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 Web Log Teil 98 : 22.1.2008-27.1.2008

Donnerstag, 22.1.2009: Sind Namen Schall und Rauch?

Die Idee für meinen heutigen Blog habe ich von den Nachrichten bekommen: Bernd das Brot ist entführt worden. Ich muss sagen, dass ich zwar die Figur "Bernd das Brot" kenne, aber nicht die Sendung. Die Figur kenne ich aber auch nur deswegen, weil sie so heißt wie ich. Ich finde Namen etwas interessantes. Es gibt da einige Fragen und Phänomene bei mir, von denen ich gerne wüsste, ob sie bei anderen Bloglesern auch so sind: Zuerst einmal: Findet man den eigenen Namen automatisch als gut, oder belegt ihn zumindest positiv, weil es der eigene ist? Also ich gebe gerne zu, dass mir mein Name gefällt und ich auch eine Vorliebe für den Buchstaben "B" im Alphabet habe. Er klingt weich, angenehm und ich finde "B-Ware" ist nicht unbedingt was schlechtes sondern meist nur günstiger. Ich hätte sicher auch mit einem anderen Namen gut leben können. Bei mir war noch Frank im Gespräch (solange bis meine Oma meinte "So heißen doch die Amerikaner", danach war der Name für meinen Vater gestorben). Frank ginge auch noch. Was garantiert nicht geht, wäre Walter, das war der Vorschlag meiner zweiten Oma. Gottseidank brachte dann meine Schwester "Bernd" in die Diskussion. Doch ich könnte mir auch vorstellen Michael oder Jens zu heißen. Das sind auch Namen, die ich gut finde. Die Auswahl ist bei meinem langen Familiennamen ja begrenzt, obwohl es keine Vorschrift gibt, dass man bei einem langen Familiennamen einen kurzen Vornamen wählen sollte, scheinen sich die meisten dran zu halten.

Ich denke, die Einstellung zu Namen verändert sich im Laufe der Zeit. Sowohl persönlich wie auch gesellschaftlich. Persönlich spreche ich aus eigener Erfahrung. Mein zweiter Vorname ist Siegfried nach meinem Patenonkel. Den Namen fand ich jahrelang ziemlich altmodisch und irgendwie habe ich ihn mit dem Dritten Reich verknüpft, weil die es ja auch so mit dem Germanentum hatten. Da dachte ich immer an einen Blonden Recken, mit nicht viel Grips. Das ganze hat sich im Laufe der Zeit geändert. Zum einen habe ich auch mal die Nibelungen Saga gelesen und gemerkt, dass es dabei eigentlich nicht um irgendwelche Heldengeschichten geht, sondern das ganze viel mehr Ähnlichkeiten zu einer Tragödie von Shakespeare hat. Alle Gestalten haben Fehler die sie schließlich in ihr Unglück stürzen. Auch Siegfried ist dabei nicht nur der dumme Held sondern eine Figur die an ihren eigenen Fähigkeiten scheitert, weil sie nicht weiß wann sie nein sagen sollte. So muss die Günther helfen Brunhilde zu besiegen und zu entjungfern und irgendwann will Günther dieses Geheimnis unter Erde begraben wissen. So hat sich bei mir die Einstellung zu meinem zweiten Vornamen geändert.

Das gilt aber auch allgemein. Die Einstellungen zu Namen verändern sich im Laufe der Zeiten: Ich denke wenn ein Name zu häufig gehört wird hat das einen gewissen Sättigungseffekt. Schließlich wollen Eltern, dass ihr Kind einen einzigartigen Namen hat. Das hat auch zur Folge, dass heute wieder mehr alte Namen "im Kommen" sind. Wobei ich finde, dass viele alte Namen auch den Vorteil haben, dass sie besser zu älteren Personen passen. Ich meine Kevin passt recht gut zu einem Jungen, aber wenn jemand mal 50 ist? Der zweite Trend den es gibt ist auch, dass wieder exotische Namen mehr aus der Mode kommen. Nach der Welle englischer, französischer und osteuropäischer Namen sind diese nichts besonderes mehr. Vor allem hat hier die DDR in der es besonders viele exotische Namen gab eine gewisse Sättigung verursacht. Ganz exotische Namen haben manchmal auch den Nachteil, dass man sie gar nicht als Name erkennt oder dauernd die Person was erklären muß, und ist es nur die Schreibweise des Namens. Ich bin mir nicht sicher ob man dem Beispiel der Eltern von Wolke Hegenbarth folgen sollte und sein Kind "Wolke" nennen sollte, oder vielleicht Pumuckel. Denken sie mal an einen Bankangestellten mit dem Namen "Pumukel"....

