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Weltraumtourismus

Die folgenden Artikel stammen aus meinem täglichen Blog und wurden an dieser Stelle zusammengefasst weil sie über den Tag hinaus interessant sind. Sie enthalten aber noch aktuelle Bezüge.

Sonntag 17.9.2006: Weltraumtourismus

Anousheh AnsariMorgen soll die erste weibliche Weltraumtourismus starten. Frau Anousheh Ansari, auch bekannt durch den Preis, den SpaceShip One letztes Jahr bekam für den ersten privaten Parabelflug. 20 Millionen USD zahlt sie für einen Trip an Bord einer Sojus Kapsel. Doch wie billig wird Weltraumtourismus werden ? Blicken wir einmal in eine ferne Zukunft. Nehmen wir an,  Raumtransporter wie der Space Shuttle würden Touristen ins All transportieren. Was könnte das kosten ?

Nun zum einen haben wir natürlich das Hotel. Auch dieses müssen wir zuerst mal in den Orbit bringen. Sofern die Fertigung des Hotels nicht extrem teuer ist, stellt es aber keinen echten Kostenfaktor dar. Die Betrachtungsweise hängt natürlich von dem Volumen pro Passagier ab, wobei bisherige Missionen zu berücksichtigen sind und auch das Volumen das heute Personen z.B. in einem Hotel gewöhnt sind.

Vergleich mit bisherigen Missionen: In der Apollo Kapsel gab es etwa 11 m³ Raum für drei Astronauten. Sie hielten sich dort 7-12 Tage auf. Auf den frühen Saljut Stationen waren es 70-75 m³ bei durchaus längeren Aufenthalten. Die ISS, mir und Skylab bieten erheblich mehr Raum. Allerdings ist dieser auch zu einem guten Teil verstellt und hier geht es um Langzeitaufenthalte.

Vergleich mit einem Hotel: Ein Hotelzimmer von 16 m² Größe und 2,5 m Deckenhöhe bietet rund 40 m³ Raum - und im Weltraum kann man den Platz voll nutzen. Dazu kommt noch anteilliger Platz an den Gemeinschaftseinrichtungen.  Nehmen wir 50 m³ pro Passagier an. Ein einfacher Druckzylinder wie das Columbus Modul hat ein Innenvolumen von 75 m³ und wiegt leer 10 t, mit Inneneinrichtung dann etwa 20 t. Wenn in ihm zwei Passagiere leben, so müssen wir pro Passagier nur 10 t in den Orbit bringen. Betreibt man das Hotel 10 Jahren lang, bei 50 Flügen pro Jahr reduziert sich das auf 20 kg pro Passagier, weil in dieser Zeit dann 500 Flüge erfolgen - Die Transportkosten für das Hotel sind also vernachlässigbar. 

Bleiben die Startkosten für den Trip. Nehmen wir mal an, wir benutzen dazu ein Gefährt wie den Space Shuttle. Man kann an ihm kritisieren, was man will, aber der Nutzlastraum ist riesig und macht den größten Teil des Orbiters aus. Er hat einen Durchmesser von 4.6 m und eine Länge von 18.38 m. Das reicht für 2 Decks mit je 4 Sitzreihen in der Breite und 18 Sitzreihen in der Länge (weniger als bei einem Flugzeug, weil unsere Reisende Kontourensitze benutzen müssen). Das sind 144 Passagiere oder vielleicht einige weniger, denn man braucht natürlich auch Service Personal. Nehmen wir mal 120 Passagiere an. Jeder möge 100 kg wiegen und 20 kg Gepäck mitführen. Für 7 Tage brauchen wir auch noch etwa 20 kg Essen (Das Trinkwasser kann man recyceln, doch es lohnt sich nicht Nahrungsmittel im All anzubauen. Man braucht dafür viel Personal, zudem kann man die wenigsten Nahrungsmittel roh essen. Es ist ein langer Weg vom Getreide zum Brot und woher bekommt man die Steaks im All her?

Allerdings braucht man noch eine Druckkabine in der Ladebucht. Das wiegt nach den Erfahrungen mit dem Spacelab/spacehab oder MPLM etwa 15 t. Zusammen mit 144 Passagieren à 140 kg sind das rund 35 t, also etwas mehr als heute die maximale Startnutzlast des Space Shuttles von 29.5 t. Ein etwas verbesserter Space Shuttle könnte das ohne Problem transportieren. Doch das Gefährt ist teuer. Der letzte der nachgebaut wurde, die Endeavour kostete 2 Milliarden US-$, und das ist 20 Jahre her. Doch nehmen wir mal an, dass wie ihn so billig bauen könnten wie ein Flugzeug, also für etwa 200 Millionen USD. Doch wie oft kann er ins All starten ? Nun da kann ich wenig Hoffnung machen. Der Space Shuttle ist zwar auf 100 Einsätze ausgelegt, doch das gilt nur die Zelle. Die meisten anderen Teile halten lange nicht so lange. Am wenigsten die Hitzeschutzkacheln, dann kommen die Triebwerke. Wenn man das alles auswechseln muss, kommen natürlich Zusatzkosten zusammen. Doch nehmen wir an ein kompletter Orbiter würde wirklich 100 Einsätze absolvieren. Dann wären das 2 Millionen USD Abschreibung pro Flug oder 16.700 Dollar pro Passagier - Noch zu finanzieren. Dazu käme noch der Tank und die Feststoffraketen. Das dürfte den Preis für ein Ticket auf 25.000-30.000 Dollar erhöhen. Es ist kein Ausweg Wasserstoff auch in der Unterstufe einzusetzen, dann diese muss dann zehnmal größer als der Orbiter sein und ist auch entsprechend teurer, also wird auch das Ticket entsprechend teurer. 

