{"id":846,"date":"2007-08-08T13:43:30","date_gmt":"2007-08-08T11:43:30","guid":{"rendered":"http:\/\/bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=846"},"modified":"2009-06-26T22:44:51","modified_gmt":"2009-06-26T20:44:51","slug":"wie-komme-ich-preiswert-in-den-weltraum","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2007\/08\/08\/wie-komme-ich-preiswert-in-den-weltraum\/","title":{"rendered":"Wie komme ich preiswert in den Weltraum?"},"content":{"rendered":"<p>Eine gute Frage, denn schlie&szlig;lich hat es ja in den letzten Jahrzehnten eine Menge Versuche gegeben die Startkosten zu minieren. Der Space Shuttle sollte alles viel billiger machen, ist aber heute die teuerste M&ouml;glichkeit Nutzlasten zu starten. Gerade das Gegenteil passierte bei kommerziellen Starts: Nimmt man die Startkosten und korrigiert den Anstieg der Inflation, so ist heute eine Ariane 5 weitaus preiswerter als eine Ariane 1 vor 25 Jahren. In absoluten Zahlen ist sie aber immer noch teuer mit Startkosten von 7000 Euro pro Kilo.<\/p>\n<p><!--more--><\/p>\n<p>Das billigste Transportmittel um Nutzlasten in den Orbit zu transportieren ist es keine Rakete zu benutzen. Nach heutigem Stand der Technik d&uuml;rfte dies &uuml;ber Beschleunigung durch elektrische oder magnetische Felder am besten gehen. Immer wieder propagiert werden auch Kanonen gigantischer L&auml;nge. Immerhin: Gerald Bull, der diese Technologie nach dem zweiten Weltkrieg entwickelte und f&uuml;r den Irak an einer &#8222;Babylon&#8220; Kanone baute erreichte in den 60 er Jahren mit mehrfach verl&auml;ngerten 40 cm Kanone eine H&ouml;he von 180 km, was einer Geschwindigkeit von 1890 m\/s entspricht (in Wirklichkeit h&ouml;her, da nat&uuml;rlich noch der Luftwiderstand dazu kommt). Diese Kanone wog 100 t und hatte eine L&auml;nge von 36 m. Vorg&auml;nger dieser war die V-3 aus dem zweiten Weltkrieg, die nie fertig gestellt wurde. Sie sollte bei 140 m L&auml;nge ein 0.15 m dickes und 140 kg schweres Geschoss auf 1500 m\/s beschleunigen. Das entsprach einer Reichweite von 165 km. Schon vorher kam man bei Berechnungen zu dem Schluss das eine 900 m lange Kanone, welche einen Vakuumverschluss hat ein Projektil auf Fluchtgeschwindigkeit bringen kann.<\/p>\n<p>Das ist beeindruckend, doch f&uuml;r einen Orbit fehlen da noch 6000 m\/s und da die Rohrl&auml;nge linear mit der Beschleunigungsstrecke anw&auml;chst braucht man eine enorm lange Kanone. Bull arbeitete sp&auml;ter f&uuml;r den Irak an einer &#8222;Babylon 2&#8220; Kanone &#8211; Eine Kanone von 156 m L&auml;nge und 1 m Durchmesser welche mit 9000 kg Pulver ein Projektil von 600 kg Gewicht &uuml;ber eine Entfernung von 1000 km oder 2000 kg in eine suborbitale Bahn bringen sollte. Dort w&auml;re ein Raketenmotor gez&uuml;ndet worden, welche dann einen Orbit erreicht h&auml;tte. Das entspricht einer Beschleunigung von 600 kg auf 6080 m\/s oder 2000 kg auf 3800 m\/s. Mit einem Raketenmotor h&auml;tte man dann 200 kg in eine Orbitalbahn bef&ouml;rdern k&ouml;nnen f&uuml;r einen Preis von 120.000 Dollar pro Schuss oder 600 Dollar pro Kilogramm Nutzlast.<\/p>\n<p>Gerald Bull wurde 1990 von israelischen Geheimagenten ermordet. Sp&auml;ter fanden UN Inspektoren die teilweise fertiggestellte Kanone und lie&szlig;en sie zerst&ouml;ren.<\/p>\n<p>Eine Kanone ist zwar preiswert zu bauen, ein k&uuml;rzlich proklamierter Vorschlag geht von 157 Millionen USD Investitionskosten f&uuml;r eine Kanone aus, welche eine Nutzlast auf &#8222;fast&#8220; Satellitengeschwindigkeit bringt, so dass man nur noch einen kleinen Antrieb von etwa 1\/3 der Startmasse braucht. Doch die Belastung ist sehr hoch und der Sprengstoff ist auch nicht gerade billig.