{"id":2898,"date":"2010-06-22T12:44:36","date_gmt":"2010-06-22T10:44:36","guid":{"rendered":"http:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=2898"},"modified":"2010-06-22T12:44:36","modified_gmt":"2010-06-22T10:44:36","slug":"eine-vorbeiflugsonde-zu-uranus-und-neptun","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2010\/06\/22\/eine-vorbeiflugsonde-zu-uranus-und-neptun\/","title":{"rendered":"Eine Vorbeiflugsonde zu Uranus und Neptun?"},"content":{"rendered":"<p>Auf den heutigen Blogeintrag bin ich gekommen, nachdem ich einen Artikel &uuml;ber das Jubil&auml;um von Pluto las &#8211; er wurde vor 80 Jahren entdeckt. Da kam auch der Hinweis auf New Horizons, die momentan zu Pluto unterwegs ist. das bringt mich auf die Idee f&uuml;r eine kleine Diskussion: Sollte man heute noch Vorbeiflugsonden zu Uranus und Neptun schicken?<\/p>\n<p>Nun warum nur zu diesen beiden Planeten? Alle anderen Planeten kann man auf den langsamen Hohmannbahnen innerhalb von 6 Jahren erreichen. F&uuml;r Uranus sind dagegen 16 Jahre und Neptun 30 Jahre auf diesen Bahnen notwendig. Daher wird man durch ein Fly-By oder andere Ma&szlig;nahmen beschleunigen &#8211; um die Flugzeit zu verk&uuml;rzen. Der Preis ist eine hohe Ankunftsgeschwindigkeit, die dann mit chemischen Treibstoff nicht mehr abzubauen ist. Auf absehbare Zeit sind also Orbiter zu diesen beiden Planeten nicht denkbar. Auf der anderen Seite sind die Planeten noch so gro&szlig;, dass eine Erforschung mit Vorbeiflugsonden sich &uuml;ber Wochen hinzieht, w&auml;hrend andere Ziele im &auml;u&szlig;eren Sonnensystem wie die Transplutoprojekte so klein sind, dass die nur w&auml;hrend einiger Tage im Blickfeld von Fernerkundungsinstrumenten brauchbare Bilder liefern und andere Instrumente wie Magnetometer, Partikelsensoren mangels eigener Magnetfelder kaum Ergebnisse erhoffen lassen.<!--more--><\/p>\n<p>Ich will mal hier dies diskutieren. Was gibt es an Pro und Kontra f&uuml;r eine Vorbeiflugsonde<\/p>\n<ul>\n<li>Pro: Selbst bei einer Vorbeiflugsonde kann mehrere Wochen bis Monate lang der Planet untersucht werden<\/li>\n<li>Pro: Beide Planeten haben Monde die ebenfalls kaum bekannt sind und bei einem Vorbeiflug ebenfalls erkundet werden k&ouml;nnen<\/li>\n<li>Pro: Orbiter sind in absehbarer Zeit nicht denkbar. Eine Vorbeiflugsonde wird also nicht Ergebnisse liefern, die bald ein Orbiter ersetzen und erg&auml;nzen k&ouml;nnen<\/li>\n<li>Pro: Auf dem Flug zu den Planeten sind durch Fly-Bys auch andere Planeten erforschbar. Bei Jupiter kann die Messperiode dann bis zu einem halben Jahr betragen<\/li>\n<li>Pro: Nach dem Vorbeiflug und vorher sind weitere Messungen m&ouml;glich wie Teilchen, Wellen, Magnetfelder und Staub im &auml;u&szlig;eren Sonnensystem<\/li>\n<li>Pro: Eventuell ist eine Passage an einem Transplutoobjekt denkbar im Anschluss an die Prim&auml;rmission<\/li>\n<li>Contra: Sonden ins &auml;u&szlig;ere Sonnensystem sind &auml;u&szlig;erst teuer. Selbst bei der kleinen New Horizons Sonde sind &uuml;ber 700 Millionen Dollar f&auml;llig gewesen<\/li>\n<li>Contra: Jede Vorbeiflugsonde kann nur eine Momentaufnahme liefern. Die Planeten mit ihrer eigenen Atmosph&auml;re ver&auml;ndern sich jedoch laufend<\/li>\n<li>Contra: Die M&ouml;glichkeiten der erdgebundenen Beobachtung sind laufend besser geworden. Heute liefern Teleskope schon bessere Aufnahmen als Voyager von Uranus, da sie im nahen Infrarot unter den Nebel schauen k&ouml;nnen. In diesem Spektralbereich arbeiten die Teleskope heute beugungsbegrenzt. Geplant sind 20-30 m Teleskope und Ideen f&uuml;r 100 m Teleskope gibt es. Derartige Giganten k&ouml;nnten in 10-15 Jahren genauso gute Aufnahmen machen wie Raumsonden aus mittlerer Entfernung.<\/li>\n<\/ul>\n<p>In der summe denke ich &uuml;berwiegen die Pros. Und das wesentlichste Kontra sind die Kosten der Raumsonde. Doch woher kommen diese? So teilen sich die Kosten von New Horizons auf:<\/p>\n<ul>\n<li>Atlas 551: 213 Millionen $<\/li>\n<li>RTG: 75 Millionen $<\/li>\n<li>Missionskosten: 150 Millionen $<\/li>\n<li>Raumsonde: 123 Millionen $<\/li>\n<li>Experimente\/Sonstiges: 162 Millionen $<\/li>\n<\/ul>\n<p>Die Raumsonde selbst ist also nicht der Hauptkostenpunkt. Bei einem Nachbau w&uuml;rde man nur wenig bei der Raumsonde einsparen, da sie schon von Messenger und Contour viel erprobtes &uuml;bernahm, jedoch einiges bei den Entwicklungskosten der Experimente. Praktisch gleich blieben die Missionskosten und die Kosten f&uuml;r eine Tr&auml;gerrakete und den damals verwendeten GPHS-RTG lagen sogar h&ouml;her als beim Original. So kam ein Panel zu der Einsicht, das ein Nachbau der Raumsonde nur rund 100 Millionen Dollar preiswerter w&auml;re und das war zu wenig f&uuml;r die NASA.