Herschel: Wohin damit?

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Raumfahrt aus der Froschperspektive
Go for Launch

Dem ESA-Infrarotteleskop Herschel ist Ende April das Kühlmittel ausgegangen, was das Ende dieser phänomenal erfolgreichen Mission bedeutete. Ohne Kühlmittel ist es nicht mehr sinnvoll für astronomische Beobachtungen einsetzbar, da die wissenschaftliche Ausstattung auf den Einsatz im fernen Infrarot ausgelegt ist.

Man stand nun also vor der Frage der zuverlässigen Entsorgung. Die operationelle Bahn war eine weite Lissajous-Schleife um den Lagrange-Punkt L2 im Erde-Sonne System, 1.5 Millionen km “hinter der Erde”. von der Sonne aus gesehen. Diese Region zeichnet sich jedoch durch ein instabiles gravitationelles Gleichgewicht aus. In der Theorie, wenn alle Störkräfte absolut exakt berechenbar wären, könnte ein Objekt dort unbegrenzt lange verweilen. In der Realität gilt jedoch: Wenn man die Bahn einer dort positionierten Raumsonde nicht regelmäßig nachregelt, dann wird sie sich über kurz oder lang aus dieser Region wegbewegen – so wie dem Jongleur im chinesischen Zirkus auch irgendwann einmal ein rotierender Teller von der langen Bambusstange herunterfällt.

Von einer Lissajous-Bahn um einen instabilen Lagrange-Punkt verzweigen mehrere Mannigfaltigkeiten – Gebiete gleicher Bahnenergie wie die Lissajous-Bahn, die mit nur einer minimalen Änderung der Bahn erreichtwerden können. Eine Mannigfaltigkeit ist ein mathematisches Konstrukt mit durchaus realem physikalischem Hintergrund, das man sich als einen langen Korridor oder Schlauch vorstellen kann, der weit bis in eine andere Region des Weltraums reichen kann.

Eine solche Mannigfaltigkeit verzweigt von der Lissajous-Bahn bis hinunter in Erdnähe. Bei weiten Lissajous-Schleifen streift diese Mannigfaltigkeit den niedrigen Erdorbit. Da solche Mannigfaltigkeiten in beiden Richtungen funktionieren, sind sie sehr vorteilhaft für Starts in die Lagrangepunkte, denn es reicht, mit der Rakete in die Mannigfaltigkeit hinein zu starten, natürlich mit genügend hoher Geschwindigkeit, um eine parabolische Bahn zu erreichen, also gerade knapp an der Grenze zur Erdflucht. Danach werden außer kleinen Bahnkorrekturen keine Triebwerksmanöver mehr gebraucht, um die Lissajous-Bahn zu erreichen, das Raumfahrzeug flutscht über die Mannigfaltigkeit in seine Zielbahn. Die Kehrseite der Medaille ist, dass es auch wieder zurückflutschen kann, und dann einige Monate später wieder sehr nahe an der Erde vorbeikommt oder aber in die Atmosphäre eintritt.

Von engen Lissajous-Bahnen verzweigen Mannigfaltigkeiten, die in weitaus größerem Abstand an der Erde vorbeiführen. Wenn man in so eine enge Lissajous-Bahn will, muss das Raumfahrzeug selbst noch erhebliche Triebwerksmanöver ausführen, oder aber, man holt sich den erforderlichen Schwung bei einem Mondvorbeiflug. Aus einer engen Lissajous-Bahn kommt ein Satellit nicht so leicht zur Erde zurück, es sei denn, er begegnet auf seiner Reise durch den Schlauch der Mannigfaltigkeit dem Mond, dessen Schwerkraft ihn Richtung Erde umlenkt. Das ist allerdings eher als unwahrscheinlich einzustufen.

Nun war die operationelle Trajektorie von Herschel aber eine weite Lissajous-Bahn, sodass durchaus das Risiko eines unkontrollierten Absturzes auf die Erde bestand. Zum Glück verzweigen von der operationellen Trajektorie auch Mannigfaltigkeiten in die Gegenrichtung – diese gehen in reine heliozentrische, aber immer noch erdbahnähnliche Orbits über. Solche Bahnen begegnen zwangsläufig immer wieder der Erde. Wenn man nicht nachhilft, dann vergehen etwa 30 Jahre zur Wiederkehr, wie das Beispiel einer Raketen-Oberstufe zeigt, die 1969 in eine sehr hohe elliptische Bahn um die Erde geschossen wurde und später in eine Bahn um die Sonne überging und die man bei ihrer Rückkehr im Jahre 2002 zunächst fälschlich für einen Asteroiden gehalten wurde.