<\/p>\n<p>Es geht, wenn es nur um die Energiekosten geht noch billiger: Mit der Beschleunigung mittels Magnetfelder \/ elektrischer Felder. das ist im Prinzip das gleiche Prinzip wie bei einer Magnetschienenbahn. ein metallener K&ouml;rper wird ber&uuml;hrungslos beschleunigt indem ein Magnetfeld \/ elektrisches Feld &uuml;ber eine Beschleunigungsstrecke verschoben wird. Das wird heute schon benutzt um Projektile zu beschleunigen z.B.. um Meteoritenaufschl&auml;ge zu simulieren.<\/p>\n<p>Im Prinzip kann man mit einer &#8222;Railgun&#8220; unter dieser Bezeichnung laufen die Antriebe das gleiche wie bei einer normalen Kanone, nur ist man flexibler und der Treibstoff ist elektrischer Strom. Eine ESA Studie ergab dass man f&uuml;r 50 Millionen Euro eine Railgun von 180 m L&auml;nge bauen kann die 60 kg in einen Orbit transportiert. 20 kg sollen davon Nutzlast sein, der Rest Schutz und antrieb. Als Kosten fallen nur die Stromkosten von 3.5 GJ an, das sind etwa 1000 kWh elektrische Energie, also heute f&uuml;r etwa 200-250 Euro zu haben. Das entspricht ph&auml;nomenal g&uuml;nstigen 10-13 Euro pro Kilogramm Nutzlast (in der Praxis wegen der Projektmasse und des Antriebs nat&uuml;rlich doch h&ouml;her).<\/p>\n<p>Vor allem aber kann man anders als bei Kanonen die Beschleunigung kontrollieren. Die 180 m sind die minimale L&auml;nge, doch man kann eine solche Railgun auch l&auml;nger bauen. Je l&auml;nger die Beschleunigungsstrecke ist desto geringer die Beschleunigung und desto mehr Anwendungsm&ouml;glichkeiten gibt es. Die 180 m Railgun erreicht 6000 m\/s Geschwindigkeit in 0.060 s, beschleunigt also mit mehr als 10000 facher Erdbeschleunigung. Das &uuml;berstehen nur robuste Gegenst&auml;nde. (1 g = 9.81 m\/s?)<\/p>\n<p>Je langsamer man beschleunigt, desto mehr Strecke braucht man. Mein Lieblingsbeispiel ist das der Kilimandscharo. Er ist ein isolierter erloschener Vulkan in Afrika. Er erhebt sich bis 5895 m H&ouml;he, 4000 m &uuml;ber ein Hochplateau von 1800 m H&ouml;he. Baut man an seiner Flanke eine Beschleunigungsstrecke im 30 Grad Winkel so hat man schon eine Strecke von 8000 m &#8211; Gegen&uuml;ber der 180 m Kanone geht die Beschleunigung auf 450 g zur&uuml;ck. F&uuml;r Gold legt man in S&uuml;dafrika bis zu 3900 m tiefe Minen an &#8211; Verl&auml;ngert man die Stecke bis in diese Tiefe so hat man eine H&ouml;hendifferenz von 8000 m und eine Beschleunigungsstecke von 16000 m im 30 Grad Winkel .- Entsprechend &#8222;nur&#8220; noch 200 g Beschleunigung.<\/p>\n<p>Die Investitionskosten f&uuml;r eine solche Anlage w&auml;re nat&uuml;rlich erheblich gr&ouml;&szlig;er &#8211; allerdings wegen der geringeren Beschleunigung auch der Einsatzbereich. Trotzdem wird sie wohl nie gebaut werden. Was kann man realistisch erweise so starten? Keine Satelliten im heutigen Sinn, die sind vielleicht f&uuml;r 10g ausgelegt aber nicht f&uuml;r 200. Wahrscheinlich Materialen, Werkezuge, Rohstoffe. Diese werden im Orbit dann benutzt um dort irgend etwas herzustellen, was man auf der Erde schwer herstellen kann wie Einkristalle oder Legierungen von Metallen sehr unterschiedlicher dichte. Solange es aber keine Fabrik im Orbit gibt wird dies immer ein Zukunftstraum bleiben&#8230;.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Eine gute Frage, denn schlie&szlig;lich hat es ja in den letzten Jahrzehnten eine Menge Versuche gegeben die Startkosten zu minieren. Der Space Shuttle sollte alles viel billiger machen, ist aber heute die teuerste M&ouml;glichkeit Nutzlasten zu starten. 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