Wie schwierig ist eine Landung auf dem Mars oder anderen Himmelskörpern mit Atmosphäre?

Ich greife mal die Frage im letzten Blog auf. Ist es so schwer auf Himmelskörpern zu landen über die man nicht viel weiß? Nun wenn man in die Geschichte blickt, dann landeten Viking 1+2 und Huygens als man noch kaum etwas über die Atmosphären der Himmelskörper wusste. Beide Sonden waren erfolgreich. Doch man kann auch die Veneras als Gegenbeispiel anführen. Zeit dem also auf den Grund zu gehen.

Fangen wir mit dem ersten an: Dem Atmosphäreneintritt. Die erste Phase unterscheidet sich bei allen Planeten kaum: Die Hochatmosphäre ist extrem dünn, bremst aber einen aerodynamischen Körper auf mehrfache Schallgeschwindigkeit ab, lange bevor er in den dichten Teil vorstößt. Mars, Erde und Venus unterscheiden sich nur in der Höhe in der dies erfolgt. Hat man also einen Hitzeschutzschild für die Landung auf der Erde entwickelt, kann man ihn auf dem Mars einsetzen und einen für die Rückkehr vom Mond taugt für die Venus. In beiden Fällen sind die Geschwindigkeiten vergleichbar. Im Zweifelsfall dimensioniert man das Ablativ abgetragene Material einfach großzügiger. Mit einem soclehn Schild konnte man schon den Eintritt der Galileo Sonde in die Jupiteratmosphäre meistern und die traf mit 48 km/s auf die Atmosphäre! Continue reading „Wie schwierig ist eine Landung auf dem Mars oder anderen Himmelskörpern mit Atmosphäre?“

Ein Triebwerk für alle Stufen – Teil 2

Im ersten Teil habe ich dargelegt das bei zweistufigen Raketen sehr viele Triebwerke in der ersten Stufe benötigt werden, wenn man nur ein Triebwerk in beiden Stufen verwendet wird. Heute will ich die Konsequenzen dessen darlegen.

Nun ist es sicher so, dass größere Stückzahlen ein Triebwerk preiswerter ist, das muss aber gegengerechnet werden, dass ein großes, schubstarkes Triebwerk immer noch preiswerter als zehn kleine sind. Ich denke, wenn man einen Vergleich zur Luftfahrt macht, wo ein Jumbojet auch maximal vier anstatt 10 bis 12 Triebwerke hat, liegt die Obergrenze bei vier Triebwerken.

Das ist bei LOX/LH2 noch zu erreichen, wenn man bei der zweiten Stufe etwas höheren Startschub toleriert, hier 700 kN, entsprechend 10,4 m/s Beschleunigung beim Start und 36,9 m/s² Brennschluss. Würde man bei der LOX/Kerosinlösung genauso verfahren, so kommt man auf 668 kN Schub pro Triebwerk und 17,3 m/s² Start- und 83 m/s² Brennschlussbeschleunigung. Der letzte Wert ist intolerabel hoch und auch ist dann die Brennzeit so kurz, dass zu Brennschluss eventuell ohne Freiflugphase noch kein Orbit erreicht wurde. Continue reading „Ein Triebwerk für alle Stufen – Teil 2“

Ein Triebwerk für alle Stufen – Teil 1

Ich dachte mir, ich nehme heute mal wieder ein theoretisches Thema und greife das auf. Ideal wäre es doch, wenn man ein Triebwerk bei einer Trägerrakete in allen Stufen einsetzen könnte. Das würde Kosten für die Entwicklung verschiedener Triebwerke sparen und es würde eine höhere Stückzahl ergeben, also auch bei der Fertigung Kosten sparen. Die Oberstufen würden dann nur geringe Modifikationen erfordern wie eine verlängerte Düse, die z.B. aus einem einfachen, ungekühlten Zeil bestehen kann und die Fähigkeit zur Zündung unter Schwerelosigkeit (Auf die man mit Hilfsraketen verzichten kann, wenn diese vorher den Treibstoff sammeln).

