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Web Log Teil 553 : 1.5.2019 -

1.5.2019: Treibstofferzeugung auf dem Mars

Seit Zubrin ist die Treibstofferzeugung auf dem Mars Bestandteil der Planungen. Vorher dachte man nicht daran, was natürlich auch die Pflicht zur Minimierung der Masse mit sich bringt. Hier mal die Geschwindigkeitsbilanz für eine konventionelle Mission, die folgende Elemente mit Treibstoffbedarf hat:

Für einen DST in einem marssynchronen Orbot (300 x 40.000 km) benötigt man bei 3 km/s Differenzgeschwindigkeit in einer Sonnenumlaufbahn (typisch für Ankunft und Abreise) ein Δv von 1,1 km/s. Für Hin- und Zurück also 2,2 km/s. Für einen Start vom Mars bei Gravitationsverlusten von 600 m/s (aus einer Simulation) kommt man auf eine Zielgeschwindigkeit von 5,5 km/s von der Marsoberfläche zum DST im 300 x 40.000 km Orbit. Nehme ich mal 7 t für die Kapsel an, so sind dies rund 50 t (davon 38,7 t Treibstoff) Startmasse für die MOT und bei 50 t für das DST benötigt dieses 110 t Startmasse, davon 55 t Treibstoff für das Einschwenken/Verlassen der Marsumlaufbahn. Beim Start vom Mars bin ich von einem spezifischen Impuls von 3600 m/s (Methan/LOX) und bei dem DST von 3200 m/s (UDMH/NTO) ausgegangen. Man könnte rein theoretisch auch den Treibstoff für das DST auf dem Mars produzieren und dann zum DST hochtransportieren. Doch da von 50 t Startmasse gerade mal 7 t Nutzlast im Orbit ankommen ist das sehr aufwendig. Für die rund 12 t Treibstoff für die Rückkehr benötigt man dann eine Rakete mit einer Startmasse von 86 t. Das ist also nicht wirklich lukrativ, da schon die Leermasse der Rakete dann bei 8,6 t liegt, und sie muss auch noch gelandet werden, wofür man einen Schutz und weiteren Treibstoff braucht. Realistischerweise wird man also den Treibstoff nur für das MOT auf dem Mars produzieren.

Die Chemie

Die Chemie ist eigentlich relativ einfach. Wir haben auf dem Mars Kohlendioxid, also oxidierten Kohlenstoff in der Atmosphäre und man findet zumindest an bestimmten Stellen Wassereis unter der Oberfläche, das man fördern könnte. Das ist Wasserstoff in der oxidierten Form. Sauerstoff, den Oxidator ist in beiden Molekülen vorhanden. Der erste Ansatz war von Zubrin, der vorschlug Wasserstoff zum Mars zu bringen. Er reagiert mit dem Kohlendioxid nach der Sabatier: 3 CO2 + 6 H2 → CH4 + 4 H2O + 2 CO Das Wasser wird dann durch Elektrolyse aufgespalten: 4 H2O → 4 H2 + 2 O2 Der Wasserstoff kann in den Prozess zurückgeführt werden, sodass die Summe günstiger wird: 3 CO2 + 2 H2 →CH4 + 2 O2 + 2 CO Man erhält ein Verhältnis von O2/CH4 von 4. Das ist das stöchiometrische Verhältnus. Man verbrennt normalerweise Methan im leichtem Überschuss (3 bis 3,5), aber den Sauerstoff kann man als Bestandteil der Atmosphäre für die Besatzung nutzen. Aus 1 t Wasserstoff gewinnt man so 40 t Treibstoff. Gibt es die nachgeschaltete Elektrolyse von Wasser nicht, so sind es nur 2,7 t Treibstoff. Wasserstoff ist aber nur bei tiefen Temperaturen flüssig und sehr voluminös. Ihn über interplanetare Distanzen zu transportieren, ohne das er verdampft ist eine ziemliche Herausforderung. Betreibt man die Elektrolyse von Wasser, so kann man aber natürlich auch das Wasser auf dem Mars nutzen. Das schränkt natürlich die Wahl der Landegebiete auf die Stellen ein, wo es Wasser im Untergrund gibt. Das ist relativ sicher nahe der Pole der Fall. Phoenix fand schon beim Graben direkt unter der Oberfläche Eis. Wenn man tiefer bohren kann, dürfte man aber mehr Landeplätze haben. Mit der Hydrolyse von Wasser sieht es so aus: CO2 + 2 H2O → CH4 + 2 O2

Die Umsetzung

Von den chemischen Prozessen her ist das einfach. Diese sind seit mindestens einem Jahrhundert bekannt. Doch in der praktischen Umsetzung stehen dann doch einige Herausforderungen an. Beim Sabatierprozess benötigt man reines Kohlendioxid das eine Temperatur von 300 bis 400 °C hat. Die Reaktion findet bei 25 bis 45 Bar Druck statt. Auf der Erde stammt das Kohlendioxid aus Verbrennungen von Kohle oder organischem Material. Die dünne Marsatmosphäre müsste man erst unter Druck setzen und dann erhitzen. Immerhin stören die kleinen Beimischungen anderer Gase in der Marsatmosphäre, vor allem Stickstoff nicht den Prozess. Anders sieht es beim Wasser aus. Das findet sich in Form von Eis im Boden. Es wird daher gelöste Mineralien enthalten, daneben weiß man das Mars-Eis oxidierende Substanzen wie Perchlorate und Wasserstoffperoxid enthält. Diese zersetzen sich zwar bei Erhitzung, zumindest das Chlor stört aber bei dem Prozess. Man wird in der Praxis daher das Wasser aufbereiten müssen, entweder durch Umkehrosmose oder Destillation. Ein Vorteil ist, das man sowohl Methan wie auch Sauerstoff relativ gut lagern kann. Sie sind bei höheren Temperaturen flüssig als Wasserstoff und der Temperaturbereich, in dem sie flüssig sind, ist größer. Durch gut isolierte Tanks und eine Rückverflüssigungsanlage sollten sie lagerbar sein. Methan ist sogar bei hohem Druck (46 Bar) und Temperaturen unter 190 K verflüssigbar. Das ist immerhin 100°C über dem Siedepunkt bei 1 Bar.

Energiebetrachtung

Relativ einfach sind noch die Energien zu berechnen. Für die Hydrolyse von Wasser resultiert: H2O → H2 + ½ O2 ΔH - 268,8 kJ/Mol Und für die Reduktion von Kohlendioxid CO2 + 4 H2 → CH4 + 2 H2O ΔH - 165 kJ/Mol Insgesamt hat man 4 Hydrolysereaktionen und die Reduktion von Kohlendioxid: 4 x 268,8 kJ und 165 kJ = 1.240 kJ für 1 Mol CH4 und 2 Mole O2, also zusammen 80 g Treibstoff oder 15.502 MJ/kg Treibstoff. In Kilowattstunden umgerechnet sind das rund 4,3 kWh/kg Energieaufwand pro Treibstoff. Wenn eine Anlage also kontinuierlich arbeitet, dann würde man nur eine Stromversorgung von ~ 14 kW benötigen, um in 500 Erdtagen die benötigen 38,6 t Treibstoff für die 7 t schwere Kapsel zu produzieren. In der Praxis braucht man natürlich mehr. Die Elektrolyse hat bei guten Anlagen auf der Erde eine Effizienz von 60 bis 70 %. Wenn man dieselbe Effizienz für den Sabatierprozess annimmt, braucht man rund 60 bis 70 % mehr Energie. Man wird die Marsatmosphäre mit einem Kompressor auf 45 Bar komprimieren müssen und das Wasser vorher reinigen. Daneben muss man die Gase nach dem Prozess, wo sie 300 bis 400 °C heiß sind, verflüssigen also auf rund -180°C abkühlen und dann bei einer immer weiter steigenden Treibstoffmenge dauerhaft flüssig halten, was auch Energie kostet. Realistisch würde ich eine Verdopplung, eher Verdreifachung des Energiebedarfs vorschlagen. Trotzdem ist man dann bei etwa 40 bis 45 kW Strombedarf, eine Größe die auch so die Besatzung benötigt für den Betrieb ihres Habitats, Aufladen von Akkus von Elektrofahrzeugen etc. Die ISS hat z.B. eine Stromversorgung von 220 kW Leistung. Für Marsmissionen wären aber Kernreaktoren günstiger, da sie dauerhaft Strom liefern, auch bei Nacht, keine großen Flächen haben, die verstauben können und mehr als genug Wärme produzieren, mit denen man das Habitat heizen kann.

Meine Meinung

Da der Prozess sowieso automatisiert ablaufen soll, bietet es sich an, ihn vorher unbemannt zu erproben. Ich würde dies in zwei Schritten angehen. Zuerst mit einer kleinen Testanlage, die den Treibstoff nicht nutzt, sondern nur das Prinzip und die Ökonomie testet. Das kann bei einer Raumsonde als Experiment geschehen, die wie Phoenix leicht an Wasser herankommt. Der zweite Schritt wäre eine Treibstoffproduktion für eine unbemannte Marsexpedition z. B. die Bodenprobengewinnung und Rückführung zur Erde. Dafür benötigt man schon einige Tonnen Treibstoff, aber sicher mindestens zehnmal weniger als bei einer bemannten Mission. Wenn es dann dort funktioniert, kann man es bemannt angehen. Wenn man auf Nummer Sicher gehen will, startet man die Anlage ein Startfenster vorher und dimensioniert sie so, das der Treibstoff bereitsteht, bevor die Besatzung startet, denn die würde sonst auf dem Mars festsitzen. Auf der anderen Seite sind 38,6 t Treibstoff, die man im Beispiel für eine 7 t schwere Kapsel braucht bei einer Gesamtstartmasse von 200 bis 300 t zum Mars ein relativ kleiner Posten, aber der Rückstart ist missionskritisch. Klappt er nicht, so sitzt die Besatzung auf dem Mars fest. Für die konventionellen Szenarien (kleine Kapsel startet vom Mars) lohnt sich daher meiner Ansicht nach eine solche Anlage nicht. Man wird aber nicht um sie herumkommen, wenn man wirklich schweres vom Mars starten will wie das Habitat bei Mars direkt oder die Raketenstufe der BFR.

