{"id":1894,"date":"2009-10-21T08:50:31","date_gmt":"2009-10-21T06:50:31","guid":{"rendered":"http:\/\/bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=1894"},"modified":"2009-10-21T08:52:44","modified_gmt":"2009-10-21T06:52:44","slug":"sind-mit-rtgs-oder-sla-im-aeuszeren-sonnensystem-ionenantriebe-moeglich","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2009\/10\/21\/sind-mit-rtgs-oder-sla-im-aeuszeren-sonnensystem-ionenantriebe-moeglich\/","title":{"rendered":"Sind mit RTG&#8217;s oder SLA im &auml;u&szlig;eren Sonnensystem Ionenantriebe m&ouml;glich?"},"content":{"rendered":"<p>Diese Frage stellte Martin Rosenkranz in einem Kommentar Ich habe mich damit ja schon vor Jahren befasst. Eher gesagt, ich habe das aufgegriffen was andere durchgerechnet haben. Sie kamen zu dem Schluss, dass es geht. Voraussetzung sind sehr kleine Sonden, sodass selbst die schwache Leistung von RTG &uuml;ber Jahre hinweg ausreicht eine Raumsonde gravierend im Kurs zu beeinflussen.<\/p>\n<p>Zeit hat man &#8211; Die Missionen der NASA werden auf eine normale Transferbahn zum Planeten geschickt und dann langsam abgebremst, genauer gesagt das Apohel langsam angehoben, bis man sich von dem Planeten einfangen lassen kann. Bei Jupiter, Saturn und Neptun kann ein Vorbeiflug an einem Mond dann auch noch etwas Energie einsparen. Dort angekommen kann man mit Ionentriebwerken auch den Orbit &auml;ndern. Zeit genug daf&uuml;r hat man ja.<\/p>\n<p>Nun, bei meiner Untersuchung von leistungsf&auml;higen Solarkonzentrator-Arrays bin ich dar&uuml;ber gestolpert, das ein heute als Prototyp schon verf&uuml;gbarer SLA (Stretched Lens Array) mit 300 W\/m? bei Jupiter mehr Leistung pro Gewicht liefert als ein RTG. Bei den 500 W\/kg SLA, die bald verf&uuml;gbar sind, ist dies bei Saturn der Fall. Damit sollten diese Missionen auch mit SLA m&ouml;glich sein und ich will dies mal verdeutlichen.<\/p>\n<p>Mein Szenario kn&uuml;pft da an wo ich eine Mission zu Jupiter schon mal berechnet hatte. Sie geht davon aus, dass eine Nutzlast von 2200 kg von der Vega in einen 500 km Erdorbit gebracht wird und dann mittels eines SLA bis in 250 Millionen km Entfernung beschleunigt wird:<!--more--><\/p>\n<table border=\"0\" cellspacing=\"3\" cellpadding=\"3\">\n<tbody>\n<tr>\n<td><\/td>\n<th>Erde-Jupiter<\/th>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>Geschwindigkeit (solar+20 %)<\/td>\n<td>10520 m\/s<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>Mittlere Entfernung<\/td>\n<td>200 Millionen km<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>Treibstoff (Gesamt)<\/td>\n<td>586 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>Tanks<\/td>\n<td>118 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>Strukturen<\/td>\n<td>100 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>Triebwerke<\/td>\n<td>13 (91 kg)<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>Solarzellen<\/td>\n<td>217 kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>Nutzlast<\/td>\n<td>1088 kg<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<p>Es werden von 2200 kg Startmasse noch 1088 kg zum Jupiter bef&ouml;rdert. Das ist quasi Stufe 1. Danach werden Treibstofftanks und Ionentriebwerke abgetrennt. F&uuml;r die weitere Mission werden weitaus kleinere (RIT-10 anstatt RIT-22) Triebwerke ben&ouml;tigt. Beginnend in 650 Millionen km Entfernung wird dann die Bahn abgehoben.<\/p>\n<p>Die folgende Rechnung geht von folgenden Eckdaten aus:<\/p>\n<ul>\n<li>Betrieb von 650 bis 780 Millionen km Entfernung (Mittel: 700)<\/li>\n<li>Minimale Betriebszeit auf einer Hohmannbahn 471 Tage<\/li>\n<li>Geschwindigkeit die aufgebracht werden muss: 6000 m\/s (Solar + 20 %)<\/li>\n<li>Im Jupiter muss ein weiterer Vorrat f&uuml;r 3000 m\/s verbleiben.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Das Ergebnis f&uuml;r eine steigende Sondenmasse zeigt die folgende Rechnung:<\/p>\n<table border=\"0\" cellspacing=\"0\" frame=\"VOID\" rules=\"NONE\">\n<colgroup>\n<col width=\"240\"><\/col>\n<col width=\"107\"><\/col>\n<col width=\"107\"><\/col>\n<col width=\"107\"><\/col>\n<col width=\"107\"><\/col>\n<col width=\"107\"><\/col>\n<col width=\"107\"><\/col>\n<\/colgroup>\n<tbody>\n<tr>\n<td width=\"240\" height=\"20\" align=\"LEFT\">Treibstoff Jupiter<\/td>\n<td width=\"107\" align=\"RIGHT\">83,4<\/td>\n<td width=\"107\" align=\"RIGHT\">83,4<\/td>\n<td width=\"107\" align=\"RIGHT\">83,4<\/td>\n<td width=\"107\" align=\"RIGHT\">83,4<\/td>\n<td width=\"107\" align=\"RIGHT\">83,4<\/td>\n<td width=\"107\" align=\"RIGHT\">kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td height=\"20\" align=\"LEFT\">Tanks Jupiter<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">8,3<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">8,3<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">8,3<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">8,3<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">8,3<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td align=\"LEFT\"><strong>Satellit<\/strong><\/td>\n<td align=\"RIGHT\"><strong>200,0<\/strong><\/td>\n<td align=\"RIGHT\"><strong>300,0<\/strong><\/td>\n<td align=\"RIGHT\"><strong>400,0<\/strong><\/td>\n<td align=\"RIGHT\"><strong>500,0<\/strong><\/td>\n<td align=\"RIGHT\"><strong>600,0<\/strong><\/td>\n<td align=\"RIGHT\"><strong>kg<br \/>\n<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td height=\"21\" align=\"LEFT\">Treibstoff Jupitertransfer<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">187,6<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">187,6<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">187,6<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">187,6<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">187,6<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td height=\"21\" align=\"LEFT\">Tanks Jupitertransfer<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">18,8<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">18,8<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">18,8<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">18,8<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">18,8<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td