Nicht zu vergessen sind natürlich Promis, an die man denkt, wenn man einen Namen hört, vor allem wenn er selten ist. So denke ich bei "Brad" immer an Brad Pit und bei "Paris" an Paris Hilton um ein positiv und negativ besetztes Beispiel zu erwähnen. Wenn ich von mir ausgehe, dann dürften nicht so viele Leute ihre Kinder Paris nennen, obwohl der Name für einen Jungen und ein Mädchen passt.

Was mich auch noch interessiert: Wenn sie ihren Namen im Fernsehen oder sonst irgendwo als Name einer Rolle finden: Achten sie darauf, wie die Rolle angelegt ist? Also mir fällt auf, das Bernd öfters negativ besetzt wird als positiv, also eher Verbrecher, Fieslinge oder ähnliches einen solchen Vornamen haben.

Freitag, 23.1.2009: Swing-By an der Erde und Venus

Missionen ins äußere Sonnensystem sind teuer. Das liegt an vielen Gründen: z.B. dass man auf RTG als Energiequelle angewiesen ist, dass die Missionsdauer zwangsläufig recht lang ist. Aber natürlich auch, dass eine viel größere Trägerrakete benötigt wird: Eine Atlas 551 transportiert z.B.6500 kg auf den Fluchtkurs, aber New Horizons, die Plutosonde, musste weniger als 500 kg wiegen. Der Grund sind die hohen Geschwindigkeiten, die jenseits Mars recht rasch ansteigen.  Die energieärmste Bahn zum Jupiter erfordert z.B. eine um 8.8 km/s höhere solare Geschwindigkeit. (relativ zur Sonne). Bei Pluto sind es schon 11.9 km/s. Relativ zu einem Erdorbit sieht es etwas besser ist, weil durch den Hyperbolischen Exzess man die Restenergie nach Verlassen der Erde mitnehmen kann. Trotzdem sind relativ zur Fluchtgeschwindigkeit 3.2 km/s zu Jupiter nötig und bei Pluto sind es 5.2 km/s.

Nun starten ja in der Regel die Sonden heute nicht mehr direkt zu den Planeten, sondern machen einige Umwege über Venus, Erde und Mars. Diese sind in der Regel nicht einfach zu berechnen, mit einer Ausnahme: Man nähert sich immer dem gleichen Planeten, z.B. der Erde. Ein Erdvorbeiflug liefert je nach Geometrie 3-4 km/s. Das bedeutet dass 3 Vorbeiflüge an der Erde die Geschwindigkeit zu Jupiter und maximal 4 auch zu Pluto liefern. Dasselbe gilt für die Venus. Wie sind die Bahnen berechenbar? Nun ganz einfach: Es ist nur nötig, dass die Bahn der Raumsonde so zu verändern, dass die neue Bahn einen gemeinsamen Teiler mit der Erdbahn hat. Also 1 Jahr, 1.5 Jahre, 2 Jahre, 2.5 Jahre, 3 Jahr, 4 Jahre etc.

Umlaufszeit Geschwindigkeit relativ zur Erdbahn Bahn
1 Jahr 0 150 Millionen km kreisförmig
1.5 Jahre 3328 m/s 150 x 242 Millionen km
2 Jahre 5081 m/s 150 x 325 Millionen km
2.5 Jahre 6163 m/s 150 x 401 Millionen km
3 Jahre 6930 m/s 150 x 473 Millionen km
4 Jahre 7926 m/s 150 x 604 Millionen km
5 Jahre 8566 m/s 150 x 725 Millionen km

Wie ist dies zu interpretieren: Nehmen wir ein Beispiel: Wir wollen zum Jupiter (8800 m/s mehr relativ zur Sonne).