2.5.2019: Die Energiewende beim Strom - wie es klappen könnte

Wir haben derzeit 38,6 % erneuerbare Energien am Strom, immerhin fast die Hälfte. Die Frage ist ob es ohne Kays geliebte Luftverschmutzer-Landschaftszerstörer geht oder wir dann 1 bis 1,60 Euro pro kwH zahlen müssen wie Carsten prognostiziert. Klar ist: Solarenergie ist bei uns nicht die alleinige Lösung. Sie ist relativ teuer in der Anschaffung. Ich habe gerade die zweite Stufe meines persönlichen Ziels, nämlich den Kohlendioxidausstross auf Null zu senken und den Auftrag für meine zweite Photovoltaikanlage unterschrieb. Mit 9,92 kWP kostet sie 16.600 Euro, sogar noch teurer als die erste pro kWP, die lag bei 11.305 € für 6,9 kWP. Ich müsste mit beiden Anlagen zusammen 15.000 bis 16.000 kWh im Jahr produzieren. Photovoltaik ist so attraktiv, weil man selbst etwas tun kann. Denn als ich mal suchte, ob ich direkt in einen Windpark investieren kann, fand ich nicht viel. Bürgerenergien investieren auch vor allem in Photovoltaik. Immerhin: würden das noch mehr Leute machen, man hätte zumindest am Tag von März bis Oktober eine zuverlässige Stromversorgung. Allerdings eben nicht nachts und im Winter liefert sie wenig. Von 1.000 kWh Jahresertrag entfallen auf Dezember und Januar nur 15 bis 20 kWh. Im Juni/Juli können es 130 bis 150 sein kWh, also eine jahreszeitliche Schwankung um den Faktor 8. Photovoltaik kann daher nur eine Säule der Energiewende sein. Sie wird aus einem Grund auch weiterhin attraktiv sein, wenn 2020 die Förderung durch das EEG ausläuft: Gekoppelt an einen Speicher, im Prinzip eine Batterie kann man vom selbst erzeugten Strom dann selbst nutzen, wenn auch nie 100 % autark sein, außer der Speicher ist wirklich sehr groß. Dann zählt als Preis pro kWh nicht die Einspeisevergütung von derzeit 11 ct/ kWh, sondern das, was man sonst bei Bezug des Stroms gezahlt hätte, das sind bei den meisten 28 ct/kWh. Windenergie ist viel wirtschaftlicher. Vor allem weht der Wind auch nachts und im Winter mehr als im Sommer. An Land gibt es natürlich die Problematik, dass niemand ein Windkraftwerk in seiner Nähe haben will, und in wieweit die Anlagen eine Gefahr für Vögel sind, ist auch noch in der Diskussion. Aber ich sehe hier auch die Zukunft im Off-Shore-Windparks. Zwischen Meer und Land weht dauernd Wind, weil der Boden sich schneller erwärmt (Tag) aber auch schneller abkühlt (nachts) als das Meer, sodass der Wind zweimal am Tag wechselt. Die Parks liefern mehr und konstanter Energie als Anlagen an Land. Nicht umsonst macht Windkraft heute den größten Anteil an den erneuerbaren Energien aus. Vor allem hat man auf dem Meer noch mehr Fläche und weitaus weniger Probleme mit der Genehmigung der Anlagen. Trotzdem werden beide Technologien auch bei gegenseitiger Ergänzung nicht eine 100 % Versorgung garantieren können, außer man installiert ein Vielfaches der benötigten Leistung des Durchschnitts, um gegen alle Fälle gewappnet zu sein. Eine Möglichkeit sich gegen Schwankungen zu wappnen sind Speicher. Die sind nicht neu. Die gibt es als Pumpspeicherkraftwerke schon lange. Nur ist auch klar. Die Zahl der Standorte für diese Kraftwerke ist begrenzt. Sie werden eine Lösung für kurze Spitzen sein, aber nicht für mehrere Tage. Eine Lösung sind Stromspeicher. Die gibt es schon im Verbund für Photovoltaikanlagen. Sie sind jedoch noch schweineteuer. Ein Angebot, das ich erhielt, mit einem 5 kWh Speicher, hätte mich 6000 Euro mehr als die PI-Anlage gekostet. Aber die Preise sind fallend. Je mehr Leute sie installieren, desto mehr wird auch das Stromnetz entlastet. Aber sie sind kleine Speicher mit denen man einen oder mehrere Tage den Eigenvierbauch decken kann, aber nicht den des Nachbarn. Aber es gibt viel größere Speicher und die stecken in Elektromobilen. Die Batterie eines Tesla Model 3 also eines "Mittelklasse" Wagens hat 84 kWh Kapazität, zehnmal so viel wie ein Speicher für eine PV-Anlage. Nutzt man die Elektroautos, um Strom zu speichern, solange sie nicht genutzt werden so ergeben sie einen gigantischen Speicher, wenn man wirklich mal viele Benziner und Diesel durch sie ersetzt: Es gibt 47,1 Millionen PKW in Deutschland. Sind nur die Hälfte Elektroautos und hat jeder eine Batterie von 85 kWh Kapazität, die man zu 50 % nutzen kann, so hat man eine Kapazität von 1 TWattstunden, das ist 1/650 stel der Gesamtstromerzeugung in Deutschland. Damit könnte man also 14 Stunden ohne irgend eine Energieeinspeisung kompensieren. Wenn ich realitätsnah von maximal 20 % Defizit ausgehe, dann sind es 3 Tage, die sie überbrücken können. Natürlich muss dann eine Abmachung getroffen werden. Ähnlich wie man heute mit seiner PV-Anlage einen Überschuss einspeist sollte es eine Regelung geben, dass man einen bestimmten Prozentsatz der Batteriekapazität als Puffer nutzen kann. Wer regelmäßig sein Auto nutzt und dann ja meist auf denselben Strecken zur Arbeit oder zum Einkaufen / Kinder chauffieren (ich kam noch ohne Auto zur Schule, das scheint man heute aber Kindern nicht mehr zumuten zu können). Der weiß ja wie viel Prozent der Kapazität der pro Tag nutzt und könnte mit einem Puffer den Rest der Allgemeinheit zur Verfügung stellen. Das geht in eine Richtung (Nutzung um Überschuss zu Speichern) wie auch in die andere Richtung. Doch wir werden in jedem Falle einen Energiespeicher brauchen, der weniger Gewicht und Volumen benötigt. Das kann meiner Meinung nach Biomasse sein. Biomasse ist im Prinzip alles, was so wächst. Und nein, ich will keine Äcker die nur bewirtschaftet werden, um den Ertrag als Biomasse zu nutzen. Ich habe das bei uns schon gesehen. Maispflanzen, die kaum Kolben trugen, aber schnell wuchsen und erst abgeerntet wurden als sie schon eingetrocknet waren. Es reicht alles zu verwenden was sonst als "Abfall" anfällt: Stroh, Rinde, Sägemehl, kleine Äste, aber auch die berüchtigte Gülle. Das alles kann man unter Luftabschluss vergären, wobei die Gülle sogar zu was gut ist, denn durch den Stickstoff und Phosphorgehalt wachsen die Bakterien besser. Allerdings kann man so nur einen Teil der Gülle entsorgen, davon gibt es einfach zu viel. Dabei entsteht Methan und Methan kann man leicht verflüssigen und lagern. Mit dem Methan kann man dann wieder Gaskraftwerke antreiben, die die Lücke dauerhaft schließen können - 1 kg Methan liefern ohne Wärmekopplung rund 4 kWh. Biogas liefert heute schon 67 TWh, mehr als 10 % der Strommenge. Das heißt, man kann damit ohne Probleme Schwankungen der anderen regenerativen Energien ausgleichen. Im Extremfall: es reicht für 40 Tage ohne Wind und ohne Sonne. Damit ist Kays neues Kunstwort der Dunkelflaute nichts mehr als ein Gespenst an der Wand. Doch es geht noch weiter. Klar Strom muss immer dann erzeugt werden, wenn wir ihn brauchen. Doch das bedeutet nicht, das man mit dem Überschuss den PV-Anlagen im Sommer und Windanlagen bei kräftigem Wind produzieren nicht nutzt. Man kann ihn nutzen, um ihn dauerhaft chemisch zu speichern. Ich halte zwar nicht viel davon, weil die Verluste hoch sind, aber man kann mit dem Strom Wasserstoff aus Wasser gewinnen, speichern und dann im Winter nutzen. Idealerweise in einem Gaskraftwerk mit Wärmekopplung. Derzeit verläuft es ja wie allgemein bei den staatlichen Regelungen falsch: Wer eine PV-Anlage baut, der darf nur 70 % der Maximalleistung einspeisen. Bei meiner wurde das schon Niveau schon Mitte April um 9:30 erreicht und sie blieb bis 13:30 auf dem Niveau, ich nehme an, im Sommer wird der Zeitraum noch größer sein. Der Sinn ist es das Netz zu stabilisieren, doch würde man anstatt den Strom gar nicht erst einzuspeisen nutzen, um Wasserstoff zu gewinnen oder andere Prozesse zu betreiben, die Energie speichern (in einer Übergangszeit kann man z.B. aus dem Kohlendioxid die Kohlekraftwerke produzieren durch den Sabatierprozess Methan erzeugen (Power to Gas). Wir haben also eine Situation, das wir die Schwankungen der natürlichen Ressourcen dadurch ausgleichen, das wir bei Überschuss einen Verbrennungsträger erzeugen den wir nutzen können, wenn regenerative Energien wenig Leistung liefern. Zum Strompreis: Alle beschweren sich darüber das er so hoch ist und obwohl der Stromerzeugungspreis international in den letzten Jahren gesunken ist, bleibt er bei uns konstant hoch. Und schnell haben einige, wie Kay die regenerativen Energiequellen als Schuldigen ausgemacht. Doch dem ist nicht so. Offizielle Zählen von Vattenfal:

Von den staatlichen Abgaben entfallen 6,4 ct auf die EEG-Umlage und 5,7 ct für die sonstigen Abgaben. Und auf den Gesamtpreis kommt noch die Mehrwertsteuer drauf, das heißt, der Staat verdient noch an seinen eigenen Abgaben, besteuert also die Steuer! Die erste Maßnahme wäre daher die staatlichen Abgaben von der Mehrwertsteuer auszunehmen. Das macht bei 12,1 ct pro kWh so viel aus, das man, wenn man die EEG-Umlage anteilig erhöht, man den Anteil von erneuerbaren Energien von 38,6 auf 52,5 % erhöhen kann. Geht man davon aus, das zu der EEG-Umlage auch noch der Stromgestehungspreis hinzukommt der wird dem Anlagenbetreiber ja bezahlt, dann wird es noch günstiger. Wenn ich 8,5 ct/kWh als Mittel aus den Vergütungen für neue Windkraft- und OV-Anlagen nehme, dann wird schon heute für erneuerbare Energien vom Stromlieferanten mehr berechnet als die Anlagenbetreiber als Vergütung bekommen, nämlich 13,85 ct/kWh. Der teuerste regenerative Strom ist Solarstrom aus kleinen PV-Anlagen (unter 10 kWh) der mit 11 ct/kWh vergütet wird. Windenergie sogar nur mit 7,4 ct/kWh. Meiner Ansicht nach wird daher die Energiewende nicht teurer als bisher. Es muss nur aufhören, dass die Stromkonzerne an dem von Dritten eingespeisten Strom noch verdienen (die Netzabgabe für die Einspeisung kommt ja sowieso oben drauf). Ich glaube daher nicht das der Strompreis daher ansteigt, wenn regenerative Energien noch mehr zunehmen, wenn das was an Abgaben und Stromgestehungskosten auch wirklich den Anlagenbetreibern zugutekommt und nicht dem Staat und dem Stromkonzern. Ich habe auch kein Problem mit der 70 % Vergütung. Man kann das aber anders lösen, z.b. das der Einspeisezähler den gesamten Strom entgegennimmt, aber maximal 70 % der Peakleistung zählt. Der Rest steht dann der Allgemeinheit zur Verfügung und kann genutzt werden, um ihn dauerhaft chemisch zu binden für den Winter. Wie geht es bei mir weiter? Wenn die zweite Anlage ans Netz geht, habe ich 74 % meines Ziels erreicht. 7,45 t Kohlendioxid pro Jahr eingespart. Weitere 10 % wird die Umstellung meines Reststrombedarfs auf Ökostrom bringen. Den Rest, rund 15 % oder 1,5 t Kohlendioxid werde ich durch Beteiligung an zwei Bürgerenergieprojekten "einsparen" die auch PV-Anlagen auf öffentlichen Gebäuden installieren bzw. einen Wind/Solarpark bei Schopfloch mit betreiben. Ich denek das ich in 6 Monaten, das geschafft haben werde, was die Bundesregierung als Langzeitziel bis 2050 ausgibt, und dabei schon die Zwischenziele bisher alle nicht erreicht hat. Klar billig war es nicht. Zusammen 40.000 Euro wird es kosten. Aber wenn die Bundesregierung ihre 40 Milliarden, die sie der Braunkohle (Luftverschmutzer-Landschaftszerstörer) noch nachschmeißt, analog investieren würde, 1,3 % des bundesdeutschen Ziels wären erreicht. Wenn man davon ausgeht, dass die Investition in Großanlagen erheblich effizienter ist sogar 2+ %. So hat man aber wieder nur marode Länderhaushalte saniert und Stromkonzernen Gewinne beschert.