Eine Wiederkehr bedeutet nicht, dass das Objekt die Erde selbst treffen wird – das ist sogar unwahrscheinlich, aber auch sehr schwer vorherzusagen, denn man hat es da schon mit chaotischem Verhalten zu tun, wo kleinste Unsicherheiten der Bahnbestimmung oder der Störungsmodelle Jahrzehnte später zu einer deutlich anderen Bahn führen.

Mit einem wohlplatzierten Triebwerksmanöver kann der Zeitraum bis zur Wiederkehr erheblich verlängert werden – wenn man noch Treibstoff hat und wenn das Raumfahrzeug funktionstüchtig ist. Im Fall von Herschel traf beides zu, also war dies schon mal eine gangbare Option … an Ende die, für die man sich entschied.

Alternativ war es auch möglich, den Treibstoff einzusetzen, um die Sonde zwar Richtung Erde zu fliegen – aber so, dass die Sonde kontrolliert mit dem Mond kollidiert. Das erfordert mehr operationellen Aufwand als die Bahn um die Sonne, weil mehrere Manöver gebraucht werden, um ausreichende Zielgenauigkeit zu gewährleisten, und weil zwischendurch die Bahn immer wieder vermessen werden muss. Dafür wäre man dann aber auch sicher, keinen Ärger mehr mit dem Ding zu haben. Wenn es mit knapp 2.5 km/s auf den Mond gekracht ist, bleibt nichts als ein Krater, feinverteile Trümmerstücke und wahrscheinlich auch etwas Plasma, also nichts, was eine Gefahr für die Erde darstellt.

Bedingung dafür ist aber, dass der Mond auch erreicht wird. Das ist weniger eine Frage der Zielgenauigkeit – den Mond sollte man schon noch treffen können – aber sehr wohl eine Frage der Lebensdauer von Komponenten. Immerhin ist Herschel mittlerweile schon deutlich älter als seine ursprünglich vorgesehene Missionsdauer. Das allein ist noch nicht problematisch. Raumsonden erreichen meist eine Einsatzdauer, die viel länger ist als geplant. Aber zumindest ist das ein zusätzliches Risiko, das man in Betracht ziehen sollte. Wenn die Sonde auf dem Weg nach unten den Löffel abgibt, bevor man das letzte Korrekturmanöver ausgeführt hat, und man danach keinen Kontakt mehr herstellen kann und deswegen auch keinen Kommandozugriff hat, könnte stattdessen die Erde in die Zielscheibe geraten. Das stellt zwar nicht unbedingt eine große Gefahr dar. Ein Weltraumteleskop würde großenteils in der Atmosphäre verglühen, und selbst wenn einzelne Bruchstücke es zum Boden schaffen, dann ist die Chance, jemanden zu treffen, verschwindend gering. Aber ganz sicher gäbe es ein großes Medientheater, worauf alle Beteiligten sicher gut verzichten können. Durchaus nachvollziehbar.

Einige Wissenschaftler schlugen vor, statt eines einfachen Absturzes auf dem Mond einen gezielten Impakt in der Süd- oder Nordpolarrgion anzustreben. So könnte versucht werden, die beim Einschlag freigesetzte Wolke aus Staub, Gas und Plasma von der Erde aus spektroskopisch zu untersuchen. Dies wurde bereits bei diversen Mondsonden praktiziert, weil diese aufgrund der inhärenten Instabilität niedriger Bahnen um den Mond unweigerlich abstürzen. Beispiele sind SMART-1 und unlängst GRAIL. Ein gezielter Einschlag in einen tiefen, polnahen Krater könnte sogar Eis freisetzen und Hinweise auf dessen Herkunft liefern, analog zur LCROSS-Mission der NASA. Eine solche Option bedarf allerdings noch genauerer Navigation als ein ungezielter Impakt.