In der Summe war die Sonde so 1+ 3+ 5 + 2.25 = 11.25 Jahre unterwegs, anstatt 2.25 beim direkten Transfer. Das ganze ist natürlich noch optimierbar. Zum Beispiel kann man direkt in die 1.5 Jahresbahn starten. Das kostet nur 520 m/s mehr als die Fluchtgeschwindigkeit beträgt. So wird ein Jahr eingespart. Auch wäre eine 3 Jahresbahn nach der 1.5 Jahres Bahn denkbar. Beides zusammen senkt die Dauer dann auf 8.25 Jahre. Raumsonden nutzen auch ihre Treibstoffvorräte um nicht ganz geradzahligen Bahnen durch Korrekturmanöver noch "hinzubiegen". Sowohl Galileo, wie auch Cassini und Messenger führten solche "Deep Space Manöver" durch.

Umlaufszeit Geschwindigkeit relativ zur Hohmannbahn zur Venus Bahn
227 Tage (Venus) 0 108,4 Millionen km kreisförmig
1 Jahr 89 Tage (2 Venusjahre) 3263 m/s 108,4 x 236 Millionen km
1 Jahr 316 Tage (3 Venusjahre) 5443 m/s 108,4 x 344 Millionen km
2 Jahre, 178 Tage (4 Venusjahre) 6615 m/s 108,4 x 440 Millionen km
3 Jahre 40 Tage (5 Venusjahre) 7355 m/s 108,4 x 528 Millionen km

Die Geschwindigkeit die man erreichen muss, ist aber auch höher: Sie beträgt bei Jupiter die nötige Geschwindigkeit relativ zur Venus 11.4 km/s anstatt 8.8 km/s wie bei der Erde. Vergleicht man allerdings mit der Transferbahn zur Venus, so resultiert nahezu die gleiche Geschwindigkeit. Mit reinen Venus Vorbeiflügen könnte daher die Reise so aussehen:

Die Startgeschwindigkeit zur Venus liegt bei rund 11.4 km/s nur wenig höher als für eine Fluchtbahn. So verwundert es nicht, das Galileo und Cassini die Venus sehr oft passierten um Schwung aufzunehmen. Bei den äußeren Planeten (ab Uranus) wird man wohl mehr Schwung aufnehmen, weil sonst die Reisedauer in einer klassischen Hohmann Ellipse zu lange ist. Denkbar wäre auch die Kombination von Ionenantrieben mit Swing-Bys. Das erlaubt zum einen mehr Feinheiten bei der Wahl der Bahnen, da man Ungenauigkeiten ausgleichen kann. Darüber hinaus kann der Antrieb wenn es sich die Sonde bis zur Venus der Sonne nähert effizienter arbeiten.

Eine offene Frage ist noch: Wie sieht es mit dem Mars aus? Mars ist zum einen in einer guten Position: Er isst von der Erde aus relativ schnell zu erreichen und die benötigte Geschwindigkeit (relativ zur Erdoberfläche) beträgt auch nur 11.5 bis 11.9 km/s je nach Position auf seiner elliptischen Umlaufbahn. Aber er ist auch klein. Typischerweise kann man bei einem Marsvorbeiflug nur etwa 1 km/s an Geschwindigkeit aufnehmen. Das ist ganz gut, wenn er sowieso auf der Flugbahn liegt, aber alleine reicht es nicht aus. Dawn wird übrigens am 17. Februar Mars passieren.

Zahlreiche Raumsonden haben dies in der Vergangenheit benutzt, nicht nur um ins äußere Sonnensystem zu kommen: So NEAR, Messenger, CONTOUR, Stardust, Rosetta. Es werden sicher mehr werden, zumal natürlich noch beide Planeten kombiniert werden können.

Samstag: 24.1.2009: Gibt es keine echten Raumfahrt-Fans?

Für mein nächstes Buch habe ich mich an die DLR mit der Bitte um Unterstützung gewandt. Die Antwort die ich bekommen habe, enthält unter anderem eine Argumentation, warum ich kein Buch über Europäische Trägerraketen schreiben soll. Nach Ansicht des Antwortenden kann man alle Bücher auf dem Markt in 3 Kategorien einteilen:

Der Autor hat mir geraten auch ein Buch der dritten Kategorie zu schreiben oder von dem Vorhaben abzulassen, weil es auch kaum ein Publikum gäbe für solche Werke.