4.5.2019: Bezaubernde Jeannie, Verbraten von Serien und VPS

Gerade wird auf One die Serie „Bezaubende Jeannie“ aus den Sechzigern wiederholt. Da sie ziemlich alt ist und schon oft ausgestrahlt wurde denke ich kennen die meisten den Inhalt. Der Astronaut Anthony Nelson findet auf einer Insel einen Flaschengeist, Jeanny der ihm fortwährend das Leben schwer macht. Mich hat mal interessiert, wer von den Darstellern noch lebt. Es ist nur noch Barbara Eden, welche die Jeannie spielt. Das Larry Hagman schon vor einigen Jahren starb wusste ich schon. Dazu habe ich die Wikipedia besucht. Etwas amüsiert war ich über die Einträge zur Serie. So wurde moniert, dass die Serie die NASA als militärische Struktur mit Befehlsgewalten darstellte. Zum einen ist da was wahres dran. Die Astronauten blieben beim Militär und wurden nur für die NASA freigestellt. Gene Cernan der so lange dabei war, das er beim Ausscheiden schon den Admiralsrang bekommen hätte, musste überlegen, ob er nicht doch zur Navy zurückkehren sollte. Daneben gab es viele Rollen mit militärischen Bezeichnungen wie „Public Affairs Officer“ oder „Flight Dynamics Officer“. Vor allem aber gab es eine strenge Struktur mit Verantwortlichkeiten und Weisungsbefugnis wie beim Militär. Wenn Chris Kraft entschied, dass jemand nicht mehr fliegen sollte weil seien Performance schlecht war oder er einfach krank wurde, dann flog er nicht mehr. Da wurde wie beim Militär befohlen und nicht diskutiert. Aber das ist nur eine Bemerkung. Ich verstehe vor allem nicht, wie man diese Serie so ernst nehmen kann, das man das hervorhebt. Bezaubernde Jeannie ist schon anzusehen und kurzatmig. Aber sie ist, selbst wenn man mal ausblendet, das es keine Flaschengestell gibt, die zaubern können völlig irreal. Die Darstellung der Astronauten ist ein Zerrbild. Sie sind dauernd hinter Frauen her, das Verhindern von Rendezvous mit diesen macht gefühlt 50 % der Folgen aus. Einmal geht es sogar um ein Mondprogramm bei dem ein Paar landen soll. Wenn es um das Training geht dann zählen nur physische Leistung und es geht um Fitness oder Ernährung. Im Grips müssen die Astronauten nichts haben, was auch die Figur von Major Healey gut verdeutlicht. Oder es wird ein Safe auf den Mond geschossen um dort Dinge unterzubringen die man irgendwie testen soll. Ein Safe! Und das bei einem Weltraumprogramm wo jedes Pfund Gewicht zählt. Mal von er Wirklichkeit (ein Raumschiff wird nie so gut abgeschirmt sein wie ein Safe) zu schweigen. Er wird übrigens dann mit einem kleinen akkubetriebenen Bohrer geöffnet.... Auch bei den Raketenstarts wird’s lustig. Regelmäßig wird eine Titan II vor dem Start gezeigt, wenn sie dann aber abgehoben ist, wird das Bild einer Atlas Agena. Das beste was ich mal sah war folgender Mix: Startvorbereitung eine Titan IIIC. Zündung einer Titan II, dann Blick vom Startturm auf das Heck einer Saturn IB und dann Aufsteigen einer Atlas Agena mit Schwenk auf den Triebwerksblock der Atlas. Also mit Realismus hat das nichts zu tun. Dabei müssten die Hersteller alleine durch die NASA-Filme genügend Material haben um einen Start komplett einer Rakete zu zeigen. Ich habe mich gefragt, warum ich trotz der seichten Handlung an der Serie bliebe und vor einigen Tagen ist es mir gekommen. Es ist Slapstick. Die Grimassen sind so übertrieben, dass man de Handlung auch bei ausgeschaltetem Ton folgen kann. Zeitweise erinnern mit Nelson und Healey an Dick und Doof. Die Dialoge sind auch nicht besonders intelligent. Jeder zweite Satz von Jeannie fängt mit „oh“ an. Trotzdem sehr kurzweilig. Wer es noch ansehen will: Jeden Tag um 16:25 und 16:55 in One. Wiederholung dann am nächsten Vormittag um 9:25 und 9:55. Die zweite Serie, die gerade läuft, ist Monk. Auch Monk ist nicht neu, doch da er zuerst bei den Privaten lief habe ich ihn erst entdeckt als er vor ein oder zwei Jahren schon mal auf ZDF Neo wiederholt wurde. Der Schauspieler ist wirklich gut. Wenn er irgendetwas in Perfektion hinrichten will und das ewig dauert, wird man schon vom Zusehen ganz kribbelig und möchte eingreifen. Die meisten Folgen habe ich schon gesehen. Doch nicht alle und so dachte ich nutze ich die Wiederholung aus, um die restlichen zu sehen. Das gelang mir nicht, und zwar weil ZDF Neo aus unerfindlichen Gründen am Ende vom Schema abwich. Das war vorher so: zwei neue Folgen um 13:30 und 14:10, dann Wiederholung derer um 17:05 und 17:45. Gerade, bei den Episoden, die ich aber nicht sah, kamen nach 17:00 neue Folgen. Also vier an einem Tag. Ich verstehe sowieso nicht, warum alle „neuen“ Sender von ARD und ZDF wie eben ZDF Neo oder One Serien richtiggehend „verbrennen“. Also pro Werktag mehrere Folgen zeigen. Muss das sein? Eine reicht doch. Wer bitte hat Zeit vier folgen Monk an einem Tag zu schauen? Das ist aber gängige Praxis. Bei ZDF Neo laufen auch zwei Folgen Rettungsflieger hintereinander oder zwei Folgen Bares für Rares. Selbst bei Neuausstrahlungen wie „Death in Paradise“ - da lief vor einem Monat innerhalb von 3 Wochen die ganze achte Staffel – auch immer zwei bis drei Sendungen hintereinander. Ich weiß nicht, was ich die Programmdirektoren denken. Death in Paradise zeigt auch das das Paradies durchaus nicht das Paradies ist. Die BBC-Serie wird in Guadelupe gedreht. In der Karibik, dort wo viele Urlaub machen. In acht Staffeln gab es aber bisher drei Hauptkommissare, zwei (gutaussehende) Assistentinnen und auch zwei Sergeants. Nach der achten Staffel hat ein weiterer Sergeant die Serie verlasen. Geblieben sind nur zwei Nebenrollen vom Anfang, die nicht in jeder Folge auftauchen. Als Grund wird genannt, das es für die Schauspieler zu anstrengend sei, mehrere Monate für die Dreharbeiten von Familie getrennt zu sein. Zuletzt noch zu einem Ärgernis. Eine Alternative könnte es ja sein. Die Aufnahmen aufzunehmen. Mein Fernseher hat eine solche Funktion, muss dazu aber angeschaltet sein. Das kommt also nicht in Frage. Ich habe mir aber noch 2016 einen DVB-T HD Receiver gekauft als DVB-T von SD auf HD umgestellt wunde. Er ist heute unnötig, weil das neuere TV-Modell auch HD-Fähig ist und den Tuner eingebaut hat. Abe ich nutze ihn noch als Videorekorder. Leider funktioniert das nicht besonders gut. Er hat zwar eine komfortable Funktion zum Programmieren mittels des EPG. Man kann auch festlegen, dass er etwas täglich, von Montag bis Freitag oder Wöchentlich aufnehmen will, aber er hält sich dann sklavisch an die Zeit. Und das ist übel. Die Sendungen verschieben sich schon normalerweise um einige Minuten durch Trailer. Aber sie sind auch so nicht konstant. Bezaubernde Jeannie kann auch regulär um 16:40 anfangen. Hustle, das ich einprogrammiert habe läuft nominell um 21:45, diesen (letzten) Dienstag aber um 22:10. Den Schluss bzw. eigentlich die halbe Folge habe ich verloren. Dabei ist das Problem ja nicht neu. Und es gibt eine Lösung dafür. Schon Mitte der Neunziger Jahren hatten alle Videorekorder VPS. Dazu sandten die Sender ein Signal aus, wann die Sendung beginnen sollte und die Videorekorder starteten erst dann. Das funktionierte meistens. Heute, 30 Jahre später (der Standard ist von 1985!) ist alles digital und im Prinzip viel einfacher umsetzbar. Aber es scheint nicht mehr zu funktionieren. Sehr seltsam. Aber vielleicht liegt es auch am Xoro Gerät, denn der Receiver schaltet ab und an auch nicht bei Sendungsende ab und zeichnete in einem Fall noch 7 Stunden später auf.... Was für Tücken der Technik, die eigentlich seit Jahrzehnten gelöst sein sollten, sind euch so in der letzten Zeit untergekommen?

5.5.2019: Kann man machen, muss man aber nicht

Heute wieder ein kurzer Blog, damit ihr auch die letzte Zeit in der es täglich einen längeren gab, verdauen könnt. Lidl macht derzeit wieder eine Werbung im Radio jenseits der „wochenendlich“-Werbung für die Angebote an Freitag oder Samstag. Die fängt mit obigem Satz an: „Kann man machen, muss man aber nicht“. Jemand sagt etwas, meist ist das ein völlig idiotischer Vorschlag um Geld beim Einkaufen zu sparen und dann kommt die bekannte jugendlich-freche Stimme, die seit Jahren Werbung für Lidl macht, mit dem obigen Satz gefolgt von Angeboten, die es gerade gibt. Lidls Werbung ist ja immer etwas schräg. Im letzten Jahr waren es Leute, die Angebote marktschreierisch ankündigten. So richtig witzig ist sie aber nicht, nur eben auffällig. Auf meinen eigenen Tipp bin ich gekommen, weil einer der Aussagen war „Ich nehme nie meinen Geldbeutel mit, da spart man 100 Prozent“. Klar ist das blöd, aber es hat auch einen wahren Kern. Ich bevorzuge z. B. immer noch Bargeld. Es gibt mir eine direktere Kontrolle der Ausgaben, als wenn es direkt vom Konto abgebucht wird. Ich weiß nicht, ob ich mit der Karte mehr kaufen würde, aber ich habe so eher die Übersicht, denn ich hebe, wenn es nicht besondere Ausgaben gibt, meist zu Monatsanfang 300 Euro für meine Ausgaben ab. Alle paar Tage schaue ich, nach was noch da ist. Ein Nebeneffekt ist, das es schneller geht – davon haben zumindest die nach mir kommenden etwas. Bei Karten haben die meisten Leute nicht das System durchschaut: Man braucht bei ALDI ja meist länger zum Einräumen als die Kassiererin zum Abrechnen. Bis die Buchung bei der Bank ist und der Beleg ausgedruckt vergeht aber einige Zeit. Anstatt das die Leute also, wenn noch einige Artikel auf dem Tresen sind, ihre Pin eintippen und dann weiter einräumen, bis die Buchung durch ist, machen sie das am Schluss und warten auf die Bestätigung. Das Zweite was hilft ist ein Einkaufszettel. Ich schreibe mir immer alles, auf was ich brauche oder in den Angeboten entdeckt habe. Und ich kaufe auch genau das ein. Ich bin wohl der Albtraum jedes Discounters denn ich nehme so vom Sortiment nur einen Bruchteil wahr. Manchmal sehe ich bei der Kasse bei anderen Leuten Artikel, von denen ich gar nichts wusste, das sie im Sortiment sind, so vor einigen Tagen Kartoffelpuffer bei ALDI, die ich habe ich immer woanders gekauft, weil als ich vor einigen Jahren mal nach ihnen bei ALDI suchte, keine fand. Das ist eine Gewohnheit, die noch aus der Zeit stammt, als ich beginnend mit 14 die Samstagseinkäufe für die Familie machen musste. Da hat ihn meine Mutter geschrieben oder mir später diktiert, da ich ja nicht wissen konnte, was man brauchte. Ich hab das dann einfach beibehalten. Der Einkaufszettel ist auch sehr geschickt, weil man ihn nach und nach erstellen kann. Immer wenn ich entdecke, dass etwas aus ist oder ausgeht, scheibe ich es auf. Dazu überlege ich einige Tage im Voraus was ich esse, sodass ich nur zweimal in der Woche einkaufen müsste. Im Prinzip ging es auch einmal pro Woche, doch so viel bekomme ich nicht auf mein Fahrrad rauf. Klingt altmodisch, spießerisch, aber ich habe noch nie in meinem Leben mir von irgendjemand Lebensmittel ausleihen müssen (eigentlich der falsche Ausdruck denn man bekommt sie ja nie zurück). Wer also mal Geld sparen will, sollte sich mal einen Einkaufszettel überlegen. Allerdings geht der Trend in die entgegengesetzte Richtung. Immer mehr Leute treffe ich im Supermarkt die dort telefonieren – mit Jemanden zu Hause der genau weiß, was man braucht – so was netzt man wohl heute die „Cloud“ :-) … Das Motto passt aber auch gut auf meine Antwort an Hansspace zum letzten Blog. Ja einen Raspberry Pi als VDR kann man machen, muss man aber nicht. Wenn ich viel Zeit hätte, würde ich es vielleicht machen, aber auch nur vielleicht. Aufgezeichnete Fernsehsendungen sind mir eigentlich nicht so wichtig. Schon zu Videorekorderzeiten habe ich mehr gesammelt als geguckt. Wenn ich mal eine Sendung verpasse ärgert mich das zwar, aber es ist nicht wirklich schlimm. Auch in digitaler Form habe ich viel gesammelt und schaue es selten an. Den Dienst OnlineTVRecorder nutze ich auch schon seit Jahren nicht mehr. Das zweite ist die Zeit. Mir fehlt sie einfach. Jetzt in der Freibadsaison noch mehr, da ich jeden Tag schwimmen gehe. Mit Hin- und zurückfahrt und einer Stunde Regeneration fehlen mir da gut 4 Stunden jeden Tag. Solche Bastelprojekte sind ja enorm zeitintensiv. Ich hänge schon beim Apollobuch, genauer gesagt dem zweiten Band hinterher und gerade bastele ich wieder an meinem privaten Programm für Raumfahrtberechnungen. Gut, dafür gäbe es sicher auch kommerzielle Alternativen, ohne das man es selbst programmieren muss. Und so schließt sich der Kreis: Kann man machen, muss man aber nicht … Immerhin resultieren aus den neuen Routinen daraus einige Erkenntnisse, die ich in neuen Blogs vorstellen will.

7.5.2019: Ab wann sieht man die Venusoberfläche?

Eigentlich wollte ich den heutigen Artikel in die Rubrik „Lösung für ein überflüssiges Problem“ einsortieren, in dem ich für eine Fragestellung eine Lösung suche. Aber da ich selbst nur einen Lösungsvorschlag habe, kann ich das nicht. Daher hoffe ich auch auf reiche Zuschriften und Kommentare, denn vielleicht habe ich einige Aspekte übersehen. Es geht darum, dass wir zwar Radarbilder der Venusoberfläche haben, aber keine echten Aufnahmen. Die einzigen die es gibt sind die von Venera 9,10,13 und 14 und nur die Letzten beiden zeigen etwas von der Landschaft. Weil diese Sonden aber Fischaugenobjektive hatten, nur am Rand und stark verzerrt. Selbst perspektivisch korrigiert, ist die Landschaft im Hintergrund verschwommen. Mir schwebt seit Langem eine Venussonde, vor die beim Abstieg die Oberfläche aufnimmt und die Aufnahmen nach der Landung überträgt, plus der Aufnahmen vom Landeort, vielleicht vergleichbar Huygens. Die Frage ist, ab wann sie die Oberfläche klar sieht. Zwar ist es technisch kein Problem die Bilder an Bord zu messen und nur die kontrastreichen zu übertragen, alle anderen sollten keine Details der Oberfläche oder Nebel zeigen, wie die Huygensaufnahmen aus großer Höhe. Aber interessant ist natürlich schon die Frage ob das erst 100 m über der Oberfläche der Fall ist oder in 30 km Höhe, auch um die Aufnahmefrequenz festzulegen.

