Ideen für die Venusforschung

Die Venus ist in gewisser Weise der am schlechtesten erforschte erdnahe Planet. Die Atmosphäre hüllt sie ein, und ist auch mit neueren Instrumenten kaum zu durchdringen. Die ESA mag es als Erfolg feiern, wenn eine Thermalkarte von VENESIS in etwa deckungsgleich mit einer topografischen Karte von Magellan ist. Doch was interessiert uns denn eigentlich? Die Venus Oberfläche und zwar nicht als Radarkarte (die immer anders aussehen wird als ein Bild im optischen), sondern als reales Bild. Davon gibt es 4 Bilder, aufgenommen durch Fischaugenlinsen. Ich habe schon mal den Vorschlag gemacht eine Sonde zur Venus zu schicken mit dem Hauptziel Bilder beim Abstieg und von der Oberfläche zu machen. Das macht wegen der hohen Datenrate einen vorbeifliegenden Bus oder besser einen Orbiter notwendig. Aber neben den einmaligen Bildern eines Landeortes könnte die Sonde eine Frage klären: Ab wann sieht man überhaupt die Oberfläche?

So einfach ist diese Frage nicht zu beantworten. Es gibt keine Messung dessen. Alles was es gibt sind Bestimmungen der Aerosolkonzentration und Lichtintensität unterhalb der wolkengrenze. Sie verraten etwas über die Durchsichtigkeit der Atmosphäre. Aber sie ersetzen keine direkte Bestimmung. Über die Höhe ab der die Venusatmosphäre durchsichtig wird, gibt es auch daher nur Vermutungen und verschiedene Autoren setzen die Grenzen unterschiedlich an. Neben Aerosolen, die als Schwebeteilchen wie eine dünne Nebelschicht wirken können (bei einigen Kilometern Dicke reichen auch kleine Aerosolpartikel aus um die Sicht nachhaltig zu beeinflussen). Weiterhin denke ich persönlich, dass eine kilometerdicke Schicht an Gas von 90 Bar Druck vielleicht auch einige Eigenschaften einer Flüssigkeit hat – inklusive der Verzerrung durch Strömungen.

Wenn die Sonde beim Abstieg Bilder macht, dann wäre auch diese Frage geklärt. Was wäre der nächste Schritt? Ich glaube nicht, dass wir in absehbarer Zeit einen Lander konstruieren werden können, der wirklich lange auf der Veens überleben kann.  Zu extrem sind die Bedingungen. Das Problem ist dabei nicht die absolute Temperatur – ich kann mich erinnern, dass für Bepi-Colombo mal ein Lander gedacht war und auf dem Merkur herrschen ähnliche Temperaturen wie auf der Venus und die Raumsonden Helios 1+2 trotzen sogar einer noch höheren Sonneneinstrahlung. Das Problem ist die Wärmeaufnahme: – Bei einer Raumsonde die im Vakuum arbeitet, kann man den Wärmeübergang gut kontrollieren. Wenn beispielsweise alle Oberflächen verspiegelt werden, so kann der Wärmeübergang um 9/10 reduziert werden. Bei besonders guten Spiegeln sogar auf 5 % des Anfangswertes. Wärmeleitung ist bei einem Lander nur durch die Beine möglich und die können isoliert werden. Es ist sogar möglich überschüssige Wärme abzugeben – z.B. auf  der Landerunterseite, die ja völlig im Schatten ist. Das alles macht zwar die Konstruktion eines Merkurlanders nicht gerade einfach, aber technisch möglich. Doch wie soll dies bei der Venus funktionieren? Die dichte Atmosphäre überträgt sehr große Energiemengen durch Wärmeleitung und es gibt praktisch keine Möglichkeit eigene überschüssige Wärme abzugeben.