<\/p>\n<p>Doch muss das sein? New Horizons wiegt weniger als 500 kg. Es w&auml;re hier auch eine alternative Strategie denkbar: Ein mehrfacher Vorbeiflug an Erde und Venus um die Geschwindigkeit bis zu Jupiter zu erreichen, der sie dann zu Uranus oder Neptun weitersendet. Selbst wenn bei solchen VEGA Trajektorien noch Treibstoff n&ouml;tig ist, weil es sehr schwierig ist, ein Startfenster zu finden bei dem die Planeten so stehen, dass drei bis vier Vorbeifl&uuml;ge ohne kleinere Korrekturen m&ouml;glich sind. Derartige Korrekturen waren auch bei Galileo und Cassini vorgesehen. Doch selbst damit w&uuml;rde eine Raumsonde des &#8222;New Horizons Typs&#8220; vielleicht 800 kg wiegen &#8211; eine kleine Nutzlast welche mit einer Sojus, Taurus oder Falcon 9 zur Venus gestartet werden k&ouml;nnte. Damit w&auml;re es m&ouml;glich die Startkosten auf ein Drittel zu senken. Gleichzeitig w&uuml;rde der wissenschaftliche Wert durch weitere Vorbeifl&uuml;ge steigen.<\/p>\n<p>Das zweite ist der RTG. Diese sind vor allem durch das Plutonium sehr teuer. F&uuml;r das Erbr&uuml;ten des Isotops Pu-238 muss ein Reaktor praktisch f&uuml;r diesen Zweck betrieben werden, er liefern wenig Strom verglichen mit einem konventionellen Reaktor wo das Isotop entsteht aber beim weiteren Betrieb wieder abgebaut wird. Hier liegt die Hoffnung auf der Sterling Technologie. RTG mit dieser Technologie sind zwar nicht leichter aber sie ben&ouml;tigen pro Watt Strom nur die halbe Plutoniummenge. Damit sollten auch die Kosten niedriger sein: Ein neuer RTG sollte in konventioneller Form rund 90 Millionen $ kosten. Vielleicht kann die Sterling Technologie einen f&uuml;r 50 Millionen $ m&ouml;glich machen. Eine Sonde welches beides umsetzt, w&auml;re also vielleicht f&uuml;r 455 Millionen $ zu machen &#8211; ein Preis der auch bei anderen Raumsonden anf&auml;llt. Wenn die Raumsonde mit anderen Nationen entsteht &#8211; z.B. Europa die Sojus 2 stellt und daf&uuml;r Experimente aus Europa mitfliegen &#8211; sollte es doch m&ouml;glich sein zwei Exemplare zu bauen und dann zu Uranus und Neptun zu schicken &#8211; da jede Sonde nur kurzzeitig volle Aufmerksamkeit ben&ouml;tigt &#8211; wenn ein kritisches Man&ouml;ver ansteht oder ein Vorbeiflug ansteht, dann k&ouml;nnten auch die Missionskosten niedriger sein, da ein Team beide Sonden betreuen kann.<\/p>\n<p>Die Experimentelle Ausr&uuml;stung von New Horizons ist schon recht gut. Da Staub bei beiden Riesenplaneten wichtig ist w&auml;re wohl ein bessere Staubdetektor anzuraten. Auch wird ein Magnetometer f&uuml;r die durchaus komplexen Magnetfelder n&ouml;tig sein. Das n&ouml;tige Zusatzgewicht k&ouml;nnte durch ein Kombiinstrument &#8211; zumindest f&uuml;r das Vis\/Ir Spektrometer und die Kamera eingespart werden. Ein derartiges Instrument setzt eine gemeinsame Optik f&uuml;r beide Sensoren ein und ein Strahlenteiler oder Spiegel schaltet jeweils einen Sensor der Oprtik zu. Geht dies auch noch mit dem UV Spektrometer ist sogar ein deutlich gr&ouml;&szlig;eres Instrument m&ouml;glich &#8211; entsprechend einer l&auml;ngeren Beobachtungszeit.<\/p>\n<p>Ich glaube auch die irdischen Teleskope nicht eine Raumsonde ersetzen, sehr wohl aber erg&auml;nzen: Die h&ouml;here Aufl&ouml;sung erlaubt es Ph&auml;nomene en Detail zu untersuchen., w&auml;hrend Teleskope auf der Erde immerhin mit der groben Aufl&ouml;sung es erlauben zu verfolgen &uuml;ber einen l&auml;ngeren Zeitraum wie sich die Grobstruktur ver&auml;ndert.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Auf den heutigen Blogeintrag bin ich gekommen, nachdem ich einen Artikel &uuml;ber das Jubil&auml;um von Pluto las &#8211; er wurde vor 80 Jahren entdeckt. 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