Kleiner Überblick über die Venusatmosphäre

Die Venusatmosphäre ist mit unsere überhaupt nicht vergleichbar. Sie ist viel dichter (Bodendruck um die 90 bar, also so viel wie in 900 m Meerestiefe oder in einem Raketentriebwerk). Sie besteht aus Kohlendioxid mit nur Spuren anderer Gase und durch den Treibhauseffekt (ja liebe AFD-Wähler den gibt es, und die Erderwärmung wurde zuerst nach Entdeckung des Treibhauseffekts auf der Venus prognostiziert, lange bevor es Untersuchungen des Klimas auf der Erde gab). Ist es an der Oberfläche um die 480 Grad Celsius heiß. Also doppelt so heiß wie in einem Backofen. Es gibt auch Wolken, und zwar nicht zu knapp. Zwischen 50 und 70 km Höhe liegt eine Wolkenschicht, die so ausgedehnt und dicht ist, dass sie den ganzen Planeten umhüllt. Erst in dieser Höhe herrschen ein Druck und eine Temperatur wie auf der Erde. Ein Paradoxon ist, das sich, obwohl die 1 Bar Grenze in 47 km Höhe befindet, die Dichte darüber rasch abnimmt, sodass Satelliten sich der Venus viel stärker nähern können als der Erde. Pioneer Venus näherte sich regulär bis auf 150 km der Oberfläche, Venus Express sogar bis auf 129,2 km bei besonderen Messkampagnen. Die Wolken bestehen wie auf der Erde aus einem Aerosol, also kleinen Tröpfchen, die in der Atmosphäre schweben. Bei uns ist es Wasser, bei der Venus, wo schon bei der 1 Bar Grenze eine Temperatur von rund 130°C herrscht, ist es Schwefeldioxid. Die obere Atmosphäre rotiert, schnell. Die Wolken brauchen nur rund 4 Tage um den ganzen Planeten zu umrunden, das ist vergleichbar den Jetstream in der Erdatmosphäre, aber mit höherer Geschwindigkeit von rund 450 km/h. Die untere Atmosphäre ist zu dicht, um schnell bewegt zu werden. Die Venerasonden maßen an der Oberfläche nur eine Windgeschwindigkeit von maximal einigen Metern pro Sekunde.

Versuch der Annäherung

Das erste Kriterium ist, wann man den Boden sehen kann, ist wann die Atmosphäre „durchsichtig“ wird. Also keine Wolken oder Nebel die Sicht behindern. Die Messungen der Sonden zeigen, dass unterhalb der Wolkenuntergrenze die Zahl der Aerosole, also Tröpfchen stark zurückgeht. Man kann eine Untergrenze benennen: Wo die Atmosphäre die Temperatur erreicht, bei der Schwefeldioxid bei dem gegebenen Druck verdampft, Durch Reduktion kann aus Schwefeldioxid auch molekularer Schwefel entstehen. Er könnte als Staub ebenfalls schweben. Er verdampft bei 388 K. Die Pioneer Venus Sonden maßen unterhalb von 31 km Höhe keine Aerosole. Allerdings hießt das nicht, das es dort keine gibt, sondern nur das die Messgrenze unterschnitten wird. Selbst wenige Aerosole können über eine Strecke von 30 km natürlich die Sicht völlig verschleiern. Die Temperatur von 388 K, bei der Schwefel verdampft, wird aber schon in 43 km Höhe erreicht. Das heißt unterhalb von 31 km Höhe (Temperatur rund 476 K, also 200 °C) sollte die Atmosphäre frei von Aerosolen sein.

Staub

Jeder kennt auf der Erde das Phänomen, das man nach einem Regen, der den Staub aus der Atmosphäre wäscht, weiter sehen kann und auch mehr Details in der Entfernung sieht. Staub gibt es bei uns aus vielen Quellen: Pflanzen emittieren Pollen, Wind wirbelt Staub auf, Menschen emittieren Feinstaub. Auf der Venus gibt es immerhin noch den Wind als Ursache. Auf dem Mars kann der Wind einen globalen Staubsturm verursachen, bei dem man aus dem Orbit fast gar nichts mehr sieht. Dem letzten fiel Opportunity zum Opfer. Aber mit dem Mars ist die Venus nicht zu vergleichen. Für Wind benötigt man Temperaturdifferenzen. Die gibt es kaum auf der Venus. Daneben kann der Wind um so stärker sein, je dünner die Luft – in der Erdatmosphäre herrschen die höchsten Windgeschwindigkeiten in der Stratosphäre. Auch deswegen gibt es auf dem Mars so gerne Staubstüme. Die Venusatmosphäre ist zu dicht am Boden, und daher weitestgehend windstil. Auf der anderen Seite bedeutet die dichte Atmosphäre, dass sich Staub nur langsam absetzt. Bei Den Venera Landesonden war der bei der Landung aufwirbelte Staub noch Minuten nach der Landung nachweisbar.

Duchsichtigkeit

Selbst nach einem Regen kann man zwar weit sehen, aber man sieht, das die Kontraste abnehmen. Der Albaufstieg ist von meinem Wohnort etwa 25 km entfernt. Doch selbst an Tagen mit guter Sicht erkennt man kaum Details. Dabei ist die Atmosphäre am Erdboden etwa 54-mal weniger dicht, als auf der Venus. Es muss offen bleiben, ob dies an den Restschwebstoffen in der Atmosphäre liegt oder anderen Eigenschaften der Atmosphäre. Astronehmen kennen das Phänomen der blinkenden Sterne. Sie entstehen durch kleine Zonen mit unterschiedlicher Temperatur und damit Dichte in der Atmosphäre, die jeweils einen anderen Brechungsindex haben. Turbulenzen können noch mehr Störungen verursachen. Man kann aber davon ausgehen, dass durch die Dichte und den fehlenden oder geringen Temperaturunterschied sowohl regional wie auch vertikal diese Störungen auf der Venus kleiner sind. Auf der anderen Seite absorbiert jedes Medium Licht. Auf der Erde kommt selbst bei besten Bedingungen 1/3 weniger Strahlung bei der Oberfläche an als im Weltall. Dieses Drittel schluckt die Atmosphäre. Die Venusatmosphäre hat an der Oberfläche eine Dichte von 0,0676 g/cm³. Diese Dichte liegt zwischen der von Wasser (1,0) und der Erdatmosphäre von 0,00124. Eine 1 km dicke Schicht der Venusatmosphäre absorbiert genauso stark wie rund 60 m Wasser oder eine 54 km Strecke auf der Erdoberfläche. Es wäre interessant zu sehen, wie weit man unter Wasser gut sehen kann. Das Problem in natürlichen Gewässern sind natürlich die Fremdpartikel, die es gibt, doch ein eigener Test im Freibad bei Beginn der Badesaison mit frischem filtriertem Wasser ergab, das man auf 50 m Beckenlänge noch gut Kontraste ausmachen kann, aber man das Problem der Abdunklung durch die Lichtabsorption hat. 50 m Wasser entsprechen rund 730 m auf der Venus, wenn man die Masse der Schicht betrachtet. Ich würde in den Absorptionseigenschaften (ohne Aerosole) die Venusatmosphäre irgendwo zwischen Luft und Wasser einsortieren.

Vergleich Titan

Es gibt einen Vergleich, wenn auch nicht ideal, doch nahe an der Venus. Das ist der Titan. Die Atmosphäre hat am Boden immerhin die 4,4-fache Dichte. Ebenso hat der Titan kaum Temperaturvariationen wie die Venus und eine globale Smogschicht. Durch die Huygens Sonde wissen wir etwas mehr über die Atmosphäre von Titan und ab wann man den Boden sieht. Bei Titan ist es so, das unterhalb 80 km Höhe die Aerosole beginnen zu aggregieren. Die Partikel werden größer, aber die Menge nimmt ab. Die Atmosphäre klart auf. Unterhalb von 30 km Höhe verändert sich das Verhältnis nicht mehr. Durch die Huygens Landemission wissen wir das ab etwa 20 km Entfernung der Boden zu sehen ist. Unterhalb von 13 km Höhe wird die Sicht zwar noch besser aber nur noch marginal. Überträgt man dies auf die Venus und nimmt eine ähnliche Masse der Schicht an, so entsprechen die 13 km bei Titan rund 1 km bei der Venus. Das liegt dann ungefähr bei den 730 m die ich vom „Wasserexperiment“ ermittelt habe. So wäre meine Schätzung, das man etwa 1 km weit scharfe Kontraste sehen kann. Dafür sprechen auch die Veneraaufnamen. Auch wenn sie recht unscharf sind, sieht man am Rand noch Schatten der Landschaft die maximal 2,5 km entfernt sein kann.

Auswirkung auf die Landesonde

Die Frage ab wann man den Boden sieht hat natürlich Auswirkungen auf die Landesonde. Technisch gesehen, ist die Auswirkung nicht einmal sehr groß. Selbst ein wenig leistungsfähiger Prozessor kann ein Bild heute im Bruchteil einer Sekunde auf Kontraste untersuchen und so den Zeitpunkt bestimmen, ab wann man mehr Aufnahmen in einem Intervall machen sollte. Genügend Zeit gibt es. Durch die dichte Atmosphäre fallen selbst Kapseln ohne Fallschirm nur langsam. Die Venera 9 bis 14 landeten mit 7 bis 8 m/s, das sind 25 bis 29 km/h. Für den letzten Kilometer sollten sie so 125 Sekunden brauchen. Genügend Zeit um mehrere Panoramen anzufertigen. Das Hauptproblem ist dann eher das man nur sehr wenig von der Oberfläche sieht. Immerhin: in 1 km Höhe ist der Horizont 110 km entfernt. Das nützt allerdings nichts, wenn natürlich auch bei schräger Sicht man weniger weit als 1 bis 2 km weit scharf sieht. Realistisch dürfte man so eine Zone in einem Kreis von 2-4 km Durchmesser rund um die Landestelle scharf sehen. Das kann etwas mehr sein, wenn die Sonde sich noch mit dem Wind bewegt. Bei den Windgeschwindigkeiten von gemessen 0,5 bis 2 m/s sind das aber auch im besten Fall nur 250 m mehr.

8.5.2019: Good Day Sunshine

Seit gestern habe ich nun auch den Einspeisezähler für meine Photovoltaik-Anlage, die seit dem 18.4. läuft. Das denke ich ist ein guter Zeitpunkt, um über meine Erfahrungen zu berichten.

Anlagenplanung

Was mich sehr lange abhielt, eine Anlage aufs Dach zu stellen ist meine Dachlage. Ideal wäre es, wenn der Giebel in Ost-Westrichtung läuft, dann liegt eine Dachseite in Richtung Süden und kann voll genutzt werden. Bei mir verläuft der Giebel zwischen Ost und Süd. Wenn man 0 Grad als Osten definiert und 90 Grad als Süd, dann sind es 30 Grad, also Ost-Südost. Ich dachte so, dass ich nur die Hälfte des Tags Sonne bekomme. Nun dafür kann man dann die andere Dachseite nutzen. Allerdings auch nicht richtig. Die Nachbarhäuser auf der Seite sind höher als meines und dann steht noch ein Baum an dieser Stelle im Garten. Sie werfen Schatten auf das Dach wenn es Abend wird. Hätte ich mich besser damit beschäftigt, dann hätte ich wohl schon lange eine Anlage, denn so ungünstig ist die Lage nicht. Für die Vorsondierung kann man ein Tool der EU nutzen. Zuerst den Standort entweder über die Karte oder Koordinaten eingeben (wichtig: Mit Punkt als Dezimaltrenner), dann noch Dachneigung und Ausrichtung. Die Verluste kann man auch noch editieren. Nach verschiedenen Seiten sollten die im Durchschnitt bei 8 bis 9 % liegen. Wenn die Anlage auf ein Satteldach kommt, sollte man „Building integrated“ wählen. Bei einem Flachdach und so der Möglichkeit der optimalen Ausrichtung „Free standing“. Ich rate dazu die Voreinstellung von 1 kW zu nutzen. Hochskalieren kann man immer. Für mich kommt dann Folgendes raus:
Dachausrichtung 46° Neigung kWh/Jahr 25 ° Neigung kWh/Jahr
Süd 1010 1020
Süd-Ost (30 Grad) 908 941
West-Nord (210 Grad) 655
Zur Erklärung: Auf der Ostseite habe ich eine Daube, also einen Teil, wo der Dachwinkel durch einen Ausbau niedriger ist. Wie man sieht, macht bei einer Ausrichtung nach Süden die Dachneigung fast nichts aus, aber bei Ost-West Richtung schon. Hier ist ein flacheres Dach von Vorteil. Als optimale Ausrichtung kommt nach dem Tool etwa ein Dachwinkel von 30 Grad raus. Wie erwartet ist die Westseite aber dann deutlich schlechter als sie Ostseite. Damit fiel schon eine Entscheidung: ich wollte zuerst das Maximum, ab dem die Einspeisevergütung sinkt, installieren, das wären 10 kW Peak (kwP) gewesen, dazu hätte ich aber beide Seiten benötigt. Das fiel nun weg. Die Anlage würde kleiner werden. Das Tool ist auch dahin gehend interessant, weil man in etwa den Eigenverbrauch und die jährliche Schwankung abschätzen kann. Von den 908 kWh im Jahr bei 1 kwp und 46 Grad Neigung bei 30 Grad Dachausrichtung erhält man im Dezember 25,7 kWh, im Juni und Juli aber 116 kWh. Man kann damit auch die Angaben und Berechnungen von Anbietern quer checken.

