Was kostet bei einer Planetensonde am meisten?

Mich würde einmal interessieren, was bei einer unbemannten Planetenmission am meisten kostet: Die Erstellung des Konzepts, die Beschaffung und der Zusammenbau der Bauteile oder der endgültige Raketenstart?

Mein Gedanke hinter dieser Frage ist, dass, in Zeiten nachlassenden Weltrauminteresses und damit einhergehender Budgetknappheit, die Raumfahrtorganisationen es schaffen müssen, mit einen kleinen Budget große Erfolge zu erzielen, um so die Raumfahrtbeigeisterung der Pionierzeit wiederzuentfachen. Aber um mir dazu Gedanken zu machen, bräuchte ich eine Vorstellung davon, was den nun der größte Kostentreiber bei Planetensonden ist.

Das kommt natuerlich auch auf die Raumsonde an.

Die Erstellung des Kozepts ist nur die erste Phase in der Entwicklung eines Raumfahrzeuges, auch die eigentliche Konstruktion einer Sonde macht eher einen geringen Teil der Entwicklung aus.

Das meiste Geld wird jedoch von Tests und Validierungen verbraucht. Die Entwicklung eines Raumfahrzeuges ist ein iterativer Prozess. D.h. nach dem man ein Konzept hat geht es in die Ausarbeitung, dann werden Testmodelle gebaut (mindestens eins, das sogenannte Engineering-Model), diese werden getestet und aus diesen Test gehen dann weitere Detail Aenderungen hervor. Das laeuft dann so lange bis man mit dem Design zufrieden ist und es "einfriert". Erst dann wird das eigentliche Flugmodell gebaut und das wird dann natuerlich auch wieder auf Herz und Nieren geprueft bevor man es zum Start frei giebt.

Weiterhin ist es mit der Sonde und Hardware alleine ja nicht getan. Man braucht Software, man braucht Bodenstation, ein Bodensegment fuer die Steuerung und auch dort wieder Software fuer Flugdynamik, Missionsplanung, Telemetrie- und Datenverarbeitung und und und...

So einfach ist die Frage also nicht zu beantworten.

Hallo Freunde,

Mich würde einmal interessieren, was bei einer unbemannten Planetenmission am meisten kostet: Die Erstellung des Konzepts, die Beschaffung und der Zusammenbau der Bauteile oder der endgültige Raketenstart? ...

Zu der Aufzählung gehört auf jeden Fall noch das, ...

Weiterhin ist es mit der Sonde und Hardware alleine ja nicht getan. Man braucht Software, man braucht Bodenstation, ein Bodensegment fuer die Steuerung und auch dort wieder Software fuer Flugdynamik, Missionsplanung, Telemetrie- und Datenverarbeitung
...und und und...

... Löhne und Gehälter für den Betrieb über die Missionsdauer nicht zu vergessen.
-schön wäre wenn die Liste weiter ergänzt und geordnet werden könnte.
Gruß, HausD

ja, jetzt wo ihr es sagt, fällt mir auch ein, dass ich die Entwicklung der Sonde selbst in meiner Aufzählung vergessen habe.

Und auch, dass der Betrieb auch ins Geld geht, ist mir klar. Aber die Ausgabe würde ich als unvermeidbar betrachten, wenn man Wissen erlangen möchte.

Meine Frage geht vor allem in die Richtung, ob es die Kosteneffizienz nicht erheblich verbessern würde, wenn man Planetensonden stärker standardisieren würde. Ob ein Spektrometer, Magnetometer, Radarabtaster oder eine Kamera um die Venus, den Jupiter oder Uranus untersuchen, ändert schließlich nichts an deren Funktionsweise. Daher geht meine Idee eben dahin, nicht jedesmal "das Rad neuzuentwickeln", sondern eine Art "Standard-Planetensonde" zu entwickeln, die für alle Ziele wissenschaftlich sinnvolle Daten liefert, und die konstant weiterentwickelt wird.

In den Ingenieurswissenschaften ist das schon üblich, sich Komponenten zusammenzusuchen. Z.B. kommt da auch keiner auf die Idee, erstmal die Prozessoren neu zu entwickeln. Allerdings grade im Bereich der wissenschaftlichen Payloads ist es so, dass die meistens einen ganz speziellen Zweck erfüllen muss. Und dann gibt es davon insgesamt so wenige, dass sich da eine Standardisierung im größeren Stil nicht lohnt. Die Geräte, die z.B. Cassini dabei hat, sind trotz der relativ kurzen Zeit seit damals sicherlich schon lange überholt.