Irgendwelche Bedenken wegen der “Verschmutzung” des Mondes halte ich für unbegründet. Die Erde wird Jahr für Jahr von etwa 40 – 80 Millionen Kilogramm Meteoritenmaterials getroffen. Nehmen wir mal eine durchschnittliche hyperbolische Ankunftsgeschwindigkeit von 10 km/s an. Für diese Ankunftsgeschwindigkeit beträgt der Impaktradius der Erde knapp 10000 km und der des Mondes weniger als 1800 km. Der Impaktradius ist größer als der Erd- bzw. Mondradius, weil er berücksichtigt, dass die Bahn eines anfliegenden Objekts durch die Schwerkraft in Richtung Erde bzw. Mond verbogen wird. Man kann sich das vorstellen wie eine Zielscheine mit 10000 bzw. 1800 km Radius. Ein Objekt, das mit 10 km/s oder weniger die Erde anfliegt und innerhalb dieser Scheibe zielt, trifft die Oberfläche.

Das bedeutet, dass die Erde eine etwa 29fach höhere Wahrscheinlichkeit hat, von Objekten mit solchen Ankunftsgeschwindigkeiten getroffen zu werden. Das ist eine vereinfachte Sichtweise, sie passt aber mehr oder weniger – Details ersparen wir uns jetzt mal. Lange Rede, kurzer Sinn – 40 – 80 Millionen kg Meteoriten pro Jahr, dividiert durch den Faktor 29 … das macht für den Mond immer noch gut 1 bis knapp 3 Millionen kg pro Jahr. Das sind im Schnitt also irgendwo zwischen 1000 und 3000 Tonnen Material, die Jahr für Jahr aus dem Weltraum kommend auf dem Mond einschlagen. Das macht pro Tag schon einmal rund 4 Tonnen … mindestens, also die Größenordnung der Masse des Herschel-Weltraumteleskops.

Der Impakt dieser Raumsonde würde also einmalig in etwa so viel Material einbringen, wie ohnehin Tag für Tag auf natürlichem Wege auf dem Mond niedergeht.

Was würtde beim Impakt geschehen? Die Aufschlagsgeschwindigkeit einer Bahn vom Erde-Sonne-L2 auf dem Mond liegt bei etwa 2.5 km/s, also etwa 9000 km/h. Beim Mond erfolgt, anders als bei der Erde, der Einschlag vollkommen ungebremst, da es keine Atmosphäre gibt. Bei dieser Geschwindigkeit findet eine vollständige Zerlegung der Raumsonde statt, ein Großteil des Materials würde verdampfen. Ob dabei auch viel Plasma entsteht, ist nicht klar – diese Geschwindigkeit ist gerade so in einer Grauzone. Selbst, wenn die entstehende Temperatur nur zur vollständigen Umwandluing in Plasma reicht, wird eine weitgehende thermische Zersetzung stattfinden. Die freigesetzten chemischen Elemente – Silizium, Kohlenstoff, Aluminium, Sauerstoff, Eisen, Kupfer etc., finden sich aber auch in Asteroiden. Hier werden sie halt in menschengemachtem Material transportiert. Na und?

Im Folgenden sehen Sie eine topografische Karte der Südpolarregion, wie sie sich am 19.7.2013 von hawaii aus betrachtet darstellen würde. Der 29.7. war ein mögliches Datum für einen gezielten Mondimpakt von Herschel – jetzt, nach der Entscheidung für eine heliozentrische Parkbahn natürlich nicht mehr. Auf Hawaii steht das Canada-France Hawaii Telescope (CFHT), das bereits zur Beobachtung des SMART-1-Absturzes eingesetzt worden ist.  Der Krater Cabeus A, eines der möglichen Ziele der LCROSS-Mission (damals wurde allerdings der in der Nähe befindliche Hauptkrater Cabeus gewählt) und ein Kandidat während der Untersuchungen zu einem gezielten Herschel-Impakt, auch wenn diese Option nicht umgesetzt wurde.

Lunar polar region, as seen from Hawaii on 2013/7/29, with crater Cabeus A indicated, source: Michael Khan

Topografische Karte der Südpolarregion des Mondes aus der Perspektive, wie sie am 29.7.2013 von Hawaii aus gegeben sein wird.