Das bringt mich zu meinem Blogeintrag. Gibt es keine "echten" Raumfahrtfans mehr? Leute die sich für die Technik interessieren, die hinter einer Rakete steckt? Leute die von einem Trägersystem mehr wissen wollen, als wie in eine kleine Tabelle passt? Nach Ansicht der DLR wohl nicht. Es gibt ihrer Auffassung nach die breite Öffentlichkeit, die weitgehend uninformiert ist und Experten. Die Experten wären aber eine zu kleine Zielgruppe, für die sich kein Buch lohnen würde außerdem wissen sie schon alles und können sich selbst über das Internet informieren. Mein ATV Buch bietet nach Ansicht des Autors z.B.- für Experten keine neuen Informationen.

Doch ist dem so? Natürlich ist offensichtlich, dass es heute nicht mehr die Raumfahrtjournalisten vom Schlage Werner Büdelers und Joachim Siefahrths gibt. Also Leute die sich mit der Materie auskennen und auch einer breiten Öffentlichkeit bekannt sind. Auch Fachautoren gibt es kaum noch und entsprechend gute Fachbücher zum Thema Raumfahrt kaum noch.

Doch bedeutet dies, dass es auch nicht das Interesse gibt? Ich meine nein. Meine Website wendet sich mit Sicherheit nicht an Leute die eine Mission auf einer Bildschirmseite erklärt haben wollen. Ich wende mich mit der Website bewusst an Leute die sich wie ich für Technik interessieren, die Raumfahrt als Hobby haben und eine gewisse Vorbildung verfügen. Trotzdem besuchen an guten Tagen bis zu 1000 Leute pro Tag den Raumfahrtteil.

Ich glaube auch, dass das Interesse an Technik sehr viel mit dem Stellenwert zu tun hat den Technik in der Gesellschaft hat und den technologischen Fähigkeiten, die eine Nation hat. Ist es ein Zufall, dass es heute so viele Leute wie nie gibt, die daran glauben, dass es die Mondlandungen der Amerikaner nicht gab, und dafür als "Beweise" Behauptungen aufstellen, die grundlegende Physikkenntnisse und Informationen zur Technik der Apollo Missionen vermissen lassen und (langer Satz) der Tatsache, dass die ISS heute so in der Schwebe hängt und eine Rückkehr zum Mond doppelt so lang braucht wie in den sechziger Jahren?

Die DLR zeigt ja selbst wohin es geht. Bei der Recherche zum ATV bin ich über dieses Video gestolpert. Es ist sehenswert. Der Interviewer hat offensichtlich keine Ahnung, was er den Projektleiter fragen soll und wird zweimal korrigiert und der eingeblendete Start ist nicht der des ATV (der bei Nacht erfolgte). Offensichtlich hat man sich schon darauf eingestellt, dass es nur noch die breite Öffentlichkeit gibt, der solche Fehler nicht auffallen. Das ist natürlich bequem. Doch es hilft nicht dem Weltraumprogramm. Die interessierten Laien sind Multiplikatoren, sie reden über ihre Begeisterung und vermitteln besser als ein Bericht, wofür die Steuermilliarden ausgegeben werden. Natürlich bedeuten sie mehr Arbeit, aber die korrekte Information war schon immer aufwendiger. Aber kann man das als Steuerzahler nicht verlangen?

Hier hat sich viel in den letzten Jahren verändert. Zu Apollo Zeiten waren Presskits deutlich umfangreicher als heute. Damals konnte man so ziemlich alles über die Mission erfahren, bis hin zu den Mahlzeiten welche die Astronauten zu sich nehmen. Bei der ISS hat sich dass auch kaum geändert. Dort gibt es wöchentliche Statusreports und wer die Shuttle/ISS Websites besucht, wird mit Informationen überschüttet - allerdings vor allem über die Menschen und was sie tun. Bei Apollo war auch hier der Anteil, eines Presskits, den man für die Technologie reservierte, größer. Auf anderen Websites der NASA sieht es noch schlechter aus. Eine häufig an mich gestellte Frage ist z.B. warum ich noch nichts über das mobile Mars Labor geschrieben habe - Ganz einfach weil ich zu wenig Material dazu habe. Dabei kratzen die Kosten dieser Mission mittlerweile an der 2 Milliarden Dollar Marke.