Neue Begriffe

Wenn man dann ein konkretes Gespräch für eine Planung führt, bekommt man viele neue Begriffe vermittelt, die man dann einsortieren und im Internet nachchecken sollte. Natürlich wollen einem die Firmen möglichst viel verkaufen. Daher sollte man alles nachprüfen. Einiges konnte ich schon beim Gespräch als Verkaufsreklame identifizieren, so die Idee mit dem Solarstrom zu heizen (über IR-Strahler). Es ist natürlich völliger Unfug, erst Strom aus der Sonnenstrahlung zu gewinnen (Wirkungsgrad < 20 %) und diesen dann zur Heizung zu nutzen. Dazu gibt es als Alternative seit Langem Solarkollektoren, in denen Wasser durch die Sonnenstrahlung direkt erhitzt wird. Als ich darauf hinwies sagte mir der Verkäufer nur „Das installiert man heute gar nicht mehr“. Was mir am meisten Überlegung verursachte, waren die Leistungsoptimierer. Wahrscheinlich, weil ich von einem völlig anderen Stand der Technik bei Solarmodulen ausging. In Zeiten, in denen man seinen Verbrauch und die erzeugte Energie im Browser checken kann, dachte ich müssten auch die Module intelligent sein. Es geht konkret um Schatten. Schatten haben unterschiedliche Ursachen. So Schatten von der Umgebung oder den Schornstein auf dem Dach. Es können aber auch Blätter auf den Modulen sein. Daneben schwankt wie man sieht die Leistung auch innerhalb eines Tags je nach Dachwinkel. Das wirkt sich vor allem morgens aus, wenn die Sonne flach steht. Naiverweise dachte ich, wird jedes Modul mit der maximalen Leistung betrieben und dann ist die Gesamtsumme die Summe aller Module. Wenn also der Schatten eines Schornsteins auf einem Modul ist, dann liefet das eben weniger Energie. Pustekuchen. Alle Module werden in Reihe verschaltet, damit begrenzt das Modul, das am wenigsten Energie liefert, die Leistung. Auch werden alle Module bei Auslieferung nicht die gleiche Leistung haben und können unterschiedlich schnell altern. Bei mir lagen sie bei Auslieferung zwischen 311,61 und 314 Watt. Die Lösung bei beiden Firmen, die ins Haus kamen, waren Leistungsoptimierer. Diese sollen für jedes Modul und sogar für bis zu 6 Teilflächen eines Moduls die jeweils höchste Leistung liefern und so diesen „enormen“ Leistungseinbußen durch Verschattung entgegenwirken. Die kosteten im einen Fall aber 60 Euro pro Modul (mithin bei 23 Modulen 1320 Euro) extra. Im anderen Fall waren sie in die Module integriert, die dadurch etwas teurer waren. Ich habe dann einen Anbieter mal gebeten, mir doch eine Vergleichsrechnung zu machen. Das Ergebnis:
Ertrag Leistung Kosten (ohne MWST) Kosten/Kwh
Mit Optimierern 5.580 kWh 6,6 kwp 9322 € 1,67
Ohne Optimierer 5.761 kWh 7,31 kwp 9494 € 1,64
Ohne Optimierer ist es etwas günstiger. Der Unterschied in der Peak-Leistung kommt dadurch zustande das ich ohne Optimierer ein Modul mehr nahm und diese Module 320 anstatt 300 Watt nominell liefern. Ich habe mich mit dem Argument der höheren Leistung gerade bei niedrigem Sonnenstand (höherer Eigenverbrauchsanteil) und eben der unterschiedlichen Alterung dann zu der Variante mit integrierten Optimierern entscheiden. Inzwischen habe ich auch eine zweite Anlage geplant und dort bei der Beratung die genau gegenteilige Meinung gehört. Während die ersten beiden Berater „fast nur“ noch mit Optimierern montieren, ist das im Allgäu, wo meine zweite Anlage auf mein Feienhaus kommt, nicht der Fall „die nehmen wir nur bei zwei unterschiedlichen Dachneigungen“ hieß es da. Zugegeben ist die Situation dort auch einfacher. Die Dachausrichtung ist die gleiche, aber es gibt keine Daube und der Winkel ist mit 30 Grad kleiner, sodass man auch die Westseite ohne größere Einbußen nutzen kann.

Eigenbedarf und Eigenbedarfszähler, 70 % Kappung

Wer eine PV-Anlage auf dem Dach hat und keinen Speicher (dazu später mehr) wird immer Strom ins öffentliche Netz liefern und auch beziehen. Einfach weil nachts nicht die Sonne scheint und im Winter man nur ein Viertel des Ertrags vom Sommer bekommt, was bei einer normalen Familie nicht mal für den Tagesbedarf ausreicht. Nun bekommt man eine Einspeisevergütung von rund 11 ct. Strom, den ich sonst beziehe, kostet 28 ct/kWh. Es ist also vorteilhaft, möglichst viel des selbst erzeugten Storms zu verbrauchen. Ich rate jedem mal das zu tun, was ich erst nachträglich tat, nämlich mal den Eigenbedarf und seine Verteilung zu ermitteln. Es geht vor allem um das Letztere. Eine Abschätzung des Eigenbedarfs ist ja leicht möglich, wenn man seinen Jahresenergieverbrauch durch die Tage oder Monate teilt. Es geht aber mehr darum: wie viel davon brauche ich am Tag, wenn die Sonne scheint und wie viel nachts. Dazu mal über mehrere Tage jeweils abends, wenn die Sonne tief steht (so 2 Stunden vor Sonnenuntergang) und 2 Stunden nach Sonnenaufgang den Zählerstand notieren und ermitteln, was man tagsüber und nachts braucht. In den ersten zwei Stunden nach bzw. vor Sonnenaufgang/Untergang liefert die Anlage kaum Strom, daher diese Frist. Denn nur den Tagesbedarf kann man selbst decken. Es gibt Erfahrungswerte die liegen bei 30 bis maximal 40 % des Gesamtenergiebedarfs. Bei einem Verbrauch von 4000 kWh im Jahr also 1200 bis 1600 kW. Bei mir wurden mit 35 % also 700 von 2000 kWh gerechnet. Ich habe, seit die Anlage in Betrieb ist, dann wirklich mal den Verbrauch bestimmt. Das Ergebnis: Wenn ich im Urlaub bin, und dann auch NAS vom Netz ist, sind es 1 kWh/Tag die ich beziehe (plus was die Anlage liefert). Das steigt auf rund 2 kWh/Tag, wenn ich da bin. Ich rechne im Winter mit mehr – durch den Strombedarf für Beleuchtung und Umwälzpumpe und kürzere Tage. Natürlich ist es nach weniger als einem Monat schwer, eine Jahresabschätzung zu machen, doch ich denke im Jahresmittel werde ich um 3 kWh/Tag Bezug liegen, mithin wäre das eine Einsparung von 900 kWh oder ein Eigenbedarf von 45 %. Das liegt daran, das ich viel zu Hause bin. Ich programmiere hier, erstelle meine Artikel und schreibe meine Bücher. So habe ich auch tagsüber einen hohen Strombedarf. Neben der Elektronik kommt natürlich noch das Kochen und Waschen / Spülmaschine dazu. Bei Letzterem bin ich dazu übergegangen die Maschinen um 11 bis 12 Uhr anzuscheißen, wenn es am meisten Strom gibt. Es gibt auch Rechner dafür. Dieser mit zahlreichen Detailangaben kommt auf 47 % Autarkie bei mir, aber ich finde bei einem zu geringen Jahresertrag. Der Rechner der Verbraucherzentale NRW ist schneller bedient, kommt auf 39 % Autarkie, aber ohne Leistungsangabe, aber rückrechenbar aus dem Anteil an der Gesamterzeugung – hier kommt man auf 7090 kWh Jahresertrag. Nach Berechnungen des Planers wären es 5833 kWh. Für den Eigenverbrauch empfahl mir ein Anbieter einen eigenen Zähler mit „dynamischer Einspeiseregelung“. Der hängt mit einer Besonderheit zusammen. Seit 2012 dürfen Solaranlagen nicht mehr ihre volle Kapazität ins Netz einspeisen. Das hat der Gesetzgeber so geregelt, damit die Netzbetreiber stabilere Netze haben. Sie dürfen 70 % der Peakleistung einspeisen. Das klingt zuerst ziemlich unfair. Aber es sind nicht 70 % der Gesamtleistung, sondern der Spitzenleistung gemeint, das heißt diese wird um die Mittagszeit herum gekappt. An einem Tag ohne Wolken fing das bei mir um 9:30 an und hörte um 11:30 auf – und das Mitte April! Die Gesamtverluste sind so überschaubar. In den Wintermonaten gibt es gar keine. Sie liegen zwischen 8 % bei reinen Ost-Westanlagen und 13 % bei Südanlagen. Um den Prozentsatz sollte man also seine Erwartungen an den Ertrag nach dem PC-Tool senken. Der Eigenverbrauchzähler kostet rund 470 Euro extra. Wofür das Geld ausgeben, nur für eine Übersicht, wie viel man selbst verbraucht hat (die Angabe hat man sonst nicht, man bezieht eben nur einfach weniger Strom aus dem Netz)? Nein, er hat eine Funktion. Er erlaubt dem Wechselrichter, also dem Gerät, das den Strom von Gleich- in Wechselstrom umwandelt und ins Netz einspeist, und der bei Montage auf die 70%-Peakleistung eingestellt wird (bei mir 4833 Watt) den Eigenverbrauch zu berücksichtigen. Der wird also zuerst abgezogen und dann erst die 70%-Drosselung aktiv. Ansonsten werden von den 70 % Peakleistung der Eigenverbrauch abgezogen und der Rest wandert ins Netz. Ob so ein Zähler sinnvoll ist, hängt daher vom Verhalten ab. Wenn man einen Haushalt hat, in dem es keine Kinder gibt und alle berufstätig sind, fällt tagsüber kaum mehr Strom an. Da lohnt er sich nicht. Wenn man dagegen eine Familie mit einer erziehungsberechtigten Person hat, die tagsüber zu Hause ist, dazu noch Kinder. Dann schon eher, dann wird tagsüber gekocht, es fällt viel Wäsche an und die Geräte brauchen auch ziemlich Strom. Bei Rentnern kann man davon ausgehen, dass beide tagsüber zu Hause sind. Für meien zweite Anlage im Ferienhaus habe ich einen Eigenverbrauchzähler geordert, da es ganzjährig vermietet ist und ich sonst den Strom meinen Gästen geschenkt hätte, denn wie schon gesagt wie viel man selbst verbraucht misst der neue Zähler, der als letztes vom Netzbetreiber installiert wird, nicht, sondern nur was man einspeist und bezieht.

