Gesamtmasse: 326 kg<\/li>\n<\/ul>\nBei Jupiter wird dann noch ein Feststoffantrieb gezündet: 800 kg Startgewicht, 70 kg Leergewicht, spezifischer Impuls 2845 m\/s.<\/p>\n
Bei der Venus wird dann noch eine Landesonde abgesetzt: Gewicht 600 kg<\/p>\n
Zwei Sonden werden mit jeweils einer Sojus 2a von Kourou aus gestartet: Startgewicht pro Sonde 4200 kg. Die Differenz zu den bisherigen Angaben entfällt dann auf das Ionantriebsmodul im inneren Sonnensystem: 1974 kg. Ich habe ein bisschen mit den Zahlen gespielt und bin zu folgendem Ergebnis gekommen:<\/p>\n
Ionentriebwerk: RIT-22
\nSpezifischer Impuls: 44150 m\/s
\nStromverbrauch 5000 W
\nSchub 0,15 N
\nWirkungsgrad 66 Prozent
\nGewicht eines Triebwerks 7 kg
\nTreibstoffverbrauch 3,4 mg
\nGewichtsbilanz:
\nStrukturgewicht: 200 kg
\nTreibstoff: 1057 kg
\nTankgewicht: 176 kg
\nTriebwerkszahl 16
\nTriebwerksgewicht: 112 kg
\nNutzlast: 2226 kg
\nStartgewicht: 4192 kg
\nSolargenerator:
\nLeistung: 180 W\/kg
\nGewicht: 420 kg
\nMittlere Distanz zur Sonne: 150,0 Mill km
\nLeistung bei der Distanz 179 W\/kg
\nBahndaten:
\nGeschwindigkeit um die Erde zu verlassen: 3840 m\/s
\nGeschwindigkeit um zum Planeten zu gelangen: 9000 m\/s
\nGesamte Geschwindigkeit: 12840 m\/s
\nGesamte Reisedauer: 334 Tage
\nDavon in der Erdumlaufbahn (12 h\/d) 159 Tage
\nDavon in der Sonnenumlaufbahn (24 h\/d) 176 Tage<\/p>\n
So nun zur eigentlichen Mission, da damit erst das ganze Konzept schlüssig erklärt wird. Zwei Sonden werden jeweils mit dem interplanetaren Antriebsmodul in eine 500 km Erdumlaufbahn gestartet. Von dort aus spiralen sie sich während 159 Tagen heraus. Dann kommt eine kurze Betriebszeit, in der sie zur Venus aufbrechen. Ist eine Hohmannbahn an der Venus erreicht, so wird der Betrieb eingestellt und die Landesonde abgetrennt. Die 4,80 m Antenne entfaltet und die Sonde empfängt Bilder der Landesonde vom Abstieg, während sie selbst die Venus in geringer Distanz (200-1000 km) passiert und dabei 3,5 km\/s schneller wird.<\/p>\n
Danach wird das Ionenantriebsmodul wieder aktiviert und es beschleunigt die Sonde weiter bis eine Geschwindigkeit von weiteren 6 km\/s erreicht ist (Bahn 108 x 1100 Millionen km). Die Sonde befindet sich nun auf einem Kurs zu Jupiter. Wenige Monate vor der Ankunft wird das Ionenantriebsmodul für das innere Sonnensystem abgetrennt. Es beinhaltet auch eine 1,50 m Antenne und ein Kamerasystem, das über einige Monate bis zum Einschlag auf dem Jupiter oder einer nahen Mondpassage noch Aufnahmen zur Erde senden kann (der Solargenerator sollte noch 2,8 KW Leistung bei Jupiter haben – genug für leistungsstarke Sender).<\/p>\n
Die Sonde nähert sich nun Jupiter. Alleine durch die nahe Annäherung müsste die Sonde um 13 km\/s schneller werden – auf rund 20 km\/s. Doch nun kommt der nächste Trick. Wir zünden in 1000 km Entfernung das Feststofftriebwerk. Es beschleunigt unsere Sonde um 1.700 m\/s. Doch diese Geschwindigkeit wird zur maximalen Geschwindigkeit von 59.520 m\/s addiert. Nach Verlassen des Jupiters erhöht sich die Geschwindigkeit so um 14,3 km\/s (dieses Paradoxon resultiert aus dem Energieerhaltungssatz – 1,7 km\/s zu 59,5 km\/s addiert ergeben eine höhere Energie als 1,7 km\/s zu 0 m\/s addiert).<\/p>\n