Doch jetzt kommt der Hammer: Sie ärgern sich über ihre Heizölrechnung? Tja um 100 t Space Shuttle und Nutzlast zu transportieren braucht man 2000 t Treibstoff oder für jeden Passagier etwa 17 t. Und der Großteil entfällt auf den teuren Feststofftreibstoff. Das folgende ist eine Teilübersicht der Treibstoffkosten des Space Shuttles von 1980:

Kosten [Mill. USD]
1004 t Feststofftreibstoff 4
750 t flüssiger Wasserstoff/Sauerstoff 0.38
10 t OMS Treibstoffe 0.01
Summe 4.39

Tja und diese Stoffe sind seitdem nicht billiger geworden. Grund dafür ist, dass man viel Energie zur Gewinnung braucht. Seit 1980 hat sich der Erdölpreis verdreifacht. Wenn man also 13 Millionen USD nur für die Treibstoffe annimmt, dann liegt man sicher nicht weit von den realen Kosten entfernt. Damit kostet ein Ticket ins All etwa 135.000 USD.

Ich denke das ist das absolute Minimum, bei den heutigen Preisen für Außentank und Feststoffraketen (vom Orbiter ganz zu schweigen) müsste man eher von der 10 fachen Summe ausgehen. Doch darum geht es mir nicht. Wie teuer eine Reise ist, daran sind auf der Erde in erster Linie die Energiekosten schuld. Eine Concorde verbrauchte ein Vielfaches des Treibstoffes eines Jumbo Jets und war immer ein exklusives und teures Gefährt. Beim Start in den Weltraum kommen die extremen Materialbeanspruchen dazu. Ein Raumtransporter die beim Eintritt bis zu 1650 Grad Celsius aushalten muss wird eben nicht wie ein Flugzeug Tausende von Starts und Landungen absolvieren ohne dass man Teile austauscht, auch ein Einsatz über 20-30 Jahre mit mehreren Hundert Flügen pro Jahr ist illusorisch. Eine Reise ins Weltall wird immer teuer sein. Wie sollte es auch anders sein? Wenn sie über den Atlantik fliegen so führt das Flugzeug etwa 20 % seiner Startmasse in Form von Treibstoff mit. Beim Space Shuttle sind es 2000 %, also muss ein Ticket in etwa 100 mal teurer sein als ein Flug über den Atlantik - und genau das ist der Fall.

Als man noch optimistischer bei den Space Shuttle Startpreisen war, 1983, gab es eine Studie wie viel ein Flug ins All kosten würde bei einem Startpreis von 60-70 Millionen USD für einen Space Shuttle Flug (etwa ein Achtel der heutigen Kosten). Eine Firma rechnete vor, das eine Passagierkabine im Frachtraum etwa 75 Personen transportieren könnte und ein Ticket etwa 2-3 Millionen USD kosten würde. 350 Personen oder etwa 5 Flüge pro Jahr erwartete man für diesen Startpreis.

Was kostet es heute? Nun in der Realität fliegt der Space Shuttle natürlich keine Passagiere. Er hat auch nicht die Ausrüstung um so viel Strom für die notwenigen Lebenserhaltungssysteme aufzubringen, aber tun wir mal so, als wäre ein solcher Umbau möglich. Die NASA hat bei einer Senatsanhörung vor dem Bau der ISS angegeben, dass ein Flug zur ISS etwa 435 Millionen USD kostet, davon aber nur 83 Millionen auf den Start entfallen, der Rest sind Fixkosten. Das gilt für etwa 7-8 Flüge pro Jahr. Bei maximal 12 Flügen pro Jahr, die möglich wären würde sich der Start also verbilligen auf etwa 280-300 Millionen USD, oder etwa 2.5 Millionen USD pro Ticket. Ich denke ein neues System, das wesentlich weniger wartungsintensiv ist, könnte diesen Preis halbieren, mehr sehe ich aber bei der heutigen Technologie nicht.

Bleibt noch die Gretchenfrage: Wenn der Autor das nötige Kleingeld hätte, würde er fliegen? Ja und Nein. Ja, wenn ich wirklich so viel Geld hätte, das auch 20 Millionen USD nur ein Bruchteil davon wären, vielleicht so ab 100 Millionen USD. Wenn ich weniger hätte, vielleicht 21 Millionen, würde ich eher 20 Millionen in eine Stiftung einbringen die ein Teleskop auf der Erde baut (dafür gibt es eines der 3 m Klasse, mit dem kann man schon einiges an Wissenschaft betreiben) und mit der restlichen Million immer noch gut leben. Wissenschaftsmäzen gibt es anders als in den USA bei uns ja nicht. Wenn dann wird lieber Geld für Kultur oder soziales ausgegeben - nichts dagegen, auch das ist wichtig, aber viele sehen die Förderung der Wissenschaft als eine Aufgabe des Staates und das ist falsch.

