Geld verdienen mit der ISS Versorgung Teil 2

Nachdem ich gestern das Thema schon gestern angerissen habe, ist mir noch eine bessere Idee gekommen. Verdienen mit „virtuellen“ Services. Nun wie ist das gemeint? Die ISS befindet sich derzeit in einer Höhe von rund 350 km, doch selbst wenn sie mal angehoben wird sind es nur rund 400 km. Doch selbst dann ist die Luftreibung bei dieser ausladenden Konstruktion noch hoch. Sie ist variabel, doch im Durchschnitt sollten es 200 m pro Tag sein. Das entspricht einer Abbremsung um 0,114 m/s pro Tag. Es klingt nach wenig, doch bei 350 t Gewicht braucht man da innerhalb eines Jahres bei chemischem Treibstoff eine ganze Menge um die Station auf dieser Höhe zu halten – bei einem spezifischen Impuls von 3.100 sind es rund 4700 kg.

Es gäbe natürlich Möglichkeiten für die NASA dies zu optimieren. Sie könnte die Station in eine höhere Höhe bringen. Nahe der Erde nimmt die Luftreibung rapide ab, wenn man sich von ihr entfernt. Doch das kommt, weil dann auch die Nutzlast der Trägerraketen abnimmt (und vielleicht auch weil die einzigen Raumfahrzeuge, die das können, von der ESA und Russland kommen) nicht in Frage.

Nun die NASA tut das nicht, warum also nicht an den Milliarden, die man mit der Versorgung der ISS verdienen kann, zu partizipieren. Die Idee ist ganz einfach: Elektrische Triebwerke ersetzen die chemischen Triebwerke und reduzieren den Treibstoffbedarf rapide.

Eine Abschätzung ergibt bei 200 m Sinkrate pro Tag und 350 t Gewicht einen benötigten Gesamtimpuls von 14,7 Millionen Ns pro Jahr. Ionentriebwerke werden mit Strom betrieben. Den sollen Solarpaneele liefern. Der einfachste Weg ist es eines der vier Module der ISS zu verwenden und es von Boeing nochmals bauen lassen. Ein solches Modul hat eine Anfangsleistung von 55 kW und wiegt 14.500 kg. Ein Teil des rund 300 Millionen Dollar teuren Moduls benötigen wir nicht, z.B. die Radiatoren, den Abstandshalter und die Schienen für den beweglichen Arm der Station. Vielleicht wird es dadurch billiger und leichter.

Als Triebwerk bieten sich erprobte Modelle an, z.B. das RIT-22 mit 5 kW Leistung und 0,15 N Schub.

Nun zur Berechnung. Erst mal wie viele Triebwerke benötigt man? Es würden 11 reichen um die Spitzenleistung auszunutzen, die dann auch noch langsam absinkt (um 20 % bei Kommunikationssatelliten, doch die ISS wird wahrscheinlich etwas länger als ein Satellit betrieben werden). Es gibt aber noch einen anderen Faktor zu berücksichtigen: Die Lebensdauer. Sie liegt typisch bei 10.000 h. Bei einem Betrieb über 50 % der Orbitalzeit ist diese Frist schon nach 2,28 Jahren erreicht. Sollen die Triebwerke also die Station bis 2018 antreiben, dann benötigt man 88 Stück. Da eines nur 7 kg wiegt ist das jedoch zu verschmerzen.

Dann – reicht der Strom aus? Bei 55 kW Leistung würde ein Betrieb über 7 Stunden am Tag ausreichen. Das ist weniger als die rund 14 Stunden, in denen die Station von der Sonne beschienen wird. Doch diese Reserve ist nötig, da zum einen die Leistung der Solarzellen abnimmt, zum anderen die Station ab und an schwerer ist (Sojus Kapsel, Frachtraumschiffe docken an) und vor allem die Reibung durch die Atmosphäre ist ungleichmäßig – da unser System die normale Anhebung weitgehend ersetzt, muss sie auch Fähig sein dies zu kompensieren, denn reicht einmal die Leistung nicht aus so sinkt die Station ab und die Reibung wird immer noch stärker…

Ankoppeln kann man nur an Swesda, da nur dort der Schub durch die Längsachse der schweren Module geht. Das geht am besten mit einem russischen Kopplungsadapter, der zumindest beim ATV 253 kg wiegt.