Speicher

Gerne will man einem zur PV-Anlage noch einen Speicher verkaufen. Das ist im wesentlichen eine Batterie. Ich habe mich nach kurzer Überlegung dagegen entschieden. Der Grund: Diese Systeme sind noch sehr teuer kosten zwischen 1200 und 2000 € pro gespeicherte Kilowattstunde. Zum Vergleich: Für die reinen Batterien (ohne Elektronik) rechnen Automobilkonzerne mit 200 €/kWh. Bei den Preisen, die man für die Speicher für PV-Anlagen verlangt, wären die Batterien für Elektroautos teurer als die Autos heute komplett kosten. Ein Telal Modell 3 hat in der Basisversion eine 50 kWh Batterie und kostet 30.000 Euro – bei den Kosten für Speicher wäre die Batterie dagegen 60.000 bis 100.000 Euro teuer. Ob es sich lohnt, kann man leicht berechnen: Ein Speicher bringt pro gespeicherter kWh einen Gewinn, der in der Differenz zwischen Einspeisevergütung und bezogenem Strom liegt. Also bei mir 28 ct – 11 ct = 17 ct. Nun kann der Speicher nicht beliebig oft aufgeladen werden – zwischen 3.500 und 6.500 Zyklen werden genannt. Bei einem mir empfohlenen Modell sollen es sogar 10.000 Zyklen sein, was ich angesichts einer mir noch unbekannten chinesischen Firma bezweifele, wenn selbst Firmen, die man kennt, wie Tesla oder LG für ihre Speicher gerade mal halb so viele Zyklen angeben. Selbst wenn man die 90%-Nutzgrenze nimmt und dann diese mit der Anzahl der Zyklen multipliziert, kommt man so auf höhere Beträge pro gespeicherter Kwh. Kleines Rechenbeispiel: Ein 3 kWh Speicher (2,9 kWh nutzbar) mit 5.000 Zyklen speichert im Laufe seines Lebens 2,9 x 5000 = 14.500 kWh. Bei 17 ct/kWh darf er dann maximal 2465 Euro kosten, um Geld einzusparen – ein solches Gerät kostet aber laut Angebot 4.950 €. Wenn man berücksichtigt, da die Kapazität wohl mit der Zeit abnimmt und wahrscheinlich nach 5000 Zyklen eher bei 50 % anstatt 90 % liegt, müsste er sogar noch billiger sein (bei 70 % Ladetiefe als Mittel zwilchen 50 und 90 % z. B. nur 1917 Euro. Allerdings sinken die Preise für solche Speicher. Nach Auskunft einer Firma im letzten Jahr um 25 %. Und ich rechne mit weiter sinkenden Preisen, denn zum einen sind bei den Anbietern auch Automobilhersteller wie Tesla und Mercedes, für die dieses Geschäftsfeld ein Zusatzverdienst ist und wenn die deutschen Hersteller erst mal in großem Ma0e beginnen Batterien zu produzieren werden deren Preise sinken. Zum anderen läuft in 2 Jahren für die ersten Anlagen die 20 jährige EEG-Umlage aus. Das bedeutet, man bekommt für den eingespeisten Strom nichts oder nur das was der Netzbetreiber zahlen will. (Er muss ihn nun ja nicht mehr abnehmen). Dann ist es für diese Anlagen viel wirtschaftlicher ihn selbst zu nutzen, denn die EEG-Umlage erhalten sie ja nicht und der Bedarf für solche Speicher wächst. Ein Speicher muss nicht riesig sein. Um die Nacht abzufedern, reicht ein kleiner und 100 % Autarkie erreicht man wegen Wintertagen, an denen an mehreren Tagen es nur diffuses Licht gibt, nur mit einer extrem großen Anlage und einem extrem großen Speicher. Eine Abschätzung liefert der Solarrechner der Verbraucherzentrale NRW. Eine Faustregel ist, dass er in etwa 1/2000 bis 1/1000 des Jahresstromverbrauchs haben sollte und man wirtschaftlich sinnvoll etwa 70 % Autarkie erreicht. Bei einer 9 kWp Anlage für eine Familie mit einem Jahresverbrauch von 4000 kWh sieht man das recht deutlich.
Speicher kWh nutzbar Eigenstrom Autarkie
0 16 % 37 %
1 20 % 45 %
2 24 % 52 %
3 27 % 58 %
4 30 % 64 %
5 33 % 69 %
6 34 % 73 %
7 36 % 76 %
8 37 % 77 %
9 38 % 79 %
10 38 % 80 %
Zuerst steigt der Anteil an der Autarkie um 8 % dann nur noch um 1%. Oberhalb von 5 kWh beginnt dann der rapide Abfall. Nach der Faustregel würde man hier einen Speicher von 2 bis 4 kWh nehmen.

Wirtschaftlichkeit

Ein Punkt, der für mich sekundär war, aber für andere wichtig ist, ist, ob sich die Anlage lohnt. Bei den Kalkulationen habe ich einiges gesehen. Die beiden beliebtesten Tricks sind eine sehr hohe Ertragsprognose und Gegenrechnung zu hohen Strompreisen. Für meine erste Anlage lagen die Ertragsprognosen zwischen 776 und 890 kWh/kwp. Ein breiter Streubereich. Bei der Zweiten sind es sogar 1058 kWh/kwp – damit soll die Anlage mehr liefern, als das EU-Tool ohne 70 % Kappung für den Standort berechnet (859 kwh/kwp). Da der Eigenverbrauch wichtig für die Wirtschaftlichkeitsrechnung ist, wird auch hier gerne ein hoher Anteil angenommen und steigende Strompreise – so soll der Strom nach einer Wirtschaftlichkeitsrechnung auf 44 ct/kwh in 2038 steigen. Vergessen werden bei Wirtschaftlichkeitsrechnungen auch Nebenkosten – die Versicherungsprämie für das Haus kann ansteigen und vor allem halten die Wechselrichter nicht ewig. Die Garantiezeit liegt bei 3 bis 5 Jahren. Normal sollen 8 bis 12 Jahre sein. Dann muss so ein Gerät aber mindestens einmal in den 20 Jahren Laufzeit der Anlage ausgewechselt werden und so ein Wechselrichter kostet um die 1.000 Euro je nach Größe, dazu kommen noch Montagekosten. 2 % der Anlagekosten setzen realistische Gemüter daher als Instanthaltungskosten an. Alle Rechnungen laufen über 20 Jahre. So lange gibt es die EEG-Förderung bei mir 11,11 ct/kwh. Für meine erste Anlage sieht die Rechnung so aus:
Gesparter Eigenverbrauch: 700 kWh x 20 Jahre x 0,28 ct/kWh +3.920 €
Einspeisung: 5380 kWh x 20 Jahre x 0,111 ct/kWh +11.954 €
Anlagenkosten -11.305 €
2 % Wartungskosten x 20 Jahre -4.532 €
Summe +47 €
Ich komme also auf ein Nullsummenspiel. Wenn man dann noch berücksichtigt, dass man das Geld auch gewinnbringend anlagen kann, dann lohnt es sich gar nicht mehr. Dazu kommt, dass die Leistung abnimmt, je nach Typ haben die Zellen nach 20 Jahren nur noch 80 bis 85 % der Anfangsleistung, d.h. die Einspeisung sollte man realistischerweise mit dem Faktor 0,9 multiplizieren. Man kann noch etwas tricksen. So verriet mir ein Berater einen Trick, die Mehrwertsteuer weitestgehend einzusparen, wobei man nur die ersten 6 Jahre den Ertrag versteuert und dann das Steuermodell wechselt.

Nach 20 Jahren

Alle Rechnungen gehen von 20 Jahren aus. Denn so lange wird die Einspeisung nach EEG mit festen Sätzen verhüttet. Doch was ist dann? Ich denke man wird den Preis pro kWh bekommen, der dann aktuell für den Strommix gezahlt wird. Das muss nicht mal viel weniger sein. Eine kWh kostet in der Herstellung bei Braunkohlekraftwerken zwar nur 3 bis 6 ct/kWh, doch die sind dann vom Netz und Strom aus Gaskraftwerken kostet heute schon 8 ct pro kWh. Es kann gut sein, das er in 20 Jahren auf die 11 ct steigt, die heute vergütet werden. Dann hat man aber immer noch eine Anlage mit 80 bis 85 % der Startleistung, die wahrscheinlich einen neuen Wechselrichter braucht. Bis dahin können auch die Speicher finanzierbar und eine Alternative zur Einspeisung sein. Kurzum: so schlecht ist die Wirtschaftlichkeit dann doch nicht, aber nur sehr langfristig gerechnet.

Den Eigenverbrauch steigern

Da der Eigenverbrauch einem echt Geld spart wird auch oft bei der Anlagenberatung gefragt, ob man ein Elektroauto hat oder sich eines anschafft oder eine Wärmpumpenheizung anschaffen will. Ich komme mal zum Letzteren. Wärmepumpen erzeugen aus Strom Wärme, indem sie eine Flüssigkeit tief ins Erdreich pumpen, wo sie sich erwärmt, verdampft und dann die Wärme beim Kondensieren wieder abgibt. Das ist das gleiche Prinzip wie beim Kühlschrank nur nutzt man hier die Abwärme und nicht das Kühlpotenzial. Neben der allgemeinen Grundproblematik, dass man im Winter heizt, wenn man nur wenig Strom gewinnt, gibt es zwei wesentliche Gegenargumente: Aus einer kWh Strom gewinnt man im Normalfall mur 2,5 kWh Wärme. Weiß man aber das 1 l Heizöl eine Energiemenge von 9,8 kwh haben so wird klar das man so niemals viel zum Heizen beitragen kann. Bei mir wären es zwischen November und März, also den Monaten, in denen man in jedem Fall heizen muss, 1009 kWh Ertrag, die gewonnen werden, entsprechend ~ 2500 kWh Heizleistung, was nur 250 l Heizöl entspricht – ich habe einen Jahresverbrauch von rund 1500 l. Weiterhin: selbst beim Faktor 2,5 braucht man 4 kWh um 1 l Heizöl zu ersetzen. Das kostet einen dann im Äquivalent 44 ct/l. Der Rest wird aber mit dem normalen Strompreis bezahlt, was auf Äquivalentkosten von 1,12 €/l Heizwert von 1 l Heizöl hinausläuft. Man bräuchte eine große Photovoltaikanlage, um wirksam eine Wärmpumpe mit Strom zu versorgen. Für 50 % meines Wärmebedarfs müsste ich eine 21 kWh Anlage installieren. Dazu sind Wärmepumpen sehr teuer, etwa doppelt so teuer wie eine Heizungsanlage, ohne die man aber in der Regel nicht auskommt, da die Leistung für sehr kalte Tage oft nicht ausreicht. Besser sieht es bei einem Elektroauto aus. Idealerweise ist es ein Zweitfahrzeug, das kann man problemlos tagsüber aufladen und benötigt es nur kurz zum Shoppen, Kinder chauffieren oder für Ausflüge. Aber auch wer sein Fahrzeug beruflich nutzt, kann es daheim aufladen – zumindest in den Sommermonaten gibt es abends auch noch Leistung dazu, aber vor allem hat man zwei Tage am Wochenende, wo man es nicht nutzt zum ganztägigen Aufladen. Ich hatte Ende April in der Spitze schon einen Tagesertrag von 39 kWh. Bei teilweise bedecktem Himmel immer noch über 20 kWh. Nur wenn es so kalt wie im Winter und tagsüber nur bedeckt ist, lag er bei nur etwa 10 kWh. Das ist aber bei uns die Ausnahme. Bei zwei durchschnittlichen Tagen am Wochenende mit 20 kWh/Tag kann man immerhin 40 kWh aufladen, was je nach Modell für 140 bis 270 km Fahrstrecke reicht (Angaben nach dieser Website des ADAC). Wenn sie also in der Woche nicht mehr fahren, immerhin 7.000 bis 14.000 km/Jahr so können sie ihr E-Mobil zwischen März und September komplett selbst aufladen und dann kostet sie der Strom nur 11 ct. Wenn man (was sich dann anbietet einen Einspeisezähler mit dynamischer Regulation nutzt, der den Überschuss zur Verfügung stellt, der sonst nicht ins Netz geht, ist der Strom sogar umsonst. Die 40 kWh in diesen sechs Monaten pro Woche erhöhen den Eigenverbrauch um etwa 1200 kWh. In den anderen Monaten ist es naturgemäß weniger und man wird nicht um externe Ladestellen herumkommen. Noch günstiger sieht wie schon geschrieben die Situation bei einem nur sporadisch genutzten Wagen aus der meist zu Hause in der Garage steht und so praktisch einen guten Teil des Überschussstrom aufnehmen kann. In der Kombination ist also das E-Auto durchaus sinnvoll, zumal bei 15 bis 29 kWh (Autos der ADAC Liste) /100 kWh einen die Energie fürs Fahren nur 1,66 bis 3,22 Euro kostet – entsprechend den Kosten von 1 – 2 l Benzin …

Shine, Baby Shine

Es gibt aber etwas das ist unbezahlbar. Das ist das gute Gefühl, das ich seit knapp drei Wochen habe. Ich schaue mehrmals täglich im Browser, nach wie viel Energie ich erzeuge, jetzt ist es Abend am 8.5. und heute waren es bei dauerbedecktem Himmel 9,5 kWh. Es ist die beste Geldanlage, die ich jemals gemacht habe – nicht im Ertrag nach Euro, aber bei dem Gefühl das sie vermittelt. Ich freue mich, wenn die Sonne scheint und ich weiß, dass ich das Richtige tue. Darauf kommt es an, das Richtige tun und sich aus der Komfortecke heraus zu bewegen und nicht einfach auf die Politik zu schimpfen. Hier meine momentane CO2-Bilanz nach dem Rechner des Umweltbundesamtes: Sinnvoll ist natürlich die Angabe mit der Vermeidung bei anderen, denn den Strom nutze ich ja zum größten Teil nicht selbst. Dabei ist schon die inzwischen erfolgte Umstellung meines Reststroms auf Ökostrom enthalten und 1.000 € Anlage in der Bürgerenergie Ostfildern. Mehr ging dort leider nicht. Aber ich plane noch eine Beteiligung bei einer ähnlichen Organisation in Stuttgart. Dazu kommt noch meine zweite Anlage, die hoffentlich auch bald ans Netz geht. Ich hoffe dann noch vor Jahresende, wenn möglich früher klimaneutral zu sein. Das Nächste ist eine Jahresabschätzung. Da bisher erst 18 Tage rum sind, ist es dazu noch zu früh. Doch nach 30 Tagen will ich auf Basis der Werte, die die PV-Datenbank der EU ermittelt mal eine Jahresprognose machen. Bisher sieht es gut aus, trotz dauernd schlechten Wetters. (Werte vom 7.5.2019).