Weltraumtourismus Suborbital

Gestern habe ich gerade noch das Ende einer Dokumentation auf ARTE gesehen über Weltraum-Tourismus, genauer gesagt die suborbitale Variante, wie bei Space Ship One. Der Beitrag war zweifellos etwas älter, weil von 2007 und 2008 gesprochen wurde als läge diese Daten in der Zukunft und die Prognosen, dass es heute 4-5 Unternehmen gibt, die Passagiere auf Parabelflüge gebracht haben ist noch nicht eingetreten. Aber nehmen wir mal an, es gäbe einen Markt - ginge es diese Hopser wirtschaftlich auszuführen? Ein Ticket soll zwischen 120.000 und 200.000 Dollar kosten, das klingt nach viel, doch wie ich seit ein paar Tagen weis, kostet eine Flugstunde im Eurofighter auch 38.000 Euro. Mal sehen wie dies wirtschaftlich klappt. Spaceship One war ein Flugzeug mit Raketenantrieb. Das hat einige Vorteile und Nachteile. Der Hauptvorteil ist, dass die Landung recht einfach ist - es kann wie ein Segelflugzeug landen. Es hat genügend Flügelfläche, um nicht wie ein Space Shuttle als Stein vom Himmel zu fallen. Auf der anderen Seite ist der Start schwieriger: Das Trägerflugzeug dient nicht dazu, Spaceship One auf Höhe zu bringen oder die Startgeschwindigkeit zu erhöhen. Es dient nur dazu einen fliegenden Start mit dem Raketentriebwerk zu ermöglichen, der auf der Erde wohl schnell das Fahrwerk wegbrechen würde. Für Transporte viel wichtiger: Wie bei jedem Flugzeug ist die Kabine, also der Bereich wo die zahlende Kundschaft sitzt, klein im Vergleich zur Gesamtgröße des Flugzeugs. Das macht den Transport ineffektiv und teuer. Wie würde ich es machen? Mit einem klassischen Raketenantrieb vom Boden aus. Eine aerodynamische Form für den Wiedereintritt und eine Landung, zuerst abgebremst durch Fallschirme und dann auf den letzten Metern mit Bremstriebwerken. So in etwa wie das DCX Konzept: Unten ein zentrales Raketentriebwerk und einige kleinere Korrekturtriebwerke, oben der Treibstofftank und an der Spitze ein Kegel und ein Zylinder, wo die Leute drin sitzen. Hier mal eine iterativ angenäherte Lösung mit europäischen Komponenten (das gleiche könnte man auch mit einem R-68 berechnen, das wahrscheinlich sogar günstiger wird.

Frage 1: Welche Endgeschwindigkeit muss man erreichen?

Nun das ist wegen der Gravitationsverluste und dem Luftwiederstand nicht so einfach. Doch es gibt Vorlagen: Eine V-2 erreichte eine Spitzenhöhe beim senkrechten Start von knapp 190 km bei einer Endgeschwindigkeit von 2500 m/.s. Spaceship One und andere begnügen sich sogar mit nur 100-120 km Gipfelhöhe. Die Endgeschwindigkeit hängt auch mit der Startbeschleunigung zusammen - je höher sie ist, desto besser. Auf der anderen Seite: Solange man nicht schubstarke Feststofftriebwerke hat, wird das benötigte Triebwerk rasch sehr schwer. Eine praktikable Startbeschleunigung sollte bei rund 1.3-1.6 G liegen. das senkt die Spitzenbeschleunigung auf maximal 3.0 G.

Frage 2: Wie schwer kann das Raumschiff sein?

Das hängt vom Triebwerk ab. Einfach Startschub durch gewünschte Beschleunigung teilen.  Wenn man das Vulcain 2 Triebwerk nimmt, mit einem Bodenschub von 960 kN und einer Startbeschleunigung von 1.6 g, dann etwa 60 t.

Frage 3: Wie viel davon ist Treibstoff?

Nun bei einem angenommenen spezifischen Impuls von 4000 im Mittel beim Vulcain-2 (3100 auf Meereshöhe, bei abnehmenden Druck auf 4248 m/s im Vakuum ansteigend) etwa 28 t. Die Spitzenbeschleunigung beträgt dann vor dem Ausbrennen etwa 42 m/s (wegen des im Vakuum ansteigenden Schubs).

Frage 3: Wie viel entfällt insgesamt auf den Raketenteil?

Nun es gibt dann neben den Tanks noch den Bedarf für kleine Triebwerke, welche kurz vor der Landung die Restgeschwindigkeit, von etwa 15 m/s, die beim Fallschirmabstieg noch verbleibt, abzubauen. Bei 5 m/s² benötigt man dafür einen Schub von rund 16 t. Das ist ein kleines Problem, denn selbst wenn das Vulcain so umgerüstet wird, dass es im Schub regelbar ist, so würde es sicher nicht auf nur 16-20 % des Schubs reduziert werden können. Bei Verringerung des Brennkammerdrucks auf 1/5 würde der Düsenmündungsdruck deutlich kleiner als 1 atm sein und damit ist ein Betrieb nicht mehr möglich. Die beste Lösung wären daher einige kleine kurz zündende Feststofftriebwerke, wie bei der Sojus und Dämpfer in den Landebeinen, welche die Restenergie auffangen. Diese Triebwerke mit eingerechnet kann man von einer Trockenmasse von rund 6 t ausgehen. Das lässt etwa 26 t für die eigentliche Passagierkabine übrig.

Frage 4: Wie viele Passagiere können dann fliegen?

Eine Schwere Frage. Die Kabinengröße ist einfach zu berechnen. Hier kann man von den im Weltraum schon eingesetzten Transportern MPLM und ATV leicht die Größe ohne Innenausstattung berechnen. Die Innenausstattung und die Anzahl der Passagiere ist natürlich abhängig von dem Volumen dass man jedem Passagier zubilligt - schließlich wollen diese schwerelos schweben , was Raum benötigt. Was komplett entfallen kann, ist eine Lebenserhaltung: Selbst wenn jede Person nur 1 m³ Volumen zur Verfügung hat dauert es rund 3 Stunden bis das Kohlendioxidlevel einen Grad erreicht hat der Kopfschmerzen verursacht - und der Flug dauert ja nur 15-20 Minuten. Basierend auf dem MPLM Abmessungen und einem Gewicht von 18 t (nur für die Kabine) entspricht dies einem Volumen von rund 460 m³. Bei einem Zylinder mit einem Durchmesser von 8 m mit einem Kegel als Spitze, entspricht dies einer Höhe von 8.0 m für den Zylinder und rund 7 m für den Kegel. Wenn die Passagiere an der Außenseite sitzen so wären im zylindrischen Teil 4 Decks möglich mit rund 24 Sitzplätzen im 1 m Abstand. Im Kegel Teil könnte man weitere 30 Personen unterbringen. Zusammen also rund 126 Personen. Bei rund 120 kg pro Person (inklusive Sitz) kommt man so auf eine "Nutzlast" von rund 15 t - zusammen mit den 18 t welche die Kabine wiegt, sind dies dann schon 33 t - also mehr als zulässig sind. Die Lösung ist den Zylinder auf 6 m zu verkürzen (3.9 t Gewicht eingespart und nur noch 102 Passagiere) - so kommt man auf rund 26.4 t. Ein Flug transportiert also rund 100 Passagiere

Frage 5: Ist es profitabel?

