{"id":3575,"date":"2010-10-10T04:24:55","date_gmt":"2010-10-10T02:24:55","guid":{"rendered":"http:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=3575"},"modified":"2010-10-09T12:26:42","modified_gmt":"2010-10-09T10:26:42","slug":"anstatt-dem-arv","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2010\/10\/10\/anstatt-dem-arv\/","title":{"rendered":"Anstatt dem ARV"},"content":{"rendered":"<p>Da nun die ESA ihre <a href=\"http:\/\/www.spaceflightnow.com\/news\/n1009\/29arv\/\">Marschrichtung<\/a> bei der ATV Weiterentwicklung ver&ouml;ffentlicht hat, nun mein Senf dazu. Die ESA Politik ist ja die Weiterentwicklung des ICC zu einer R&uuml;ckkehrkapsel. Meine Idee geht eher Nutzlastmaximierung.<\/p>\n<p>Das ATV ist ja die eierlegende Wollmilchsau, oder das Non-Plus-Ultra der Transporter. Er kann praktisch alle G&uuml;ter hochtransportieren: trockene Fracht im Druckbeh&auml;lter, Wasser, Gase, Ref&uuml;lltreibstoff und Reboosttreibstoff. Urspr&uuml;nglich waren die letzten beiden die wichtigsten G&uuml;ter, weil nur das ATV soviel davon transportieren kann um die ISS wirksam anzuheben. sonst br&auml;uchte man 3-4 Progresstransporter f&uuml;r diesen Zweck. So wird auch ATV-002 &#8222;Johannes Kepler&#8220; (ich verwende weils k&uuml;rzer zu schreiben ist lieber die Seriennummer) auch als wichtigste Funktion die ISS um 40 km anheben. Nur zwei Einschr&auml;nkungen gibt es: Das ATV kann keine Paletten transportieren und in den Racks nur Fracht, aber keine Einbauracks, weil diese nicht durch den Kopplungsadapter transferiert werden k&ouml;nnen.<!--more--><\/p>\n<p>Bedingt durch die nun geringere Sonnenaktivit&auml;t und den Ausfall der Shuttles wird nun aber mehr Fracht im Druckmodul transportiert werden und die ESA bem&uuml;ht sich das ATV diesen ver&auml;nderten Rahmenbedingungen anzupassen.<\/p>\n<p>Ich habe eine bessere Idee. Das Problem einer eierlegenden Wollmilchsau ist n&auml;mlich dass man alle Systeme mitf&uuml;hren muss. Spezialisiert man sich auf eine Frachtart, so k&ouml;nnte man die Nutzlast maximieren. Zuerst mal eine Vorbemerkung. Das ATV zerf&auml;llt in zwei Teile die erst vor dem Start montiert werden: Dem ICC, also dem Druckbeh&auml;lter in dem auch das Wasser, Ref&uuml;lltreibstoff und Gase in einem abgetrennten Teil untergebracht ist und dem Serviceteil, das eigentliche Raumschiff mit der Elektronik und Stromversorgung. Hier befindet sich der Reboosttreibstoff.<\/p>\n<ul>\n<li>Der ICC wiegt 3,7 t leer, 5,32 t beim Start mit allen Racks und er kann acht Racks und 100 kg Gase, jeweils rund 850 kg Treibstoff und Wasser zur ISS bringen.<\/li>\n<li>Das Servicemodul wiegt 5,32 t und fasst bis zu 6,7 t Treibstoff.<\/li>\n<\/ul>\n<p>So nun meine Idee: Man trennt diese Teile wieder auf in einen &#8222;Trockenfracht-Only&#8220; und einen &#8222;Treibstoff-Only&#8220; Frachter.<\/p>\n<p>Der Trockenfracht-Only ist ein gr&ouml;&szlig;erer ICC, oder vielleicht besser ein wesentlich verl&auml;ngertes MPLM in dem nur Rack bef&ouml;rdert werden. (Ohne Wasser, Gase und Ref&uuml;lltreibstofftransport) Je nachdem ob eine Ankopplung am US-Segment oder russischen Segment vorgesehen ist, mit einem RDS oder CBM Kopplungsadapter an einem Ende und einem passiven russischen Kopplungsadapter am anderen. Es enth&auml;lt keine Elektronik. es werden zwar Ann&auml;herungssysteme ben&ouml;tigt, doch die haben eigene Elektronik und sind mit Batterien versehen und senden ihre Daten &uuml;ber Funk.