxidgehalt und den Temperaturen zu dieser Zeit gab: Aber es ist im Prinzip auch egal. Tatsache ist: Es gibt niemand der behauptet. dass steigende Kohlendioxidgehalte die Temperaturen senken. Und es gibt niemanden der behauptet, das sich fossile Brennstoffe von alleine vermehren. Alleine schon deswegen sollte man den Verbrauch reduzieren so weit es geht.

Die Abbildung für heute: Der Zusammenhang zwischen Temperatur und Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre:Temperatur und Kohlendioxid

Sonntag 28.12.2008: Eine Idee für die Bundeswehr: Teil 1

Von unserer Bundeswehr wird ja viel verlangt. Sie soll nun am Hindukusch unsere Sicherheit verteidigen - aber darüber hinweg sehen, dass dort Mohn angebaut wird, der irgendwann einmal auch zum Teil bei uns als Heroin landet, weil sie zwar das Land sicherer machen soll, aber doch selbst schon ohne das sie was gegen die wichtigste Einnahmequelle der Taliban tut, Ziel von Anschlägen ist. Nun soll sie auch noch den Golf von Oman sichern und EU Schiffe vor Piraten schützen, dabei aber bitte keinen Piraten versenken oder verhaften. Schließlich könnte er Asyl beantragen und führender Politiker in einer unserer Volkspartien werden, wo er mit der Piratenausbildung ja schon beste Vorrausetzungen hätte.

Dazu braucht die Bundeswehr auch mehr Systeme im Weltraum. Derzeit sind es zwei. Das System der SARLupe Radarsatelliten - 5 Stück mit 1 m Auflösung, aber begrenzten Speicherkapazitäten an Bord und die zwei geplanten SatcomBW Satelliten für die Kommunikation mit den Truppen von Afrika bis Ostasien. Aber reicht das für unsere multinationale Truppe, die überall in der Welt operieren soll? Natürlich nicht. Andererseits ist aber auch Geld knapp. Gut dass wir in Deutschland engagierte Studenten und findige Universitätsinstitute haben. Ich wurde vor einer Woche auf den "Flying Laptop" einen Kleinsatelliten der Uni Stuttgart aufmerksam gemacht. Er vereint in nur 100 kg Masse einige sehr interessante Technologien, wie den Einsatz von FPGA als Bordcomputer, eine mittelauflösende IR und Vis Kamera, hohe Datenübertragungsraten von 200 MBit/s und die Tests der Abschwächung von K-Band Signalen. Das alles zu einem Preis von 3.5 Millionen Euro und 100 kg Gewicht. Erstaunlich fand ich, dass in diesem kleinen Satelliten ein 50 cm Cassegrain Teleskop integriert ist. Es liefert bei der IR Kamera eine Auflösung von 50 m im Bereich von 8-12 µm.. Ein 50 cm Cassegrain Teleskop hätte aber aus 650 km Höhe im sichtbaren Bereich eine Auflösung von etwa 1 m. Mit einem etwas langbrennweitigem Instrument, einem TDI Sensor wie dem CCD21241 mit 24000 x 128 Pixeln könnte er einen Streifen von 24 km Breite in 1.0 m Auflösung abtasten. Das gibt eine Datenrate von 168 MByte/s. Der Sensor ist gut bis zu 300 MByte/s.

Kombiniert mit einem kleinen Array aus handelsüblichen SSD aus Flash Bausteinen (für Notebooks schon mit 128 GByte lieferbar) wäre das ein Erderkundungssatellit der SAR-Lupe gut ergänzen könnte, zu einem Bruchteil des Preises. Wenn der "Flying Laptop" 100 kg wiegt, dann müsste für 200 kg ein Satellit realisierbar sein, der ein Teleskop einer Brennweite von 5800 mm Brennweite aufweist. (Die Brennweite ist auf die 8.75 µm Pixelgröße des Fairchild CCD angepasst. Zum Vergleich: der Flying Laptop hat ein Cassegrain Teleskop von 800 mm Brennweite und die MOC wiegt bei 35 cm Durchmesser 21 kg und die HiRISE bei 70 cm Durchmesser 65 kg. Für 50 kg sollte ein 50 cm Teleskop möglich sein, wobei eine wesentliche Änderung wohl darin besteht, dass man das Teleskop dreht und nicht den ganzen Satelliten.

Eine Kosmos 3M Trägerrakete könnte ohne Problem zwei dieser Satelliten, eine Rockot oder Vega sogar 5-7 Satelliten auf einmal transportieren. Damit wäre die Bundeswehr in der Lage jeden Punkt der Erde innerhalb eines Tages ins Visier zu nehmen. Bei den geringen Systemkosten wäre es auch denkbar einige Satelliten mit einem Infrarotdetektor auszurüsten (geringere Auflösung, aber dafür IR tauglich. Im Bereich bis 5 µm Wellenlänge gibt es schon Arrays mit bis zu 1024 x 1024 Pixel Größe) oder einen Satelliten als Weitwinkelsatellit auszulegen, der einmal pro Tag den ganzen Erdball abtastet (dann müsste man heruntergehen auf 10-12 m Auflösung pro Pixel).