Aus eigener Erfahrung kann ich sagen, dass grade in der Raumfahrt sehr viel bürokratischer Overhead existiert. Die Unmenge an Dokumenten zur Kommunikation mit den Agencies (ESA/NASA/DLR/...) verschlingt sehr viel Zeit. Dann wird für Validierung und Test einfach viel mehr Zeit und Geld verwendet als in den meisten anderen Bereichen, weil a) schon kleine Fehler große Kosten oder komplettes Scheitern einer Mission verursachen können (siehe z.B. Phobos-Grunt) oder b) auch Menschenleben in Gefahr sein können.

Selbst der Betrieb eines relativ einfachen physikalischen Experiments auf der ISS z.B. erfordert mehrere Monate an Schnittstellenkompatibilitätstests, Funktionstests, Sicherheitstests und -nachweise. Und das selbst dann, wenn die Geräte nichtmal für Astronauten direkt zugänglich sind sondern unter einem Rack hängen. Da geht es auch um Sachen wie "wie können wir die Zeit, die die Astronauten benötigen, um das Experiment vorzubereiten möglichst reduzieren?". Selbst 5 Minuten Crewzeit für Wartungsarbeiten zu bekommen kann mitunter eine Tortur werden.

Das ist alles Ingenieursarbeitszeit. Und die ist teuer. Nicht mal, weil die Ingenieure wahnsinnig viel Geld bekommen (tun sie nicht ;-)) sondern weil da nunmal ne Menge weitere Kosten mit verbunden sind.

Selbst wenn die Hardware am Ende sagen wir mal 10000 Euro kostet, kannst du mit Entwicklungskosten vom 10 bis 100fachen ausgehen. Zumindest bei "einfachen" Experimenten auf der ISS. Bei echten Sonden ist das vermutlich noch etwas extremer.

Meine Frage geht vor allem in die Richtung, ob es die Kosteneffizienz nicht erheblich verbessern würde, wenn man Planetensonden stärker standardisieren würde. Ob ein Spektrometer, Magnetometer, Radarabtaster oder eine Kamera um die Venus, den Jupiter oder Uranus untersuchen, ändert schließlich nichts an deren Funktionsweise. ...

Es ist zwar ein Spektrometer, Magnetometer, Radarabtaster oder eine Kamera - aber eben auch die für die Venus, den Jupiter oder Uranus - und damit eben nicht die gleichen, da die Anforderungen sich stark unterscheiden.
In deinen Beispielen kannst du auch nicht jeden Moment einfach mal zu einem der 3 Planeten hinfliegen, sogroße Raketen hast du nicht. Du musst den Moment abpassen, das Startfenster einhalten, bei dem du mit dem Minimum an Treibstoff und der kleinsten Rakete die richtige Bahn zum Ziel nimmst. Wo das noch einigermaßen ging, war der Mond, aber auch da wurde mit jedem Tropfen Treibstoff "gegeizt".
Was schon ein wenig standardisiert ist, sind die Geräteträger...
...und noch ein Aspekt ist die Weiterentwicklung bei der Geräte- Steuer- und Computertechnik, man will ja mit dem empfindlichsten, modernsten und effizientesten Geräten die Forschung an den Zielorten vornehmen.
All das kostet zwar Geld, ist aber für den Fortschritt unumgänglich.
Gruß, HausD

Und dann kommt ja noch hinzu, dass man bei weiteren Missionen zum gleichen Planeten ja auch neues untersuchen will...sprich man nimmt andere Wellenlaengen und braucht damit wieder andere Instrumente. Es mach ja keinen Sinn mit jeder Sonde das gleiche zu untersuchen. Weiterhin entwickelt sich die Technik immer weiter, d.h. mit jeder Sonde werden die Instrumente um ein vielfaches besser. Warum sollte man fuer eine aktuelle Sonde zum Mars bspw. die gleiche Kaemratechnik beutzen welche schon auf dem Global Surveyor geflogen ist wenn wir doch jetzt so tolle Kameras haben wie zB die HiRise.

Dann wird für Validierung und Test einfach viel mehr Zeit und Geld verwendet als in den meisten anderen Bereichen, weil a) schon kleine Fehler große Kosten oder komplettes Scheitern einer Mission verursachen können (siehe z.B. Phobos-Grunt) oder b) auch Menschenleben in Gefahr sein können.

Weiß ich doch. Ich will ja auch gar nicht diese Tests und und Validierungen abschaffen, mein Gedanke geht dahin, dass man vernünftigerweise davon ausgeht, dass, wenn ein Bauteil den Spezifizierungen genügt, es ein identisches auch tut. Sodass man nicht für jede Planetensonde die Tests und Lizensierungen erneut für alle Bauteile durchführen muss.

