Man könnte oft das Gefühl kriegen dass wir schon alles gesehen haben was es im Sonnensystem zu sehen gibt. Immerhin waren wir vor zwei Jahren ja endlich beim Pluto und haben diesen letzten weißen Fleck auf der Karte des Sonnensystems gefüllt. Was soll da noch groß kommen?. Nun – nur weil wir manches schon gesehen haben heißt das nicht, dass man nicht noch genauer hinschauen kann. Auf Uranus und Neptun zum Beispiel!
Diese beiden Planeten sind irgendwie die Stiefkinder unter den Planeten. Sie sind da, sie sind beide irgendwie bläulich und das war es dann auch schon wieder was man im Allgemeinen über sie weiß (wenn man aus dem englischsprachigen Raum kommt, dann kennt man vielleicht noch ein paar kindische Witze über Uranus). Und weil man so wenig weiß findet man sie auch nicht so interessant. Aber man weiß nicht deswegen so wenig über sie weil es so wenig zu wissen gibt sondern weil wir noch so gut wie gar nicht nachgesehen haben was es da zu entdecken gibt!
Ich habe früher schon ein wenig ausführlicher erzählt warum Uranus und Neptun äußerst interessant sind. Und es längst an der Zeit wäre, uns ein wenig näher mit den beiden Himmelskörpern zu beschäftigen. 1986 und 1989 ist die Raumsonde Voyager 2 kurz an ihnen vorbei geflogen und das war der erste und einzige Besuch den die Planeten von der Erde bekommen haben.
Das ist unbefriedigend! Denn diese beiden Himmelskörper sind nicht nur langweilige blau/grüne Kugeln! Es gibt da noch so viel zu wissen: Zum Beispiel wie die Dinger überhaupt aufgebaut sind! Uranus und Neptun gehören zu einer ganz anderen Klasse von Himmelskörpern die sich von den Gasriesen Jupiter und Saturn ebenso unterscheidet wie von den erdähnlichen Planeten des inneren Sonnensystems. Uranus und Neptun sind „Eisriesen“, entstanden in den kalten äußeren Regionen des Sonnensystems wo neben Staub auch jede Menge Eisteilchen als Planetenbaumaterial zur Verfügung stand. So weit entfernt gab es weniger Kollisionen zwischen diesen Teilchen und die Planeten wuchsen nicht so schnell und wurden nicht so groß wie Jupiter und Saturn. Die wurden Gasriesen; mit gewaltigen Schichten aus Wasserstoff und anderen Gasen und darunter ist vermutlich nirgendwo mehr ein fester Kern sondern nur Wasserstoff in komischen Zuständen. Aber wie Uranus und Neptun aufgebaut sind, wissen wir nicht.
Auch dort ist (vielleicht) irgendwo drin ein Gesteinskern. Auch dort ist außenrum eine Atmosphärenschicht aus Wasserstoff. Aber dazwischen könnte Wassereis, Ammoniakeis, oder Methaneis sein. Dort könnte es sogar flüssiges Wasser geben, einen unterirdischen Ozean. Und erst die Monde! 27 Monde kennen wir bei Uranus, 14 bei Neptun. Und abgesehen davon dass sie da sind haben wir kaum detaillierte Informationen. Wir wissen das der Neptunmond Triton Eisvulkanismus zeigt. Der Uranusmond Miranda hat 20km hohe Steilwände und wir wissen nicht warum. Beide Planeten haben Ringsysteme.
Dann sind da noch die Exoplaneten: Bei uns sind die Eisriesen ganz am Rand des Sonnensystems. Anderswo haben wir „Hot Neptunes“ entdeckt; also Himmelskörper so wie Neptun nur ganz nah an ihrem Stern. Was passiert mit einem Eisriesen wenn er „auftaut“? Wie ändern sich die Bedingungen dort? Was passiert wenn die dicke Atmosphäre evaporiert und was bleibt übrig? Ein riesiger Wasserplanet? Wie ist der Zusammenhang zwischen Eisriesen und Supererden? Solange wir nicht beiden Eisriesen verstehen die direkt vor unserer Haustür liegen haben wir wenig Chancen die Exoplaneten zu verstehen. Und so weiter – dort gäbe es so viel zu entdecken, wenn wir denn dorthin fliegen würden.