Weitere Information

Scientists could aim derelict telescope for Moon impact“, spaceflightnow.com, 26. Oktober 2012 

Herschel Science Centre, ESA/ESAC. Zitat daraus:

Herschel spacecraft will be “parked” in heliocentric orbit. The Herschel operational large halo orbit around L2 is unstable, and thus needs regular maintenance. Consequently, after end-of-helium (expected in March 2013), the spacecraft will need to be “parked” somewhere else with no need of orbit maintenance (sometimes referred to as “disposal” or “de-orbiting”). The baseline has been to put the spacecraft in heliocentric orbit. In June 2012 an international consortium of scientists proposed to ESA to use the spacecraft to perform a controlled impact in a suitable crater near one of the lunar poles to study the impact debris, in particular volatiles. This proposal has been studied for feasibility, assessed scientifically by the ESA Advisory Structure (SSEWG and SSAC), and scoped financially. The lunar impact option is feasible, but carries an additional cost on top of that of the heliocentric orbit option. The ESA Executive has decided that the Herschel spacecraft will be “parked” indefinitely in heliocentric orbit.

Ich bin Luft- und Raumfahrtingenieur und arbeite bei einer Raumfahrtagentur als Missionsanalytiker. Alle in meinen Artikeln geäußerten Meinungen sind aber meine eigenen und geben nicht notwendigerweise die Sichtweise meines Arbeitgebers wieder.

14 Kommentare

  1. Spannende Angelegenheit

    Vielen Dank für den informativen Artikel! Um welche Summen geht es, wenn die ESA von “an additional cost on top of that of the heliocentric orbit option” spricht? Immerhin hat man beim Einschlag auf dem Mond eine Chance auf wissenschaftliche Ergebnisse und im anderen Fall garantiert keine wissenschaftlichen Ergebnisse.
    Bedeutet “parked”, dass die Kontrolle komplett aufgegeben wird?

  2. Schade um Herrschel

    Traurig, wenn das Leben enden muss weil Helium fehlt.
    Der Raumfahrt fehlt so etwas wie ein Depot von Treibstoff und Kühlstoff in einem Orbit. Eine unbemannte Docking-Stelle für Treibstofftanks und Kühlstofftanks mit einem grossen Solarpanelfeld (für die Kühlung des Deptos) würde genügen. Daran angdedockt auch ein paar kleinere Transporter mit Ionen- oder/und chemischem Antrieb womit man Satelliten wie Herrschel wiederbetanken könnten. Eine weitere Funktion könnte das Deorbiting von Satelliten ein, indem diese von einem Transporter ein Ionenantrieb-Huckepack verpasst bekämen.

  3. Also mir ist ja der heliozentrische Parkorbit sympathischer. – Denn wenn das Ding dann mal wieder in Erdnähe kommt, kann man es wiederfinden, auch wenn sich kein Kontakt mehr herstellen lässt. Zum anderen bin ich ja ein grosser Recyclingfan, so dass ich darauf spekuliere, dass wir irgendwann mal die Möglichkeit haben werden, sämtlichen Weltraumschrott auf die Erde zurück zu holen und wieder in den Materialkreislauf einbringen zu können. Objekte verglühen zu lassen, wie es derzeit bei den Materialtransportern zur ISS die Regel ist, halte ich ja für Verschwendung. (Und deshalb auch die Bezeichnung: “thermische Verwertung” anstelle von “Müllverbrennung” für einen Euphemismus.)

    Ansonsten bleibt mir auch nur zu sagen: Ein sehr schöner Artikel, der das Problem und die möglichen Lösungen sehr gut beschreibt.

    Dann noch was anderes:
    Vor einiger Zeit fand doch im ESOC die Konferenz über Weltraummüll statt. Da hab ich mich gewundert, dass es dazu keine Blogbeiträge gab.

  4. Herschel und Planck

    Im Unterschied zu Herschel läuft sein Companion Planck auf einem Lissajous Orbit mit kleiner Amplitude um den L2. Wie im Text beschrieben wäre es bei Planck also unwahrscheinlich, dass die Sonde noch in Erdnähe gelangen könnte, wenn ihr der Treibstoff ausgeht und der operationelle Orbit nicht länger gehalten werden kann. Aber was heisst das in der Praxis? Wird Planck einem chaotischen Schicksal überlassen oder zuvor noch kontrolliert dort hinausmanoevriert?

