Wie könnte eine Nachfolgemission zu New Horizons aussehen?

Für die Monde halte ich das für überflüssig. Man sieht es doch bei Cassini, wie ein Orbiter um einen Gasriesen die Monde gleich mit abdeckt. Was wir in dem Zusammenhang also brauchen, sind Orbiter für Neptun und Uranus (je einer natürlich!), nicht zu vergessen mal wieder einen für Jupiter und ein Nachfolgemodell für Cassini.

Einen Orbiter extra für einen Mond sollte man nur dann starten, wenn man anders tatsächlich nicht an diesen heran kommt, z.B. wegen spezieller Bahnparameter von Planet und Mond.

nicht zu vergessen mal wieder einen für Jupiter

Juno ist bereits auf dem Weg 

Viele Grüße,

Klaus

Juno ist bereits auf dem Weg 

Juno konzentriert sich aber vor allem auf die Magnetosphäre und den Jupiter selbst. Die Jupiter-Monde stehen nicht auf seiner Liste. Zudem ist die sehr einfache Kamera an Bord nicht für die Beobachtung der Monde, sondern nur für den Jupiter selbst ausgelegt. Das gilt auch für die meisten anderen Instrumente...

Wenn man sich anschaut wo es vor allem harkt, denn daran wieviel Masse man schnell zu weiten Zielen mit hohem deltaV Bedarf bringen kann.
Es gibt zwar Träger, aber diese sind derzeit noch sehr beschränkt. Man braucht wirklich sehr viel Masse im LEO damit diese mittels chemischen Antrieben ein hohes deltaV bei einer nötigen Masse liefern können.
Hier wird eine FH etwas helfen und eine BFR natürlich noch viel mehr, vor allem weil die BFR nicht nur viel mehr Masse ins LEO bringen kann, sondern durch den viel höheren ISP kommt davon auch noch viel mehr bei hohem deltaV an.

Wenn man MCT hat, wird das natürlich besser, weil man dann wohl die Oberstufe nachtanken können wird, was nochmal über 2,7km/s bringen wird.
Der Punkt ist nur dass dies zwar schon einiges bringen wird, aber um ohne Atmosphärenbremsung langt das immer noch nicht wenn eine große Nutzlast benötigt wird und man schnell am Ziel ankommen will.

Richtig gut wäre es hier wenn man einen SEP-Schlepper hätte, der z.B. im Normalfall z.B. 500t Nutzlast aus dem LEO Richtung Mars schiebt und der am besten auch erheblich näher an der Sonne ran könnte um z.B. viermal mehr Licht in Strom umzusetzen um damit die Antriebe zu versorgen.

Dann muss man nur noch auf einen günstigen Zeitpunkt warten, fliegt durch das innere Sonnensystem um aus der hohen Solarenergie an der Sonne vorbei sehr viel Geschwindigkeit aufzunehmen.
Die Beschleunigung der Nutzlast muss dann abgeschlossen sein bevor der Punkt überschritten ist wo die Sonnenenergie nicht mehr ausreicht den Schlepper wieder abzubremsen.
Sicher wird man damit keine 500t Nutzlast zu so einem Ziel schicken können, aber vielleicht 100t ?
So ein, ich nenne das mal: "Tiefraumträger", der per BFR, Nachtanken, SEP-Schlepper auf Kurz gebracht würde, besteht dann aus eins oder zwei Stufen. Aber selbst dann, wären damit 20km/s abzubremsen verdammt hart.

Der Charme von so was ist das man an allen Ecken optimale Wege gehen kann, braucht man z.B. 10t Nutzlast beim Jupiter um damit z.B. auf einem der großen Mode zu landen, lässt man die erste Stufe des Tiefraumträgers weg und bremst in der Jupiteratmosphäre ab.
Der Schlepper kann diesen in kürzerer Zeit auf den Weg bringen, also früher für neue Aufgaben genutzt werden. Alternativ auch ohne Schlepper, je mach Nutzlast und deltaV Bedarf.

Das ist alles eher die überübernächste Generation.

Und bei SEP-Schlepper hat man eben das Problem dass du ihn auch wieder abbremsen und zurück fliegen musst und dass er für so eine Beschleunigung ne weile unterwegs ist. Gut möglich dass es günstiger einen größeren chemischen Einwegantrieb zu nutzen.
Genauso wie es wohl besser wäre zehn Vorbeiflugsonden zu bauen als einen Pluto-Orbiter.