Und vielleicht passiert das jetzt endlich. Bzw „jetzt“, denn das was die NASA kürzlich bekannt gegeben hat ist vorerst nur recht vage. Im nächsten Jahrzehnt möchte man sich eventuell der Erforschung der Eisriesen zuwenden. Dazu hat man jetzt vorläufige Studien gemacht und mal ein wenig nachgeschaut, welche Missionen man machen könnte. Entweder Neptun oder Uranus soll besucht werden. Und dann muss man sich entscheiden ob man der Raumsonde eine kleine Einheit mitgibt die direkt in die Atmosphäre fliegen kann oder nur in einer Umlaufbahn bleibt, dafür aber mehr andere wissenschaftliche Instrumente einpackt. Uranus ist wegen seiner geringeren Distanz leichter zu erreichen; aber einen relevanten Unterschied in der Flugdauer kriegt man auch nur wenn man auf eine Umrundung verzichtet und nur eine Fly-By-Mission daraus macht. Dann würde man 10 Jahre bis dorthin brauchen; ansonsten sind es 12 bis 13 Jahre (für Uranus oder Neptun).
Aber wie gesagt: Das alles ist noch enorm vage. Es gibt nur vorläufige Überlegungen und keine konkrete Verpflichtung. Und solange eine Raumsonde nicht tatsächlich im All schwebt kann so viel passieren das man sich nicht zu viele Hoffnungen machen sollte.
Ein wenig freuen kann man sich aber. Früher oder später werden wir den beiden Eisriesen sicherlich ein Besuch abstatten. Aber früher wäre besser: Wenn man keine großen Umwege fliegen will muss man eine günstige Planetenstellung ausnutzen. Neptun ließe sich 2029 und 2030 am besten erreichen; bei Uranus liegt das Startfenster zwischen 2030 und 2034. Wenn wir diesen Termin verpassen, dann müssen wir bis 2041 warten bevor man wieder günstig zu den Eisriesen fliegen kann. Es bleibt also zu hoffen, dass die NASA (oder ja vielleicht auch eine andere Raumfahrtagentur) sich für die nächstmögliche Gelegenheit entscheidet. Uranus und Neptun haben es verdient von uns erforscht zu werden!
P.S. Wer Lust auf ALLE Details hat, kann sich hier die pdf-Datei des Reports runterladen mit fast 600 Seiten Missionsplanung (die kurze Zusammenfassung gibts hier).
Und/oder man könnte noch eine Landeeinheit mitgeben, wenn schon bei einer solch seltenen Gelegenheit. Ich denke, Triton wäre wohl der Kandidat als einziger Mond mit einer „vernünftigen“ Größe. Spart vielleicht auf Dauer Treibstoff. Und bis dahin hat man offenbar wieder Plutonium(oxid) übrig für die Batterien. Für mich der einzige Grund für die praktische Nutzung dieses Elements. Dann könnte diese Mission auch ziemlich lange in Betrieb bleiben.
@mathias:
Das verstehe ich nicht. Triton als größter Neptun-Mond naürlich ein interessanter Kandidat für ein Landeziel, aber warum soll er der einzige sein? Wodurch lässt sich Treibstoff sparen?
Und übrigens: Die RTGs arbeiten mit Pu-238, das in einem komplizierten Verfahren aus Uran erbrütet werden muss. Das leichter herzustellende Pu-239, das für Kernwaffen benötigt wird und auch in Reaktoren gespalten werden kann (bzw. wird, da Pu-239 immer aus dem U-238 der Brennelemente entsteht), ist für diese Geräte nicht zu verwenden. Alternativen wären Sr-90, Cs-137, Ce-144, Ru-106, Am-241, Po-210 oder Cm-244. Soweit ich weiß, ist davon bislang nur Am-241 ernsthaft im Gespräch als Ersatz für Pu-238.
