{"id":8054,"date":"2013-06-24T00:43:52","date_gmt":"2013-06-23T22:43:52","guid":{"rendered":"http:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=8054"},"modified":"2013-06-24T10:06:33","modified_gmt":"2013-06-24T08:06:33","slug":"was-kostet-ein-europaisches-mondprogramm","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2013\/06\/24\/was-kostet-ein-europaisches-mondprogramm\/","title":{"rendered":"Was kostet ein europ&auml;isches Mondprogramm?"},"content":{"rendered":"<p>Bei meiner Satire &uuml;ber die Weltraumpartei hat sich ja eine Nebendiskussion entsponnen, ob man ein europ&auml;ische Mondprogramm durchf&uuml;hren k&ouml;nnte und was konnte es kosten (dort als &#8222;deutsches&#8220; angegeben, doch wegen der Beteiligung von Frankreich und Italien in den Kernelementen, w&auml;re es ein europ&auml;isches). Nun die Kostenabsch&auml;tzung wird immer spekulativ sein, doch ich will mal einen &#8222;best guess&#8220; abgeben und die Zahlen soweit es geht begr&uuml;nden.<!--more--><\/p>\n<p>Fangen wir mal an zu untersuchen, was das Apolloprogramm gekostet hat. Da gibt es einige Zahlen die sich leicht unterscheiden. Die <a href=\"http:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Apollo_program#Program_cost\">Wikipedia<\/a> referenziert 25,4 Milliarden Dollar, die ich auch von anderen Quellen kenne. Die Differenzen entstehen dadurch dass die NASA Zwischenberichte machte das das ganze bisher kostete und wenn man den von 1969 nimmt, ist man billiger dran (23,5 Milliarden) als beim Abschlussbericht und daran ob man nur die Dollar die ausgegeben wurden addiert (dann ist man bei 20,9 Milliarden) oder man die<a href=\"http:\/\/www.thespacereview.com\/article\/1579\/1\"> Inflation ber&uuml;cksichtigt<\/a> (29,3 Milliarden in 1975).<\/p>\n<p>Aber nehmen wir mal die dortige Aufschl&uuml;sselung:<\/p>\n<ul>\n<li style=\"margin-bottom: 0.1em;\">Apollo spacecraft: $7,945.0 million<\/li>\n<li style=\"margin-bottom: 0.1em;\">Saturn I launch vehicles: $767.1 million<\/li>\n<li style=\"margin-bottom: 0.1em;\">Saturn IB launch vehicles: $1,131.2 million<\/li>\n<li style=\"margin-bottom: 0.1em;\">Saturn V launch vehicles: $6,871.1 million<\/li>\n<li style=\"margin-bottom: 0.1em;\">Launch vehicle engine development: $854.2 million<\/li>\n<li style=\"margin-bottom: 0.1em;\">Mission support: $1,432.3 million<\/li>\n<li style=\"margin-bottom: 0.1em;\">Tracking and data acquisition: $664.1 million<\/li>\n<li style=\"margin-bottom: 0.1em;\">Ground facilities: $1,830.3 million<\/li>\n<li style=\"margin-bottom: 0.1em;\">Operation of installations: $2,420.6 million.<\/li>\n<\/ul>\n<p>&Uuml;ber die Kosten von LM und CSM habe ich auch folgende Kosten von 4 Milliarden f&uuml;r das CSM und 1,4 bis 2 Milliarden f&uuml;r das LM gefunden. Auch wenn diese Angaben nicht zu den obigen passen, so ist doch das LM deutlich billiger. Nehmen wir mal im folgenden 50% der CSM Kosten f&uuml;r das LM an.