  5. @Hans

    Ich gehe davon aus, dass man Herschel in Hundert Jahren oder so in der Tat einfangen wird, aber nicht zur Wiederverwertung, sondern um es in ein Weltraummuseum zu bringen. Dort werden es staunende Schulkinder mit Verwunderung und Maschinenbaustudenten mit Herablassung betrachten und sich sagen: “Na, sieh an, was die damals schon konnten, im frühen 21. Jahrhundert. Erstaunlich, das so etwas Primitives funktionierte.” In etwa so, wie wenn wir uns heute im Deutschen Museum in München Flugzeuge aus dem ersten Weltkrieg anschauen.

    Das mit dem Einbringen des Weltraumschrotts in den Materialkreislauf halte ich für wenig wahrscheinlich. Das ist den Aufwand gar nicht wert. Das meiste davon ist ja nur Aluminium und Kunststoff, und es würde mehr kosten (auch an Energie und Material), als man durch die Wiederverwertung gewinnt.

    Anders sieht es aus, wenn man Material, das schon oben ist, auch oben wiederverwendet, also beispielsweise den geostationären Friedhofsorbit als Rohstoffquelle für die im geostationären Ring zu schaffenden Solarkraftwerke nutzt.

  6. Schade

    Schade, Herschel war eine so teure Mission mit auch noch verhältnismäßig kurzer Lebensdauer, dass mit einer robotischen Nachtankmission durchaus die doppelte Lebensdauer zu vielleicht 20-30% Mehrkosten erreichbar gewesen wäre, aber ich vermute, der schwierige Umgang mit superfluidem Helium hat einen Strich durch die Rechnung gemacht.

    Btw., welche im geostationären Ring zu schaffenden Solarkraftwerke meinen Sie?

  7. @Michael: Zusatzkosten

    Die Kosten kann ich nicht beziffern, aber es geht um einige Mann-Monate Arbeit – für die Bahnbestimmung während des gesamten mehrmonatigen Abstiegs zum Mond, für die Kommandogenerierung und die Operationen, zudem auch noch für die Nutzung der Bodenstationen. Das ist schon etwas Anderes als bei einer Sonde, die bereits um den Mond kreist und der der Treibstoff ausgegangen ist, so wie unlängst bei Grail oder damals bei SMART-1 und danach bei den japanischen, chinesichen und indischen Sonden. Am Ende kommt da ganz schön was zusammen.

    Herschel wird sich in der heliozentrischen Bahn immer weiter von der Erde enfernen. Man wird die Sonde nicht ausschalten – aber man wird sie sichern, vor allem, damit nicht der Sender plötzlich anfängt, vor sich hin zu schnattern – aber man hört einfach auf, Daten zu empfangen und Kommandos zu senden.

  8. @Max: Auftanken

    Das mit dem Auftanken halte ich für wenig sinnvoll, vor allem sehe ichdie Zusatzlosten auch nicht so optimistisch wie Sie. Wenn mn für relativ wenig Geld eine Missionsverlängerung gewollt hätte, hätte man einfach einen baugleichen Herschel 2 erstellen können. Die Kosten entstehen bei Entwicklung und Tests. Die ohnehin schon entwickelten Komonenten noch einmal mehr zu fabrizieren und zusammen zu bauen, kostet nur noch wenig mehr als der Bau einer einzigen Sonde.

    Natürlich kämen dann noch einmal die Startkosten hinzu. Aber die kämen erstens bei einer Betankungsmission auch und zweitens könnte man sie reduzieren, wie man es schon beim Start des ersten Herschel tat, indem man den Start mit einer anderen Sonde teilt, die auch zum L2 will. Herschel 1 wurde bekanntlich gemeinsam mit Planck gestartet. Oft wird von einer Mission Herschel-Planck geredet, das ist aber falsch. Es sind wirklich zwei getrennte Missionen, die nur eine Fahrgemeinschaft gebildet haben. Hätt man beispielsweise Herschel 2 dieses Jahr gestartet, könnte der sich die Rakete mit der Astrometriemission Gaia teilen.

    Was die Solarkraftwerke im geostationären Orbit angeht – diese halte ich für eine logische Konsequenz der Ausdehnung des menschlichen Lebens- und Arbeitsraums ins Weltall. Produktionsprozesse werden ins Weltall verlagert werden und werden sich dann der dort verfügbaren Ressourcen bedienen. Dazu gehört offensichtlich Sonnenenrgie, aber auch Materialen, inklusive der Hinterlassenschaften der Frühzeit der Raumfahrt (also jetzt). Auch die Versorgung der Erde mit Solarstrom aus dem Orbit ist eine Option.