Nachdem Jupiter passiert ist hat unsere Sonde eine Geschwindigkeit von 34,3 km\/s. Davon wird sie einen Teil verlieren, doch es bleiben noch 28,9 km\/s im Unendlichen.<\/p>\n
Nun kommt Trick 3: die Sonde ist ausgelegt auf einen Energiebedarf von 300 W. Sie hat aber anfangs 600 W verfügbaren Strom. Nach 50 Jahren wird der Strom der RTG auf die 300 W abgesunken sein. Doch bis dahin hat sie im Schnitt 150 Watt übrig. Mit diesen 150 Watt wird ein kleines Ionentriebwerk über 50 Jahre lang betrieben: Das bringt nochmals rund 15,7 km\/s. Im Mittel hat die Sonde daher eine Geschwindigkeit von 36,7 km\/s relativ zur Sonne. In 50 Jahren kann sie dann eine Distanz von 370 AE erreichen. Nach 22 Jahren sind 150 AE erreicht.<\/p>\n
Sinn machen insgesamt sechs Sonnen, welche in den sechs Raumrichtungen starten. Da Jupiter zum Umlenken benutzt wird, können diese in einem Jupiterumlauf, also rund 11 Jahren gestartet werden, jeweils in Paaren alle vier Jahre ein Start. Es gibt einige positive Nebeneffekte. Es werden auch sechs Venuslandesonden abgesetzt, die so einen Gratisflug zur Venus bekommen (Hauptzweck: Übertragen von Aufnahmen von der Venusoberfläche kurz vor und nach der Landung). Sie profitieren neben der kostenlosen Mitfluggelegenheit auch von der großen 4,80 m Antenne zum Empfangen der Daten – mehr Bildpunkte. Dazu später was in diesem Blog.<\/p>\n
Kameras sind auf den eigentlichen Sonden unnötig und nur Ballast. Zudem sollen diese den Jupiter nahe passieren, was einen nahen Vorbeiflug an einem Mond nahezu ausschließt. Die Ionenmodule für den Betrieb nahe der Sonne haben dagegen noch mehr als genug Strom wenn sie bei Jupiter ankommen um einen 2 kW Sender zu betreiben. Dann reicht auch eine kleine 1,50 m Antenne für eine Datenrate von 500 kbit\/s bei Jupiter. Dies kann ausgenutzt werden um ein Teleskop und Spektrometer zu betreiben und über etwa 3 Monate vor und nach dem Vorbeiflug Bilder und Spektren von Jupiter anzufertigen und jeweils einen Jupitermond nahe zu passieren und Aufnahmen zu machen – Alle sechs Sonden zusammen decken dann einen Zeitraum von rund 3 Jahren ab und könnten zumindest was das Bildmaterial angeht die Galileomission ersetzen. Zusammen mit den Sensoren auf den Heliopause Sonden müsste so die Galileomission komplett ersetzbar sein.<\/p>\n
Es gäbe aber noch eine Alternative, die ich aber für technisch zu aufwendig und riskant halte. Auch sie befördert mit einem Ionenantrieb eine Sonde zu Jupiter. Doch dieser lenkt sie in eine Umlaufbahn um, in der sie die Sonne in nur 1 Millionen km Entfernung passiert. Dort zündet ebenfalls ein Feststoffantrieb, Wenn es dasselbe ist wie bei der ersten Sonde und es diese um 1.700 m\/s beschleunigt so resultiert ein Geschwindigkeitsgewinn von 37586 m\/s im Unendlichen. Ja sie haben richtig gelesen. Sie haben richtig gelesen. Sie ergeben sich aus: ?((514887+1700)? – 2*(364314)?) – 364314 m\/s ist die Kreisbahngeschwindigkeit in 1 Million km Entfernung von der Sonne und 514887 m\/s die Geschwindigkeit in einer Bahn von 1 Million km Perihel und 780 Millionen km Apohel (Jupitertransferbahn) – auch hier der Energieerhaltungssatz macht es möglich.<\/p>\n