Das ist natürlich die schwerste Frage. Ich habe bewusst das Vulcain Triebwerk genommen, weil es ein sehr teures Triebwerk ist, aber auch seine Leistungsdaten bekannt sind. Das Raketentriebwerk muss nach einer bestimmten Fluganzahl ausgetauscht werden. Da Raumgefährt wird die Flüge recht gut überstehen, denn verglichen mit einem Space Shuttle, muss nur etwa ein 40.stel der Energie abgebaut werden, was ohne Hitzeschutzschilde möglich ist. Das Vulcain 2 ist für eine Gesamtbetriebsdauer von 6000 Sekunden ausgelegt. Ein Flug erfordert eine Betriebsdauer von rund 88 Sekunden. Es kann also für mindestens 60 Flüge (genau: 68) eingesetzt werden. Danach muss ein neues her - und das kostet derzeit noch rund 15 Millionen Euro. Alleine für da Vulcain sind also pro Flug rund 0.25 Millionen Euro zu bezahlen. Da 100 Passagere aber ein Einkommen von rund 10 Millionen Euro generieren, kann dieses Konzept tatsächlich profitabel sein, und zwar um so profitabler, je schubstärker das Triebwerk ist, weil das Volumen in der dritten Potenz ansteigt, die Oberfläche, aber nur in der zweiten: Der Anteil der Kabine sinkt so ab oder wenn man ihn konstant hält hat jeder Passagier mehr Raum zur Verfügung. Schon in dieser Variante hat jeder Passagier schon so viel Raum wie in der Apollo Kapsel, deutlich mehr als im Mercury und Gemini Programm und in der Sojus Kapsel.

Frage 6: Alternative Antriebe?

Bringt es etwa auf Kerosin/Sauerstoff über zu gehen, zum Beispiel das Merlin Triebwerk oder das RD-180? Ich glaube nicht, zumindest nicht wenn man ein Triebwerk sehr oft einsetzen kann. Bei Übergang auf Kerosin/Sauerstoff steigt schon der Treibstoff verbrauch von 28 auf 34 t - Rund 6 t weniger für die eigentliche Nutzlast, oder eine Reduktion um ein Drittel. Feststoffantriebe sind noch schlechter und ob sie noch so preiswert sind, wenn sie zig Mal eingesetzt werden? Ein Vorteil könnte bei dem Einsatz von mehreren kleinen Triebwerken bestehen, dass man dann die Landung mit einem dieser Triebwerke durchführen kann. Doch dann braucht man zum Start mindestens 5 - ob dann 5 kleine Triebwerke (z.B. Merlin) billiger als ein große sind?

Frage 7: Was lernen wir daraus?

Nun es könnte profitabel gemacht werden, selbst mit heute verfügbaren 0815 Triebwerken von der Stange, ohne ein Raumschiff wie Spaceship One. Der Schlüssel ist Größe - Solange ein Raumschiff nur einige Passagiere befördert bleiben die Flüge teuer. Aber ein Vulcain kann rund 100 Passagiere hochheben. Ein RS-68 etwa 250. Selbst wenn die Kabine nur teilweise ausgebucht ist, liegt da der Anbieter wohl in der Gewinnzone.

Frage 8: Und in den Orbit?

Das ist eine komplett andere Frage. Bei di

e

sen suborbitalen Flügen beträgt der Treibstoffanteil minimal ein Drittel der Startmasse. Knapp die Hälfte entfällt auf das Raumschiff. Bei einem Orbitalflug liegt er bei über 90 % und das Raumschiff bei maximal 6-7%. Schon aus diesem Grund müsste ein Orbitalflug erheblich teurer sein. Dazu kommt dann noch die Notwendigkeit eines schweren Hitzeschutzschildes der die Nutzlast weiter reduziert. Vor allem ist es aber dann nicht mehr möglich eine große Kabine zu starten und man ist dann bei kleinen Kapseln wie bei der Sojus, die relativ viel wenigen und dennoch wenig Platz bieten.

Frage 9: Alles Roger oder was?

Nein natürlich nicht. In den Details liegt der Teufel. Hier nur ein Paradoxon: Für den aerodynamischen Auftrieb wäre ein reiner Kegel oder ein anderer Auftriebskörper sehr geeignet. Dieser hat aber ein schlechtes Oberflächen/Volumen Verhältnis und es ist schwierig in die Schräge Sitze einzupassen. Ein Auftriebskörper in Form eines Nur Flügels, wäre eine Lösung die ohne Landetriebwerke und Fallschirm auskommt. Wegen des senkrechten Starts müssten dann aber die Sitze innerhalb von Minuten alle um 90 Grad schwenkbar sein (von der Vertikalen in die Horizontalen). 

Bigelow: Realismus und Kritik

Ich will mal Vineyards Frage aufgreifen, was ich von Bigelow Aerospace halte. Ich kann nicht so viel sagen, ob diese aufblasbaren Raumstationen funktionieren: Es mag für die Struktur gangbar sein und es gibt sicher die Möglichkeit, diese genauso vor Mikrometeoriten zu schützen, aber eine echte Raumstation hat auch eine Inneneinrichtung. Wenn die Station entfaltet wird, wie geht das mit Trennwänden, Tischen, Zwischenböden, Kabinen? Noch problematischer: Leitungen für Strom, Computernetzwerke aber auch Flüssigkeiten (Kühlflüssigkeit, Wasser) und Gase.