10.5.2019: Der unbemannte Transfer von Ausrüstung zum Mars

Ich habe in den letzten Tagen an meinem Programm zur Berechnung von Raumfahrtproblemen etwas gefeilt und bin damit zwar noch nicht fertig, aber soweit, das ich einige Erkenntnisse schon hier in einem Blog verwursten kann. Es geht darum, dass man bis auf den letzten Start eigentlich alle Bestandteile einer Marsexpedition unbemannt starten kann. Das hat Vorteile. Ein offensichtlicher ist, dass man diese Teile z.B. ein Startfenster vorher starten kann und so vor Start der Mannschaft weiß, dass die Ausrüstung sicher gelandet ist. Mögliche Teile könnten sein: Ich habe dies mal mit den verfügbaren Ionentriebwerken getestet. Um es klar zu machen: Für eine bemannte Mission sind diese Antriebe alle zu klein. Man braucht Hunderte oder Tausend davon. Sie sind für den Antrieb oder nur die Lageregelung von kleinen Satelliten entworfen. Aber es gibt eben keinen Ionenantrieb in der benötigten Größe. Wer übrigens mal über einen neuen Antrieb (nicht in der Tabelle) stolpert, möge mir einen Link schicken. Ich brauche für die Berechnung mindestens die Daten: spez. Impuls, Schub, Stromverbrauch und Gewicht.