Das Problem ist nur: Dafür braucht man einen wirklich guten Hitzeschutzschild, der Tagelang recht hohen Temperaturen ausgesetzt ist. Der wiegt zudem einiges und würde so den Gewinn durch das Feststofftriebwerk verringern.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Heute mal wieder eine Idee für eine spekulative Sonde. Eine Sonde welche die Grenze des Einflussbereichs der Sonne zum intergalaktischen Medium erforschen soll. zur Erklärung: Die Sonne sendet laufend einen Strom von Protonen und Heliumkernen aus. Diese verlassen mit hoher Geschwindigkeit (einige 100 km\/s) das Sonnensystem mit steigender Entfernung wird die Dichte kleiner und nimmt […]<\/p>\n","protected":false},"author":169,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_jetpack_newsletter_access":"","_jetpack_dont_email_post_to_subs":false,"_jetpack_newsletter_tier_id":0,"_jetpack_memberships_contains_paywalled_content":false,"_jetpack_memberships_contains_paid_content":false,"footnotes":""},"categories":[3],"tags":[1084,1082,282,108,1083],"class_list":["post-2686","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-raumfahrt","tag-flyby","tag-heliopause","tag-jupiter","tag-venus","tag-voyager","entry"],"a3_pvc":{"activated":false,"total_views":334,"today_views":0},"jetpack_featured_media_url":"","jetpack-related-posts":[{"id":12013,"url":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2016\/09\/27\/entstehung-von-leben-auf-der-erde-und-im-sonnensystem\/","url_meta":{"origin":2686,"position":0},"title":"Entstehung von Leben auf der Erde und im Sonnensystem","author":"Bernd Leitenberger","date":"27. 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![\"Heliopause\"](\"\/img\/voyager1l-location-diagram.jpeg\")
Heute mal wieder eine Idee für eine spekulative Sonde. Eine Sonde welche die Grenze des Einflussbereichs der Sonne zum intergalaktischen Medium erforschen soll. zur Erklärung: Die Sonne sendet laufend einen Strom von Protonen und Heliumkernen aus. Diese verlassen mit hoher Geschwindigkeit (einige 100 km\/s) das Sonnensystem mit steigender Entfernung wird die Dichte kleiner und nimmt ab und erreicht schließlich die des galaktischen Mediums. Es gibt dann eine Zone in der der Sonnenwind auf das galaktische Medium prallt und eine Schockzone, bevor dahinter das intergalaktische Medium beginnt. Wo diese Zone beginnt ist offen. Sie hängt auch von der Richtung ab (in Bewegungsrichtung der Sonne wird sie zusammengedrückt, dahinter auseinander gezogen und der Aktivität der Sonne ab. Schätzungen belaufen sich zwischen 100 und 150 AE (AE: Astronomische Einheit = mittlere Entfernung der Erde von der Sonne). Starke Sonnenaktivität führt zu einem verstärkten Aufprallen von Teilchen auf das Medium, was dann Radiowellen erzeugt. Aufgrund der Reisegeschwindigkeit und bekanntem Ausbruchszeitpunkt kann man dann bei einem solchen Ereignis berechnen wo die Zone aktuell liegt. Voyager 1+2 haben schon erste Anzeichen vermeldet, dass sie sich der Zone nähern. Wie das galaktische Medium dahinter aussieht weis keiner. Im Prinzip ist das wie wenn die ersten Sonden das Erdmagnetfeld verließen und denn interplanetaren Raum erforschen, nur braucht man Jahrzehnte um in diese Zone zu gelangen (selbst Pluto ist nur rund 38 AE von der Sonne entfernt).<\/p>\n