Das die NASA dies erforscht hat, heißt nicht, dass es funktioniert. Es ist der Job der NASA Technologie zu erforschen. Die Liste der Dinge die erforscht und abgebrochen wurden ist lang - Vom Nuklearreaktor für die Stromversorgung (SERT-2) über Staustrahltriebwerke als Antriebe bis hin zum einstufigen Raumtransporter (Venture Star).

Doch das ist auch von untergeordneter Bedeutung, denn das Gewicht einer Raumstation ist nicht der entscheidende Kostenfaktor, für den Weltraumtourismus den Bigelow anstrebt.

Warum? Nehmen wir eine Raumstation aus herkömmlichen Bestanteilen. Ein MPLM (reine Struktur) hat 88 m³ Rauminhalt (4.2 m Innendurchmesser, 6.4 m Länge) und wiegt 4.1 t. Nimmt man nochmal 4.9 t für eine Inneneinrichtung, Lebenserhaltungssysteme etc., so ist man bei 9 t bei genügend Raum für etwa drei Personen. 10 Jahre Einsatz im Orbit, konservativ geschätzte 30 % Nutzungszeit macht dass knapp 20 kg pro Besucherwoche. Das Bigewlow BA330, ein 330 m³ Raumschiff, ist übrigens nicht so viel leichter als die oben skizzierte Lösung - Bei 23 t Startmasse errechne ich 70 kg/m³, gegenüber 102 kg/m³, wobei noch offen ist, ob dies nur ein leeres Modul ist, oder voll eingerichtet.

Da wiegt der Besucher selbst mehr. Im Prinzip könnte man für Weltraumtouristen richtige Luxusherbergen im All erreichten (zumindest was das Volumen und das Gewicht angeht) ohne das dies teuer wird, wenn man es über einen längeren Zeitraum betrachtet.

Die Grundfrage ist doch, wie billig man in den Weltraum kommt. Bigelow muss hier vorhandene Ressourcen nutzen. Bei den Starts gibt es eine Reihe von Möglichkeiten Mit 23 t für das BA330 gibt es eigentlich nur die Delta IV Heavy, doch wenn die Firma etwas runter geht, auf 20 t gibt es als Alternativen die Proton, Ariane 5 oder eine Atlas 551. Soweit könnte es gelingen, gäbe es nur nicht ein Problem: Die Kosten:

Nicht so ganz dazu passen will, dass Bigelow die Atlas 401 nutzen möchte. Diese hat nur eine LEO Nutzlast von 12.5 t. Wahrscheinlich fand sich kein anderer Anbieter für das Angebot von 760 Mill $ für 8 Starts, also weniger als 100 Mill $ pro Start.  Egal wie Bigelow ihre Raumstationen ins All bringt: Der Mannschaftstransport ist das teure daran.

Derzeit gibt es nur eine verfügbare Möglichkeit: Mannschaftstransport mit Sojus Kapseln und Fracht mit den Progress Transportern. Für beiden gibt es keine echten Preise. Warum? Zwar zahlte die südkoreanische Astronautin 25 Millionen Dollar für ihren Flug, doch das ist nicht der Preis für ein Drittel der Sojus Kapsel. Die UdSSR müssen ihre Sojus alle 180 Tage auswechseln und auch die Besatzung sollte nicht viel länger in der Schwerelosigkeit sein. Bei einer Regelbesatzung von 2 Personen verkauft die UdSSR den dritten Sitz. Das gleiche gilt für die Progress Frachter. Für diese habe ich einen Preis von 40 Millionen pro Flug gefunden. Das dürfte aber der auch unter der Voraussetzung gelten, dass die Progress Frachter den russischen Teil der Station versorgen.

Natürlich sind Russlands Preise nicht mit den Westlichen zu vergleichen, doch das ist auch nebensächlich, denn Russland arbeitet inzwischen auch marktwirtschaftlich. Ein Träger wird günstig angeboten bis genügend Kunden da sind, und dann werden die Preise soweit angehoben, bis sie etwas unter den westlichen Preisen liegen. Russland zahlt für die Fertigung einer Proton umgerechnet etwa 25 Millionen Dollar, ein kompletter Start kostet aber 100 Millionen Dollar. (wobei man natürlich erwähnen sollte, das sich Kasachstan die Nutzung von Baikonur vergolden lässt).

Wenn Bigelow Sojus Kapseln für den Transport und Progress Raumtransporter kaufen würde, wie teuer wäre dann ein Aufenthalt? Das ist unter dieser Prämisse spekulativ, aber nehmen wir wirklich mal an, die niedrigen Preise die kursieren würden gelten, also 25 Millionen Dollar pro Sitz und 40 Millionen Dollar für einen Progress Transporter mit 2 t Nutzlast.

Okay. Ein Sojus Raumschiff kostet dann 75 Millionen Dollar (3 Sitze), da ein Pilot mitfliegen muss sind maximal 2 Passagiere möglich. (Meiner Meinung nach sogar nur einer, weil die zweite Person der Bordingenieur ist. Bislang gab es nur immer einen Touristen und jeder Fremdastronaut auf dem zweiten Platz machte eine Ausbildung zum Bordingenieur durch. Die neue Version Sojus TMA-M wird es ermöglichen zwei Touristen ins All zu befördern.