Es ist zwar ein Spektrometer, Magnetometer, Radarabtaster oder eine Kamera - aber eben auch die für die Venus, den Jupiter oder Uranus - und damit eben nicht die gleichen, da die Anforderungen sich stark unterscheiden.

Wie groß sind den da die Unterschiede? Ich meine, ist ein Spektrometer für die Venus beim Uranus völlig unbrauchbar? Oder gibt es da überschneidungen, sodass es möglich ist, diese Messgeräte so zu bauen, dass sie nicht derartig Umgebungsspezifisch sind (ohne dabei eine Kostenexplosion auszulösen, die den Kostenvorteil durch die Mehrfachverwendbarkeit wieder auffrisst, versteht sich)

In deinen Beispielen kannst du auch nicht jeden Moment einfach mal zu einem der 3 Planeten hinfliegen, sogroße Raketen hast du nicht. Du musst den Moment abpassen, das Startfenster einhalten, bei dem du mit dem Minimum an Treibstoff und der kleinsten Rakete die richtige Bahn zum Ziel nimmst. Wo das noch einigermaßen ging, war der Mond, aber auch da wurde mit jedem Tropfen Treibstoff "gegeizt".

Das weiß ich doch auch. Aber man könnte doch errechnen, wann den die Planeten so stehen, dass sich die Startfenster für verschiedene Planeten häufen. Und wenn es dann soweit ist, schickt man dann nacheinander (jeweils im entsprechenden Zeitfenster) die, soweit wie möglich auf denselben Bauteilen basierenden, Sonden los.

...und noch ein Aspekt ist die Weiterentwicklung bei der Geräte- Steuer- und Computertechnik, man will ja mit dem empfindlichsten, modernsten und effizientesten Geräten die Forschung an den Zielorten vornehmen.

Klar wollen sie das, aber hier sollte man nach dem Kosten-Nutzen-Verhältnis gehen. Selbstredend ist das bestmögliche Forschungsergebnis wünschenswert, und dagegen sag ich auch nichts. Aber ich sag es mal so: wenn ich die Wahl dazwischen habe, eine 10% genaure Magnetfeldmessung bei Planet A zu haben, oder zusätzlich noch etwas über das (bisher unerforschte) Magnetfeld von Planet B zu erfahren, dann sollte man doch auch bereit sein, auf etwas Genauigkeit zu verzichten, aber dafür mehr zu erfahren, als wenn man nur eine Planetensonde losschickt.

Und dann kommt ja noch hinzu, dass man bei weiteren Missionen zum gleichen Planeten ja auch neues untersuchen will...sprich man nimmt andere Wellenlaengen und braucht damit wieder andere Instrumente. Es mach ja keinen Sinn mit jeder Sonde das gleiche zu untersuchen. Weiterhin entwickelt sich die Technik immer weiter, d.h. mit jeder Sonde werden die Instrumente um ein vielfaches besser. Warum sollte man fuer eine aktuelle Sonde zum Mars bspw. die gleiche Kaemratechnik beutzen welche schon auf dem Global Surveyor geflogen ist wenn wir doch jetzt so tolle Kameras haben wie zB die HiRise.

Natürlich habe ich nicht vor, ein und denselben Planeten mehrmals mit denselben Instrumenten zu untersuchen, dass wäre wirklich Verschwendung. Mein Gedanke geht in die Richtung Venus Express, die ja Instrumente genutzt hat, die für Rosseta und Mars Express entwickelt worden waren. Dies hatte zur Folge, dass Venus Express deutlich Preiswerter wurde, aber dennoch unser Wissen über die Venus erheblich erweitert hat.

Das man solches "Zusammenflicken" dann eben häufiger macht, und somit den Wissensgewinn bei selben Budget erhöht.

Klar versucht man auch hier so wenig Arbeit wie noetig in die Hardware zu stecken.

Aber auch bei Venus Express hat mein nicht die gleichen Instrumente wie bei Mars Express und Rosetta verwendet, sie basieren lediglich auf diesen. Also musste man auch hier wieder Entwicklungsarbeit hinein stecken.

Wo dein Ansatz schon eher funktioniert ist beim sogenannten Spacecraft-Bus, also im Prinzip in der Struktur der Raumsonde. Hier hat man noch die meisten Moeglichkeiten der Vereinheitlichung und wendet das auch an. Die chinesische Mondsonde Chang'e benutzt zum Beispiel den selben Bus wie die Kommunikationssatelliten der DFH-Reihe. OSC versucht seine Raumsonden aus frueheren Satellitenbussen zu konstruieren, Dawn waere hier ein Beispiel. Phoenix faellt mir auch noch ein, hier wurde allerdings die Struktur einer frueheren Marssonde verwendet.