<\/p>\n<p>Man muss aber auch einiges &uuml;ber das Apolloprogramm wissen, um die Kosten einzusch&auml;tzen. Das erste ist das es &#8222;schedule driven&#8220; war. Es gab einen fixen Termin f&uuml;r die erste Mondlandung. Die Kosten waren zweitrangig. Das zweite war die Ausgangsbasis. Als Apollo im Mai 1961 beschlossen wurde, hatte die leistungsf&auml;higste US-Tr&auml;gerrakete die Atlas Agena eine Nutzlast von 2.500 kg. Es musste eine Rakete mit der 50-fachen Nutzlast konstruiert werden. Es gab bisher einen Raumflug von 15 Minuten Dauer &uuml;ber eine H&ouml;he von weniger als 200 km. Apollomissionen dauerten 12 Tage und f&uuml;hrten auf 400.000 km Entfernung. Kurzum: viel Geld wurde investiert um &uuml;berhaupt erst einmal die Technologie zu gewinnen die man brauchte. Sie steht heute aber zur Verf&uuml;gung und die Spr&uuml;nge und Ausgaben sind daher kleiner.<\/p>\n<p>Ein weiterer Punkt ist, das Apollo beim damaligen Stand der Technik &auml;u&szlig;ert personalintensiv war. Zur Spitzenzeit sollen je nach Sch&auml;tzung 250.000 bis 400.000 Personen an Apollo gearbeitet haben. Beim Countdown arbeiteten 450 Personen im Kontrollzentrum, die Bergungsflotte der US-Navy umfasste mehr als 10.000 Mann und diese Kosten musste die NASA &uuml;bernehmen. Daf&uuml;r braucht man heute weitaus weniger Personen. Was bleibt sind Investitionen in Infrastruktur. Die Anlagen am KSC wurden auch beim Space shuttle weiter benutzt und nur abge&auml;ndert. Als das DoD eine zweite Startanlage in Vandenberg errichtete kostete dies rund 3 Milliarden Dollar.<\/p>\n<p>So, nach den Vorworten, kommen wir zu dem wie wir ein europ&auml;isches Mondprogramm anlegen k&ouml;nnen. Dreh- und Angelpunkt ist eine Tr&auml;gerrakete. In einem Scenario hat EADS eine Ariane 5 mit 50 t <a href=\"http:\/\/esamultimedia.esa.int\/docs\/exploration\/ReferenceArchitecture\/Final%20ReviewJan09\/04_Human_moon_mission_version9esa120109.pdf\">Nutzlast entworfen<\/a>. Die genauen Daten sind nicht bekannt. Sie hat aber 6 Booster und eine gr&ouml;&szlig;ere Oberstufe. Bei etwa 50 t f&uuml;r die Oberstufe w&uuml;rde eine Nutzlast von 50 t LEO oder rund 13 t LTO m&ouml;glich. Die Daten von EADS Astrium sind f&uuml;r die Oberstufe relativ &#8222;robust&#8220;, 49 t Startmasse und 10 t Trockenmasse, selbst wenn man nur die ESC-B verl&auml;ngert und ein zweites Triebwerk einbaut, also sich keine M&uuml;he gibt besonders gleichgewichtig zu konstruieren, sollte eine Trockenmasse von 8 t m&ouml;glich sein. W&uuml;rde man eine leichtgewichtige Oberstufe konstruieren, dann w&auml;ren es wohl eher 5-6 t, In der Summe ist eine LTO Nutzlast von 15 bis 16 t m&ouml;glich. Legt man die Oberstufe gleich auf diese Last aus, so wird sie auch leichtgewichtiger, da sie rund 35 t weniger Last tragen muss.<\/p>\n<p>Man braucht dann mehrere Fl&uuml;ge um zum Mond zu gelangen. Es gibt mehrere M&ouml;glichkeiten. Die eine die ich auch schon mal vorgeschlagen habe und die auch das Szenario einsetzt ist es in einem Erdorbit alles zusammenzubauen. Danach koppelt eine ESC-B an und transportiert es in eine immer h&ouml;here Ellipsenbahn, die am Schluss beim Mond endet.