Somit kostet der Mannschaftstransport schon mal 37.5 Millionen Dollar pro Person. Doch man braucht ja auch Versorgungsgüter. Bei der ISS sind das 14 kg pro Person und Tag. Ein Progress Transporter ist also nötig für jeweils 52 Crew Tage (Dreierbesatzung). Das macht weitere 2.7 Millionen pro Woche aus. Ein Ticketpreis von 40 Millionen ist also das mindeste. Die 2.7 Millionen decken sich übrigens recht gut mit dem Preis von Bigelow für eine weitere Woche (3 Millionen). Doch wie Bigelow den Preis von 15 Millionen für 4 Wochen einhalten will, ist fraglich. Vielleicht will die Firma ja auch nur ihre Raumstationen selbst vermieten, wie andere Preise für ein halbes Jahr und ein Jahr andeuten. Dann sind das Preise ohne Mannschaftstransport. Solche wären realistisch. Denn ist eine Raumstation erst einmal im All, und sie ist in hinreichender Entfernung von der Erde (500-600 km), dann kann sie dort über lange Zeit bleiben. eine 550 km Bahn ist z.B. über etwa ein Jahrzehnt stabil.

Letztendlich reduziert es sich doch auf die Transportfrage. Bei bemannten Raumflügen ist das noch um einiges schwieriger als bei unbemannten, wo man auf eine Reihe von Trägerraketen zurückgreifen kann. Dabei sind die Sojus durchaus nicht ideal: Die hohe Belastung bei Start und Landung beschränkt die Auswahl auf einen kleinen Kreis trainierter Personen. Doch es gibt nichts anderes und ein ideales Transport System, z.B. ein Shuttle mit zahlreichen Sitzen für Passagieren zu entwickeln kostet viel Geld und das kann Bigelow nicht aufbringen.

Hotel "ET"

Zum Abschluss: Man kann die Raumfähren nach der Ausmusterung kaufen - für 28,8 Millionen Dollar pro Stück, also ein echtes Schnäppchen (ich glaube die Endeavour kostete als letzte Fähre über 2 Milliarden bei der Herstellung). Das brachte mich auf die Idee dies mit einer alten Vorschlag zu kombinieren. Bevor die Space Shuttles operationell wurden, gab es mal die Idee die Tanks mit in den Orbit zu bringen. Es fehlt nur noch wenig, so dass bei rund 10 % niedriger Nutzlast der Tank in einen Orbit kommt. Dort sollten sie zu einer Raumstation ausgebaut werden. Es könnten sogar mehrere Tanks kombiniert werden. Auch Ruppe schreibt in seinem Buch über so was, doch ich habe beim Suchen nichts gefunden (Der Ruppe ist ein tolles Buch, leider völlig chaotisch geschrieben und das Stichwortverzeichnis hilft auch nichts, vielleicht findet Michel Van die Stelle). Nehmen wir mal an. Heute greift das jemand auf und will den ET als Hotel ausbauen. Wie könnte das gehen.

Der Tank als Hotel.

Der Tank braucht erst mal einen Mikrometeoritenschutzschild. Das war in den späten Siebzigern ohne Belang, aber heute nicht. Der von Columbus wiegt 2 t, bei 95 m³ Innenvolumen. Der Shuttle Tank hat ein Volumen von 2075 m³, da die Oberfläche in etwa mit der Potenz 2/3 zur Fläche steht, resultiert somit eine 7,8 fach größere Oberfläche. Also eine Zusatzmasse von 16 t. Am Wasserstofftank müsste unten eine Luftschleuse vorhanden sein. Ich plädiere hier auf einen CBM Adapter. Zusatzgewicht: 1 t. Dazu müsste es zwischen Sauerstofftank und Wasserstofftank einen Tunnel mit jeweils verschlossenen Luken geben, weil ja anfangs noch Treibstoffe drin sind. Dann kann noch an der Tankwand jeweils die Befestigung der später eingezogenen Zwischenwände angebracht werden und die Wasser und Stromleitungen und Anschlüsse für elektrische Geräte. Ein Innenausbau ist nicht möglich wenn der Tank zu schwer ist und würde auch die Funktion beeinträchtigen. Im Orbit angekommen, müssen nun noch einige andere Komponenten gestartet werden:

Diese können eventuell auch unbemannt gestartet werden. Die folgenden allerdings nur bemannt:

Wie viel mag dies wiegen? Nun vergleichen kann man es nicht mit der ISS. Die ist vollgestopft mit schweren Racks. Der Vergleich mit dem Skylab OWS, der auch aus einer umgebauten Raketenstufe entstand ist sinnvoller. Der OWS wog 35,8 t bei 292 m³ Volumen. Damit würde ein ausgebauter Shuttletank rund 255 t wiegen. Zum Tank würden die Bestandteile mit einem Frachtmodul kommen, ähnlich dem MPLM, nur eben ohne eingebaute Racks. Man könnte auch die beiden MPLM nehmen die jeweils 4,1 t wiegen und je 9,1 t Fracht transportieren. Dann wären 12 Flüge notwendig um den Tank auszubauen

