Jupiter

Zeit für neue Jupitermissionen

Heute will ich mal ausdiskutieren, warum man jetzt eher an neue Missionen zu Jupiter gehen kann als noch vor einem Jahrzehnt. Der Fokus liegt auf der Technik und nicht den Missionszielen.

Missionen jenseits von Mars sind teuer. Deswegen gibt es wenige davon. Das hat auch einige gute Gründe:

  • Die höhere Startenergie: Schon zu Jupiter braucht man von der Erdoberfläche aus 14,2 km/s. Das sind 3 km/s mehr als die Fluchtgeschwindigkeit was im Allgemeinen mit einer Nutzlastreduktion um den Faktor 4 einhergeht. Entsprechend teurer wird die Trägerrakete oder man muss die Raumsonde bedeutend leichter bauen, was ebenfalls mit höheren Kosten verbunden ist.
  • Die Alternative ist es durch mehrere Vorbeiflüge an Venus und/oder Erde Schwung zu holen. Das verlängert dann die Flugdauer bis man bei Jupiter ist verlängert sich, von minimal 2,25 Jahren (bei der energieärmsten Hohmann-Transferbahn) auf 3,25 Jahre (Cassini-Huygens) oder sogar über 5 Jahre (Galileo). Auch bei neuen Missionen ist dies die Wahl. Juno braucht fast 5 Jahre um Jupiter zu erreichen, JUICE sogar 8 Jahre. Die Trägerrakete kann dann kleiner sein, doch die verlängerten Missionsdauern bedeuten auch Kosten. Analoges gilt auch für die anderen Planeten.
  • Beim Jupiter angekommen ist man mit der hohen Strahlenbelastung konfrontiert die früher spezielle strahlengehärtete Elektronik und Bauteile nötig machten, aber auch andere Probleme macht wie Entladungen in Kabeln oder Strahlenschädigung von Sensoren und Solarzellen. Bei Saturn und anderen Zielen gibt es keinen so starken Strahlungsgürtel.
  • Die große Entfernung machte bisher den Einsatz von Solarzellen zur Energieversorgung unmöglich. Man nutzte Radioisotopen-Thermogeneratoren die die Zerfallswärme vun Plutonium-238 teilweise in Strom umwandeln.

Das alles macht Missionen zu den äußeren Planeten teurer als z.b. zum Mars. Doch es hat sich in den letzten Jahren einiges geändert: (mehr …)

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Startfenster zu den äußeren Planeten

Bei meinem Beitrag über die SLS schlug Gerry einen Uranus/Neptun Orbiter als SLS Nutzlast vor und fragte mich ob das möglich ist. Das hat nun weniger etwas mit der Nutzlast der SLS zu tun als vielmehr mit den Startfenstern. Bei zwei Himmelskörpern kann man das Intervall einer Opposition oder Konjunktion also zweier ausgezeichneter Planetenstellungen aber auch jeder anderer Stellung sehr einfach berechnen es gilt:

1/Zeitdifferenz = 1/Umlaufszeit1 – 1/Umlaufszeit2

Bildet man den Kehrwert, so hat man den Abstand zwischen zwei Startfenstern. Kennt man eines so kann man jedes folgende errechnen. Das ist mit zwei Zahlen, die man auch im Kopf ausrechnen kann leicht zu beweisen: Nehmen wir an die Umlaufszeit1 seien 3 Jahre, die Umlaufszeit2 4 Jahre, dann kann man durch Überlegen herausbekommen, dass nach 12 Jahren der eine Planet genau 4 Umläufe absolviert hat und der andere 3. Genau dasselbe kommt auch bei der Rechnung heraus. (mehr …)

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Eine Europamission für unter 1 Milliarde Dollar?

Ein Geständnis von Boulden bei der Vorstellung des NASA-Budgets ist das er gerne eine Mission zu Europa für unter 1 Milliarde Dollar haben möchte. Ist das möglich? Und warum kostet sie so viel?

Betrachten wir zuerst einmal die bisherigen Missionen zu Jupiter und ihre Kosten. Als Kosten habe ich die bis zum Ende der Primärmission angesetzt, da man die Inflation umrechnen muss, bezogen auf das Startjahr. Das ist immer noch ungenau, da ja eine Raumsonde erst in der Zukunft fliegen wird und der Dollarkurs dann noch niedriger ist. (mehr …)

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Wie weit kommt man mit Solarzellen im Sonnensystem?

Da ich gerade beim Aufsatz über Juno arbeite und damit hoffentlich bald die aufholjagt bei den Raumsondenaufsätzen abschließen kann, kam ein Thema auf. Bekanntlicherweise ist dies die erste Raumsonde die zu Jupiter aufbricht und nur mit Solarzellen betrieben wird.

Vor einigen Wochen hat die NASA 10 Millionen Dollar bewilligt um die Produktion von Plutonium-238 wiederaufzunehmen. Seit 1988 haben die USA kein Pu-238 mehr produziert. Seit 1993 bezogen sie es aus Russland, doch Russland kann oder will nun keines mehr liefern. Seit 10 Jahren wird schon über die Wiederaufnahme der Produktion diskutiert. Wegen der hohen Kosten kam es nie dazu. Für die 10 Millionen Dollar pro Jahr wird man anfangs 1 bis 1,5 kg Pu-238 gewinnen. Bedenkt man das einer der GPHS RTG die Galileo, Ulysses, Cassini und New Horizons antreiben, rund 7,6 kg dieses Materials erfordert, dann weis man, das man zum einen eine solche Mission nicht jeden Tag starten kann, und zum anderen die Stromversorgung teuer ist. Bei New Horizons konnte ein schon hergestellter GPHS wiederaufgearbeitet werden. Das kostete 75 Millionen Dollar, ein neuer 90 Millionen Dollar. Das alles für eine Stromquelle die 285 Watt liefert. (mehr …)

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Wofür wir den Jupiter brauchen

So ich will mal die Reihe über das SSME unterbrechen, damit es nicht zu langweilig wird und mal einen Aufsatz aus dem Bereich Astronomie veröffentlichen. Morgen gehts dann mit der turbulenten Entwicklungsgeschichte der SSME weiter.

Jupiter ist ein toller Planet. Er ist ein Sonnensystem im kleinen, alleine vier seiner Monde sind so groß wie der Mond oder größer, zwei sogar größer als der Merkur. Er hat eine turbulente und sich laufend verändernde Atmosphäre – anders als bei Saturn, Uranus und Neptun wo sie eher ruhig ist oder es feste Bänder gibt. Er hat ein enorm großes und starkes Magnetfeld und daher auch einen sehr starken Strahlengürtel, das macht die Erforschung des inneren Jupitersystems etwas schwierig. Er hat auch einen Ring, nur ist der etwas mickrig. (mehr …)

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