Is das ein Tippfehler?
Weil wiki sagt:
@Captain E.
Mit dem Plutonium meinte ich eher die hochgiftige Chemie dieses Elements, vor dessen Oxidierung, und nicht so sehr die Spaltbarkeit der Kerne. Wenn es Alternativen gibt, um so besser. Und dann für eine sehr lange Mission, das meine ich mit, vielleicht, Treibstoff sparen. Ohne Bahnkorrekturen im Sonden-Orbit. Und/Oder wenn irgendwann der Orbiter ausfällt, können die Beobachtungen auf Triton weitergehen. Auf dem Mars haben sich die Geräte ja schon als außerordentlich langlebig erwiesen. Das kann ja nur besser werden. Einmal richtig Geld investieren schadet in diesem Fall ja wirklich nicht.
@Frantischek:
Tja, in deinen Zitaten tauchen die Wörter „vermutlich“ und „vermutet“ auf. „Wissen“ tut das niemand. Stattdessen werden Hypothesen durchgerechnet wie jene, dass der Jupiter einen Gesteinskern mit der mehrfachen Masse der Erde hätte/gehabt haben könnte, der sich unter dem Druck der darauf lastenden Gasmengen so allmählich aufgelöst haben könnte bzw. das nach wie vor tut. Oder eben sich schon vollständig aufgelöst hätte.
Auch da wird man noch genauer hinschauen müssen…
Ich kann mir eigentlich nicht vorstellen (was nix heißen muss) dass es keinen Gesteins/Metallkern geben soll.
1. Muss Jupiter ja auch einmal klein angefangen haben.
2. Hat er seitdem ja offensichtlich nicht wenige Asteroiden und Kometen geschluckt. Wenn sich im innneren von Jupiter kein Portal in ein anderes Universum befindet 😉 muss das Material ja noch da sein. Und das sollte doch nach unten sinken und einen Kern formen (sofern nicht von Anfang an einer da war).
Florian schreibt übrigens selbst im anderen Artikel:
Ich glaub dass er sich bei „…ist vermutlich nirgendwo mehr…“ einfach vertan hat.
Aber wer weiß? Deshalb frag ich nach…
@Frantischek:
Na ja … das gleiche gilt auch für die Sonne. die hat auch mal „klein“ angefangen. Einen Gesteinskern? Asteroiden geschluckt? Hmm….
@Frantischek: „Ich glaub dass er sich bei “…ist vermutlich nirgendwo mehr…” einfach vertan hat.“
Nicht unbedingt. Ich hab ja im verlinkten Artikel auch erklärt das dieser Kern sich durchaus mittlerweile aufgelöst haben kann. Aber das werden wir bald genauer wissen wenn JUNO forscht…
@mathias:
Wikipedia schreibt dazu:
Americium, vor allem Am-241, ist aber auch nicht ohne. So entstehen beim Erbrüten von Pu-239 auch immer Pu-240 und Pu-241. Letzteres zerfällt mit einer Halbwertszeit von 14 Jahren in Am-241 und stellt in einem Plutoniumblock die Hauptquelle von Gammastrahlung dar. Die Plutonium-Isotope selber geben eher wenig davon ab.
Gut, das ist prinzipiell nicht falsch. Allerdings muss eine Sonde bei Uranus oder Neptun eine funktionierende Stromversorgung haben, um ihre Arbeit tun zu können, und was willst du da nehmen außer Kernenergie?
Das ist sinnlos. Ein Orbiter ohne eine Möglichkeit zur Bahnkorrektur ist kein Orbiter, sondern eine Vorbeiflug- oder Eintauchsonde. Und zudem ist es eher unwahrscheinlich, dass ein Lander den Orbiter überleben könnte. Üblicherweise läuft es umgekehrt, vor allem bei Missionen ohne RTGs. Aber auch das Thermalmanagement ist im Weltraum einfacher als auf der Oberfläche eines Himmelskörpers. Aber nehmen wir einmal an, es ginge: Wie willst du dann die Signale des Landers übertragen? Die Rover auf dem Mars nutzen die Orbiter als Relaissatelliten.