Der Touristenshuttle

Die Touristen müssen nun zum ET kommen. Dazu benötigt man den Shuttle und ein Modul im Nutzlastraum welches die Touristen aufnimmt. Auch hier kann die Struktur der MPLM als Basis dienen. Es sollte aber Fenster haben, da der Tank selber keine hat und der Einbau vor dem Start schwierig ist. Wenn ich den ganzen Nutzlastraum von 18,3 m Länge ausnutze, ein Deck für Passagiere und ein darunter liegendes für die Fracht vorsehe, dann kann ich bei 6 Sitzen pro Reihe und einem Reihenabstand von 0,82 m die 108 Touristen unterbringen (sowie 24 Personen für die Versorgung der Touristen) Angenommen jeder Tourist wiegt 120 kg mit Gepäck und eine 14 Tagesmission ist vorgesehen. Dann fallen beim derzeitigen System der Aufbereitung an Bord der ISS noch pro Tag 6 kg Versorgungsgüter pro Person an. Der Frachtbedarf beträgt dann 132 Personen + 6 Personen im Orbiter = 138 Personen * (120 kg + 14 * 6 kg) = 28152 kg. Basierend auf den Daten der MPLM müsste ein Modul, das diese Fracht transportiert leer 12,7 t wiegen. Wir benötigen also einen Shuttle mit einer Nutzlastkapazität von 40,9 t und das für einen etwas höheren Orbit als den meist angegebenen 185 km Orbit. Die einfachste Möglichkeit die Nutzlast zu erhöhen ist es die Zahl der SRB zu erhöhen. Drei Booster erhöhen die Nutzlast für den ISS Orbit von 18,6 auf 33,6 t und vier Booster auf 45,2 t. Unter Berücksichtigung, dass kein 51,6 Grad Orbit, sondern nur einer von 28,5 Grad erreicht werden muss, ist sie sogar noch etwas höher, so dass eine drei SRB Booster Version reicht.

Flugplan

So könnte der Flugplan aussehen: Aufbauphase:

Danach befördert das Antriebsmodul die nun rund 321 t schwere Station in einen höheren Orbit und wird abgekoppelt. Später kann der Orbit mit Ionentriebwerken aufrecht erhalten werden, die den Wasserstoff der vom Lebenserhaltungssystem produziert wird, als Treibstoff nutzen. Davon fällt mehr an als man benötigt (ein noch weitergehendes System wäre bei vielen Touristen ratsam. Ein Sabatiersystem würde den Verbrauch pro Person um 0,5 kg/Tag senken).

Kostenabschätzung

Da schon nach 12 Flügen die Touristenbeförderung schon genauso hohe Transportkosten erfordern wie der Stationsaufbau spielt dieser keine große Rolle. Nehmen wir an, ein privatwirtschaftliches Unternehmen managt die Shuttles effektiver als die NASA und erreicht die nominellen drei Flüge pro Orbiter die technisch bei der NASA möglich waren so können über einen 10 Jahreszeitraum 90 Flüge erfolgen. Zwölf sind für den Aufbau nötig, bleiben also noch netto 78 für den Tourismus. Jeder soll 108 Touristen befördern und wie beim Shuttle zuletzt rund 600 Millionen Dollar kosten - dann kostet ein Ticket ohne die Hardware für die Station (nur Flugkosten) rund 6,4 Millionen Dollar. Da dann noch die Station dazu kommt (geschätzte Kosten: 5 Milliarden Dollar) und die Firma vielleicht noch 20 % Gewinnmarge verdienen möchte dann resultiert ein Flugpreis von 8,4 Millionen Dollar. Das basiert auf der Basis wie die NASA das handhabt. Nehmen wir an ein innovatives Unternehmen drückt den Startpreis eines Space Shuttles wieder auf 300 Millionen Dollar, so halbiert sich der Ticketpreis natürlich und 4,2 Millionen Dollar. Das halte ich sogar für möglich, da die Shuttleflotte recht hohe Fixkosten aufweist und schon die Flugrate von 9 so die Flugkosten wieder auf 350 Millionen reduzieren müsste. Verglichen dazu ist die Sojus richtig teuer. Selbst mit einem normalen Shuttle (2 SRM, Nutzlast 21,5 t in eine 407 km hohe 28,45 Grad Bahn) resultiert nur ein Ticketpreis von 16,2 Millionen Dollar. Der Haken dabei: Findet man zeitgleich 108 Multimillionäre, denen dies wert ist? Wohl kaum. Das ist denke ich die Crux jedes Raumtransports. Wenn das Gefährt nur groß genug ist dann ist selbst ein Space Shuttle billig - berücksichtigt man dass er in etwa so viel Innenvolumen und Nutzlast wie eine Boeing 737 bietet - aber trotzdem wird man nicht die Ticketpreise erreichen, bei denen man so viele Personen auf einmal zusammen bekommt und die Anzahl derer die einen Millionenbetrag locker machen ist auch gering. Selbst wenn das Shuttle nur so teuer wäre wie eine Trägerrakete (also 100 anstatt 600 Millionen Dollar pro Flug) selbst dann wäre der Ticketpreis immer noch deutlich über 1 Million Dollar. Erst wenn man in Regionen kommt die mal für das Space Shuttle anvisiert wurden (11 Millionen Dollar pro Flug - aber im wert voin 1972!) dann wäre es wohl mit etwas über 100.000 Euro pro Flug massentauglich.

Bücher vom Autor

Es gibt von mir vier Bücher zum Thema bemannte Raumfahrt. Alle Bücher beschäftigen vor allem mit der Technik, die Missionen kommen nicht zu kurz, stehen aber nicht wie bei anderen Büchern über bemannte Raumfahrt im Vordergrund.

Das erste bemannte Raumfahrtprogramm der USA, das Mercuryprogramm begann schon vor Gründung der NASA und jährt sich 2018 zum 60-sten Mal. Das war für mich der Anlass, ein umfangreiches (368 Seiten) langes Buch zu schreiben, das alle Aspekte dieses Programms abdeckt. Der Bogen ist daher breit gestreut. Es beginnt mit der Geschichte der bemannten Raumfahrt in den USA nach dem Zweiten Weltkrieg. Es kommt dann eine ausführliche technische Beschreibung des Raumschiffs (vor 1962: Kapsel). Dem schließt sich ein analoges Kapitel über die Technik der eingesetzten Träger Redstone, Little Joe und Atlas an. Ein Blick auf Wostok und ein Vergleich Mercury bildet das dritte Kapitel. Der menschliche Faktor - die Astronautenauswahl, das Training aber auch das Schicksal nach den Mercurymissionen bildet das fünfte Kapitel. Das sechs befasst sich mit der Infrastruktur wie Mercurykontrollzentrum, Tracking-Netzwerk und Trainern. Das umfangreichste Kapitel, das fast ein Drittel des Buchs ausmacht sind natürlich die Missionsbeschreibungen. Abgeschlossen wird das Buch durch eine Nachbetrachtung und einen Vergleich mit dem laufenden CCDev Programm. Dazu kommt wie in jedem meiner Bücher ein Abkürzungsverzeichnis, Literaturverzeichnis und empfehlenswerte Literatur. Mit 368 Seiten, rund 50 Tabellen und 120 Abbildungen ist es das bisher umfangreichste Buch von mir über bemannte Raumfahrt.