Man sollte von einem Sondentyp gleich mehrere bauen und sie innerhalb von ein paar Jahren dann zu ähnlichen Zielen starten. Z.B. Uranus- und Neptunmonde als Ziele. Dann lohnen sich die Entwicklungskosten. Die Kosten pro Mission müßten so wesentlich niedriger sein. Jedenfalls heißt es doch immer, sie sind so teuer, weil es Einzelstücke sind.

Theorisch richtig.

Praktisch passt es nicht in die Politische- und Bugetplanung. Da hat man eben alle paar Jahre mal einen Slot für eine Flagshipmission und nicht mit ein mal geld für so viele Sonden.

Warum soll man keine bewährten Sonden nachbauen? Das ist viel besser und billiger, als jedes Mal das Rad neu zu erfinden, sprich eine neue Sonde zu entwerfen. Natürlich hat du recht damit, das diese Sonden eigentlich veraltet sind. Aber das trifft eigentlich nur auf Computer, Speicher und Instrumente zu.

Bloß was bleibt von einer Sonde übrig wenn man das Kommunikationssystem, die wiss. Instrumente, die sonstige Elektronik/Speicher/Prozessor, wahrsch. die Energieversorgung (modernere Solarzellen) [..] weg lässt.

Doch quasi nur das Haupttriebwerk mit Tank, die Lagereglung plus Reaktion Wheel und die Struktur. Viel ist das nicht mehr - und vor allem sind das nicht die teuersten Komponenten.

@Sensei:
Das hat meiner Meinung nach wenig mit der über übernächsten Generation zu tun.
Die eigentliche Frage kommt die BFR (MCT=Träger) und wenn ja wann?
Ich denke wir werden in weniger als vier Jahren (2019) den ersten Start sehen, aber wohl noch nicht vom kompletten System MCT.
Für SEP Antriebe in dem Bereich der nötig ist, sehe ich sicher vor 2025 verfügbar. Da gibt es zumindest zwei Technologien mit ordentlichen Werten, neuere Hall- und DS4G. Solarsysteme für den Weltraum wird SpaceX eh sehr viel größere brauchen als derzeit wohl am Markt, oder wer denkt den das die ISS mit 120kW bei max. 10 Personen auskommt, aber MCT mit weniger pro Person?
Unter 3MW läuft da sicher nichts, also wird das benötigt und deshalb auch gebaut werden.
Ein Schlepper mit SEP und Xenon als Treibstoff braucht recht kleine Tanks, da das verflüssigte Gas eine seht hohe Dichte hat.
Ein Schlepper ist auch nicht sehr komplex, das sind vor allem große und leichte Solarträger, Tank, Triebwerke, Konstruktionsstruktur, Steuerung Treibwerke, Navigation und Docking.
Wir reden auch nicht von großen Kräften, das werden selbst bei 50MW wohl unter 5kN.

Das mit dem Abbremsen ist eigentlich auch kein großes Problem, wichtig ist hier nur dass die Trennung erfolgen muss bevor das Sonnenlicht nicht mehr ausreicht um den Schlepper abzubremsen. Die wichtigste Frage dabei ist wie leicht, oder besser gesagt, wieviel kg/kW hat das Solarsystem.
Heute kann man 4,5kg/kW Systeme bekommen (für Orion entwickelt), aber die sind nicht optimal, da sie für 3G aushalten müssen und Faltbar sein müssen. Ich halte bis 1kg/kW schon heute für realisierbar.
Der Tank wird wohl unter 3t haben und der Rest kaum mehr.
Entscheidend ist der sehr viel höhere ISP, wir Reden hier von 40km/s aufwärts!

Zitat

Man sollte von einem Sondentyp gleich mehrere bauen und sie innerhalb von ein paar Jahren dann zu ähnlichen Zielen starten. Z.B. Uranus- und Neptunmonde als Ziele. Dann lohnen sich die Entwicklungskosten. Die Kosten pro Mission müßten so wesentlich niedriger sein. Jedenfalls heißt es doch immer, sie sind so teuer, weil es Einzelstücke sind.

Theorisch richtig.

Praktisch passt es nicht in die Politische- und Bugetplanung. Da hat man eben alle paar Jahre mal einen Slot für eine Flagshipmission und nicht mit ein mal geld für so viele Sonden.