Das ist schon richtig, aber auch am Mars halten die Orbiter länger durch als die Geräte am Boden. So ist Opportunity seit 2004 aktiv, aber der im gleichen Jahr gelandete Rover Spirit ist um 2010 ausgefallen. Mars Express (ESA) kreist seit 2003, Mars Odyssey (NASA) sogar seit 2001 im Marsorbit. Beide sind nach wie vor aktiv.
@Bullet:
Wobei es ja schon einen Unterschied machen sollte ob es im inneren der Sonne ca.15mio K und 200mrd Bar, oder im inneren von Jupiter nur ca. 20.000 K und ca. 50mio Bar hat.
@Frantischek:
Nun ja, ich hatte es weiter oben schon gesagt: Man kann nur Vermutungen anstellen. Und natürlich Berechnungen. Gerade da gab es eine neuere Untersuchung, derzufolge der Gesteinskern des Jupiter sich auflösen könnte – oder dies schon längst getan hätte.
Beispiel (und sei es noch so dämlich): Du wirfst eine Brausetablette ins Wasser. Die ist danach immer noch im Wasser, aber sehen tust du sie nicht mehr, weil sie sich komplett auflöst. Der ehemalige Kern und alle eingeschlagenen Asteroiden und Kometen wären natürlich immer noch da, nur dermaßen fein zerstäubt, dass man nicht mehr von einem „Kern“ sprechen könnte, geschweige denn einem „festen“.
Aber zugegeben: Das ist alles bloße Hypothese.
Nun ja, „eigentlich“. Und „eigentlich“ bedeutet halt, dass es auch genausogut anders sein könnte. Von wann ist der Artikel überhaupt? Florian macht den Job als Blogautor schon einige Jahre, aber er hält sich natürlich immer auf dem Laufenden, was die aktiv forschenden Kollegen so veröffentlichen. Da ändert sich also im Lauf der Zeit der Stand des Wissens.
@Frantischek:
Das macht schon einen Unterschied, aber die Preisfrage ist und bleibt: Was machen viereinhalb Milliarden Jahre bei 20.000 K und 5 Bio. Pa mit einem Gesteinskern, der ursprünglich die Masse des 12- bis 45fachen der Erde gehabt hatte?
O.k.
Dann find ichs ein bissl unvorteilhaft formuliert.
Aber kein Problem, durchs reden kommen die Leut zamm!
Jetzt kenn ich mich aus.
Evtl. könnte man – wie schon öfter in der Vergangenheit – Zwillingssonden zu Uranus und Neptun schicken. Ähnlich wie Voyager, Viking oder Spirit und Opportunity. Würde Kosten sparen, da man jedes Bauteil doppelt anfertigen kann und nicht extra entwickeln und die gewonnenen wissenschaftlichen Erkenntnisse wären vergleichbar, da mit identen Instrumenten aufgezeichnet. Diese Zwillingssonden könnten auch als Kommunikations-Hub dienen wie der Mars Reconnaissance Orbiter, für die nachfolgenden Sonden, die die Atmosphäre der beiden Planeten erkunden. Also 2 Raketenstarts mit jeweils identen Sonden. Wäre auch ein wunderbares Joint-Venture zwischen NASA und ESA und/oder anderen Raumfahrtorganisationen (Indien, China, Japan) um eine globale Zusammenarbeit zu demonstrieren. Soweit ich das Kurz-Paper verstanden habe, wird dies auch in der Kostenabschätzung angeführt…also die 2×2 Variante…
@mr. nice:
Baugleiche Sonden? Sicher, warum nicht. Bezogen auf die wissenschaftlichen Erkenntnisse zieht das Argument allerdings meiner Meinung nach nicht. Oder anders gesagt, wiegt es wohl nicht all zu schwer. Mit Geräten unterschiedlicher Technologiegenerationen zu arbeiten, gehört für Wissenschaftler zum täglichen Einmaleins.