Es gibt immer wieder Ideen für solche Länder, doch ich denke von einer technischen Realisierung sind sie noch weit entfernt. Wenn ja so wäre ein ausgiebiger Test in einer beheizten Druckkammer oder bei fahrbaren Geräten nahe eines Lavastroms nötig. Was ich für eher realisierbar halte ist ein Ballon in der Atmosphäre, der pendelt – Zwischen einer Höhe in der er die Oberfläche aufnehmen kann und einer in der es kalt genug ist, zu senden. Er wird dann beim Abstieg jeweils Gas ablassen und beim Aufstieg Gas in den Ballon pumpen. Der Ballon sollte dann schnell in eine Höhe abtauchen in der die Oberfläche zu sehen ist – dort einige Fotos machen und dann schnell wieder aufsteigen. In der gemäßigten Zone hat er dann genügend Zeit die Daten zu übertragen – bei genügend langer Lebensdauer des Ballons auch direkt zur Erde (Wegen der großen Sendedistanz dann mit niedriger Datenrate).

Während die gemäßigte Zone recht gut definierbar ist:- Es ist die Höhe von 55 km bei Temperaturen um 27 Grad Celsius und 0.5 Bar Druck – ist die Zone, ab der der Boden zu sehen ist, nicht genau definierbar. Die Meinungen gehen von 35 km (Abnahme der Aerosoldichte nach Messungen) bis zu 20 km (Überschreiten einer Temperatur von 300 °C – dem Siedepunkt von Schwefelsäure, aus der auch die Aerosole bestehen). Nimmt man diesen jüngeren Artikel so sieht es sogar noch schlechter aus. Die optische Dichte ist definier über die logarithmische Abschwächung. Eine optische Dichte von 1 reduziert also das Licht auf ein Zehntel, bei 2 ist es schon ein Hundertstel. Nach diesem Artikel müsste man im sichtbaren Bereich bis auf einige Kilometer an die Oberfläche herangehen. Im IR Bereich immerhin bis auf 15 km Höhe (348°C Temperatur, 33 Bar Druck). Auf der Nachtseite wären dagegen IR Aufnahmen der Oberfläche schon wenige Kilometer unterhalb der Wolkenuntergrenze bei 48 km möglich (ich bin da wegen der auch auf der Nachtseite vorliegenden Aerosole skeptisch, doch schon 27-35 km, die als Grenzen von anderen Autoren für die Abnahme der Aerosole angegeben werden, wären gut).

Das Problem ist dann das Material – Die Kühlung der Messinstrumente ist für einige Stunden realisierbar, der Ballon muss eben dann schnell sinken und schnell steigen. Doch der dünne Ballon dürfte sich stark erhitzen. Heute sind alle Ballone aus Kunststoffen. Das hitzebeständigste Material, das ich kenne, ist Polytetrafluoräthylen (PTFE, den meisten als Teflon bekannt). Da für die Temperaturstabilität die Anzahl der Fluoratome wichtig ist und dieser Kunststoff maximal Fluor gesättigt ist, denke ich gibt es auch keinen besseren. PTFE schmilzt bei 304 Grad Celsius, doch es verliert schon bei 260 Grad an Festigkeit. Soll diese Grenze nicht überschritten werden, so muss der Ballon oberhalb von 26 km Höhe bleiben. Es kämen dann also nur Nachtaufnahmen in Betracht. Immerhin: Die Dichte von 15 Bar in 25 km Höhe macht es einfach einen Ballon zu konstruieren: Helium z.B. liefert bei diesem Druck einen Auftrieb von 2670 kg/m³. Ein recht kleiner Ballon würde ausreichen und eine 50 l Heliumflasche mit 300 Bar Anfangsdruck wäre ausreichend für rund 4 Ausflüge bis auf 25 km Höhe (oder besser gesagt Tiefe, da es ja nach unten geht). (bei 200 kg Gesamtgewicht von Kapsel und Ballon). Je weniger "tief" man taucht, desto weniger Helium braucht man pro Trip.

Es wäre an der Zeit nach einer Eintauchsonde dann wohl einen Ballon auszuprobieren.

