Extrem-Temperatur-Technik

Europa könnte sich bei den unbemannten Missionen auf Einsätze in Extrem-Temperaturbereichen spezialisieren.

Meines Erachtens kann man Einsätze unterteilen in solche bei annähernd Normaltemperatur (-60 bis + 100 Grad C), Niedertemperatur (unterhalb - 60 Grad C) und Hochtemperatur (100 - 500 Grad C). Für jeden der beiden Extrembereiche kann eine angepasste Technik mit den geeigneten Materialien entwickelt werden.

Mit einer langfristigen Planung könnte in einem solchen Kompetenzbereich mit ähnlichen/gleichen Komponenten kostenoptimierte, höchstinteressante Rückholmissionen geplant werden (z.B. im kalten Bereich zum Mars-Nordpol, Ceres, Europa, Titan, Triton und Pluto und im teuflisch-heissen Bereich zu Merkur und Venus).

Was haltet ihr von einer solchen Einteilung und langfristigen Robot-Strategie?

Ich habe mir bis jetzt noch keine grossen Gedanken ueber die Temperaturen gemacht. Sicherlich benoetigt man fuer den Weltraum spezielle Strategien bezueglich der Temperatur. Aber schon "normale" Satelliten haben Probleme mit diesen Extremtemperaturen. Da ein Raumflugkoerper im luftleeren Raum unterwegs ist, kann er seine Waermehaushalt nur durch Waermestrahlung ausgleichen. Das macht schon grosse Probleme. Zusaetzlich wird die der Sonne zugewandte Seite enorm aufgeheizt waerend die Sonnenabgewandte Seite ziemlich kalt wird. Tritt der Satelitt dann z.B. noch in den Erdschatten ein hat er an der Sonnenzugewandten Seite enorme temperaturunterschied zu ueberstehen.
Ich denke deshalb das die Technik bereits verfuegbar ist.
Eine andere Sache waere die Spezialisierung auf Missionen in Extreme Gebiete. Zunaechst einmal gibt es eine vielzahl anderer faktoren die die Einsatzgebiete von Sonden usw. einschraenken. (z.B. gibt es auf dem Nordpol am Mars keine Rover weil dort zu wenig Sonneneinstrahlung vorhanden waere um den Energiebedarf des rovers aus Solarzellen zu decken)
Einsaetze in Extremgebite bdeuten ausserdem erhoehte Schutzmassnahmen fuer die gerate, was weniger wissenschaftliche Experimente bedeutet. Im Moment stehen nicht einaml genug Mittel zur Verfuegung um die wichtigsten Missionen durchzufuehren. (z.B. Pluto Kuiper Express)
Ich glaube also das die technik bereits existiert und halte es auch fuer keine gute Idee sich auf soche extreme zu speziallisieren.
Sorry!!!!


Mal eine kurze Frage nebenbei: Hat eigentlich Irgendwer schon mal versucht einen Sterlingmotor in eine Raumsonde einzubauen? fuer Sonden mit gleichbleibender Neidung zur Sonne (z.B. SOHO) koennte man so doch auch Energie erzeugen.

Gruss,
Torsten

Ist im Vergleich zu Solarpannelen ineffektiv.  Währe es der Fall, hätte ich darauf vezichtet, da bewegliche teile mit sich verschleiss bringen, oder mehr anfällig sind., als die Solatpanele. Bei letzten muss nut regelkries her.

Es ist richtig, dass im Weltraum bereits normalerweise extreme Temperaturunterschiede herrschen. Es ist auch unwahrscheinlich erstaunlich, wie gut die Marsrover damit umgehen. Aber wenn z.B. ein Marsrover am Marsnordpol eingesetzt würde, wären die Anforderungen nochmals eine Stufe höher.

Meine Vermutung geht dahin, dass es für jeden dieser extremen Temperaturbereiche eine optimale Kombination von Technik und Materialien gibt.

Oder am Beispiel eines Venus-Rovers. Dieser müsste aus hitzebeständigen Materialien gebaut werden, sodass die Venushölle die normale Betriebstemperatur darstellt und keine Kühlung erforderlich ist. Ich bin überzeugt, dass bei einer Beherrschung der Techniken in einem solchen extremen Temperaturbereich auch neuartige Spin-offs anfallen würden.

Zur Frage des Sterlingmotors in einem Raumschiff: Wie sähe die Funktionsweise aus?

Die Festigkeit bzw. Hitzebestaendigkeit der Materialien ist eine Sache. Ich dachte eigentlich auch mehr an die Elektronik. Die muss auf jeden Fall gekuehlt werden.