<\/p>\n<p>Geht man vom MPLM aus, so k&ouml;nnte ein verl&auml;ngertes Modul f&uuml;r 12 Racks rund 6,9 t wiegen. Dazu kommen noch die Systeme f&uuml;r den Kopplungsadapter und die Ann&auml;herungssensoren. Rechnen wir mal mit 7,5 t. Die Fracht k&ouml;nnte ausgehend von den MPLM maximal 13,6 t betragen. Zusammen erhalten wir also einen reinen Frachtkontainer von 21,1 t Startmasse. Bei Komptabilit&auml;t zur derzeitigen Ariane 5 m&uuml;sste die Fracht auf 12,9 t beschr&auml;nkt werden. (20,75 t Startmasse, 0,35 t Nutzlastadapter).<\/p>\n<p>Dieser Container ist eben nur ein Container. Er kann nicht ankoppeln. Er ist ein Frachtmnodul wie das MPLM. Er ist also ziemlich &#8222;dumm&#8220;. Daher braucht man noch ein zweites Gef&auml;hrt. Das &#8222;Treibstoff-Only&#8220; ATV. Es ist ein verl&auml;ngertes Servicemodul mit einem RDS Kopplungsadapter. Da Treibstoff nur Tanks ben&ouml;tigt, kann hier viel zugeladen werden. Ich sch&auml;tze dass 7.3 t mehr Treibstoff zugeladen werden k&ouml;nnen (Trockenmasse nun 6,4 t). Dieses Treibstoff-Only ATV w&uuml;rde dann 20,4 t wiegen bei 14 t Treibstoffzuladung.<\/p>\n<h4>Was ist nun der Sinn des Ganzen?<\/h4>\n<p>Also wir starten erst mal einen &#8222;Trockenfracht-Only&#8220; ATV in einen stabilen Orbit, danach das &#8222;Treibstoff-Only ATV&#8220;. Es koppelt automatisch an den RDS Adapter des Trockenfracht ATV an und bringt ihn nun zur ISS. dort koppelt es je nach Anschluss an das US- oder russische Segment an. Die Fracht wird entladen und der Frachter legt ab. Nun deorbitiert er sich nicht, sondern sinkt durch die Reibung auf eine niedrigere Bahn ab. Hat er 200 km H&ouml;he erreicht, so z&uuml;ndet er die Triebwerke und schl&auml;gt zuerst eine Deorbitbahn ein. Trennt sofort den Frachtbeh&auml;lter an und dreht sich und z&uuml;ndet nochmals die Triebwerke um eine h&ouml;here Bahn zu erreichen. Das Treibstoff-ATV hat damit sich selbst gerettet, den Frachtbeh&auml;lter deorbitiert. Das ATV braucht f&uuml;r alle Man&ouml;ver etwa 1,5 bis 1,8 t Treibstoff f&uuml;r seine Man&ouml;ver. Dieses Gef&auml;hrt ist doppelt so schwer, daher ist die Menge zu verdoppeln. Das Driften bis auf 200 km H&ouml;he erfolgt daher auch um Treibstoff zu sparen. Ich rechne mit 3 t pro Man&ouml;ver. Da ein Treibstoff-ATV aber 14 t Treibstoff mitf&uuml;hrt kann er vier dieser Man&ouml;ver durchf&uuml;hren, oder wenn er mal die ISS anheben muss eben eines weniger.<\/p>\n<p>Der Nutzen wird nun wenn man die Rechnung bef&ouml;rderte Nutzlast pro Start aufmacht.<\/p>\n<ul>\n<li>Fall 1: Nur Treibstofftransport zur ISS: Dann braucht ein Treibstoff-Only ATV 1,8 t Treibstoff, 12,2 t bleiben f&uuml;r die ISS Anhebung: 62% mehr als beim ATV. Dabei d&uuml;rfte das Gef&auml;hrt durch Wegfall des ICC sogar billiger sein.<\/li>\n<li>Fall 2: Nur Trockenfrachttransport zur ISS: Dann wird ein Treibstoff-Only ATV f&uuml;r vier Trockenfracht-ATV ben&ouml;tigt. Das sind dann 4 x 12,9 t Fracht bei f&uuml;nf Starts: 10,32 t pro Start also 37,6 % mehr als beim ATV.<\/li>\n<li>Fall 3: Gemischt: Bei zwei Trockenfrachtern und Reboost der Station sind es 2 x 12,9 t Fracht und 8 t Reboosttreibstoff auf drei Starts also 11,2 t pro Start oder 50% mehr als beim ATV.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Was wegf&auml;llt ist der Transport von Wasser, Ref&uuml;lltreibstoff und Gase. Wasser kann wie beim HTV in Kanistern mitgef&uuml;hrt werden. Zudem ist der Wasserbedarf gesunken weil die NASA ein neues Umweltkontrollsystem bei STS-132 installierte, ein europ&auml;isches das weitere 450 l pro Jahr einspart, ist 2015 geplant. Ref&uuml;lltreibstoff kann von den Progress gebracht werden, genauso wie Gase. Wichtiger war der Reboosttreibstoff beim ATV.