Der Einsatz als „Kommunikations-Hub“ ist mir dagegen nicht so recht klar. Natürlich können wissenschaftliche Sonden Daten weiterleiten. Das ist bei den Mars-Orbitern gang und gäbe. Nur für welche Missionen sollte das geschehen? Nachfolgende Atmosphäresonden? Zum einen wären das auch wieder Orbiter mit eigener Sendeleistung, und zum anderen wird es nach diesen angedachten Neptun-/Uranus-Missionen lange Zeit keine weiteren Sonden geben.
Was die Zusammenarbeit angeht, so ist auch da Standard. Viele Kameras auf US-Sonden wurden von deutschen Stellen unter der Federführung vom DLR entwickelt, und die NASA wird sicherlich gerne die Hilfe von befreundeten Staaten bzw. Raumfahrtagenturen wie JAXA, CSA, ASI, DLR, ESA usw. annehmen. Das verteilt ja auch recht gut die anfallenden Kosten.
Mich haben diese zwei Planeten schon immer fasziniert. Wahrscheinlich weil sie von den Farben so viel anders sind – und nebenbei sind es, ausgenommen Saturn, die zwei schönsten Stücke aus Holsts Planeten 🙂
Schade finde ich allerdings, dass die Missionen, wenn sie denn verwirklicht würden, so weit in der Zukunft liegen. Sollte wirklich erst zwischen 2029 und 2031 gestartet werden und der Flug bis zum Neptun und Uranus über10 Jahre dauern, dann werde ich den Erfolg (hoffentlich) als alter Zausel erleben. Als 1966 Jahrgang wirds schon eng 🙂
Aber als kleine „Genugtuung“ bleibt mir die Erinnerung an eine der letzten Mondmissionen. Welche es war, weiß ich nicht mehr. Dürfte wohl Apollo 16 oder 17 gewesen sein. Jede Menge Raketen, Landemodule, Kommandokapseln waren während der Übertragung zu sehen. An das Mondauto kann ich mich nur gaaaaanz dunkel erinnern.
Wie sieht es eigentlich aus bzgl einer Mission die vom Orbit aus Messungen anstellt? Wie lange kann eine solche Mission laufen? Wovon hängt das ab (außer vom Geld)? Wie teuer wäre sowas über einen Zeitraum von mehreren Jahren? Wie aufwändig wäre es so eine Mission zu leiten im Vgl zu einer Rover-Mission?
@Limpi:
Schauen wir uns doch mal ein paar Beispiel an: Cassini ist vor 20 Jahren zum Saturn gestartet und dort 2004 angekommen – 2017 geht die Mission nun zu Ende. Zwei Marsorbiter sind seit 2001 bzw. 2003 im Orbit und immer noch aktiv. Eine Missionsdauer ohne Anreise von mehr als zehn Jahren ist also durchaus möglich. Die begrenzenden Faktoren sind natürlich die Energie, wobei RTGs und Solarzellen in der Regel länger halten als der Treibstoff bzw. die Stützmasse bei elektrischen Antrieben. Wenn ein Orbiter kurz davor steht, keine Manöver mehr fliegen zu können, sollte man schnell an ein Missionsende denken – Cassini wird etwa zum Abschluss in die Saturn-Atmosphäre eintauchen. Natürlich kostet eine Mission eine Stange Geld, bei Cassini waren es 60 Millionen US-Dollar pro Jahr. Wenn ein Rover oder eine Sonde zu langlebig sein sollten, könnte also durchaus das Geld im Bodensegment das Hauptproblem werden. In der Komplexität dürften sich Orbiter- und Rovermissionen kaum unterscheiden. Beim einen muss man Himmelsmechanik betreiben, beim anderen bodengebundene Navigation.