  9. Wohin damit? / Orbital Trash

    Orbital Trash a Problem With No Immediate Solution, Growing Exponentially. Ein paar weitere Kollisionen grösserer Brocken Raummülls könnte eine Kaskade in Gang setzen, die viele bestehende und neu zu plazierende Satelliten gefährden würde. Zu dieser Schlussfolgerung kam die kürzlich abgehaltene 6. internationale Konferenz betreffend Weltallmüll der ESA.

    Da können die Überlegungen, wo genau die aktive Phase von Herschel enden soll nur als vorbildlich gelten.

  10. Frage

    Da ich nicht weiß, wen ich sonst fragen könnte, versuch ich es einmal hier: Von der demnächst (hoffentlich erfolgreich) startenden Raumsonde Gaia habe ich gelesen, dass sie während der 5jährigen Missionsdauer vor jeder Erschütterung bewahrt werden muss, damit die genaue Lage der Komponenten zueinander ja nicht verändert wird. Deshalb sind keinerlei bewegliche Teile dran, nicht einmal Gyroskope. Wie kann sie dann aber im L2 stabilisiert werden? Verlässt man sich darauf, dass sie ohnehin 5 Jahre lang keine Korrekturen braucht? Oder gibt es doch wenigstens ein Ionentriebwerk mit dem sie daran gehindert werden kann, irgendwann abzuhauen?

  11. Solarkraftwerke im Orbit?

    Als ich in den späten 80ern auf’s Gymnasium ging, waren Solartaschenrechner Mode. Mein Bruder hatte damals einen TI-31-Solar, meine frau hat heute noch einen TI-34, und ich habe einen batteriebetriebenen Casio fx-82A, bei dem ich letztens nach über 20 Jahren mal wieder die Batterien wechseln mußte, und der nicht zuletzt wegen des Batteriefaches dicker und schwerer ist als die TI Geräte. Solarzellen waren damals schick, aber es war klar, daß sie einen EROI nahe 1 hatten, d.h., genau wie die Energie, die meine Batterien über 20 Jahre geliefert haben, bereits bei der Produktion hineingesteckt wurden, wurde auch in die Siliziumplättchen bereits bei der Herstellung so viel Energie hineingesteckt, wie sie über 20 Jahre Lebensdauer liefern. Für Taschenrechner und Raumsonden sind sie dennoch praktisch, weil sie wenig Platz und wenig Gewicht beanspruchen.

    Durch Massenproduktion ist der Energieaufwand für die Solarzellenherstellung ungefähr halbiert worden, was den EROI auf ca. 2 für den Betrieb auf Hausdächern hebt; dennoch sind Solarzellen damit unter praktischen Gesichtspunkten immer noch eher als Energiespeicher denn als Energiequelle anzusehen: Deutschland wird nicht zuletzt deswegen mit Solarzellen aus China zugepflastert, weil China für die Siliziumherstelleung Strom aus Kohle (EROI ca. 30) und Kernkraft (EROI bisher ca. 100, aber noch steigerungsfähig) verwendet.

    Photovoltaikkraftwerke haben im Orbit vielfältige Vorteile gegenüber jedem anderem Kraftwerk, sofern letzteres ebenfalls im Orbit benötigt würde. Für den Betrieb von Fabriken im Orbit wären sie die Energiequelle der Wahl – ein Re-Import des Stroms zur Erde (wie im Eschbach-Buch “Solarstation”) wäre aber pure Energieverschwendung: es wäre günstiger, den Raketentreibstoff, den man bräuchte, um das Kraftwerk in den Orbit zu bekommen, direkt schon am Boden in einer Gasturbine zu verheizen, damit kann man den Strom dann auch bedarfsgerecht in’s Netz einspeisen.