Sterlingmotor: Sterlingmotor treibt Generator an --> Energie!
war aber eher ein Schnellschuss von mir. wuerde nur in sehr wenigen Anwendungen ueberhaupt funktionieren und selbst dann waere da, wie ILBUS schon anmerkte,  der verschleiss und andere eher unerwuenschte Effekte.

Auch die Elektronik müsste hitzebeständig gebaut werden (keine Lötstellen, die schmelzen, etc.).

Die Erkenntnisse aus den Extremtemperaturbereichen könnten auch auf der Erde verwendet werden, z.B. in extrem belasteten Staustrahltriebwerken, Vulkanforschung, Reaktortechnik.

Wäre ein Venusrover nicht etwas reizvolles und somit der Göttin der Liebe angepasst?

Hatte mehr die Halbleiter im Auge. Ab einer bestimmten Temperatur verlieren die Ihre halbleitenden Faehigkeiten!

Vielleicht ist es umgekehrt sinnvoller. Wenn man die Erkenntnisse aus der Vulkanforschung oder Reaktortechnik bei raumfahrzeugen anwandet. Hier kann man sehr einfach versuche mit den materiallien durchfuehren. Wenn auf der Venus was versagt haben wir es auf der Erde schwer zu analysieren was schiefging.

Ich vermutte, dass es durchaus machbar wäre einen hochtemperaturhalbleiter zu entwickeln...jedoch es sind keine fakten die mir bekannt sind darüber...es muss bestimmt ein jahrzehnt materialforschung her, um so was bestätigen zu können

Was hält ihr aber grundsätzlich von einer Spezialisierung, z.B. auf Rückholmissionen? Könnte man dann nicht gleiche Techniken mehrmals anwenden an verschiedenen Zielen. Das sollte doch eine Kostenersparnis (beinahe Serienfertigung) bringen?

Wie wuerdest du denn die Spezialisierungsrichtungen einteilen?
Und was koennte deiner Meinung nach wer uebernehmen?

Wie stellst du dir so eine Rückholmission vor? was soll zum beispiel zurückgebracht werden?

Eine Rückholmission besteht aus einer Sonde, die zum Zielobjekt fliegt, dann trennt sich eine Landvorrichtung ab, die auch eine Aufstiegsstufe mitführt. Ab Boden werden Bodenproben (Gesteine, Staub, Sand, Atmosphärenprobe) mit einer Greif- und event. Saugvorrichtung aufgenommen und in einen Behälter der Aufstiegsvorrichtung gefüllt. Danach startet die Aufstiegsstufe und fliegt entweder direkt zurück zur Erde oder dockt zuerst an die Sonde in der Umlaufbahn, um dann gemeinsam zurückzufliegen. Der Behälter mit der Bodenprobe landet nach Abbremsung in der Erdatmosphäre an einem Fallschirm.

Damit hätten wir auf der Erde Proben, die nlch viel genauer untersucht werden können als in den kleinen Labors der Landestufen. (Beim Mars z.B. Testreihen auf biologische Aktivitäten.)

Ist die Technik entwickelt, kann sie auf verschiedenen Himmelskörpern eingesetzt werden.

@Torsten
Die Spezialisierung innerhalb der ESA könnte z.B. wie folgt geschehen: Ein Land baut die Sonde, ein anderes die Landestufe, eines die Aufstiegsstufe. Der Start der doch recht schweren Konstruktion erfolgt mit einer Ariane V.

EM
Wenn du die Mossion so darstellst waere doch z.B. eine Sonde die einen Planeten vermisst nur ein SPezialfall von einer Rueckholmission. Eben nur ohne Lander mit Wiederaufstiegsstufe.
Waere es dann nicht Sinnvoller erst Missionen zu starten die den Planeten vermessen um allgemeine Informationen zu gewinnen und Landestellen auszuwaehlen. Spaeter koennte man dann doch Lander schicken die bestimmte interessante Stellen genauer untersuchen. Wenn man dann noch weitere Informationen benoetigt kann man ja einen Lander schicken der geziehlt die wirklich interessanten Stellen erforscht und von dort dann Proben zurueckschickt. Haette auch den Vorteil das zunaechst einfachere Missionen z.B die beste Landetechnik ausprobieren.

Das Problem der ESA besteht darin das meistens alle Laender alles machen wollen. (Einige verfolgen Ihre Ziele weitaus agressiver als andere) Man muss natuerlich auch fairerweise sagen das manchen Laender manche Sachen einfach besser machen koennen als andere. Wobei die Komponenten fuer die einzelnen Teile aus den unterschiedlichsten Laendern kommen!

