{"id":1711,"date":"2009-08-26T10:09:03","date_gmt":"2009-08-26T08:09:03","guid":{"rendered":"http:\/\/bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=1711"},"modified":"2009-08-26T10:09:03","modified_gmt":"2009-08-26T08:09:03","slug":"anstatt-einem-deutschen-mondprogramm","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2009\/08\/26\/anstatt-einem-deutschen-mondprogramm\/","title":{"rendered":"Anstatt einem deutschen Mondprogramm"},"content":{"rendered":"<p>Letzte Woche wurde dem Kabinett ein &#8222;deutsches Mond- und Marsprogramm&#8220; vorgestellt. Erstaunlicherweise gibt es dar&uuml;ber keine Details bei der DLR und auch das Kabinett wird erst nach der Wahl dar&uuml;ber beschlie&szlig;en. Gemunkelt wurde ja schon l&auml;nger dar&uuml;ber, nur war zuerst von einem Mondprogramm die Rede, dass dann auch deutlich preiswerter sein sollte, als die 1.5 Milliarden Euro, die nun veranschlagt werden. Ich habe mich glaub ich schon mal damit im Blog damit besch&auml;ftigt, aber weil ich es inzwischen selbst vergessen habe, heute eine Neuauflage. Zuerst einmal: was halte ich davon?<\/p>\n<p>Nun eine Mondsonde k&ouml;nnte ich mir vorstellen, dazu sp&auml;ter mehr. Hier kann Deutschland gewiss seine Kompetenzen im Fernerkundungsbereich einbringen. Stichworte: SarLupe, TerraSAR-X und HRSC. Das zweite ist ein nationales Marsprogramm. Das halte ich f&uuml;r &uuml;berfl&uuml;ssig, weil es vor einiger Zeit die Gelegenheit gab bei Exomars einzusteigen und man dies nicht wollte. Nun ein eigenes Programm ohne Deep Space Netzwerk, parallel zu der ESA aufzuziehen, ist dumm. Stattdessen kann man sich st&auml;rker in der ESA einbringen, oder meine Idee: Wenn derzeit jeder zum Mars will, dann gehen wir zur Venus, denn da gibt es auch noch viel zu tun. Dazu im zweiten Teil mehr.<!--more--><\/p>\n<p>Was sind unsere Kompetenzen? Deutschland hat die HRSC in Betrieb. Sie ist schon einige Jahre alt, aber sie ist immer noch die einzige Kamera ihrer Art die 3D Bilder in Farbe erzeugen kann. Warum setzt man sie (oder einen verbesserten Nachbau) nicht auf dem Mond ein? Das zweite ist die Erfahrung bei Radarsatelliten. Da gibt es das Sarlupe System der Bundeswehr, &uuml;ber das es leider wenige Informationen gibt &#8211; schade, denn es sind kleine und leichte Satelliten die trotzdem eine hohe Aufl&ouml;sung liefern. Pr&auml;distiniert f&uuml;r die Basis einer Raumsonde. Da gibt es aber auch noch sein ziviles Pendant, den TerraSAR-X, der aus 514 km H&ouml;he auch eine Aufl&ouml;sung von 1-16 m je nach Szenengr&ouml;&szlig;e erreicht. Bislang gibt es keine Untersuchung des Mondes mit Radar. Das erlaubt nicht nur das H&ouml;henprofil in hoher Genauigkeit festzustellen, es liefert auch R&uuml;ckschl&uuml;sse &uuml;ber die Oberfl&auml;cheneigenschaften und Tiefe des Regoliths. So w&auml;re mein Vorschlag den TerraSAR-X nach zubauen und zum Mond zu schicken.