Mein erstes Buch, Das Gemini Programm: Technik und Geschichte gibt es mittlerweile in der dritten, erweiterten Auflage. "erweitert" bezieht sich auf die erste Auflage die nur 68 Seiten stark war. Trotzdem ist mit 144 Seiten die dritte Auflage immer noch kompakt. Sie enthält trotzdem das wichtigste über das Programm, eine Kurzbeschreibung aller Missionen und einen Ausblick auf die Pläne mit Gemini Raumschiffen den Mond zu umrunden und für eine militärische Nutzung im Rahmen des "Blue Gemini" und MOL Programms. Es ist für alle zu empfehlen die sich kurz und kompakt über dieses heute weitgehend verdrängte Programm informieren wollen.

Mein zweites Buch, Das ATV und die Versorgung der ISS: Die Versorgungssysteme der Raumstation , das ebenfalls in einer aktualisierten und erweiterten Auflage erschienen ist, beschäftigt sich mit einem sehr speziellen Thema: Der Versorgung des Raumstation, besonders mit dem europäischen Beitrag dem ATV. Dieser Transporter ist nicht nur das größte jemals in Europa gebaute Raumschiff (und der leistungsfähigste Versorger der ISS), es ist auch ein technisch anspruchsvolles und das vielseitigste Transportfahrzeug. Darüber hinaus werden die anderen Versorgungsschiffe (Space Shuttle/MPLM, Sojus, Progress, HTV, Cygnus und Dragon besprochen. Die erfolgreiche Mission des ersten ATV Jules Verne wird nochmals lebendig und ein Ausblick auf die folgenden wird gegeben. Den Abschluss bildet ein Kapitel über Ausbaupläne und Möglichkeiten des Raumfrachters bis hin zu einem eigenständigen Zugang zum Weltraum. Die dritte und finale Auflage enthält nun die Details aller Flüge der fünf gestarteten ATV.

Das Buch Die ISS: Geschichte und Technik der Internationalen Raumstation ist eine kompakte Einführung in die ISS. Es wird sowohl die Geschichte der Raumstation wie auch die einzelnen Module besprochen. Wie der Titel verrät liegt das Hauptaugenmerk auf der Technik. Die Funktion jedes Moduls wird erläutert. Zahlreiche Tabellen nehmen die technischen Daten auf. Besonderes Augenmerk liegt auf den Problemen bei den Aufbau der ISS. Den ausufernden Kosten, den Folgen der Columbia Katastrophe und der Einstellungsbeschluss unter der Präsidentschaft von George W. Bush. Angerissen werden die vorhandenen und geplanten Transportsysteme und die Forschung an Bord der Station.

Durch die Beschränkung auf den Technischen und geschichtlichen Aspekt ist ein Buch entstanden, das kompakt und trotzdem kompetent über die ISS informiert und einen preiswerten Einstieg in die Materie. Zusammen mit dem Buch über das ATV gewinnt der Leser einen guten Überblick über die heutige Situation der ISS vor allem im Hinblick auf die noch offene Versorgungsproblematik.

Die zweite Auflage ist rund 80 Seiten dicker als die erste und enthält eine kurze Geschichte der Raumstationen, die wesentlichen Ereignisse von 2010 bis 2015, eine eingehendere Diskussion über die Forschung und Sinn und Zweck der Raumstation sowie ein ausführliches Kapitel über die Versorgungsraumschiffe zusätzlich.

Das bisher letzte Buch Skylab: Amerikas einzige Raumstation ist mein bisher umfangreichstes im Themenbereich bemannte Raumfahrt. Die Raumstation wurde als einziges vieler ambitioniertes Apollonachfolgeprojekte umgesetzt. Beschrieben wird im Detail ihre Projektgeschichte, den Aufbau der Module und die durchgeführten Experimente. Die Missionen und die Dramatik der Rettung werden nochmals lebendig, genauso wie die Bemühungen die Raumstation Ende der siebziger Jahre vor dem Verglühen zu bewahren und die Bestrebungen sie nicht über Land niedergehen zu lasen. Abgerundet wird das Buch mit den Plänen für das zweite Flugexemplar Skylab B und ein Vergleich mit der Architektur der ISS.  Es ist mein umfangreichstes Buch zum Thema bemannte Raumfahrt. Im Mai 2016 erschien es nach Auslaufen des Erstvertrages neu, der Inhalt ist derselbe (es gab seitdem keine neuen Erkenntnisse über die Station), aber es ist durch gesunkene Druckkosten 5 Euro billiger.

Mehr über diese und andere Bücher von mir zum Thema Raumfahrt finden sie auf der Website Raumfahrtbücher.de. Dort werden sie auch über Neuerscheinungen informiert. Die Bücher kann man auch direkt beim Verlag bestellen. Der Versand ist kostenlos und wenn sie dies tun erhält der Autor auch noch eine etwas höhere Marge. Sie erhalten dort auch die jeweils aktuelle Version, Bei Amazon und Co tummeln sich auch die Vorauflagen.


© des Textes: Bernd Leitenberger. Jede Veröffentlichung dieses Textes im Ganzen oder in Auszügen darf nur mit Zustimmung des Urhebers erfolgen.
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