Oder ein anderes Beispiel: Bei der Recherche bin ich über die Archive der Zeitschrift "Flight" gestoßen. Man möge einmal die Daten die in dieser und den folgenden Seiten über die Ariane 1 angeführt sind, mit den Informationen vergleichen, die es aktuell für die Ariane 5 gibt. Es hat sich eingebürgert nur noch die wichtigsten technischen Fakten zu nennen. Warum wird nicht eine weiter gehende, tiefer gehende Informationsbroschüre erstellt, für fachkundige oder interessierte Leser. Es muss ja einen Mittelweg zwischen einer Darstellung auf wenigen Seiten und der vollen Dokumentation von etlichen Regalmetern Umfang geben. Einmal erstellt könnte diese interessierten Laien oder Fachjournalisten zugänglich gemacht werden.

Mein Buch über Trägerraketen wird entstehen, ob mit oder ohne DLR Mithilfe. Und es wird technisch sein. Schon allein deswegen weil ich mich selbst kenne: Ich bin an Technik interessiert und glaube mir Zahlen aus den Texten. Ich achte dann nicht drauf ob die Sprache monoton ist, oder der Autor schriftstellerisches Talent hat. Ob es viele Orthographiefehler gibt oder wenige. Da ich meine Schwächen kenne (die in eben jenem Bereich liegen) dachte ich kann ich diese so kompensieren.

Aber vielleicht muss ich meine Pläne für weitere Bücher ändern. Eine der Ideen, die in meinem Kopf heerumschwirren ist z.B. ein Buch über deutsche Satelliten. Da hatte ich eigentlich auf das Archiv des DLR gehofft, da es über Azur, Dial und Konsorten kaum noch Informationen im Internet gibt. Da die beiden schon erschienen Bücher sich aber gut verkaufen (zumindest nach meinen Vorstellungen) werde ich sicher nicht aufhören. Ich sehe sogar eher den Zugeffekt, dass ein Buch den Umsatz des anderen ankurbelt. Das Gemini Buch brauchte z.B. fast 8 Monate um die 100 Stück Marke zu erreichen. Das ATV Buch ist schon nach 3 Monaten so weit.

Montag 26.1.2009: Die Sache mit dem Melamin

Vor einigen Tagen wurden in China die Verantwortlichen des Milchpanschskandales zu lebenslangen Haftstrafen verurteilt. Wie vielleicht dem einen oder anderen bekannt, hatten diese Melamin der Milch zugesetzt um einen höheren Eiweißgehalt vorzutäuschen. Es ist mal an der Zeit sich dem anzunehmen. Zuerst einmal: Warum Melamin? Ich denke es hat mit der Analysenmethode zu tun. Eine der ältesten Analysenmethoden ist die Bestimmung des Gesamtstickstoffs nach Kjehldahl. Wie der Name sagt, ist es keine spezifische Analysenmethode. Sie wird aber auch bei uns noch durchgeführt und ist zwar etwas arbeitsintensiv, aber apparativ sehr einfach und der Arbeitsaufwand ist für viele Proben nicht viel größer als für eine einzelne Probe. Die Methode beruht darauf, dass jede Stickstoffverbindung durch konzentrierte Schwefelsäure zerstört wird und mit einem Katalysator, egal in welcher Oxidationsstufe er vorliegt, zu Ammonium reduziert. Dieses wird dann durch Destillation ausgetrieben und aufgefangen und bestimmt wird.

Eiweiß wird so nicht bestimmt. Es wird berechnet. Das basiert darauf dass im Mittel Eiweiß einen Stickstoffanteil von 16 % hat. Der Anteil variiert je nach Zusammensetzung. Weiß man welches Lebensmittel man untersucht, so kann man den genauen Multiplikationsfaktor einsetzen. (er beträgt z.B. bei Weizeneiweiß 5.7 anstatt 6.25) Es spricht viel dafür dass in China diese einfache Summenbestimmung verwendet wird.  Melamin hat nun gar nichts mit Eiweiß zu tun. Es ist ein Monomer für die Kunststoffherstellung. Seine Summenformel ist C3H6N6. Das bedeutet, dass 66.7 % der Molekülmasse vom Stickstoff gebildet werden. Es enthält also etwa 4 mal mehr Stickstoff als Protein. 1 g Melamin kann also (wenn nur der Stickstoff bestimmt wird), die Anwesenheit von 4 g Eiweiß vortäuschen.

