{"id":601,"date":"2009-01-29T13:24:10","date_gmt":"2009-01-29T12:24:10","guid":{"rendered":"http:\/\/bernd-leitenberger.de\/blog\/2009\/01\/29\/mit-ionentrieebwerken-zum-mond\/"},"modified":"2009-01-30T11:20:32","modified_gmt":"2009-01-30T10:20:32","slug":"mit-ionentrieebwerken-zum-mond","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2009\/01\/29\/mit-ionentrieebwerken-zum-mond\/","title":{"rendered":"Mit Ionentriebwerken zum Mond"},"content":{"rendered":"\n<p>Ich habe ja schon vor einigen Tagen &uuml;ber Ionentriebwerke geschrieben. Das Res&uuml;mee war, dass ihr Einsatz sich bei Raumsonden nur bei h&ouml;heren Geschwindigkeiten lohnt. Es gibt noch andere Kritikpunkte. So muss der Van Allen G&uuml;rtel durchflogen werden und dies kann die Elektronik sch&auml;digen. Die Zeit bis das Ziel erreicht wird ist viel l&auml;nger, was deutlich h&ouml;here Missionskosten verursacht. Bei einer Raumsonde zum Mond sind meiner Ansicht nach die Nachteile gr&ouml;&szlig;er als die Vorteile, au&szlig;er es gibt andere Faktoren, so wie bei SMART-1 der kosteng&uuml;nstige Transport in einen GTO Orbit.<\/p>\n<p>Doch wie sieht dies bei Lasttransporten aus? Ich habe irgendwo mal &uuml;berflogen, das ein langfristiges Ziel des &quot;Constellation&quot; Programmes (Warum denke ich dabei immer an Star-Trek?) eine permanente Mondbasis w&auml;re. Mit chemischen Antrieb muss man um 3100 m\/s um zum Mond zu kommen und um weitere 2400 m\/s wenn direkt gelandet wird oder aufgeteilt in zwei Man&ouml;ver 800 m\/s um einen Orbit zu erreichen und 1600 m\/s um zu landen (plus einige 100 m\/s Reserve). Mit einem Ionenantrieb braucht man deutlich mehr: 6500 m\/s um zum Mond zu gelangen (Startbahn mit 7500 m\/s) und 1600 m\/s um in den Orbit zu gelangen. Warum als diesen Umweg gehen?<\/p>\n<p><!--more--> <\/p>\n<p>Nun alle Nachteile m&uuml;ssen gegen Vorteile aufgerechnet werden: In diesem Falle Transportkosten. Wenn ich eine Ares V einsetze, dann denke ich werden die Startkosten sehr hoch liegen und dies nur um viel Treibstoff zu transportieren. Im Idealfall (Wenn man Wasserstoff\/Sauerstoff mit einem spezifischen Impuls von 4400 m\/s verwendet wird), dann gelangen von 150 t Startgewicht im LEO Orbit noch etwa 61.8 t in den Mondorbit. Wenn die leere Stufe etwa 8.8 t wiegt gelangen also noch 53 t in einen Mondorbit. Geplant ist derzeit aber eine Stufe mit lagerf&auml;higen Treibstoffen, so dass es eher weniger sein wird. <\/p>\n<p>Bei einem Ionentriebwerk betr&auml;gt (bei 34 km\/s Ausstr&ouml;mgeschwindigkeit) der Treibstoffverbrauch nur 31.8 t. Doch das ist nur eine Seite der Medaille. Sowohl Triebwerke, wie vor allem die Stromversorgung wiegen viel mehr. Das Gewicht ist abh&auml;ngig von der Zeit die man sich l&auml;sst um zum Mond zu gelangen. Nehmen wir ein knappes Jahr (360 Tage) an, so wird bei 75 % Wirkungsgrad eine Dauerleistung von 800 kW bei rund 35 N Schub. Bei einem Fl&auml;chengewicht von 4 kg\/m? und einem Wirkungsgrad von 25 % resultiert eine Leistung von 84 W\/kg. Die Solarzellen wiegen also rund 9600 kg. Die Ionentriebwerke m&ouml;gen weitere 1500 kg wiegen (mit Hochspannungserzeugung) und die Tanks f&uuml;r den f&uuml;r den Treibstoff weitere 3400 kg. so kommt man beim Ionenantrieb auf folgende Massenbilanz (f&uuml;r 1 Jahr Reisedauer):<\/p>\n<ul>\n<li>Treibstoff: 31.8 t<\/li>\n<li>Solarzellen: 9.6 t<\/li>\n<li>Tanks: 3.4 t<\/li>\n<li>Ionentriebwerke: 1.5 t<\/li>\n<li>Gesamt: 46.3 t<\/li>\n<li>Nutzlast: 103.7 t.