Nun braucht man noch Tanks für den Treibstoff. Das RIT-22 ist für Xenon ausgelegt, doch das ist ungeeignet für das Nachtanken. Angenommen der Tank wäre leer und es kommt ein Versorgungstransport mit neuen vollen Hochdrucktanks, dann fließt das Gas nur so lange bis in beiden Tanks der gleiche Druck herrscht. Wenn beide Tanks gleich groß sind, kann so nur die Hälfte der Menge übertragen werden. Eine Lösung wäre es sehr große Tanks vorzusehen, doch diese sind dann schwer, weil es Drucktanks sind.

Einfacher ist es das früher übliche Quecksilber zu verwenden. Die Förderung kann dann durch ein Fördersystem wie für Wasser geschehen. Es könnte auch Druckgas verwendet werden für den Transport, da nur für die Förderung die Menge und der Druck viel kleiner ist.

Das letzte ist: Wie bekommen wir das ganze zur ISS? Nun genauso wie Russland auch seine Luftschleusen hinbekommt: Mit einer Progress ohne Frachtabteilung. Diese wiegt noch 3.000 kg. Wenn dies mit einer Proton gestartet wird, so bleiben dann noch 18.000 kg für das System übrig. Das Solarmodul, den RDS und die Triebwerke abgezogen bleibt dann noch 2,6 t übrig. Ein Teil davon wird für die Progress als Treibstoff benötigt, da nun 21 anstatt 7,2 t bewegt werden müssen. Doch dürften noch 1-1,5 t für Tanks und Treibstoff übrig. Teilt man 50:50 auf so werden etwa 700 kg Treibstoff mitgeführt.

Das klingt nach wenig – 700 kg Treibstoff bei 21 t Startmasse, ein ATV transportiert die zehnfache Menge – aber diese reichen für zwei Jahre aus. Danach kann eine Progress 2,1 t Treibstoff transportieren die dann für 6 Jahre reichen.

So nun kommt der Teil mit dem $$$. Die NASA zahlt derzeit für 20 t Fracht mindestens 1,6 Milliarden Dollar. Sie wird wenn die ISS wirklich bis 2028 betrieben wird 18 Jahre lang jeweils 4.700 kg Treibstoff brauchen, für die sie so 6768 Millionen Dollar aufwenden muss.

  • Wir benötigen in diesem Zeitraum 3 Progress-Transporte (geschätzte Kosten: 300 Millionen Dollar, die Dinger dürften wie ie Sojus teurer werden).
  • Dann eine Proton Trägerrakete (150 Millionen $)
  • Das von Boeing gebaute Solarmodul (300 Millionen Dollar)
  • und noch Kopplungsadapter, Tanks, Elektronik, Ionentriebwerke: geschätzte 200 Millionen $

Macht Investitionen in Höhe von 950 Millionen Dollar bei Einnahmen in Höhe von 6768 – Das lohnt sich. Es hätte sich auch für die NASA gelohnt die es einfacher gehabt hätte und nur überschüssigen Strom der ISS nutzen könnte um zumindest Treibstoff einzusparen. Tja aber so kommt es eben, wenn man eine Raumstation baut und alle Innovationen streicht….

2 thoughts on “Geld verdienen mit der ISS Versorgung Teil 2

  1. Ist denn das Ad-Astra/VASIMR-Triebwerk für die ISS mittlerweile wieder gestrichten worden? Das sollte doch 2012 oder 2013 dorthin gestartet werden (womit?).

  2. Das VASMIR triebwerk soll auf der ISS getestet werden, mehr aber auch nicht. Es ist nicht vorgesehen damit die Reboostmanöver abzulösen, auch wenn der Schub natürlich hilft Treibstoff zu sparen.

    Der Hauptnachteil ist das das Triebwerk eine Nummer zu groß ist – für die 200 kW Leistung sind umfangreiche Vorbereitungen möglich und die Batterien werden nahe an die Belastungsgrenze entladen, da die inzwischen degradierten Solararrays der ISS keine 200 kW mehr liefern und es auch noch andere Verbraucher gibt.

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