Allerdings ist Melamin giftig. die letale Dosis ist zwar recht hoch, doch es führt auch, wenn die Kinder nicht direkt an dem Melamin sterben zu Nierensteinen und Nierenversagen. Egal ob dies der/die Verantwortliche wussten: Sie haben Melamin zugesetzt weil sie einen hohen Eiweißgehalt vortäuschen mussten. Sie wussten also wie Stickstoff bestimmt wird und dass Melamin viel Stickstoff enthält, aber nichts aber auch gar nichts mit Eiweiß zu tun hat. Das ist schon eine ziemliche kriminelle Energie. wobei ich vermute, dass dies nur eine Manipulation ist. Der Eiweißgehalt von Milch ist relativ konstant. Schwankend ist eigentlich der Fettgehalt, der stark vom Futter abhängt. Da es unwahrscheinlich ist, dass die Milch nur auf Eiweiß untersucht wird, müsste eine Manipulation leicht auffallen. Ich vermute sehr stark, dass in analoger Weise auch der Milchzuckergehalt und Fettgehalt manipuliert wurde z.B. durch Zusatz von Rübenzucker und Fett (wegen der Summenbestimmung bei Fett vermute ich, dürfte wohl eher Paraffin als Pflanzenöl zugesetzt werden).

Woraus das Milchpulver dann wirklich besteht kann man nur mutmaßen. Es gibt leider auch bei uns viele Schlupflöcher. Die Frage die sich nicht stellt, ist die ob es nicht möglich ist bestimmte Verfälschungen nicht nachzuweisen. Über Isotopenanalyse ist es z.b. heute möglich festzustellen aus welcher Region ein Lebensmittel stammt. Ob Spargel also aus Griechenland oder Deutschland stammt ist nachprüfbar. Genauso ist nachprüfbar ob ein Whiskey tatsächlich 30 Jahre alt ist oder nur Stoffe zugesetzt wurden, die dies vortäuschen sollen. Dabei handelt es sich nicht einmal um Fremdstoffe sondern der Verbraucher wird nur pekuniär geschädigt, indem er für ein Produkt einen hohen Preis zahlt, aber es in Wirklichkeit ein viel billigeres ist. Das Problem ist, dass diese Untersuchungen sehr aufwendig sind und nur stichprobenartig durchgeführt werden. Das gilt für viele Bestimmungen, sei es auf Rückstände wie auf besondere Inhaltsstoffe. Diese einfachen Summenbestimmungen wie Stickstoff nach Kjehldahl oder Fett durch Extraktion, werden heute ja noch durchgeführt, weil sie sich gut für die Verarbeitung von vielen Proben eignen. Die Chancen, dass jemand davon kommt sind also auch bei uns gegeben.

Ein Missverständnis, das ich oft höre ist dass, das man eine Probe nur in ein Gerät geben muss, das dann die Zusammensetzung raus spuckt. Leider ist dem nicht so. Die Aufarbeitung hängt bei vielen Verfahren von der Matrix ab, also dem konkreten Lebensmittel. Das nächste ist, dass es zwar eine Menge Tests gibt, aber nur wenige Analysenverfahren sich dazu eignen, verschiedene Substanzen parallel zu bestimmen. Gaschromatographen können z.B. ein Substanzgemisch auftrennen und die einzelnen Substanzen können dann über ein Massenspektrometer detektiert werden. Doch bei Substanzen die nicht leicht verdampfbar sind - und das sind die meisten die es gibt, kann man diese Methode nicht einsetzen oder muss die Substanzen erst isolieren und dann chemisch umsetzen. So kann man z.B. die Zusammensetzung von Fett analysieren - aber erst nachdem das Fett isoliert, in Fettsäuren aufgespalten und diese zu Methylestern umgesetzt wurden.