Vorgaben

Wie immer muss man bei einer Simulation Vorgaben machen. Ich ging von einer Startnutzlast von 100 t in eine 400 km hohe Umlaufbahn aus, eine Nutzlast, die die SLS derzeit hat. Sie kann rund 25 t auf eine Marstansferbahn beschleunigen. Für den Ionenantrieb gab es folgende Rahmenbedingungen: Zur Erklärung: Die Geschwindigkeitsänderung reicht für das Verlassen der Erde (etwa 7 km/s) und eine Tansferbahn zum Mars (rund 3,5 km/s). Nicht jedoch, um in einen Marsorbit einzuschwenken (etwa 5 km/s zusätzlich). Ich gehe davon aus, dass der unbemannte Transfer nur für Module genutzt wird, die man direkt landet. Der normale Treibstoff für Ionenantriebe ist Xenon. Ich habe für die Tankmasse die Masse von Druckgastanks für Helium bei Ariane 5 genommen und auf das Molekulargwicht von Xenon hochgerechnet. Da Xenon schon bei 59 Bar und unter 16 Grad Celsius flüssig wird, gäbe es natürlich die Möglichkeit es zu verflüssigen und so mehr unterzubringen. Um schwere Druckgastanks (die von Ariane 5 sind für 400 Bar ausgelegt) kommt man allerdings nicht herum, denn irgendwann unterschreitet man den Druck von 59 Bar und dann geht das Xenon wieder in die Gasphase über und das Volumen steigt um den Faktor 3,2. Verflüssigt man aber das Xenon, so käme man auf einen Tankanteil von 0,11. Nebenbei bemerkt: Da Xenon ein relativ teures Gas dürfte bei den benötigten Mengen ein anderer Stoff als Arbeitsmedium besser sein. Früher nutzte man dafür Quecksilber. Es ist flüssig, dadurch leicht förderbar und benötigt keine Drucktanks. Ich denke man ist auf Xenon umgestiegen, weil jeder Antrieb auf der Erde in einem Labor getestet wird und da macht natürlich ein Antrieb der Quecksilberdampf abgibt durchaus Probleme. Neben Quecksilber gäbe es aber noch Cäsium, das zwar fest ist, aber schon bei 29 Grad schmilzt und bei 690 Grad verdampft. Die Strukturen sind ein fester Teil, der immer anfällt. Damit ist gemeint, das man einen Rahmen braucht, um die Triebwerke zu verbinden, Leitungen für Treibstoff und Strom, eine Steuerung und Kommunikationsmöglichkeiten. Wer hier einen anderen Wert haben will, muss die Nutzlast nur gedanklich um die Differenz reduzieren oder erhöhen. Die Stromversorgung für einen Ionenantrieb beziffert man am besten in der Größe Watt pro Kilogramm. Sprich: Wenn ein Solargenerator 1000 kg wiegt und 50 kW Leistung bringt, dann hat er eine Leistung von 50 W/kg. Die angegebene Größe ist, die des Solargenerators von Dawn, also ein Stand der erreicht wurde, allerdings natürlich nicht in der Dimension, die man braucht. Besser sind Flexarays von ATK/Grumman, die jedoch als kreisrunde Paneele zu klein für diesen Einsatz wären. Sie erreichen 120 W/kg. ATK/Grumman verspricht für noch größere 150 W/kg. Zu nuklearer Stromversorgung komme ich noch. Die erste Tabelle zeigt die Ergebnisse für eine gewünschte Maximaldauer von 200 Tagen im Erdorbit. Im Sonnenorbit kämen dann weitere 50 bis 70 Tage hinzu. Ich beschränke mich aber auf die Phase im Erdorbit, da hier 2/3 des Antriebsvermögens und noch mehr der Zeit anfallen.
Ionentriebwerk Treibstoff [kg] Resttreibstoff [kg] Tanks [kg] Stromversorgung [kg] Masse Triebwerke [kg] Anzahl Triebwerke Nutzlast [kg] Spez.Impuls Simdauer
T6 BepiColombo High Thrust 22.916,6 7.629,4 3.116,7 16.575,9 5.046,4 304,0 48.344,4 42.261,7 199 d 19 h 19 m 10 s
NEXT 22.306,2 7.452,7 3.033,6 17.133,8 5.232,8 211,0 48.293,6 43.582,6 199 d 21 h 34 m 50 s
Rit 2X 23.763,8 7.878,2 3.231,9 15.875,6 5.068,8 288,0 48.059,9 40.540,5 199 d 14 h 41 m 20 s
T6 24.459,4 8.038,3 3.326,5 15.344,8 6.557,0 395,0 46.312,3 39.215,7 199 d 15 h 32 m 30 s
T6 BepiColombo Low Thrust 24.498,2 8.070,0 3.331,8 15.317,8 8.532,4 514,0 44.319,8 39.144,1 199 d 9 h 57 m 40 s
NEXIS 13.878,5 4.770,7 1.887,5 30.011,3 6.402,0 110,0 43.820,7 73.622,3 199 d 9 h 17 m 10 s
NSTAR 30.117,9 9.617,3 4.096,0 11.731,9 6.906,4 388,0 43.147,8 30.695,4 200 d 2 h 20 m 20 s
Rit 10 evo 27.843,5 9.008,7 3.786,7 12.998,4 8.665,2 2.407,0 42.706,2 33.707,9 199 d 17 h 32 m 40 s
XIPS 25 37.956,4 11.651,6 5.162,1 8.518,0 4.603,2 168,0 39.760,3 23.044,7 200 d 5 h 7 m 20 s
T5 27.410,1 8.865,0 3.727,8 13.279,3 11.855,0 2.371,0 39.727,8 34.338,0 199 d 17 h 23 m 10 s
XIPS 8 36.150,6 11.319,9 4.916,5 9.067,5 8.808,0 2.202,0 37.057,4 24.518,4 200 d 9 h 20 m 50 s
BPT-4000 42.579,2 12.805,9 5.790,8 7.183,2 3.769,6 152,0 36.677,2 19.828,3 199 d 6 h 6 m 0 s
HIPEP High Trust 10.856,7 3.764,4 1.476,5 39.722,4 7.990,0 85,0 35.954,3 95.714,3 199 d 1 h 29 m 0 s
PPS 1350E 46.370,5 13.644,6 6.306,4 6.262,0 2.247,2 212,0 34.813,9 17.654,5 199 d 13 h 25 m 0 s
BPT-2000 47.018,5 13.772,1 6.394,5 6.108,6 2.454,4 236,0 34.024,0 17.316,6 199 d 23 h 34 m 0 s
HIPEP Low Trust 16.827,2 5.697,7 2.288,5 23.925,4 19.834,0 211,0 33.124,8 59.701,5 200 d 20 h 57 m 50 s
PPS 1350G 56.443,5 15.465,6 7.676,3 4.436,3 2.957,4 279,0 24.486,5 13.235,3 199 d 1 h 56 m 40 s
XIPS 13 37.915,1 11.644,9 5.156,4 8.476,4 20.813,0 1.601,0 23.639,1 23.076,9 200 d 23 h 44 m 40 s
Als bestes Triebwerk kommt das T6 im Hochschubmodus heraus. Doch auch das NEXT und RIT-2X liegen über 48 t Nutzlast – fast doppelt so viel wie beim chemischen Antrieb. Ändert sich etwas groß, wenn man sich mehr Zeit lässt? Ich berechnete die Tabelle neu mit 1 Jahr (365 Tagen) Zeitvorgabe:
Ionentriebwerk Treibstoff [kg] Resttreibstoff [kg] Tanks [kg] Stromversorgung [kg] Masse Triebwerke [kg] Anzahl Triebwerke Nutzlast [kg] Spez.Impuls Simdauer
NEXIS 13.878,5 4.698,1 1.943,0 13.558,2 2.851,8 49,0 63.768,5 73.622,3 364 d 23 h 18 m 50 s
HIPEP High Trust 10.856,7 3.697,7 1.519,9 17.773,3 3.572,0 38,0 62.278,0 95.714,3 364 d 4 h 52 m 50 s
NEXT 22.306,2 7.243,8 3.122,9 7.735,7 2.356,0 95,0 60.479,3 43.582,6 1 J 9 h 20 m 10 s
T6 BepiColombo High Thrust 22.916,6 7.462,2 3.208,3 7.466,8 2.274,2 137,0 60.134,0 42.261,7 364 d 16 h 30 m 0 s
Rit 2X 23.763,8 7.675,5 3.326,9 7.131,9 2.270,4 129,0 59.507,0 40.540,5 1 J 22 h 12 m 30 s
T6 24.459,4 7.869,0 3.424,3 6.899,6 2.938,2 177,0 58.278,5 39.215,7 364 d 16 h 30 m 0 s
T6 BepiColombo Low Thrust 24.498,2 7.935,3 3.429,7 6.856,1 3.818,0 230,0 57.398,0 39.144,1 364 d 22 h 36 m 20 s
HIPEP Low Trust 16.827,2 5.621,3 2.355,8 10.804,4 8.930,0 95,0 57.082,6 59.701,5 364 d 11 h 34 m 20 s
Rit 10 evo 27.843,5 8.818,6 3.898,1 5.834,4 3.888,0 1.080,0 54.536,0 33.707,9 364 d 22 h 33 m 10 s
T5 27.410,1 8.758,8 3.837,4 5.949,0 5.310,0 1.062,0 53.493,4 34.338,0 364 d 3 h 50 s
NSTAR 30.117,9 9.446,1 4.216,5 5.262,4 3.097,2 174,0 53.306,0 30.695,4 1 J 18 h 41 m 0 s
XIPS 25 37.956,4 11.432,4 5.313,9 3.838,1 2.055,0 75,0 46.836,6 23.044,7 1 J 11 h 3 m 0 s
XIPS 8 36.150,6 11.050,6 5.061,1 4.079,2 3.960,0 990,0 46.749,1 24.518,4 1 J 13 h 31 m 30 s
BPT-4000 42.579,2 12.504,1 5.961,1 3.232,4 1.686,4 68,0 42.540,9 19.828,3 364 d 11 h 30 m 30 s
XIPS 13 37.915,1 11.492,4 5.308,1 3.823,1 9.386,0 722,0 39.567,8 23.076,9 364 d 2 h 50 s
PPS 1350E 46.370,5 13.275,0 6.491,9 2.811,5 1.007,0 95,0 39.319,1 17.654,5 1 J 17 h 7 m 0 s
BPT-2000 47.018,5 13.496,6 6.582,6 2.753,0 1.102,4 106,0 38.543,5 17.316,6 364 d 54 m 0 s
PPS 1350G 56.443,5 14.977,5 7.902,1 1.993,9 1.325,0 125,0 28.335,5 13.235,3 364 d 14 h 37 m 30 s
Wie man sieht, ist die Nutzlast allgemein höher, wie zu erwarten. Das NEXIS ist nun mit fast 2 t besser als die folgenden Triebwerke, die jedoch eng mit 57 bis 58 t Nutzlast beieinander liegen. Ich habe mich in der Folge für das Jahr Betrieb in der Erdumlaufbahn entschieden, weil ich dann das HIPEP im Hochschubmodus nehmen kann. Es ist das schubstärkste bisher entwickelte Triebwerk und so brauche ich nur 47 Stück davon. Das ist die bisher beste Annäherung für eine bemannte Mission. Die folgende Tabelle zeigt, wie schnell man die Erde verlässt, abhängig von der Nutzlast. Ausgangsbasis sind 25 t also die gleiche Masse wie beim chemischen Antrieb:
Nutzlast [kg] Treibstoff [kg] Resttreibstoff [kg] Tanks [kg] Stromversorgung [kg] Masse Triebwerke [kg] Anzahl Triebwerke Spez.Impuls Simdauer
25.000 10.856,8 3.808,5 1.520,0 48.753,3 9.870,0 105,0 95.714,0 130 d 2 h 20 m 20 s
30.000 10.856,8 3.811,6 1.520,0 44.599,3 9.024,0 96,0 95.714,0 142 d 7 h 7 m 40 s
35.000 10.856,8 3.822,0 1.520,0 40.445,3 8.178,0 87,0 95.714,0 156 d 15 h 53 m 20 s
40.000 10.856,8 3.780,2 1.520,0 36.291,3 7.332,0 78,0 95.714,0 175 d 18 h 28 m 50 s
45.000 10.856,8 3.765,4 1.520,0 32.137,3 6.486,0 69,0 95.714,0 199 d 1 h 5 m 30 s
50.000 10.856,8 3.763,1 1.520,0 27.983,3 5.640,0 60,0 95.714,0 228 d 18 h 50 m 30 s
55.000 10.856,8 3.726,8 1.520,0 23.829,3 4.794,0 51,0 95.714,0 270 d 10 h 34 m 30 s
60.000 10.856,8 3.723,2 1.520,0 19.675,3 3.948,0 42,0 95.714,0 328 d 11 h 31 m 10 s
Beim Ionenantrieb ist die Nutzlast nicht linear von der Betriebsdauer abhängig. Anfangs verlängert sich die Betriebsdauer pro 5.000 kg mehr um 11 Tage, später um 41 Tage. Ebenso wichtig ist die Stromversorgung. Ich denke für bemannte Missionen wird man um einen Kernreaktor nicht herumkommen. Wir rechnen schon bei 20 t für die Stromversorgung mit einem Strombedarf von 1,7 MW. Das ist achtmal mehr als bei der ISS, wobei dort die Solarpaneele viel schwerer waren. Die NASA hat einen 100 kW Experimentalreaktor (SAFE) entwickelt, der nur 519 kg wiegt. Schon dieser hat also mehr als die doppelte Leistung pro Watt. Da bei einem Kernreaktor die Abschirmung am meisten wiegt (ein 10 kW Prototyp, KRUSTY, kommt z.B. schon auf 226 kg Masse, also ein Zehntel der Leistung bei 40 % der Masse) dürfte ein Kernreaktor im Megawattbereich noch deutlich günstiger liegen. Aber schon 200 W/kg verschiebt das Optimum. Der Grundzusammenhang ist: ein Ionenantrieb mit einem niedrigen spezifischen Impuls hat einen höheren Schub, erreicht also bei gegebener Leistung eine bestimmte Geschwindigkeitsänderung schneller, braucht aber auch mehr Treibstoff, wodurch die Masse, die für die Stromversorgung übrig bleibt, sinkt. Erzielt diese daher mehr Leistung pro Masse, so verschiebt dies das Optimum, aber vor allem zu den hohen spezifischen Impulsen die nun noch mehr Leistung haben. Daher noch nochmals die gleiche Tabelle für 365 Tage Reisedauer, diesmal aber mit 200 W/kg Leistungsdichte.
Ionentriebwerk Treibstoff [kg] Resttreibstoff [kg] Tanks [kg] Stromversorgung [kg] Masse Triebwerke [kg] Anzahl Triebwerke Nutzlast [kg] Spez.Impuls Simdauer
HIPEP High Trust 10.856,7 3.699,2 1.519,9 7.560,7 3.572,0 38,0 72.490,7 95.714,3 364 d 3 h 21 m 30 s
NEXIS 13.878,5 4.678,4 1.943,0 6.165,0 3.084,6 53,0 70.928,9 73.622,3 364 d 23 h 13 m 20 s
NEXT 22.306,2 7.288,4 3.122,9 3.598,0 2.579,2 104,0 64.393,8 43.582,6 364 d 7 h 56 m 50 s
T6 BepiColombo High Thrust 22.916,6 7.476,0 3.208,3 3.901,9 2.788,8 168,0 63.184,4 42.261,7 364 d 23 h 16 m 10 s
Rit 2X 23.763,8 7.723,9 3.326,9 3.809,0 2.851,2 162,0 62.249,1 40.540,5 364 d 17 h 8 m 50 s
HIPEP Low Trust 16.827,2 5.588,6 2.355,8 5.027,2 9.776,0 104,0 62.013,8 59.701,5 364 d 22 h 5 m 40 s
T6 24.459,4 7.925,7 3.424,3 4.010,3 4.033,8 243,0 60.072,2 39.215,7 364 d 17 h 26 m 20 s
T6 BepiColombo Low Thrust 24.498,2 7.913,6 3.429,7 4.108,7 5.378,4 324,0 58.585,0 39.144,1 364 d 6 h 4 m 0 s
T5 27.410,1 8.761,0 3.837,4 3.170,1 6.655,0 1.331,0 54.927,4 34.338,0 364 d 21 h 23 m 10 s
Rit 10 evo 27.843,5 8.825,5 3.898,1 3.672,6 5.760,0 1.600,0 54.825,8 33.707,9 364 d 19 h 36 m 0 s
NSTAR 30.117,9 9.438,1 4.216,5 3.289,9 4.556,8 256,0 53.818,9 30.695,4 1 J 19 h 33 m 10 s
XIPS 25 37.956,4 11.425,1 5.313,9 2.994,2 3.808,6 139,0 45.926,9 23.044,7 1 J 21 h 34 m 0 s
XIPS 8 36.150,6 10.984,6 5.061,1 2.892,4 6.608,0 1.652,0 45.287,9 24.518,4 1 J 9 h 21 m 10 s
BPT-4000 42.579,2 12.484,8 5.961,1 1.773,7 2.182,4 88,0 43.503,6 19.828,3 1 J 14 h 3 m 40 s
PPS 1350E 46.370,5 13.257,0 6.491,9 1.971,5 1.664,2 157,0 39.501,9 17.654,5 1 J 10 h 39 m 50 s
BPT-2000 47.018,5 13.476,6 6.582,6 1.966,7 1.851,2 178,0 38.581,0 17.316,6 364 d 13 h 35 m 50 s
XIPS 13 37.915,1 11.439,2 5.308,1 2.872,2 16.588,0 1.276,0 33.316,6 23.076,9 364 d 17 h 41 m 50 s
PPS 1350G 56.443,5 15.058,2 7.902,1 1.556,3 2.438,0 230,0 27.660,2 13.235,3 1 J 21 h 20 m 50 s
Zuletzt noch für das HiPEP eine Ermittlung, welcher spezifische Impuls welche Nutzlast bei welcher Reisedauer bringt. Die meisten Ionentriebwerke sind ja regelbar, man kann also den spezifischen Impuls absenken, allerdings meist bei konstantem Schub, in meiner Berechnung gehe ich dagegen von konstantem Stromverbrauch aus, d.h. der Schub steigt, wenn der spezifische Impuls absinkt. Die Stromversorgung war hier konstant bei 3 MW.
Impuls [m/s] Treibstoff [kg] Resttreibstoff [kg] Tanks [kg] Stromversorgung [kg] Masse Triebwerke [kg] Anzahl Triebwerke Nutzlast [kg] Simdauer
30.000 30.695,9 10.350,9 4.297,4 15.000,0 7.144,0 76,0 38.862,6 51 d 12 h 1 m 50 s
33.000 28.346,9 9.692,4 3.968,6 15.000,0 7.144,0 76,0 41.540,6 57 d 40 m 0 s
36.000 26.328,6 9.001,9 3.686,0 15.000,0 7.144,0 76,0 43.841,4 63 d 59 m 20 s
39.000 24.576,5 8.446,1 3.440,7 15.000,0 7.144,0 76,0 45.838,8 68 d 17 h 35 m 10 s
42.000 23.041,6 7.950,6 3.225,8 15.000,0 7.144,0 76,0 47.588,6 74 d 11 h 18 m 0 s
45.000 21.686,0 7.481,6 3.036,1 15.000,0 7.144,0 76,0 49.133,9 80 d 11 h 4 m 50 s
48.000 20.480,4 7.101,9 2.867,3 15.000,0 7.144,0 76,0 50.508,3 86 d 3 h 14 m 20 s
51.000 19.401,2 6.703,6 2.716,2 15.000,0 7.144,0 76,0 51.738,7 92 d 6 h 26 m 30 s
54.000 18.429,6 6.416,8 2.580,1 15.000,0 7.144,0 76,0 52.846,3 97 d 19 h 15 m 0 s
57.000 17.550,4 6.082,6 2.457,1 15.000,0 7.144,0 76,0 53.848,6 104 d 1 m 0 s
60.000 16.750,9 5.842,1 2.345,1 15.000,0 7.144,0 76,0 54.759,9 109 d 13 h 21 m 20 s
63.000 16.021,0 5.556,5 2.242,9 15.000,0 7.144,0 76,0 55.592,1 115 d 19 h 59 m 50 s
66.000 15.351,8 5.363,6 2.149,3 15.000,0 7.144,0 76,0 56.354,9 121 d 7 h 10 m 0 s
69.000 14.736,2 5.115,6 2.063,1 15.000,0 7.144,0 76,0 57.056,7 127 d 15 h 47 m 0 s
72.000 14.168,0 4.955,6 1.983,5 15.000,0 7.144,0 76,0 57.704,5 133 d 1 h 35 m 20 s
75.000 13.641,8 4.739,6 1.909,8 15.000,0 7.144,0 76,0 58.304,3 139 d 11 h 36 m 50 s
78.000 13.153,3 4.602,5 1.841,5 15.000,0 7.144,0 76,0 58.861,2 144 d 21 h 5 m 0 s
81.000 12.698,5 4.413,1 1.777,8 15.000,0 7.144,0 76,0 59.379,7 151 d 8 h 11 m 0 s
84.000 12.274,0 4.297,2 1.718,4 15.000,0 7.144,0 76,0 59.863,6 156 d 16 h 16 m 40 s
87.000 11.877,0 4.130,3 1.662,8 15.000,0 7.144,0 76,0 60.316,2 163 d 4 h 6 m 20 s
90.000 11.504,8 4.027,0 1.610,7 15.000,0 7.144,0 76,0 60.740,5 168 d 12 h 52 m 10 s
93.000 11.155,2 3.874,8 1.561,7 15.000,0 7.144,0 76,0 61.139,0 175 d 3 h 33 m 40 s
96.000 10.826,2 3.791,0 1.515,7 15.000,0 7.144,0 76,0 61.514,1 180 d 8 h 18 m 10 s
Man sieht ganz deutlich, wie man Dauer durch Nutzlast erkauft: Verdoppele ich die Betriebsdauer von 51 auf 104 Tage, so steigt meine Nutzlast von 38 auf 53 t. Wie allgemein bei Ionentriebwerken nimmt sie immer langsamer, anfangs um 3 t, zuletzt nur um 400 kg, zu.

Fazit

Schon mit einem Sonnensegel, Stand der Technik und Triebwerken im Einsatz wie dem RIT-2X, T-6 oder NStar kann man, wenn man ein Jahr sich Zeit lässt, die Nutzlast gegenüber dem chemischen Antrieb verdoppeln. Wenn man etwas leichtere Nutzlasten hat, kann man durchaus Monate einsparen (von der Möglichkeit die Beschleunigung zu unterbrechen ganz zu schweigen) und kann so auch den Startplan entzerren: so kann eine SLS alle paar Monate starten anstatt das man zwei bis drei Starts, wie beim chemischen Antrieb in einem Zeitraum von 2-3 Wochen durchführen muss. Mit einem nuklearen Reaktor und Triebwerken mit wirklich hohem spezifischen Impuls kann man die Nutzlast nochmals steigern auf über 60 t, also 60 % der Startmasse. Weiterhin hat man dann auch beim Mars noch genügend Strom, um dort in eine Umlaufbahn einzuschwenken, was beim chemischen Antrieb die Nutzlast nochmals verringert. Das kann man nutzen, um dort einen Tanker zu parken, der Treibstoff und Vorräte für die 200 bis 240 Tage dauernde Rückreise beinhaltet. Das spart gegenüber dem Start mit der Besatzung rund ein Drittel dessen Masse ein und macht vor allem diesen Teil, der schwerste Teil der Mission, leichter.
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