{"id":12639,"date":"2017-07-11T23:49:09","date_gmt":"2017-07-11T21:49:09","guid":{"rendered":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=12639"},"modified":"2017-07-12T07:22:13","modified_gmt":"2017-07-12T05:22:13","slug":"zum-kuiper-belt-und-in-die-heliopause","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2017\/07\/11\/zum-kuiper-belt-und-in-die-heliopause\/","title":{"rendered":"Zum Kuiper Belt und in die Heliopause"},"content":{"rendered":"

Ich greife heute ein Thema, auf das ich aber bisher nur schätzungsweise berechnen konnte, inzwischen kann ich durch Verbesserungen meines Programmes genau zu berechnen. Es geht um eine Sonde, die möglichst schnell möglichst weit von der Sonne entfernt sein sollte.<\/p>\n

Früher habe ich als wichtigsten Einsatzzweck die Erforschung der Heliopause genannt, also der Region, in der der Sonnenwind in das intergalaktische Medium übergeht. Diese Region haben die Voyagersonden inzwischen erreicht. Sie liegt etwa 150 AE (rund 22.500 Mill. km) von der Sonne entfernt. Für eine gute Vermessung braucht man mindestens drei Sonden: eine die in Bewegungsrichtung der Sonne gestartet wird, eine entgegengesetzt und eine senkrecht dazu.<\/p>\n

Inzwischen gibt es noch eine zweite mögliche Einsatzmöglichkeit die Passage eines Kuipergürtelobjektes. Diese liegen auch in dieser Entfernung.<\/p>\n

Das Problem: Voyager<\/a> brauchte zwei Swing-Bys und rund 30 Jahre, um dorthin zu kommen. Ein Start mit einer Atlas V<\/a> für eine Nachfolgesonde dürfte heute nur für eine Sonde die Teilchendetektoren hat kaum finanzierbar sein, auch wenn als Plus vielleicht noch ein naher Vorbeiflug an einem KBO herausspringt. Ein solver Träger kostet über 200 Millionen Dollar, dazu käme noch eine PAM-D Oberstufe.<\/p>\n

Also suchte ich nach billigeren Alternativen und einem schnelleren Weg.<\/p>\n

Gehts mit der Vega?<\/h3>\n

Als erstes habe ich als Alternative eine Sonde zuerst einmal mit der Vega<\/a> gestartet. Die hat nur eine Nutzlast von 2.400 kg in einen 400 km hohen kreisförmigen Orbit. So muss man Ionentriebwerke einsetzen, um die Sonde überhaupt zu Jupiter zu bekommen. Die Vega könnte maximal 500 kg auf eine Fluchtgeschwindigkeit bringen und braucht dazu noch ein weiteres Modul.<\/p>\n

Das Sondengewicht habe ich zu 700 kg festgelegt. Das entspricht dem Gewicht von Voyager ohne Hydrazintank. Die Lageregelung wird von den Ionentriebwerken durchgeführt. Statt den MMRTG werden GPHS-RTG mitgeführt, die mit 570 W eine etwas höhere Leistung haben, aber das gleiche Gewicht.<\/p>\n

Das Trockengewicht des Ionenantriebsmoduls orientiert sich nach dem verbrauchten Treibstoff, der erst nach Simulation feststeht. Ich errechnete einen Verbrauch von 945 kg bei einem hohen spezifischen Impuls von 44.000 m\/s. Dawn hatte 425 kg Treibstoff bei einem Trockengewicht (Tanks, Strukturen, Triebwerke) von 136 kg. Das entspricht auf 945 kg hochskaliert einem Trockengewicht von 303 kg. Dazu kommen noch die Solararrays, hier Flexarrays von ATK mit je 5 m Durchmesser für 30 kW Anfangsleistung. Diese wiegen bei 106 W\/kg BOL weitere 283 kg. Etwa 100 kg kommen noch für Strukturen hinzu, bei Dawn war das Antriebssystem ja in die Sonde integriert. Das lässt dann eine Restmasse von 765 kg zu:<\/p>\n

\"\"<\/p>\n\n\n\n<\/colgroup>\n\n\n\n\n\n\n\n\n
System<\/th>\nMasse<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
Treibstoff<\/td>\n945 kg<\/td>\n<\/tr>\n
Tanks + Triebwerke<\/td>\n303 kg<\/td>\n<\/tr>\n
Solararrays:<\/td>\n283 kg<\/td>\n<\/tr>\n
Strukturen<\/td>\n100 kg<\/td>\n<\/tr>\n
Sonde:<\/td>\n769 kg<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Die 69 kg über 700 kg Masse werden auch genutzt, und zwar für einen Niedrigenergieantrieb. Auch dies ist ein Ionenantrieb. Doch er arbeitet nur mit kleinem Schub. Der dahinter stehende Gedanke: Die Stromversorgung muss ausgelegt sein, bis die Sonde nach 40 Jahren eine hohe Distanz erreicht. Bis dahin ist der Strom bei RTG aber auf die Hälfte abgefallen. So kann man 35 Jahre lang den überflüssigen Strom (im Mittel ein Viertel des Gesamtstroms) für ein kleines Ionentriebwerk nutzen. Bei 570 W Anfangsleistung sind dies 140 W, die bei dem bisher jetzt höchsten spezifischen Impuls kann man bei dieser Strommenge in 35 Jahren 43 kg Treibstoff verbrauchen. 20 weitere kg benötigt man dann für Tanks und Triebwerk.<\/p>\n

Die Mission gliedert sich in vier Phasen:<\/p>\n