height=\"20\" align=\"LEFT\">Struktur<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">100,0<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">100,0<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">100,0<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">100,0<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">100,0<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td height=\"20\" align=\"LEFT\">Solargenerator<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">700,0<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">600,0<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">500,0<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">400,0<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">300,0<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td height=\"21\" align=\"LEFT\">Gesamt Jupitertransfer<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">1300,0<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">1300,0<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">1300,0<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">1300,0<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">1300,0<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">kg<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td height=\"20\" align=\"LEFT\">Strom in 700 Mill. km<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">9642,9<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">8265,3<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">6887,8<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">5510,2<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">4132,7<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">W<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td height=\"20\" align=\"LEFT\">Strom in 780 Mill. km<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">7766,3<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">6656,8<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">5547,3<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">4437,9<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">3328,4<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">W<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td height=\"20\" align=\"LEFT\">Eigenverbrauch<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">200,0<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">200,0<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">200,0<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">200,0<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">200,0<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">W<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td height=\"20\" align=\"LEFT\">Strom Ionentriebwerke Transfer<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">9442,9<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">8065,3<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">6687,8<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">5310,2<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">3932,7<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">W<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td height=\"20\" align=\"LEFT\">Strom Ionentreibwerke Jupiter<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">7566,3<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">6456,8<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">5347,3<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">4237,9<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">3128,4<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">W<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td height=\"21\" align=\"LEFT\">Betriebsdauer Jupitertransfer<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">204,8<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">239,8<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">289,2<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">364,2<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">491,7<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">Tage<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td height=\"20\" align=\"LEFT\">Betriebsdauer Jupiter<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">113,6<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">133,1<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">160,8<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">202,8<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">274,8<\/td>\n<td align=\"RIGHT\">Tage<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<p>Ablesebeispiel: Bei 364 Tagen Betriebszeit im Transferorbit kann ein 500 kg schwerer Orbiter zu Jupiter bef&ouml;rdert werden. Das ganze ist also m&ouml;glich. Die Nutzlast von 500 kg ist nicht gerade wenig. Der Galileo Orbiter wog ohne RTG und Antriebssystem auch nur 622 kg &#8211; Also fast dasselbe Gewicht. Damit w&auml;re die Galileo Mission mit einer Vega durchf&uuml;hrbar!<\/p>\n<p>Wie sieht es bei anderen Planeten aus? Es wird zunehmend schwieriger. Zum einen steigt die Geschwindigkeit die n&ouml;tig ist um den solaren Orbit anzugleichen an. Zum anderen nimmt durch die Entfernung die verf&uuml;gbare Leistung quadratisch ab. Bei Saturn betr&auml;gt sie nur noch ein Viertel des Wertes bei Jupiter. Trotzdem erscheint mit einem 500 W\/m? SLA f&uuml;r mich noch eine Mission zu Saturn m&ouml;glich.<\/p>\n<p>Imzwischen ist auch Band 1 des Raketenlexkons bei meinem Verlag BOD <a href=\"http:\/\/www.bod.de\/index.php?id=296&amp;objk_id=255759\">gelistet<\/a>. Es wird dann noch ein paar Tage dauern, bis es bei Amazon, Libri &amp; Co auch lieferbar ist. Genaueres erf&auml;hrt man wie immer hier.<\/p>\n<hr \/>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Diese Frage stellte Martin Rosenkranz in einem Kommentar Ich habe mich damit ja schon vor Jahren befasst. Eher gesagt, ich habe das aufgegriffen was andere durchgerechnet haben. Sie kamen zu dem Schluss, dass es geht. 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