<\/p>\n<p>Erg&auml;nzt kann er durch eine Kopie der HRSC werden, sowie andere Experimente, sofern dazu noch Gewicht &uuml;brig ist. Zuerst einmal eine Absch&auml;tzung, wie viel man mit einer Sojus zum Mond bef&ouml;rdern kann. Das Arianespace User Manual weist 1600 kg aus. Das ist bei einem Gewicht von 1230 kg f&uuml;r TerraSAR-X zu wenig (es wird auch noch Treibstoff ben&ouml;tigt), aber man kann dies umgehen. F&uuml;r den GTO Orbit hat die Sojus STK eine Maximalnutzlast von 3280 kg. Dann fehlen noch rund 750 m\/s f&uuml;r einen Fluchtkurs. Weitere 800 m\/s ben&ouml;tigt man um in eine Mondumlaufbahn einzuschwenken. Danach sollte wegen des hohen Treibstoffverbrauchs zum Aufrechterhalten der Bahn die Lageregelung durch Ionentriebwerke erfolgen (k&ouml;nnte auch schon aus einem elliptischen Orbit um den Mond aus erfolgen, wodurch nochmals Treibstoff gespart wird). Bei 1550 m\/s Gesamttreibstoffbedarf und einem spezifischen Impuls von 3187 m\/s (von einem EADS Apog&auml;umsantrieb &uuml;bernommen) entspricht dies einer Mondorbitmasse von 2016 kg. Davon sind rund 216 kg Tanks, Druckgas und Triebwerke. Bleiben also noch 1880 kg &uuml;brig. Das sind deutlich mehr als TerraSAR-X wiegt. Also w&auml;re die Mission m&ouml;glich.<\/p>\n<p>Nat&uuml;rlich muss es Anpassungen geben. Am Satelliten sind es drei:<\/p>\n<ul>\n<li>Gr&ouml;&szlig;ere Solarzellen: Der Satellit befindet sich nun nicht mehr auf einer sonnensynchronen Bahn. Dadurch wird mehr Strom gebraucht und auch Batterien die ihn zwischenspeichern. Strom wird auch f&uuml;r den Treibstoff f&uuml;r die Ionentreibwerke ben&ouml;tigt. Annahme: 0,6 kW zus&auml;tzliche Leistung f&uuml;r Ionentriebwerke und 800 W f&uuml;r den Betrieb im Schatten. Das macht bei 14.5 % Wirkungsgrad (&uuml;bernommen von der ISS) 7 m? mehr Fl&auml;che mit einem Gewicht von 60 kg notwendig. Dazu kommen 25 kg Batterien um den Strom aufzunehmen (maximale Entladung um 35 %). Zusatzgewicht: 85 kg<\/li>\n<li>Ionentriebwerk: Rund 150 m\/s muss pro Jahr aufgewandt werden um den Orbit stabil zu halten. Soll ein Mondsatellit mehr als 1-2 Jahre lang arbeiten so resultiert daraus ein hoher Treibstoffbedarf. Das ist mit Ionentriebwerken kein Problem. Wenn sie w&auml;hrend 50 % der Zeit arbeiten so reichen zwei RIT-10 Triebwerke mit 285 Watt Stromverbrauch aus um diese 150 m\/s aufzubringen. Neben den beiden Triebwerken wird noch Treibstoff, Tanks und Spannungswandler ben&ouml;tigt. Zusammen sollte dies f&uuml;r eine 10 Jahresmission 120 kg wiegen, davon 72 kg Treibstoff.<\/li>\n<li>Hochgewinnantenne: TerraSAR-X hat schon einen Ausleger f&uuml;r die Antenne, nur m&uuml;sste diese durch ein gr&ouml;&szlig;eres Modell von 1-2 m Durchmesser ersetzt werden um auch aus Monddistanz noch senden zu k&ouml;nnen. Gesch&auml;tztes Mehrgewicht: 20 kg.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Das ergibt zusammen dann eine Startmasse von 1.230 + 85 + 120 + 20 = 1.455 kg. Das ist deutlich unter dem Maximalgewicht von 1.880 kg. Daher k&ouml;nnen noch Experimente zugeladen werden. Mir fallen hier zwei ein:<\/p>\n<ul>\n<li>HRSC-2: Die HRSC macht sicher auch auf dem Mond Sinn. Zum einen wegen der 3D F&auml;higkeit, vielleicht auch wegen der Farbf&auml;higkeit: Zwar ist der Mond ist ziemlich grau, aber vielleicht entdeckt man so gerade farbliche Auff&auml;lligkeiten, die dann andere Satelliten mit Multispektralscannern genauer untersuchen. Aber in jedem Falle wegen ihrer 3D F&auml;higkeit.<\/li>\n<li>Italienisches Tiefenradar: Italien hat in den letzten Jahren einige Radarsysteme f&uuml;r Marssonden entwickelt und sollte auch eines f&uuml;r Venus Express stellen. Anders als das TerraSAR System ist es kein hochaufl&ouml;sendes, sondern arbeitet mit langwelligen Radarstrahlen die sehr tief (bis zu mehrere Kilometer) in die Tiefe schauen. Dadurch k&ouml;nnte man den Boden durchleuchten.