Zum Uranus gibt es aktuell eine lohnende Mitteilung:
Das Magnetfeld polt möglicherweise alle 18 Stunden um!
https://onlinelibrary.wiley.com/wol1/doi/10.1002/2017JA024063/abstract
„This periodic reconnection is predicted to occur upstream of the magnetopause, with a frequency that corresponds to the planetary rotation (once per 17.24 hours).“
Uranus liegt ja auf der Seite, rotiert in der Ekliptik, das Magnetfeld hat 60° Neigung.
Das Magnetfeld könnte von einem Salzozean (nicht sichtbar) generiert werden.
Ausgewertet wurden „Altdaten 1986“ von Voyager 2!
@Captain E.
Ich denke, ein Gesteinskern würde sich nur „auflösen wie eine Brausetablette“, wenn er von Materie mit größerer Massedichte verdrängt wird. Wenn seine Massedichte dagegen größer bleibt als die der weiter außen liegenden Materie, bliebe der Gesteinskern konzentriert im Zentrum. Und ich denke, letzteres müsste bei Uranus und Neptun der Fall sein. Nur bei Jupiter und Saturn müsste man vielleicht noch mal schauen, ob metallischer Wasserstoff so sehr verdichtet werden kann, dass er eine höhere Massedichte als ein Gesteinskern hat.
(Natürlich kann metallischer Wasserstoff stark verdichtet werden. Die Frage ist vielmehr, ob der Gesteinskern verglichen damit nur wenig verdichtet werden kann und so der metallische Wasserstoff die höhere Massedichte hat)
@Ambi Valent:
Ich habe nicht gesagt, dass es ein gutes Beispiel sei. Auf jeden Fall ist das eine Idee, die zurzeit verfolgt wird. Die Annahme, dass es einen Gesteinskern gegeben haben muss, ist zunächst einmal plausibel. Tja, und dann muss mindestens ein Planetenforscher auf die Idee gekommen sein, dass dieser Kern von der dichten Atmosphäre des Jupiters auch abgetragen werden könnte. Ob das so passiert bzw. passiert ist, muss noch geklärt werden.
@walter:
Komm, du willst doch bestimmt 20 Jahre oder mehr deine Rente genießen, oder? Dann passt das schon. Ansonsten ist es wie bei der „Grand Tour“ der Voyagers. Da ergibt sich eine Gelegenheit, relativ günstig zu den Eisriesen zu kommen, die man unbedingt nutzen sollte. Was bringt es da, den späten Start zu beklagen? Wenn es egal wäre, ob jetzt, in 12-14 Jahren oder noch später gestartet würde, flöge am Ende vermutlich überhaupt keine Sonde los.
Tja, die sind mir irgendwie allesamt durchgerutscht. Und leider wäre eine Landung in ein paar Jahren einfach nicht dasselbe, es sei denn natürlich für Leute, die immer noch glauben wollen, es wäre damals alles im Studio gedreht worden. Aber wir erinnern uns: Bereits 1970 bei Apollo 13 hatte sich vor dem Unfall kaum mehr einer dafür interessiert. 🙁
Vielleicht haben Uranus und Neptun nicht die massive H2-He Atmosphäre, wie man bisher dachte, sondern es befindet sich unter nur 200-300 bar eine Art heißer Ozean nahe dem kritischen Punkt?
https://arxiv.org/abs/1703.04358
Wie könnten MEssungen aussehen, um das zu überprüfen?
Man könnte in dem Licht, dass sie abstrahlen, nach Absorptions- und Emissionslinien suchen. Dann weiß man, welche Elemente darin vorkommen.
Ach nein – das macht man doch schon längst.
Warum denn zum Uranus ?? – Ich würde lieber mal eine Sonde sehen, die zur Eris rausfliegt. Wissen wir denn, wie ein fast 2500 km grosser Zwergplanet sich in fast 100 AU Entfernung von der Sonne – über 3x weiter als der Pluto – verhält ?