Es ist natürlich vorteilhaft, wenn man sich bei der Auswahl einer Landestelle auf Vorgänger-Missionen abstützen kann. Beim Mars hätte man wohl heute bereits genügend Wissen, um die interessantesten Landeplätze auszuwählen.

Bei andern Objekten sieht es anders aus. Hier bräuchte es vielleicht zuerst eine reine Beobachtungssonde. Denkbar ist aber auch für die Zukunft bei Zielen jenseits der Marsbahn (Ceres, Europa, Titan), komplexe Sonden zu schicken, die zuerst das Ziel einige Monate beobachten, sodass die Bodenkontrolle einen interessanten Landeplatz auswählen kann.
Dann wird der Lander abgesetzt, der Landeplatz fotografiert und erforscht. Und schliesslich  werden die Bodenproben aufgenommen und zurückgebracht. Ist die Technik ausgereift, könnte man mit einem Flugkörper die Funktionen von drei übernehmen (reine Beobachtung, Untersuchung der Landestelle, Material zurückbringen). Dies könnte sogar Zeit- und Kostenersparnisse bringen.

Eine Rueckkehrmission vom Mars ist ja noch relativ einfach.
Stell dir mal so eine Mission von einem Mond vor. (unser eigener hier mal ausgeschlossen)
Da musst du auch noch genug Treibstoff fuer den Rueckflug mitnehmen und dich dann aus dem System von monden und Planeten rausbewegen.
Ich glaub da ist es einfacher eine die Instrumente dorthin zu schicken als eine kleine Probe zurueckzuschicken.
Natuerlich waere es dann schon schoener wenn die Lander beweglicher waeren als die rover von heute.

Insgesamt ist halt noch viel Entwickungsarbeit notwendig bevor so etwas Realitaet wird.

Eine Rückkehrmission zum Planetoiden Ceres könnte energetisch auch noch günstig aussehen, da der Planetoid nur eine schwache Anziehungskraft hat.

Der Treibstoff für den Rückflug ist die kritische Grösse. Deshalb gibt es beim Mars die Ideen der Treibstoffproduktion (Methanherstellung) vor Ort aus CO2 und mitgeführten H2. Ähnliche Methoden zur Treibstoffproduktion wären auf dem Eismond Europa oder Ceres planbar (Aufspaltung des vorhandenen Wassereises in H2 und O2 oder auch Methan, wenn Kohlenstoffe vorhanden sind.). Beim Titan könnte das vorhandene Methan komprimiert werden und mit Sauerstoff, der aus der Aufspaltung von Wassereis gewonnen wird, verbrannt werden.

Solche Treibstoffproduktion vor Ort setzte aber eine starke Energiequelle voraus. Dafür kommt momentan nur Kernenergie in Betracht.

Betrachtet man die eigentliche Rückführung als nicht sinnvoll, könnte man mit einer Treibstoffproduktion vor Ort und einem wiederzündbaren Triebwerk jedoch auch  verschiedene Gebiete mit der gleichen Sonde untersuchen. Dadurch erhöhte sich der Aktionsradius und der Erkenntnisgewinn einer Mission.

Dies braucht noch viel Entwicklungsarbeit, okay. Aber wenn man die Technik beherrscht,
hat man sehr viel gewonnen. Deshalb sollte man sich solche Ziele auch setzen.

Ich denke wir sind hier prinzipiell auf der selben Linie.
Wir brauchen noch eine Menge mehr Entwicklungsarbeit um solche Missionen durchfuehern zu koennen. Mein Punkt war eher, das ich der Meinung bin man sollte sich langsam vorantasten. Erst wenn wir in der Lage sind grosse Nutzlasten kostenguenstig in den Erdorbit zu bringen, koennen wir anfangen extrem komplexe Missionen zu entwickeln.

Abgesehen davon besteht fuer mich das groesste Hinderniss bei der weiteren Erforschung (vor allem unseres Sonnensystems) im ersten Schritt, erfolgreich und kostenguenstig grosse Mengen Gueter in den Orbit zu bringen.
Wenn dies einmal geschaft ist, kann der Weltraum zu einer wirklichen Quelle fuer "normale" Forschung und Entwicklung werden. dann kann eine Spezialisierung auch erfolgreich erfolgen.

EM, ich muss sagen, deine Schielderung der evtl Missionsabläufe ist klasse...finde ich sehr interessant. Schade, dass es im Moment nur ein Kernreaktor in Frage kämme