Aber das ist auch gut so, denn sonst bräuchte man keine Lebensmittelchemiker und es würden sich auch in dieser Zunft selbsternannte Experten herumtreiben, so wie dies schon bei der Ernährungslehre der Fall ist.

Dienstag 27.1.2009: Gravitationsverluste

Was sind Gravitationsverluste? Nein, das sind nicht Frauen mit Hängetitten oder die Kosten für Brust-Ops. Es ist ein Fachbegriff aus der Raumfahrt. Er ist eigentlich falsch gewählt, denn natürlich geht nichts verloren. Es ist vielmehr so, dass Energie in eine Form umgewandelt wird, die nicht gewünscht ist.

Wovon wir sprechen sind Bewegungen in einer Bahn um einen Himmelskörper. Jeder Körper hat dabei zwei Energieformen die bei Bewegungen ineinander umgewandelt werden:

Bei einer Satellitenbahn sind wir vor allem an der kinetischen Energie interessiert. Sie muss hoch genug sein um einen Orbit zu erreichen. Wenn er elliptisch ist nimmt sie ab, wenn der Körper sich weiter von der Erde entfernt. Gleichzeitig nimmt die potentielle Energie zu, weil er weiter vom Erdmittelpunkt entfernt ist. Es wird also eine Energieform in eine andere umgewandelt.

Wenn nun ein Orbit verändert werden soll, so ist dies am effektivsten wenn ein möglichst kurzer Schubimpuls am niedrigsten Punkt der Bahn erfolgt (wenn der erdfernste Punkt angehoben werden soll) oder am erdfernsten Punkt (wenn der erdnächste Punkt  angehoben werden soll). Dafür gibt es zwei Gründe. Das eine ist, dass nur in diesen Punkten eine Zündung in Bahnrichtung auch voll die Geschwindigkeit ändert. In allen anderen Punkten ist Geschwindigkeitsvektor und Bahnvektor nicht identisch. Ein Betrieb in jedem anderen Punkt, wird beide Bahnpunkte verändern (erdnächsten und erdfernsten Punkt).

Was passiert wenn es nicht möglich ist, einen kurzen Impuls durchzuführen? Dann passiert folgendes: Die Stufe/Nutzlast wird langsam schneller. Wenn sie schneller wird, so entfernt sie sich von der Erde, weil sie nun eine höhere Geschwindigkeit als die Kreisbahngeschwindigkeit hat. Der Betrieb findet also in immer höherer Entfernung von der Erde statt: Die höhere Bahn schluckt aber auch Geschwindigkeit, weil sie eine höhere Bahn mehr potentieller Energie entspricht. Gleichzeitig hebt man, weil der Geschwindigkeitsvektor nicht mehr identisch mit dem Bahnvektor ist, den erdnächsten Punkt an. Das bezeichnet man als Gravitationsverluste. Die Energie die erreicht werden muss ist dann höher.

Nehmen wir die folgende Abbildung der Höhe gegen die Zeit bei einem Ariane 5 ECA Start:

Der Brennschluss (bei H3) findet in über 600 km Höhe statt. Das ist schon deutlich höher als bei der Ariane 4 (maximal 220 km). Es ergibt sich aus der langen Brennzeit von fast 1000 Sekunden. Der erdnächste Punkt wird so auf 250 km angehoben. Die Alte EPS Stufe war hier noch ungünstiger, da ihre Brennzeit noch länger war. Ihr Brennschluss fand in über 1000 km Höhe statt und das hob den erdnächsten Punkt auf fast 600 km Höhe an. Der Satellit muss so etwas weniger Geschwindigkeit aufnehmen, aber das ist gegenüber dem Mehraufwand für die Rakete zu vernachlässigen. Die Ariane 5 G brauchte so zwischen 100 und 170 m/s (je nachdem welche Daten für die ESC-A Oberstufe ich nehme DLR/Arianespace differieren hier) mehr Geschwindigkeit um einen GTO Orbit zu erreichen.