<\/p>\n<p>Eine zweite M&ouml;glichkeit ist es in einen Mondorbit eine Auftankstufe zu bringen. LEM und CSM werden getrennt gestartet. Im Mondorbit dann von der Auftankstufe aufgetankt. Denkbar ist auch eine Kombination beides. So kann man eine Mondmission auf drei bis vier Missionen aufteilen. Die Nutzlast w&auml;re bei drei Missionen mit der einer Saturn V vergleichbar.<\/p>\n<p>Die Ariane 5 ESCB wird gerade entwickelt. Von ihr unterscheidet sich die Ariane 5 50 t nur durch verl&auml;ngerte ESC-B Tanks und und ein zweites Triebwerk im Schubrahmen und vier weitere Booster. So was m&uuml;sste nicht so teuer sein. Ben&ouml;tigt wird auch eine neue Startanlage und weitere Geb&auml;ude f&uuml;r die Nutzlastvorbereitung. Rechnen wir mal mit 4-5 Milliarden f&uuml;r Infrastruktur im CSG und und die Ariane 50 t.<\/p>\n<p>Einfacher ist es beim CSM. F&uuml;r das ATV wurde ja schon die Weiterentwicklung zu einem Crewvehicle untersucht. Von diesem unterscheidet sich ein Mondgef&auml;hrt dadurch, dass ein Crew Vehicle wahrscheinlich nicht 12-14 Tage autonom fliegt sondern schnell die ISS anfliegt und wieder ablegt. Das ist jedoch mit mehr Sauerstofftanks und einigen Kohledioxidfiltern, sowie Wasser und Nahrungsmitteln l&ouml;sbar. Etwas problematischer ist das das ATV recht schubschwache Triebwerke hat. Selbst wenn alle vier zusammen arbeiten brauchen sie rund f&uuml;nf Stunden um eine 20 t schwere Kombination in einen Mondorbit zu bringen. Auch von der Treibstoffeffizienz (h&ouml;herer spezifischer Impuls) w&auml;re ein schubst&auml;rkeres Triebwerk ideal. EADS hat als Prototyp das Aestus II, ein Aestus mit Turbopumpe und 55,6 kN Schub und einem hohen spezifischen Impuls von 3345 m\/s. EADS sch&auml;tzte die Entwicklungskosten f&uuml;r ein CRV auf 2-3 Milliarden Euro. Nehmen wir noch 1 Milliarde f&uuml;r Modifikationen f&uuml;r Langzeitmissionen und Einbau des Triebwerks hinzu, dann ist man bei 3-4 Milliarden.<\/p>\n<p>V&ouml;llig neu zu entwickeln w&auml;re der Mondlander. Hier kann man dann nur die Kosten absch&auml;tzen. ATV und CRV Entwicklung zusammen machen rund 4,4 bis 5,4 Milliarden Dollar aus, bei Apollo war der Lander f&uuml;r die H&auml;lfte zu haben. Das w&auml;ren rund 2-3 Milliarden Euro.<\/p>\n<p>Dazu k&auml;men die Fl&uuml;ge, die anders als bei Apollo, nicht in den Kosten enthalten sind. Was bekannt ist: Ein Ariane 5 Start kostet 160 Millionen Euro, ein ATV 280 Millionen Euro. Eine Rakete mit vergr&ouml;&szlig;erter Oberstufe und mehr Booster w&uuml;rde bei gleichen Kosten pro Tonne 240 Millionen Euro kosten. Ein bemannter ATV das doppelte eines unbemannten Exemplars &#8211; 560 Millionen Euro. ein Mondlander dann weitere 300 Millionen. Das w&auml;ren dann bei drei Starts 1580 Millionen Euro pro Mission. Apollo umfasste sieben geplante Landungen und vier Vorbereitungsmissionen. Heute w&uuml;rde man wohl nur zwei Vorbereitungsmissionen durchf&uuml;hren. Das w&auml;ren dann 9 Starts mit 27 Raketen mit Kosten von 14220 Millionen Euro.