@ralfkannenberg:
Rausfliegen sehen ja, ankommen sehen nein. Deine Enkel vielleicht 🙂
@ralfkannenberg:
Tja, das ist das Problem. Selbst mit den schwersten Raketen, wie sie gerade entwickelt werden, könnte man vermutlich nur eine leichte Vorbeiflugsonde starten, die trotzdem noch Jahrzehnte bis zum Ziel benötigte.
Und wie oben erwähnt: Die Himmelsmechanik des Sonnensystems bietet in den nächsten Jahren eine günstige Gelegenheit, zum Neptun und zum Uranus zu fliegen, wie es sie lange nicht mehr gegeben hat und auch danach lange nicht wieder geben wird.
„… Selbst mit den schwersten Raketen … “
Ich denke mal, daß es demnächst auch energiegünstige „Streckenantriebe“ geben wird, damit könnte man auf preiswertere Träger zurückgreifen, nur am Ziel müßte man bremsen.
Da beides Zukunftsmusik ist, kann es auch gleichzeitig realisiert werden.
@Herr Senf:
Und wie genau sollten diese „energiegünstigen Streckenantriebe“ genau aussehen? Ich war nämlich davon ausgegangen, dass man für so eine Mission bereits das Triebwerk mit dem besten spezifischen Impuls verwenden würde.
Tja, und was das Bremsen angeht – alles, was die Sonde für Geschwindigkeitsänderungen braucht (Triebwerk, Treibstoff, Stützmasse), muss natürlich bis zu dem betreffenden Zeitpunkt mitgeschleppt und bei jedem einzelnen Manöver beschleunigt werden. Da soll das wohl schon so effektiv wie möglich sein. Oder man macht es wie bei New Horizon und verzichtet auf das Abbremsen am Ziel (Pluto).
@Captain E.
Naja, bei uns hier ist ja Atom wie Gen zur Zeit verpönt,
aber für’s Weltall wird doch weiter entwickelt, dann haben wir Effizienz
und können gezielter durchs Sonnensystem kreuzen.
@Herr Senf:
Nun ja, da stimmt auch nur zum Teil. Curiosity fährt mit Kernernergie über die Marsoberfläche, und auch New Horizon versorgt sich so mit Energie. Trotzdem hat es bei der Plutosonde nur zu einem Vorbeiflug gereicht.
Ein echter Kernreaktor kann natürlich mehr Energie zur Verfügung stellen als ein RTG, ist dafür aber erheblich schwerer. Und ein Kernreaktor muss auch Abwärme abstrahlen können, was im Weltall immer ein Problem ist. Und zuguterletzt bringt dir ein Reaktor alleine ja auch kein einziges Newton an Beschleunigung.
@Captain E.
Das nicht, aber er wäre die optimale Energiequelle für einen starken Ionenantrieb. Und der ist mindestens zehnmal effizienter (spezifischer Impuls) als chemische Antriebe.
Es war bisher niemals möglich, mit einer Raumsonde mehr als einen (größeren) Himmelskörper zu umkreisen, weil der Einschuss in eine Umlaufbahn so viel Energie kostet, dass man aus dieser normalerweise nicht mehr herauskommt. Dawn hat Vesta umkreist und ist dann dank Ionenantrieb zu Ceres geflogen, den sie bisher umkreist. Und man überlegt, ob man noch zu einem anderen Asteroiden aufbrechen soll, es ist noch Stützmasse da. Dawn nutzt Solarzellen zur Stromerzeugung, die funktionieren jenseits der Jupiterbahn nicht mehr so gut.
Über große Entfernungen kann man mit Ionenantieb auch höhere Geschwindigkeiten als mit chemischen Antrieben erreichen und die Flugzeit verkürzen, weil man so wenig Stützmasse verbraucht und der Antrieb permanent laufen kann. Solange man genug Strom hat.