Klar versucht man auch hier so wenig Arbeit wie noetig in die Hardware zu stecken.

Ja, und meine Idee ist, dies noch zu forcieren.

Aber auch bei Venus Express hat mein nicht die gleichen Instrumente wie bei Mars Express und Rosetta verwendet, sie basieren lediglich auf diesen. Also musste man auch hier wieder Entwicklungsarbeit hinein stecken.

Ja, aber weniger, als wennman alles von Grundauf entwickelt hätte. Und darauf möchte ich hinaus.

Wo dein Ansatz schon eher funktioniert ist beim sogenannten Spacecraft-Bus, also im Prinzip in der Struktur der Raumsonde. Hier hat man noch die meisten Moeglichkeiten der Vereinheitlichung und wendet das auch an. Die chinesische Mondsonde Chang'e benutzt zum Beispiel den selben Bus wie die Kommunikationssatelliten der DFH-Reihe.

Ok, dass wusste ich nicht. Da hat die Chinesische Raumfahrtorganisation schonmal einen guten Ansatz.

Es wird bereits so viel einheitlich gemacht, wie geht. Das ist einfaches Ingenieurs-Baugruppen-Denken. Man muss halt auch aufpassen, dass man (als Raumfahrtbehörde) nicht überstandardisiert. Sonst schränkt das eventuell mögliche Missionen ein. Manche Instrumente haben nunmal spezielle Anforderungen an das ganze Fahrzeug, ohne die sie nicht umgesetzt werden können. Beispielsweise bei Herschel wird die ganze Sonde gekühlt und benötigt einen Hitzeschild um die Sonne daran zu hindern, die Instrumente aufzuwärmen. Sowas muss dann im kompletten Fahrzeugentwurf beachtet werden. Das geht eben nicht von der Stange. Aber jeder Ingenieur, der was auf sich hält, wird sich daran setzen, vorhandene Systeme zu nutzen, so weit das möglich ist. Auch die Kommunikation im All ist mehr oder weniger normiert (such z.B. mal nach CCSDS)...

Es wird bereits so viel einheitlich gemacht, wie geht. Das ist einfaches Ingenieurs-Baugruppen-Denken.

Und eben da bin ich mir nicht so sicher, ob man das nicht doch noch etwas weiter treiben könnte.

Man muss halt auch aufpassen, dass man (als Raumfahrtbehörde) nicht überstandardisiert. Sonst schränkt das eventuell mögliche Missionen ein. Manche Instrumente haben nunmal spezielle Anforderungen an das ganze Fahrzeug, ohne die sie nicht umgesetzt werden können. Beispielsweise bei Herschel wird die ganze Sonde gekühlt und benötigt einen Hitzeschild um die Sonne daran zu hindern, die Instrumente aufzuwärmen. Sowas muss dann im kompletten Fahrzeugentwurf beachtet werden.

Das ein Infrarot-Teleskop andere Anforderungen hat, als eine Planetensonde, ist mir Glasklar. Ich spreche ja auch ausschließlich von Planetensonden.

Standardisierte Satelliten- oder Sonden-Grundgerüste - oder auf Neudenglisch Bus-Systeme - sind so alt wie die Raumfahrt. Das haben die Russen schon so mit den ersten Sputniks gemacht, und auch bei den ersten Sonden war das eine Selbstverständlichkeit. Und die Amerikaner hielten und halten das genauso - z.B. schon die Mariner-Sonden zeigen das ganz deutlich.

Schliesslich ist klar, dass man alle einmal qualifizierten Infrastruktursysteme welche überall gebraucht werden, nicht jedesmal neu erfinden muss sondern preiswert duplizieren kann - solange man die eigentliche Nutzlast einpassen kann. Kompatibilitäts- und Interferenztests zwischen Nutzlast und Bus sind dann auch vergleichsweise wenig komplex, wenn die Schnittstellenpezifikationen klar festgeschrieben sind. Somit dürfte auch klar sein, warum gerade 'Solitär'-sonden, welche quasi um die Instrumentierung herumgebaut werden müssen (Beispiele gabs ja schon im Thread), aber auch Sonden die aufgrund notwendiger Masseoptimierungen mehr Sonderbau erfordern (Standardbauteile wiegen meist mehr) üblicherweise gleich um Größenordnungen teurer sind.

-ZiLi-