<\/p>\n<p>Dazu k&auml;men nat&uuml;rlich noch Kosten f&uuml;r weitere Infrastruktur und Programmkosten hinzu. Ich sch&auml;tze das mal auf weitere 2 Milliarden Euro. Dann w&auml;ren wir zusammen bei 25,22 bis 28,22 Milliarden Euro. Apollo wurde &uuml;ber einen Zeitraum von 10 Jahren durchgef&uuml;hrt, das w&auml;ren 2,6 Milliarden pro Jahr, in etwa so viel wie die ESA heute insgesamt zur Verf&uuml;gung hat. Das entspricht auch der Situation bei Apollo als das Programm rund 60% des NASA Budgets ausmacht. Es ist jedoch inflationskorrigiert billiger als Apollo, das 109 Milliarden Dollar im Wert von 2010 umfasste. Es kostet also nur etwa 25-30% dessen. Allerdings bauen wir auch keine drei Tr&auml;gerraketen und diese ist noch dazu kleiner. Bei Apollo machte die Saturn Entwicklung rund 40% der Kosten aus.<\/p>\n<p>Es gibt auch Chancen, Chancen die Apollo nicht hatte, bei dem man zuerst mal nur das Ziel einer Mondlandung hatte und dann erst an die Wissenschaft dachte. Da die einzelnen Bestandteile getrennt gestartet werden ist es auch m&ouml;glich, anstatt einem Mondlander ein Mondhabitat zu starten. Es w&uuml;rde direkt landen, computergesteuert auf Basis von Radar, Altimeter und Kameras die heute in Echtzeit bodenaufnahmen auf raues Gel&auml;nde untersuchen k&ouml;nnen. Ein 16 t schwerer Lander k&ouml;nnet rund 6 t auf der Mondoberfl&auml;che absetzen. Nicht viel, aber ausreichend f&uuml;r eine kleine Druckkabine. Eine 5 m durchmessende Kabine mit zwei Stockwerken h&auml;tte rund 39 m\u00b2 Wohnfl&auml;che. Nicht viel, aber f&uuml;r einige Astronauten und einige Tage ausreichend. Damit k&ouml;nnte die Besatzung bei Sonnenaufgang landen und bei Sonnenuntergang starten, wegen der Mondnacht und ohne nukleare Energieversorgung ist ein l&auml;ngerer Aufenthalt nicht m&ouml;glich das sind dann maximal 14 Tage Aufenthalt anstatt 2-3 Tage wie bei Apollo. Analog k&ouml;nnte man in einem zweiten Start schweres Ger&auml;t, Instrumente, Fahrzeuge etc. bringen um diese Zeit auch sinnvoll zu nutzen.<\/p>\n<p>F&uuml;r die Entwicklung eines solchen Habitats k&auml;men weitere Kosten hinzu, aber Columbus ist ja auch ein bemanntes Raumlabor und das kostete nur rund 1 Milliarde Euro. Ein solcher Flug schl&auml;gt dann mit einem solchen Exemplar und Startkosten von 240 Millionen Euro zu Buche.<\/p>\n<p>Die Missionskosten sind meiner Ansicht nach sogar eher zu hoch angesetzt. Wir haben eine hohe Startrate. Wenn von den Zehn Jahren die Starts in den letzten drei Jahren erfolgen, hat man eine Produktionsrate von 9 x\u00a0 50 t Raketen pro Jahr, die zus&auml;tzlich zu den Ariane 5 gefertigt werden. Dadurch m&uuml;ssten St&uuml;ckkosten f&uuml;r Booster und EPC deutlich sinken. Das gilt auch f&uuml;r die Servicemodule. Wir haben derzeit einen ATV Start pro Jahr, es w&auml;ren dann drei der analogen Crewmodule. Gem&auml;&szlig; Lernkurve w&uuml;rde alleine die h&ouml;here St&uuml;ckzahl den Start auf 200 Millionen Euro verbilligen und ein Crewmodul auf 420 Millionen. Das w&auml;ren dann noch 1320 Millionen anstatt 1580 Millionen. Auch sind die Aufschl&auml;ge gro&szlig;z&uuml;gig gerechnet. Ein Mondlander muss z.B. nicht mehr k&ouml;nnen als ein ATV, eher weniger, Ein Crewmodul unterscheidet sich vom ATV nur durch eine Kabine, einige Luftfilter, Anschl&uuml;sse f&uuml;r Wasser und Luft und einen Hitzeschutzschild. das man so was preiswert bauen kann zeigt SpaceX mit der Dragon.