Zitat

Warum soll man keine bewährten Sonden nachbauen? Das ist viel besser und billiger, als jedes Mal das Rad neu zu erfinden, sprich eine neue Sonde zu entwerfen. Natürlich hat du recht damit, das diese Sonden eigentlich veraltet sind. Aber das trifft eigentlich nur auf Computer, Speicher und Instrumente zu.

Bloß was bleibt von einer Sonde übrig wenn man das Kommunikationssystem, die wiss. Instrumente, die sonstige Elektronik/Speicher/Prozessor, wahrsch. die Energieversorgung (modernere Solarzellen) [..] weg lässt.

Doch quasi nur das Haupttriebwerk mit Tank, die Lagereglung plus Reaktion Wheel und die Struktur. Viel ist das nicht mehr - und vor allem sind das nicht die teuersten Komponenten.

Wurde aber von der ESA schon gemacht - und hat auch erheblich Geld  (und Zeit !) eingespart:
der für ROSETTA entwickelte Satelliten-Bus wurde gleich 3mal verwendet, ausser bei ROSETTA selbst auch noch bei MarsExpress und VenusExpress,
mit entsprechenden Änderungen (Solar Arrays, Isolierung). Die Instrumentierung war natürlich auf das jeweilige Ziel angepasst.
Dieses Konzept der Mehrfachverwendung wurde bei der ESA stark von Marcello Coradini gepusht.


   Gruss   HHg

Zwei inhaltlich Gute und Informative (und gramatikalisch wieder schrecklichen ) Artikel zum Thema:

1. Möglichkeiten die Kommunikation ins äußere Sonnensystem zu verbessern
http://www.bernd-leitenberger.de/blog/2015/07/17/tune-me-up-eine-bessere-kommunikation-im-kuiperguertel/#more-11221

Ich denk mal bei Nachfolgemissionen müsste noch eine steigerung der Übertragungsrate um den Faktor 10 reichen. Da brauch man noch keine Laserkommunikation.

2. Idee mehrerer Nachfolgemissionen mit quasi der selben Sonde aber veränderten Randbedingungen (Kickstufe am Jupiter, Stirling statt einfachen RTG..)
http://www.bernd-leitenberger.de/blog/2015/07/16/knnte-new-horizons-nur-die-erste-sein/


Manmanman. Ein Artikel in dem er so gut wie gar nicht über SpX lästert und die Falcon9 vorschlägt.... dass ich das noch mal erleben darf 
Und wie gesagt: inhaltlich schon interessant. Manchmal etwas optimistisch (einfach mal den Stirling zu ende entwicklen, ganz einfach irgendwelche Oberstufen mit einbauen, ausnutzen von Sicherheitsmargen...) aber um zu zeigen was alles evt möglich wäre trotzdem sehr gut.

Was meint ihr dazu?

Grundsätzlich hat er mit vielem Recht. Die NASA neigt leider bei Planetensonden dazu, das Rad immer wieder neu zu erfinden, anstatt einen bewährten Bus zu modifizieren und auch zu anderen Zielen zu schicken. Der Bus von New Horizons zb wäre prima geeignet für weitere Vorbeiflugmissionen an Uranus und Neptun, speziell um die Atmosphäre zu studieren, damit man später einen Orbiter per Aerobraking in den Orbit bringen kann. Die ESA ist hier mit Venus Express ein sehr gutes Vorbild, aber leider bisher das einzige. Die Idee mit den Feststoffoberstufen ist gar nicht so revolutionär, schon vor 25 Jahren wurde Magellan mit einer Feststoffoberstufe in den Venusorbit eingebremst. Da ist es nur noch ein kleiner Schritt zu einer Oberstufe, die beim Swing-by die Geschwindigkeit zusätzlich erhöht.

Grundsätzlich hat er mit vielem Recht. Die NASA neigt leider bei Planetensonden dazu, das Rad immer wieder neu zu erfinden, anstatt einen bewährten Bus zu modifizieren und auch zu anderen Zielen zu schicken.

Naja der neue Rover 2020 auf dem Mars soll ja baugleich wie Curiosity sein Langsam lernen sie es.

Außerdem halte ich von einer Sonde wie New Horizons für Neptun oder Uranus nichts. Wie bräuchten Orbiter (wie Galileo oder Cassini) und keine Vorbeiflugssonden.

Außerdem halte ich von einer Sonde wie New Horizons für Neptun oder Uranus nichts. Wie bräuchten Orbiter (wie Galileo oder Cassini) und keine Vorbeiflugssonden.

Das Kernproblem ist, wie man eine Sonde in einen Uranus- oder Neptun-Orbit einbremsen soll.