Morgen gibt es dann die Fortsetzung, denn die Erderkundungssatelliten nützen der Bundeswehr nur bedingt etwas , wenn sie wie jetzt nur einen kurzen Kontakt pro Umlauf hat.

Montag 29.12.2008: Eine Idee für die Bundeswehr Teil 2

Im letzten Blog hatte ich ja schon angesprochen, das die Bundeswehr auf die Kompetenzen, die sich heute unsere Universitäten angeeignet hat, zurückgreifen könnte und von denen ihre Beobachtungssatelliten bauen lassen könnte - Eine Situation die nur Gewinner hat: Die Bundeswehr kommt so zu Satelliten, die den Truppen bei der Aufklärung helfen, ihre Effizienz erhöhen und ihr Risiko senken und die Universitäten können ihre Studenten praxisnah ausbilden, die Studenten haben nicht nur eine theoretische Vorbildung, sondern verstehen auch etwas von der Materie und sind so besser und höher qualifiziert.

Einen Kleinsatelliten zu bauen, ist heute recht einfach. Es gibt sogar ESA Wettbewerbe für Cubesats von nur 1 kg Größe. Etwas komplizierter wird es, wenn man weg von der Erde will, sprich in den geostationären Orbit oder gar zum Mond. Dann braucht man auch ein Antriebssystem und eine aktive Ausrichtung der Nutzlast. Doch auch das ist wichtig: Nicht nur für die Ausbildung (die meisten Satelliten sind nun mal Kommunikationssatelliten) sondern auch für die Bundeswehr. Ein erdnaher Satellit, so in etwa 650 km Höhe (die von mir vorgeschlagene Höhe) hat etwa 10 Minuten Kontakt zu einer Bodenstation. Liegt diese in Polnähe, wie es bei den Empfangsstationen von ESA und NASA auf Alaska, Grönland und Nordnorwegen der Fall ist, so ist das wenigstens bei fast jedem Umlauf der Fall, doch bei der Höhe der Bundesrepublik in der Regel nur zwei bis viermal pro Tag. Das ist ineffizient. Es wird also noch ein geostationärer Relaissatellit benötigt.

Nun kommt man wegen der höheren Bahn schon in andere Dimensionen bei den benötigten Nutzlast. Es gibt hier zwei Möglichkeiten: Entweder man nimmt den Satelliten mit als Sekundärnutzlast einer Ariane 5. Dies ist im Gewicht begrenzt auf derzeit 400 kg. 400 kg im GTO Transferorbit entsprechen dann immerhin etwa 240 kg im geostationären Orbit. Das ist zwar zehnmal kleiner als ein heutiger Kommunikationssatellit, doch schauen wir uns mal vergangene Kommunikationssatelliten der 400 kg Klasse an. Symphonie liegt in dieser Klasse und verfügte über 2 Sender im 4/6 GHz Bereich. Zwei Sender würden heute ausreichen im höheren 12/14 GHz Bereich bei einer Bandbreite von 120 MHz etwa 240-260 MBit/s zu übertragen. Bei 3 Kanälen (technisch sicher kein Problem) wären es dann 360-390 MBit/s. Das reicht aus um die Daten zweier Beobachtungssatelliten parallel zu empfangen und zu senden.  Man benötigt 3 Satelliten um ein Netzwerk aufzubauen. Bei geschickter Platzierung im Orbit kann man damit die Daten von bis zu 6 Satelliten übertragen. Damit machen die Erdbeobachtungssatelliten viel mehr Sinn  Die Erdbeobachtungssatelliten sollten bei einer möglichst hohen Sendefrequenz senden. Bei einem Breitbandempfänger an Bord des geostationären Satelliten mit 20 Grad Öffnungswinkel (bis Hälfte der Empfangsleistung erreicht ist) müsste ein "Flying Laptop" mit seinem 57 Watt Sender bei 19.8 GHz mit einer 1.0 m großen Parabolschüssel senden um etwa 200 MBit/s zu übertragen. Bei dem 32 GHz Band, das gerade bei Raumsonden erprobt wird, ist die Schüssel nur noch 0.6 m groß. Sie muss natürlich dem geostationären Satelliten nachgeführt werden.

Auch für die Entwicklung von kleinen geostationären Satelliten findet sich sicher ein Kooperationspartner bei den deutschen Unis. Es gibt j noch die Lehrstühle in Aachen, Berlin und München. Viel interessanter ist aber, dass es natürlich auch andere mögliche Anwendungen für kleine geostationäre Satelliten gibt: Erdbeobachtung, Klimadatengewinnung, experimentelle Kommunikation etc. Darüber hinaus könnte auch für ein kleines Land, wie Deutschland noch der Mond in der Reichweite liegen - anders als Venus oder Mars, wo man schon große Empfangsstationen braucht und in der Tat gibt es ein europäisches und ein Nationales Projekt für einen Kleinsatelliten um den Mond.