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Den DLR Wissenschaftlern fallen sicher noch weitere Experimente ein, welche die 400 kg Nutzlast f&uuml;llen. An Bord w&uuml;rde ich auf jedenfalls das Laser-Kommunikationsterminal lassen und es f&uuml;r Experimente nutzen ob die Technik nicht auch f&uuml;r Raumsonden sinnvoll ist.<\/p>\n<h3>Die Mission<\/h3>\n<p>Eine Sojus bringt die Sonde in einen GTO Orbit. Dort z&uuml;ndet sie nach einem Umlauf ihren eigenen Antrieb und fliegt zum Mond. Nach drei Tagen schwenkt sie in eine 250 km hohe Umlaufbahn ein, die dann durch den Ionenantrieb aufrecht erhalten wird. Aus dieser Bahnh&ouml;he hat die HRSC eine Aufl&ouml;sung von 10 m und das Radar eine von &lt;8 m. Das Radar hat nach 1000 Szenen von 750 x 50 km Gr&ouml;&szlig;e und 146 GBit pro Szene den Mond einmal in 8 m Aufl&ouml;sung erfasst. (Datenmenge: 147 TBit). Die HRSC ben&ouml;tigt ebenfalls rund 70 komplette Scans die eine Datenmenge von 3 TBit entsprechen. (Die Aufl&ouml;sung ist niedriger und das Radar liefert viel mehr Informationen pro Bildpunkt). Zusammen sind dies 150 TBit.<\/p>\n<ul>\n<li>Der Lunar Reconnaissance Orbiter sendet rund 550 GBit pro Tag an Daten zur Erde und dies sollte auch f&uuml;r Deutschland m&ouml;glich sein. Gen&uuml;gend gro&szlig;e Empfangsantennen stehen der DLR zur Verf&uuml;gung. So w&auml;re die Prim&auml;rmission in rund 1 Jahr abgeschlossen: Eine Kartierung des Mondes auf besser als 10 m. Was k&ouml;nnte dann kommen? Es g&auml;be mehrere m&ouml;gliche Szenarien. Das Radar hat mehrere Beobachtungsmodi, die bis zu 1 m Aufl&ouml;sung versprechen. So k&ouml;nnte man den n&auml;chsten angehen und dann in 4 Jahren die Oberfl&auml;che auf 4 m genau erfassen. Die HRSC w&uuml;rde dann mehrmals das ganze Gebiet erfassen oder nur noch ihren Super Resolution Channel nutzen und auch so auf eine Aufl&ouml;sung von 2,3 m kommen.<\/li>\n<li>Eine zweite M&ouml;glichkeit w&auml;re das gleiche aus einer geringeren Bahnh&ouml;he von 125 km zu erreichen und die alten Modi beizubehalten &#8211; auch dann verdoppelt sich die Aufl&ouml;sung und nach 5 Jahren w&auml;re der Mond mit 4-5 m Aufl&ouml;sung kartiert.<\/li>\n<li>Eine dritte M&ouml;glichkeit w&auml;re es nur noch den Spotmodus des Radars zu benutzen und einzelne interessante Gebiete mit 1 m Aufl&ouml;sung zu erfassen.<\/li>\n<\/ul>\n<h3>Kostenabsch&auml;tzung:<\/h3>\n<p>Ein Nachbau von TerraSAR kostet nach DLR-Angaben rund 85 Millionen Euro. Ein Sojus STK Start nach EADS Angaben 50 Millionen Dollar, also rund 35 Millionen Euro. Dazu k&auml;men noch die Kosten f&uuml;r Umbauten, Experimente und Missionsdurchf&uuml;hrung. Insgesamt sollte die Mission f&uuml;r rund 150 Millionen Euro, also einem Zehntel des deutschen Mondprogrammes durchf&uuml;hrbar sein. Der Nutzen w&auml;re gegeben: Wir w&uuml;rden die bisherigen Forschungen durch Japan, Indien, China und die USA erg&auml;nzen und w&uuml;rden nicht einfach nur eine &#8222;Ich auch will&#8220; Mission durchf&uuml;hren, die adhoc wesentlich teurer w&auml;re.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Letzte Woche wurde dem Kabinett ein &#8222;deutsches Mond- und Marsprogramm&#8220; vorgestellt. Erstaunlicherweise gibt es dar&uuml;ber keine Details bei der DLR und auch das Kabinett wird erst nach der Wahl dar&uuml;ber beschlie&szlig;en. 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