Welche Alternative gibt es? Anstatt den Bahnübergang auf einmal zu machen, kann man ihn in mehreren Manövern machen. Wobei jedes dann kürzer ist. Dies machen die Satelliten so, die heute meist auch nur einen 500 N Motor haben, aber einige Tonnen wiegen. Die Bahnanhebung in den geostationären Orbit findet dann über mehrere Zwischenorbits statt. Auch die Breeze M Oberstufe erreicht über mehrere Zündungen die GTO Bahn. Bei dieser spielt aber auch eine Rolle, dass Baikonur weit nördlich liegt und es durch mehrere äquatornahe Zündungen möglich ist, so die Bahnneigung abzubauen. Das ist wichtig für die Kunden, da deren Satelliten einen vorgegebenen begrenzten Treibstoffvorrat haben und bei der normalen Bahnneigung von Baikonur diese 600 m/s mehr Geschwindigkeit für den GTO Orbit brauchen als von Kourou aus.

Auch die EPS Oberstufe könnte zuerst einen ersten Orbit erreichen und diesen beim zweiten Umlauf anheben. Nach Arianespace hebt das die Nutzlast immerhin um 200 kg an. Beim chemischen antrieben und dem geostationären Orbit spielen die Verluste zwar eine Tolle, sie werden aber nicht zu hoch. Der maximale wert, der erreicht wird ist die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen GEO Orbit und LEO Orbit also rund 4700 m/s. Der übliche Zwei-Impuls Transfer erfordert dagegen nur 3900 m/s. Mehr als 800 m/s mehr werden es also nie sein.

Viel bedeutender ist dies bei Bahnen im Sonnensystem. Das Erde/Mond System verlässt man von einem niedrigen Orbit aus mit 3200 m/s mehr. Dann erreicht man die Fluchtgeschwindigkeit. Würde man mit Ionenantrieben sich langsam hochspiralen, so würde im Extremfall die gleiche Geschwindigkeit aufzuwenden sein wie für die Startkreisbahn also etwa 7800 m/s. (In einer Kreisbahn sind kinetische und potentielle Energie gleich groß, deswegen umkreist der Satellit die Erde ja schwerelos). Fliegt man zu anderen Planeten so wird das Verhältnis noch ungünstiger: Mit 500 m/s über Fluchtgeschwindigkeit befindet man sich auf einer hyperbolischen Bahn und nimmt auf dieser so viel Restgeschwindigkeit mit, dass im Unendlichen noch 2.7 km/s übrig bleiben - genug für eine Transferbahn zum Mars. Ein elektrischer Antrieb kann davon nicht profitieren und muss diese 2500 m/s aufwenden.

Was folgt daraus?

  1. Am besten zündet man Ionenantriebe nur im erdnächsten Punkt der Bahn. Das wurde z.b. bei SMART-1 so gemacht (siehe Grafik)
  2. Wenn eine Interplanetare Bahn mit Ionenantrieb eingeschlagen werden soll, so ist es vielleicht besser ihn chemisch auf mehr als Fluchtgeschwindigkeit zu beschleunigen) und nur das Reststück mit Ionenantrieb zu beschleunigen. (So gemacht bei Dawn und geplant für Bepi Colombo). Aus diesem Gesichtspunkt lohnen sich Ionentriebwerke für Missionen zu Mars und Venus nicht, außer ich habe viel Zeit und muss Masse einsparen. Doch dazu komme ich morgen.

Was gibt es sonst noch? Bei meinem Buch über europäische Trägerraketen (ja dass, das nach DLR Angaben keiner lesen wird) habe ich die Datensammel-Phase für die Europa Rakete abgeschlossen. Ich lerne ja dazu und will bei jedem Buch es etwas besser machen. so sammele ich erst mal Daten und schreibe sie ins Grobe um dann später als doppelte und dreifache zu eliminieren. Zumindest weiß ich nun eines: Es gibt einen deutlichen Mehrwert gegenüber der Website, weil es mir doch gelungen ist noch mehr Details ausfindig zu machen. und ich auch stärker auf den politischen Hintergrund eingehen werde und es gibt noch die geplanten Europa Varianten (ELDO B, ELDO C/Europa 4 und Europa 2 TA). Ich lasse mir aber Zeit, auch weil ich hoffe, das bald die fehlenden Teile des LM Buchs von den Korrekturlesern zurückkommen. und ich mich dann wieder auf dieses konzentrieren werde.


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