Natürlich brauchen wir Orbiter um Uranus und Neptun, aber da gibt es einige Probleme. Man kann zwar eine sehr schwere Sonde per Venus- und Erd-Swing-by auf Jupiterkurs bringen und dann von Jupiter massiv weiterbeschleunigen lassen, damit man mit einer noch akzeptablen Flugzeit zum Ziel kommt, aber dann kann man kaum genug Treibstoff befördern, um die Sonde per chemischen Antrieb in einen Orbit einzubremsen. Fliegt man langsamer, so das man wie bei Cassini mit chemischen Treibstoff einbremsen kann, erhöht sich die Flugzeit zum Ziel sehr stark. Ionentriebwerke sind, solange die Frage der Energieversorgung im äußeren Sonnensystem noch nicht geklärt ist, ebenfalls keine Option.

In meinen Augen ist die einzige Möglichkeit, mit einer vernünftigen Flugzeit zum Ziel zu kommen und gleichzeitig in einen Orbit zu bremsen, die Nutzung von Aerobraking, also das Abbremsen des Orbiters in der Atmosphäre des Zielplaneten. Allerdings kennen wir die beiden Zielplaneten dafür viel zu wenig. Hierzu sind erst weitere Vorbeiflugmissionen nötig, mit Schwerpunkt auf der Erforschung der Atmosphäre. Solange wir die Atmosphäre nicht genau genug kennen, ist eine Aerobraking-Mission viel zu riskant. Erst wenn wir genaue Daten über die Atmosphäre haben (am besten durch eine Eintauch-Sonde wie bei Galileo) ist eine solche Mission denkbar...

Was heißt 'sehr lange Flugdauer'? 15 Jahre?

Das ist doch machbar. Die letzten missionen haben eigentlich gezeigt, dass die Sonden selber nicht sonderlich schnell altern und mit einer guten Konstruktion noch durchaus lange Zeit gut funktionsfähig bleiben können.
Das problem ist eher die Ungeduld der Menschen.

UND das Gewicht der Sonden. Cassini hatte mal eben ein abfluggewicht von 5,4 Tonnen. New Horizon von 478 kg. Da ist mal eben mehr als ein Faktor 10 dazuwischen! (und das zeigt auch dass man mit einfachen NewHorizon nachbauten nicht alles erreichen kann..)

Das mit der Reisezeit hat nicht nur mit dem nicht warten wollen zu tun, das Missionskontrollteam kostet ja auch Geld.

SEP bringt sehr viel, vor allem dann wenn man sehr schwer abfliegen will und das am besten noch direkt aus dem LEO heraus.
Klar braucht man dann Solarsysteme mit Leistungen von zwei und mehr Megawatt, also mit heutigen Systemen ca. 10t Solarsystem. In dem Fall könnte man so eine Eintauchsonde beim Jupiter vorausschicken indem man diese vor Ankunft bei Jupiter trennt sodas diese ein paar Tage vorher beim Uranus oder Neptun ist. Das hätte dann auch den Vorteil das diese über die Hauptsonde kommunizieren kann, was sicher einfacher ist als direkt mit der Erde (Sendeleistung)
Generell würde ich da mindestens eine FH einsetzen, mit SEP bekommt man dann vielleicht 30t Nutzlast zum Ziel.
Wenn es noch schneller gehen soll, beschleunigt man beim Jupiter nochmal wie das Bernd Leitenberger berechnet hat.
Er hatte von einem deltaV von ca. 1100m/s beim Jupiter gerechnet. In unserem Fall wären das mit Feststoff dann immer noch ca. 19t
Das mit SEP hätte ohne einen Swingby aber noch einen weiteren Vorteil, selbst beim Neptun verbleiben bei 2MW in Erdnähe immer noch 2,2kW, beim Neptun sogar fast 5,5kW.
Ist natürlich muss das Solarsystem einklappbar sein, aber die Systeme für Orion sehen mir so aus als geht das.

Mit so hoher elektrischer Leistung kann man einiges am Ziel machen was bei RTG's kaum bezahlbar ist,  z.B. die Sendeleistung auf mehrere 100W bringen oder sogar Bahnkorrekturen da draußen damit vornehmen.

Das hätte den

Ohne SEP geht natürlich auch, aber das kostet dann halt viel an Nutzlast und man wird wohl den Umweg über mehrere Swing-By bei der Erde und Venus zusätzlich machen müssen.