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Das ist fast die doppelte Nutzlast wie beim chemischen Antrieb. <strong> Aaaber<\/strong>: Es kommt noch besser. Einmal gestartet, m&uuml;sste man nur etwas mehr Treibstoff mitf&uuml;hren um zur&uuml;ck zur Erde zu fliegen und dann erneut eine Nutzlast mitzunehmen (mit weiterem Treibstoff, denn man dann einfach umpumpt). Dazu braucht man nur 3.7 t Treibstoff und die R&uuml;ckreise geht auch fast 10 mal schneller (in weniger als 2 Monaten). Das reduziert die Nutzlast beim ersten Start zwar von 103.7 auf 100 t . Aber beim n&auml;chsten Start muss nur noch der Treibstoff und die Nutzlast in den Orbit gebracht werden. <\/p>\n<p>Beim n&auml;chsten Start sieht die Massenbilanz dann so aus:<\/p>\n<p>Solarzellen: 9.6 t<br \/> Tanks: 3.4 t<br \/> Ionentriebwerke: 1.5 t<br \/> Gesamt: Raumtransporter:13.5 t<\/p>\n<p>Neue Nutzlast: 107.6 t<br \/> Neuer Treibstoff: 34.8+3.7 t<br \/> Tanks f&uuml;r neuen Treibstoff: 3.9 t <br \/> Gesamt: Zweiter Flug 150 t.<\/p>\n<p>Ab dem zweiten Flug kann also eine Nutzlast von 107.6 t transportiert werden &#8211; die doppelte Nutzlast eines chemischen Antriebs. Vor allem rentieren sich dann aber auch die Investitionskosten f&uuml;r das Antriebsmodul. Die Solarzellen, die Ionentriebwerke, das alles ist ja nicht f&uuml;r Lau zu haben. Ich denke es wird einige Fl&uuml;ge geben, bis man ein Modul aufgeben muss. Das limitierende scheinen nach meiner bisherigen Kenntnis nicht die Solarzellen oder Ionentriebwerke selbst zu sein, sondern die Spannungskonverter, welche die Hochspannung erzeugen. Heute Typen haben eine Gesamtbetriebszeit von etwa 3-5 Jahren. Das w&uuml;rde immerhin 3-5 Fl&uuml;ge erlauben. (Oder man baut mehrere ein, nach ein paar Jahren nimmt die Listung der Solarzellen aber auch stetig ab).<\/p>\n<p>Was kann man einsparen? Ich halte es f&uuml;r unwahrscheinlich, dass die Ares V signifikant billiger wird als eine Ariane 5 ECA, welche eine f&uuml;r kommerzielle Zwecke optimierte Rakete ist, mit relativ hoher Startfrequenz. Davon kostet ein Start rund 100 Millionen Euro bei rund 20 t Nutzlast. Die 7 mal gr&ouml;&szlig;ere Ares w&uuml;rde dann rund 700 Millionen Euro kosten. Schon bei einem einmaligen Transfer w&uuml;rden so 700 Millionen Euro an Transportkosten gespart werden. Ist der Raumschlepper billiger, gibt es eine Ersparnis. Bei angenommenen 3 Fl&uuml;gen transportiert ein Raumschlepper 2*107.6 t und einmal 99.3 t also 314.5 t, das entspricht 6 Fl&uuml;gen mit einem chemischen Antrieb und einer Ersparnis von 3&#215;700 Millionen Euro = 2100 Millionen Euro.<\/p>\n<p>Auf dem Mond w&uuml;rden von 106.9 t bei einem chemischen Antrieb (v=1900 m\/s, V<sub>spez<\/sub>=3100 m\/s) noch 58.2 t an. Rechnet man 18.2 t f&uuml;r Landegestell, Triebwerk, Tanks und Beh&auml;ltnisse, so bleiben rund 40 t f&uuml;r die Nutzlast. Das ist eine ziemliche Menge. Nach dieser Meldung soll ein unbemannter Altair Lander 14 t zum Mond bringen und <a href=\"http:\/\/www.flightglobal.com\/articles\/2008\/10\/02\/316680\/spacex-offers-nasa-80-million-lunar-cargo-lander-service.html\">SpaceX will 1000 kg f&uuml;r 80 Millionen transportieren<\/a> &#8211; Eine 40 t Nutzlast h&auml;tte somit einen Wert von rund 3200 Millionen Dollar. Die Vorteile f&uuml;r den Lastentransport liegen also auf der Hand. <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Ich habe ja schon vor einigen Tagen &uuml;ber Ionentriebwerke geschrieben. Das Res&uuml;mee war, dass ihr Einsatz sich bei Raumsonden nur bei h&ouml;heren Geschwindigkeiten lohnt. Es gibt noch andere Kritikpunkte. So muss der Van Allen G&uuml;rtel durchflogen werden und dies kann die Elektronik sch&auml;digen. Die Zeit bis das Ziel erreicht wird ist viel l&auml;nger, was deutlich [&hellip;]<\/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":[],"class_list":["post-601","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-raumfahrt","entry"],"a3_pvc":{"activated":false,"total_views":720,"today_views":0},"jetpack_featured_media_url":"","jetpack-related-posts":[{"id":18695,"url":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2026\/06\/06\/nasa-chaos-um-blue-moon-und-artemis-3\/","url_meta":{"origin":601,"position":0},"title":"NASA Chaos um Blue Moon und Artemis 3","author":"Bernd Leitenberger","date":"6. 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