Soviel zu diesem Thema. Nun noch einige Nachlesen. Also zuerst mal zu den Korrekturlesern. Ich habe vielleicht vergessen zu erwähnen (oder stillschweigend vorrausgesetzt), das gute Deutschkenntnisse wichtig wären. Das ist ja gerade mein persönliches Manko. Zum Zeitplan: Ich frage rechtzeitig vorher an, deswegen weil ich genügend Leser habe um die Arbeit aufzuteilen oder vielleicht sogar 2 Leser pro Kapitel anzusetzen – das Problem habe ich jetzt beim LM Buch wo ein Leser krank ist und die andere erst 4 Seiten durchgelesen hat.

Hinsichtlich des Standes des Buchs: Derzeit sind es 260 Seiten (noch ohne Grafiken, also in der finalen Version kann man ein Drittel mehr Umfang hinzurechnen). Ich gehe so vor, dass ich Kapitel für Kapitel Daten sammele und ins Grobe schreibe. Das habe ich für die Black Arrow, Diamant und Europa erledigt. Bei Ariane bin ich ins schwimmen gekommen, da ich meist über Infos zu mehreren Typen stieß. Ich hoffe diese Woche die Vega abzuschließen und dann weiter an der Ariane 1-3 zu arbeiten, dann noch Ariane 4 und 5. Danach ist aber auch das Buch noch nicht fertig, sondern ich muss alles ins Reine schreiben, Zahlen gegenchecken, doppelt und dreifaches ausstreichen, Rechtschreibfehler und Formulieren überprüfen. Das dauert dann auch noch einige Zeit. Kurzum: Es dauert noch mindestens eine Monat, eher zwei bis die Korrekturleser dran sind.

Immerhin habe ich jetzt Rückmeldung vom Raumfahrthistorischen Archiv bekommen und vielleicht komme ich so an einige Bilder. Das Problem ist dass es praktisch alles, was vor etwa 1995 erschien, nur analog vorliegt und dann meist in gedruckter Form, also mit Musterrung und das ist ein Riesenproblem für die Reproduktion. EADS wird wohl nicht antworten. Ich habe inzwischen erfahren wie dort Emails behandelt werden: Ausdrücken, Abheften, Archivieren. Da kann man sich die Kontaktadresse auf jeder Website auch sparen. Und das DLR hat ja schon durchblicken lassen, dass ihr die Arbeit zu viel ist Fragen zu beantworten oder Informationen herauszugeben.

Wer das nächste Buch nicht erwarten kann, der könnte – wenn er nur an der Ariane 5 interessiert ist – auch das ATV Buch kaufen oder wie der Rezensent der DLR schreibt "Spezielles zum Teil "Ariane": Zur Struktur des Buches wäre zu bemerken, dass die Leser sicherlich überrascht sind ob der umfassenden und detailverliebten Abhandlung über die Ariane Rakete. Der Träger-Teil könnte sich auf die wesentlichen Punkte beschränken, die für den Start der Mission relevant sind. Ob in diesem Zusammenhang die Einzelheiten zu den Fertigungsprozessen der Raketenkomponenten interessieren ist fraglich, wenngleich der umfassend interessierte Leser diesen Informationen auch nicht abgeneigt gegenüber stehen wird."

Raten sie mal, warum dieser Teil so "Detailverliebt" ist ….. 😉

Bei der Umfrage stelle ich fest dass nun plötzlich die dritte Rubrik erheblich mehr Zuspruch bekommt. Ich hoffe doch wer einmal seine Stimme abgegeben hat tut dies nicht mehrmals. Es soll ja repräsentativ sein. Ansonsten läuft die Umfrage noch bis zur Veröffentlichung. Vielleicht teile ich auch schon alleine wegen des Umfangs in zwei Bücher. OTRAG und V-2 (A-4) kommen später in ein seperates Buch. Es wäre sonst zu viel und sie passen auch nicht ganz rein.