@Herr Senf
Wozu brauchst du die Gene? Willst du einen Wasserstoff fressenden Bussard züchten? Die sollen ja recht schnell sein…
@Alderamin:
Weiß ich doch alles! Mich hätte nur interessiert, ob Herr Senf das auch gewusst hätte, oder ob er nur von irgendeiner Science Fiction-Technologie träumt, die vermeintlich in wenigen Jahren zur Verfügung stehen könnte.
Aber effektiv hin oder her, es gibt da natürlich Grenzen. Ein Kernreaktor, und sei er noch so klein, dürfte immer schwerer sein als eine Radionuklidbatterie. Dieses Gewicht muss von der Rampe weg hin zum Ziel beschleunigt werden – das geht einfach nicht anders. Also wird man bei Einsatz eines starken Ionenantriebs wie einem magnetoplasmadynamischen Antrieb oder einem Magnetfeldoszillationsantrieb trotzdem eine Schwerlastrakete einsetzen müssen, um die Sonde samt Reaktor, Triebwerk und Stützmasse vom Boden wegzubekommen. Nicht unproblematisch ist auch die lange Dauer des Betriebs. Ein RTG-Element arbeitet ohne bewegliche Teile. Bei einem Kernreaktor ist das schon schwieriger zu erzielen, unter Umständen vielleicht mit einem schnellen bleigekühlten Reaktor, der mittels Konvektion kühlt und keine Pumpen benötigt. Bewegliche Teile, die im Verlauf des Fluges ausfallen, gefährden logischerweise das Missionsziel.
Und man erkauft sich die Effizienz eines Ionentriebwerks mit geringen Schubleistungen. So ein Flugkörper kommt zwar aus dem Erdorbit heraus, benötigt dafür aber viel Zeit, wie vor Jahren die ESA-Mission SMART-1 bewiesen hat. Natürlich ist die zu erzielende Endgeschwindigkeit höher als bei einem chemischen Antrieb, was sich bei einem Ziel im Kuiper-Gürtel oder jenseits davon positiv bemerkbar machen würde. Also, eine Mission zu Eris müsste so oder so einen Booster bekommen, der die Sonde aus dem Erdorbit befördert und eine ordentliche Anfangsgeschwindigkeit verpasst, vor allem da die Stützmasse für eine so lange Mission auch ihr Gewicht mitbringen würde. Eine kostengünstige leichte Rakete sehe ich da nicht als Mittel der Wahl. Man sollte schon tief in die Tasche greifen und das kräftigste nehmen, was man kriegen kann, ob das nun SLS oder Falcon Heavy oder etwas vergleichbares sein sollte.
@Captain E.:
Konvektion geht im (fast) schwerelosen Zustand nicht. Heatpipes schon.
@Captain E.
Beim RTG ist man aber immer auf ein paar KW Leistung beschränkt. Ionenantriebe, die richtig Gas geben sollen, brauchen wesentlich mehr (die Leistung, die die Raumsonde beschleunigt, muss ja irgendwie aufgebracht werden).
In der zweiten Tabelle werden bis 88,5 N Schub bei 3,75 MW im Experiment zitiert – leider ohne Quelle.
@Alderamin:
Schon klar, aber dafür muss man eben auch die Masse des Reaktors beschleunigen und die größere Stützmasse. Das sollte eine Gesamtmasse ergeben, die allerhöchstens mit einer Schwerlastrakete ins All geschossen werden kann. Man spart also nicht an den Kosten der Trägerrakete, wie der Herr Senf gehofft hatte. Wahrscheinlich werden manche Missionen dadurch überhaupt erst möglich, aber billig wird das nicht, und wirklich schnell ankommen tut man da draußen auch nicht. Für nähere Ziele wie Saturn oder Jupiter dürfte sich das ganze kaum lohnen, es sei man setzt auf eine extrem lange Missionsdauer (vor Ort im Orbit).
Das Risiko steigt aber eben durch die höhere Komplexität des Reaktors, der ja nach dem Start nur noch ferngesteuert, aber nicht mehr gewartet werden kann. Und die Signalverzögerung wird mit jedem Tag immer größer…