  12. @Störk: Solarkraftwerk SPS-Alpha

    Die NASA hat ein biomorphes Design für eine grosse PV-Anlage mit Transmission der Energie zur Erde mittels Mikrowellen vorgestellt. Weiteres dazu findet man im Artikel The First Practical Solar Power Satellite via Arbitrarily Large PHased Array
    Etwas detaillierter ist der Bericht in Next Big Future Components of Solar power satellite

    Die Idee: Der Solar-power-Satellit bestehend aus nur wenigen verschiedenen Komponenten, die sich wiederholen und insgesamt aus tausenden von Gleichteilen bestehen. Jede Komponente hat eine gewisse Smartheit und kommuniziert mit den Nachbarn. Zusammengesetzt wird es von Robotern, die inspiriert sind von den Robotern, die in der ISS aussen als robotischer Arm installiert sind. Die Anlage arbeitet mit konzentriertem Sonnenlicht, welches von Spiegeln auf Fotovoltaik Panel gerichtet wird, die mehrere Bereiche des Lichtspektrums aufnehmen können und einen Wirkungsgrad nahe bei 50% haben.
    Damit soll Solarstrom zum Preis von 9 Cents pro Kilowattstunden zur Verfügung gestellt werden können.

    Am interessantesten an SPS-Alpha (so heisst die Anlage) finde ich die Zusammensetzung aus smarten Komponenten und ein Design welches keinen single point of failure kennt. Durch Ausfall einzelner Komponenten sinkt lediglich die Gesamtleistungsfähigkeit, die Funktion des Gesamtsystmes wird aber nicht kompromittiert. Ein derartiges Design ist meiner Ansicht nach die Zukunft für grosse Strukturen – wie Riesenteleskope – im Weltraum. In vielen Fällen werden derartige Strukturen auch erweiterbar sein. Ein Teleskop kann dann durch simple Addition von Spiegeln im Aussenbereich leistungsfähiger werden.

  13. @Störk

    Es ist natürlich richtig, dass mit heutiger Raketentechnik ein energetisch sinnvoller Aufbau und Betrieb orbitaler Solarkraftwerke nicht zu machen ist. Von den Kosten ganz zu schweigen. Der Aufbau orbitaler, industrieller Infrastruktur, das Verlagern von Produktionsprozessen in den Weltraum und gar die Versorgung der Erdoberfläche mit orbital gewonnenenem Solarstrom bedarf einer Revolution in der Raumfahrttechnik, idealerweise eines Weltraumfahrstuhls mit Hauptknoten in geostationären Ring.

    Aber auf jeden Fall ist langlebiger Weltraummüll (das trifft auf die Objekte in der Friedhofsbahn jenseits des geostationären Rings uneingeschränkt zu) bei der Schaffung solcher hochwertiger Infrastruktur als willkommene Rohstoffquelle zu sehen, nicht als lästiger Hindernis.

  14. @Liane Mayer

    Oje, wo stand denn, dass Gaia kein Antriebssystem hat? Ich hoffe, nicht auf irgendeiner ESA-Webseite.

    Tatsache ist: Gaia hat (und braucht) ein Antriebssystem für die Bahnregelung und auch für ein recht erhebliches Manöver während des Transfers, das in die Mannigfaltigkeit zu einer Bahn geringer Amplitude um den L2-Punkt einschießt. Dabei handelt es sich um eine Anzahl kleiner Triebwerke mit Hydrazin als Brennstoff und Stickstoffoxiden als Oxidator, mit 10 je Newton Schub. Diese werden auch in der operationellen Phase, wenn Gaia um den L2-Puinkt kreis, in 4-wöchendtlichem Rhythmus für die minimalen Bahnregelungsmanöver eingesetzt.

    Zudem verfügt Gaia auch für die Lageregelung, also etwas funktional ganz Anderes als die Bahnregelung, über ein System kleiner Düsen für ein Kaltgas.

    Eine Sonde, die keinerlei Vibrationen vetrrägt, wäre wohl nicht ins Weltall zu starten, den Da werden locker 5 g Beschleunigung verabreicht; zudem wird das Ganze ordentlich durchgeschüttelt. 5 Jahre Betrieb auf einer Lissajous-Bahn sind ohne “Stationkeeping”, also ohne Nachregelung der Bahn, nicht denkbar. In der grauen Theorie vielleicht. In der Praxis jedoch ist die unvorhersehbare Komponente der Störbeschleunigungen so groß, dass an langfristige Haltung des instabilen Gleichgewichts ohne Nachregelung nicht zu denken ist.

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