<\/p>\n<p>Ich bef&uuml;rchte aber es wird gerade anders kommen. Weil es bemannte Raumfahrt ist, wird man sehr hohe Sicherheitsstandards ansetzen, sehr viel testen und das verteuert alles ungemein. Wenn es aber zu moderaten Kosten zu finanzieren ist &#8211; sagen wir mal 3 Milliarden Euro pro Jahr bin ich voll daf&uuml;r! Bei einem deutschen Anteil von 25% w&auml;ren das f&uuml;r Deutschland weitere 750 Millionen Euro pro Jahr &#8211; sicher nicht eine Summe die wir nicht h&auml;tten. Daf&uuml;r k&ouml;nnten wir 10 Jahren den ersten europ&auml;ischen Astronauten auf dem Mond landen sehen. Das relativ gro&szlig;e CRV w&uuml;rde auch mehr Astronauten zulassen. Bis zu sieben sollen Platz haben, selbst wenn man die Zahl wegen der l&auml;ngeren Missionszeit begrenzt, vier bis f&uuml;nf k&ouml;nnten es schon sein. Da w&auml;ren sicher einige deutsche darunter. Ich denke damit m&uuml;sste man auch die Politiker gewinnen. Nebenher w&uuml;rde, wenn es nicht nur eine Wiederholung von Apollo ist, sondern man ein Mondhabitat angeht, damit mehr Forschung, mehr schweres Ger&auml;t f&uuml;r Tiefenbohrungen oder weite Exkursionen, auch die Mondforschung profitieren. Damit w&uuml;rde es sich von anderen Vorhaben wie von China, wo es nur um das nationale Prestige geht abheben. Denn was in Europa bei der ESA immer ging (anders als bei Deutschland und der NASA) ist das man bemannte Raumfahrt neben unbemannter durchf&uuml;hrt ohne das letztere zusammengestrichen wird. Daher ist es auch als europ&auml;isches Programm gut aufgehoben.<\/p>\n<p>Ich bef&uuml;rchte nur, wenn die ESA eine anfrage bekommt sie es komplett anders als ich machen wird &#8211; eine neue Tr&auml;gerrakete entwickeln, ein neues Crewmodul und dann wird es erheblich teurer und man bekommt eben keinen Auftrag.<\/p>\n<p>Einige Nebeneffekte die man h&auml;tte:<\/p>\n<ul>\n<li>Eine Tr&auml;gerrakete von rund 19 t GTO Nutzlast<\/li>\n<li>Ein Mannschaftstransporter f&uuml;r die ISS oder eine europ&auml;ische Raumstation, die man nat&uuml;rlich mit der Tr&auml;gerrakete auch errichten k&ouml;nnte.<\/li>\n<\/ul>\n<p>doch das w&auml;re mehr etwas f&uuml;r den Artikel &#8211; &#8222;Was kommt nach dem europ&auml;ischen Mondprogramm&#8220;.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Bei meiner Satire &uuml;ber die Weltraumpartei hat sich ja eine Nebendiskussion entsponnen, ob man ein europ&auml;ische Mondprogramm durchf&uuml;hren k&ouml;nnte und was konnte es kosten (dort als &#8222;deutsches&#8220; angegeben, doch wegen der Beteiligung von Frankreich und Italien in den Kernelementen, w&auml;re es ein europ&auml;isches). 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