Ein Mondprogramm mit der SLS

Mein letzter Blog über die SLS bringt mich auf die heutige Idee. Wie kann man ein Mondprogramm durchfuhren, wenn die Trägerrakete nicht die benötigte Nutzlast hat? Die SLS muss anfangs ohne Oberstufe auskommen. Selbst wenn man dann eine entwickelt, dauert es Jahre, bis sie zur Verfügung steht. Nicht zuletzt gibt es ja mit der New Glenn bald eine Rakete mit in etwa der Leistung einer Falcon Heavy. Diese Träger sind noch keine Schwerlastträger aber schon deutlich größer als die kommerziellen Vehikel, die man für den Satellitentransport braucht.

Schon früher hat man verschiedene Konzepte evaluiert. In der Frühphase des Apollo-Programms die Konzepte der direkten Landung, des EOR und LOR-Verfahrens, das man schließlich genutzt hat. Beherrscht man das LOR-Verfahren so gibt es weitere Möglichkeiten, die ich hier erläutern will. Sie alle gehen von 25 t in eine Mondtransferbahn (TLI) aus, die von der NASA genannte Mindestnutzlast der SLS mit Delta Zweitstufe als Oberstufe.

26 t wiegt alleine die Orion, wobei ich bei den angegebenen Trockenmassen das dV Budget ziemlich gering einschätze, verglichen dem was Apollo hatte. Die einfachste Lösung ist es, einen Mondlander separat zu starten. Er schwenkt dann in eine Mondumlaufbahn ein. Dafür benötigt er größere Tanks in der Abstiegsstufe. Es gibt auch stabile Mondumlaufbahnen. In einer befindet sich der LRO seit 2009. Er kann so Monate vor der Besatzung gestartet werden. 26 t Startmasse und 1000 m/s ΔV für das Einschwenken in eine Umlaufbahn und Bahnkorrekturen entsprechen bei einem Voll-/Leermasseverhältnis von 8:1 für die Zusatztanks einem Mondlander von 17,8 t Gewicht der in die Umlaufbahn geschleppt wird, also schwerer als der von Apollo (wobei ich aber auch denke, dass er heute schwerer sein würde, die Orionkapsel wiegt ja auch fast doppelt so viel wie das Kommandomodul von Apollo).

Wenn man eine länger auf dem Mond bleiben will, braucht man auch eine bessere Unterkunft. Die Mondlander hatten ja nur das Innenvolumen einer Telefonzelle. Ein Behausung würde man aber direkt landen, ohne erst in eine Umlaufbahn einzutreten. Bei einem ΔV von 3000 m/s (600 m/s mehr als die Fluchtgeschwindigkeit) und einem Voll-/Leermasseverhältnis von 6 (beim LM lag es bei der Landestufe bei 5, dort befanden sich aber auch Batterien, Wasser und andere Verbrauchsmaterialen und sie war kleiner). Könnte man 6,6 t auf dem Mond landen, die Apollo LM Aufstiegsstufe wog 4,4 t.

Das ist nicht viel, reicht aber für eine kleine Behausung. Nimmt man das Flächengewicht eines ISS-Moduls, dann reicht das für ein Raumvolumen von 41 m³, das wären bei 2,30 m Deckenhöhe z.B. eine Fläche von 17,8 m². Nicht viel aber gut über einige Tage aushaltbar. Wegen der Mondnacht wird man sicher nicht länger als 14 Tage auf dem Mond bleiben. Man könnte natürlich auch ein 6,6 t schweres bewegliches Labor wie ein Mondobil landen. Solche Vehikel hat man in der frühen Phase des Apolloprogramms auch geplant.

Doch denken wir weiter. Geht es noch kleiner?

Ja. Technisch kann man den Mondlander nochmals in Aufstiegsstufe und Abstiegsstufe trennen. Auch das Servicemodul brauchte erst mal nur die Treibstoffe, um in einen Mondorbit einzuschwenken. Man könnte ein zweites Servicemodul mit einem Kopplungsadapter in einem Mondorbit parken und dann vor dem Rückstart ankopplen. Bei der aktuellen Architektur mit einer 13,7 t schweren Orion mit leerem Servicemodul braucht man eine Startmasse von 19 t, wenn man den Treibstoff zur Rückkehr separat startet. Eine Mondlandestufe wäre bei einem Voll/Leermasseverhältnis von 8 für die Zusatztanks dann 12,8 t schwer, etwa 2,5 t schwerer als die von Apollo. Im Prinzip kann man das dann noch weiter optimieren: Die Aufstiegsstufe, die viel kleiner als die Abstiegsstufe ist, könnte ebenfalls Treibstoff enthalten die man vor der Landung in die nun teilweise entleeren Tanks umpumpen kann. Die Kombination wäre dann 38 t schwer, nach Einschwenken in den Mondorbit noch 27,2 t und ohne Tanks, die man dafür braucht, 25,6 t. Das ist immerhin 50 % mehr als bei Apollo. Es würde für ein knapp 9 t schweres Labor reichen, also nochmals ein Drittel mehr als in der obigen ersten Berechnung. Analog könnte man für längere Mondorbitmissionen ein 13 t schweres Labor in eine Mondumlaufbahn einschwenken lassen, an das die Kommandokapsel ankoppeln könnte. Ich halte nichts davon, weil die Erforschung aus dem Orbit besser durch Satelliten erfolgt. Für die kosten des LRO bekommt man nicht mal einen SLS-Start. So könnte man ein Mondprogramm mit vier bis sechs Starts einer Rakete die 19 t zum Mond oder 60 bis 70 t in eine Erdumlaufbahn bringt, durchführen. Vier Starts wäre eine Wiederholung von Apollo, sechs ein zusätzliches Labor auf Mondoberfläche und in der Umlaufbahn.

Natürlich ist das reine Fiktion, denn es wäre viel preiswerter eine Oberstufe für die SLS zu entwickeln, vor allem verglichen mit den Kosten, die man für den Mondlander aufwenden muss, ist das ein Pappenstiel. Doch wenn man kommerzielle Firmen das angehen, könnte es so kommen, insbesondere wenn man noch andere Einsatzgebiete für die Rakete hat.

Zuletzt noch eine gute Neuigkeit: ich habe endlich die erste Lesung meines Saturn-Buchs durch. 325 Seiten sind es geworden, noch ohne Abbildungen, mit den Bildern dann eher in Richtung 400 Seiten, was ich auch anpeile, dann zu einem Preis von etwa 25 Euro. Im Textumfang ist es mit 594.0000 Seiten genauso umfangreich wie das Buch über das Mercuryprogramm und nur wenig kürzer als das Buch über Skylab mit 658.000 Zeichen, den Rekordhalter bei den Raumfahrtbüchern. Ich hoffe die zweite Lesung nächste Woche fertig zu haben, dann geht es an Mario. Mit etwas Glück, abhängig von den Korrekturlesen, erscheint es vielleicht noch im Juli.

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