<\/p>\n<h4>Andere Vorteile<\/h4>\n<p>Analog wie so ein Frachtbeh&auml;lter transportiert werden kann, kann auch ein Labor bef&ouml;rdert werden. Es gibt aufgrund des Streichens von zwei Modulen und des CRV drei nicht belegte Andockstellen im US-Segment. Anstatt einem &#8222;Treibstoff-Only&#8220; ATV kann auch ein Labor mit einem CBM und einem RDS Adapter gestartet werden. Es wird dann vom Treibstoff-Only ATV zur Station gebracht und im US-Segment angedockt. 20 t Startmasse reicht f&uuml;r ein gut ausgestattetes Labor, auf jeden Fall mehr als ein Space Shuttle zur ISS bringen kann. So k&ouml;nnte die Station ausgebaut werden, wenn schon ein l&auml;ngerer Betrieb geplant ist, dann w&auml;re das sinnvoll. Es st&auml;nde auch ein Gef&auml;hrt zur Verf&uuml;gung um die meisten Module abzukoppeln und zu deorbitieren oder ersetzen. Ausnahme w&auml;ren die Verbindungsknoten, weil immer ein Kopplungspunkt ein RDS sein muss.<\/p>\n<p>Mit 14 t Treibstoff w&auml;re der &#8222;Treibstoff-Only&#8220; ATV auch f&auml;hig die Station zu deorbitieren, wof&uuml;r das heutige ATV mehrere Fl&uuml;ge br&auml;uchte.<\/p>\n<p>Das System ist flexibler als ein ATV, da man wenn es n&ouml;tig ist einen Frachttransporter starten kann und wenn nicht einen Treibstofftransporter. Bei den ATV Fl&uuml;gen 4+5 ist ja die Problematik gegeben, dass vor allem Fracht ben&ouml;tigt wird, w&auml;hrend ATV-002 fast nur Treibstoff trasnportiert &#8211; ein Teil ist immer nur teilbef&uuml;llt.<\/p>\n<h4>Tuning<\/h4>\n<p>Beim Wiederverwenden des einen ATV&#8217;s macht es eigentlich keinen Sinn jedes Mal den Frachtbeh&auml;lter zu deorbitieren. Es w&uuml;rde reichen von der ISS abzukoppeln, die Bahn leicht um einige Kilometer abzusenken und dann den Frachtbeh&auml;lter abzukoppeln und bis zum Start eines neuen Frachters eine h&ouml;here Bahn einzuschlagen (um den eigenen Treibstoffbedarf zu minimieren). Der Frachtbeh&auml;lter sinkt ab und wird von alleine vergl&uuml;hen. Damit er in Einzelteile zerf&auml;llt, sollte einen Selbstzerst&ouml;rungsmechanismus beinhalten der durch Funkkommando aktiviert wird oder noch besser durch einen Temperatursensor, dann sprengt er sich erst wenn er durch die Reibungshitze eh am Vergl&uuml;hen ist. Dann muss er nicht wie das ATV gezielt deorbitiert werden, da die Bruchst&uuml;cke (anders als der komplette Beh&auml;lter) in jedem Falle vergl&uuml;hen und nicht den Erdboden erreichen. Der Vorteil: Die H&auml;lfte des Treibstoffs kann eingespart werden. Rechnet man mit nur noch 2 t pro Kopplungsman&ouml;ver so verbessert such die Frachtbilanz beim reinen Trockenfrachttransport auf 50 % anstatt 37%.<\/p>\n<p>Ich denke auch dass ein reiner Frachtbeh&auml;lter billiger kommt als das Servicemodul, sodass so sogar Einsparungen zu Realisieren sind.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Da nun die ESA ihre Marschrichtung bei der ATV Weiterentwicklung ver&ouml;ffentlicht hat, nun mein Senf dazu. Die ESA Politik ist ja die Weiterentwicklung des ICC zu einer R&uuml;ckkehrkapsel. Meine Idee geht eher Nutzlastmaximierung. Das ATV ist ja die eierlegende Wollmilchsau, oder das Non-Plus-Ultra der Transporter. 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