Schaut man sich die existierenden Typen an, so gibt es in der Tat einige Umsetzungen dieser Idee. Hier eine kleine Liste (ohne Anspruch auf Vollständigkeit): Continue reading „Ein Triebwerk für alle Stufen – Teil 1“

Intelligentes Leben auf dem Mars – Teil 2

Mariner 4 AufnahmeNachdem von 1960 bis 1964 schon zwei Generationen von Raumsonden verloren gingen, schaffte es 1964 die siebte zum Mars gestartete Sonde auch am Mars anzukommen. Mariner 4 hatte eigentlich nur ein marsspezifisches Experiment, eine TV-Kamera. Alle anderen Experimente maßen Strahlung, Teilchen, Stäube und Magnetfelder. Die Kamera wurde in rund 15.000 km Entfernung aktiviert und übermittelte 22 Bilder. So viele passten nicht auf das Magnetband, sodass es vom 22.sten Bild nur 22 Zeilen gab. Die Bilder wurden dann langsam übertragen – das NASA DSN schaffte damals nur eine Datenübertragungsrate von 8,33 Bit/s. Obwohl die Bilder weder hochauflösend , noch besonders scharf waren, zeigten sie doch etliche Krater, aber keine Kanäle, dabei hatte die Bildserie einen Streifen quer vom Nordpol bis nahe des Südpols gezogen und dabei zahlreiche „Canali“ überquert.

Damit war die Vorstellung von intelligentem Leben auf dem Mars endgültig gestorben. Mehr noch. Da die Aufnahmen nur Krater zeigten, machte sich die Vorstellung breit, der Mars wäre ähnlich öde und mit Kratern übersät wie de Mond. Mariner 4 hatte kein Spektrometer an Bord um die Zusammensetzung der Atmosphäre zu bestimmen. So gab es Informationen über die Atmosphäre nur auf indirektem Wege. Der Atmosphärendruck wurde auf 30 mb geschätzt. Je nach Wissenschaftler war Stickstoff oder Kohlendioxid der Hauptbestandteil der Atmosphäre. Ein Magnetfeld konnte nicht festgestellt werden. Continue reading „Intelligentes Leben auf dem Mars – Teil 2“

Die Gefahr von Großprojekten

Michels Aufsatz über das Voyager Projekt bringt mich auf ein Thema: Großprojekte und zwar bei der unbemannten Raumfahrt (jedes bemannte Raumfahrtprojekt ist sowieso ein Großprojekt). Was ist ein Großprojekt? Ich würde es so definieren: Wenn ein Projekt sehr große Mittel eines Budgets in Anspruch nimmt und deutlich teurer als andere Projekte ist, dann ist ein Großprojekt. In der unbemannten Raumfahrt wären es z.B. Cassini-Huygens, Viking, das mobile Marslabor (nun „Curiosity“ genannt). Für Europa wären es Exomars und Bepi-Colombo. Nicht alle Projekte begannen als Großprojekte. So waren Galileo und Hubble es ursprünglich nicht, doch Verzögerungen in der Entwicklung oder Schwierigkeiten machten sie dazu.

Wie in anderen Teilend er Raumfahrt muss sich auch die unbemannte Raumfahrt Kostenüberlegungen beugen. Natürlich ist es unsinnig eine Rechnung aufzumachen wie viel 1 MBit Daten kosten oder was ein Spektrum wert ist. Aber ein Großprojekt muss dann auch einen entsprechenden Erkenntnisgewinn versprechen. Das ist eine der wichtigen Bedingungen. Die zweite ist die Zeitdauer. Großprojekte haben eine Tendenz ein Eigenleben zu entwickeln. Es gibt zwei wichtige Einflussfaktoren. Das eine ist, dass die Politik meist versucht zu sparen, selbst wenn ein Projekt schon läuft. Dann kommen plötzlich Alternativvorschläge oder der Zeitplan wird gestreckt – bislang bedeutet dies immer nur erhöhte Ausgaben und Verzögerungen. Billiger wurde es in keinem Fall. Das zweite ist, dass Großprojekte oft so teuer sind, weil sie die Technologie bis zum äußersten ausreizen. Dabei sind natürlich auch große Kostenriskien. So kostete die Entwicklung des Viking Biolabors rund 59 Millionen Dollar, das war in etwa genauso viel wie zur gleichen Zeit die Mariner 9 Mission kostete. nach heutigem Wert sind es rund 240 Millionen Dollar für ein einziges Experiment. Continue reading „Die Gefahr von Großprojekten“