Dann sollte es aber auch eine richtige Beförderungsmöglichkeit in den GTO Orbit geben. Die Ariane 5 ASAP ist für viele Satelliten geeignet, denn es ist eben eine Mitnahmemöglichkeit. Da für das Erreichen des geostationären Orbits oder zum Mond sowieso ein Antrieb notwendig ist, wäre es an der Zeit eine Oberstufe zu entwickeln.

Eine eigene Oberstufe? Ja, auch das ist möglich. Natürlich nicht mit einem neuen Antrieb. Da bedient man sich bei einem Apogäumsantrieb. Es gäbe zwei Möglichkeiten: Zum einen konventionellen Apogäumaanzrieb zu nutzen, wie den 500 N Antrieb von Astrium. Er ist bewährt, aber die Nutzlast sinkt rasch ab, wenn man von einem niedrigen Erdorbit in den geostationären Orbit gelangen will. Bei einem spezifischen Impuls von 3188 m/s und einem Start mit einer Rockot (1900 kg Startmasse, 2100 m/s Delta-V für das Apogee--Manöver bleiben von 1900 kg noch 460 kg übrig. Abzüglich den Antriebssystems sind es dann vielleicht noch 320 kg die für den Satelliten übrig bleiben. Das Anheben muss wegen des geringen Schubs mehrmals erfolgen. Bei der Vega ist es etwas günstiger, da das Delta-V dann nur noch 1500 m/s für das Apogee Manöver erfordert. Der Übergang in den GTO Orbit benötigt in beiden Fällen 2400 m/s.

Eine zweite Alternative wäre eine kryogene Oberstufe. Auch hier gibt es ein Triebwerk, entwickelt von Astrium Deutschland. Es hat aber nur 300 N Schub und ist ausgelegt für 4 Zündungen. Dies, und die Tatsache das man Wasserstoff nicht ohne großen Aufwand lange lagern kann, machen es sinnvoll beim ersten Orbit die Anhebung des Apogäums und nach einem halben Umlauf die Apogee Manöver durchzuführen. Dann muss der Schub aber höher sein, sonst benötigt man erheblich mehr Treibstoff, weil man bei zu langer Brennzeit das Perigäum auch anhebt. Erfahrungswerte von Oberstufen zeigen, dass mindestens 0.15 G Anfangsbeschleunigung vorhanden sein sollten. Bei einer Oberstufe von 1900 kg Startmasse sind dies etwa 3 kN Schub. Benötigt würden dann etwa 10 dieser Triebwerke. Das verkompliziert das Design sehr. Weiterhin sinkt dann auch die Nutzlast ab. Im geostationären Orbit liefert diese Stufe zwar dann 628 kg ab. Doch die Leermasse des Antriebssystems dürfte durch größere Tanks und die Isolierung und 10 anstatt einem Triebwerk höher liegen, bei etwa 180-190 kg. Dadurch ist die Nutzlastmasse im GTO Orbit nicht so viel größer und liegt dann bei 440-460 kg. Daher wäre dieser Antrieb wohl eher geeignet für kleinere Satelliten die mit einem oder zwei dieser Triebwerke direkt zu Mond oder in den GEO Orbit starten.

Eine Oberstufe mit 1.5 t Masse wäre kompatibel mit der Vega und Rockot und damit gäbe es eine Möglichkeit bei dem 500 N Antrieb etwa 320 kg in den geostationären Orbit zu befördern, das entspricht 600 kg in den GTO Transferorbit oder 540 kg direkt zum Mond. (Mit der Rockot). Dies zu Startkosten einer Vega oder Rockot, also im Bereich von 10 Millionen Euro. Möglich ist dies allerdings nur wenn der Satellit die Steuerung des Antriebs übernimmt oder dies vom Boden durchgeführt wird. Wie ich bei der Recherche zu diesem Blog gelesen habe, bekam EADS/Astrium einen Auftrag für eine Projektstudie für eine neue Oberstufe. Darin läge natürlich auch die Chance die Vega so weiter zu entwickeln dass man höhere oder hochenergetische Bahnen erreicht. Die derzeitige Oberstufe dient vor allem dazu eine Bahn genau zu erreichen und etwas höhere Bahnen möglich zu machen. Sie ist klein (wiegt weniger als 1 t) und hat eine hohe Leeermasse von rund 500 kg, weil auch die Raketensteuerung noch dazu gehört. Ausgehend von den 10 t, welche die dritte Stufe wiegt, wäre eine Stufe im Bereich von 3 t anzuvisieren und mit dieser müsste es dann auch möglich sein GTO Bahnen zu erreichen. Eine eigene Abschätzung ergab, dass eine Oberstufe von 3000 kg Startgewicht und 800 kg Leergewicht (enthält auch die VEB) 530 kg in eine GTO Transferbahn und 210 kg zum Mond transportieren kann. Eine Reduktion der Leermasse um 100 kg müsste möglich sein, dann würden 630 bzw. 310 kg resultieren: Durchaus Nutzlasten die Platz für einige anspruchsvolle Experimente lassen.

Das Bild von heute stammt wiederum von Voyager und zeigt Io vor Jupiter.

Io vor Jupiter


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