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Raumfahrt => Konzepte und Perspektiven: Raumfahrt => Thema gestartet von: runner02 am 07. Dezember 2010, 14:47:29

Titel: Venus-Lander
Beitrag von: runner02 am 07. Dezember 2010, 14:47:29
Russland möchte 2016 ja wieder einen Lander, Venera-D, auf die Venus schicken.

Bis jetzt wurden doch alle Venerasonden mit einer ablativen Salzbeschichtung vor der Hitze geschützt... Aber wie wäre es mal mit einer Wärmepumpe?? Die arbeitet immerhin effektiver als ein Peltier-element, verbraucht aber wie dieses nur Storm, den man mittels Solarzellen fast unbegrenzt hätte.

Wenn man die Sonde sehr gut thermisch isoliert, und elektrsch kühlt, wäre dann nicht ein Betrieb von mehreren Monaten möglich?

Kann eine Wärmepumpe es schaffen, von 470°C auf 50°C oder 150°C (Bzw. glaube ich mich zu erinnern, dass die Venera bei 250°C innen gelaufen sind) herunterzukühlen?
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: Schillrich am 07. Dezember 2010, 15:01:14
Wohin soll die Pumpe die Wärme denn pumpen? ;) Entweder braucht man ein (begrenztes) Speicherreservoir, oder man muss die Wärme an die Umgebung abgeben.
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: runner02 am 07. Dezember 2010, 16:47:35
Ich würde sagen, an die Umgebung. Ob die nun 470°C oder 500°C hat, ist doch egal...

Übrigens würden 90 bar einen ordentlich kühlenden bzw. wärmenden Effekt haben... Also, wenn die eine Seite der Wärmepumpe beispielsweise 500°C hätte, käme ziemlich schnell die Venus-'Luft' und würde sie auf 470°C runterkühlen...
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: Schillrich am 08. Dezember 2010, 05:42:58
90 bar haben eine "ordentlich kühlende Wirkung"? Was genau meinst du?
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: Olli am 08. Dezember 2010, 09:11:09
Also, wenn die eine Seite der Wärmepumpe beispielsweise 500°C hätte, käme ziemlich schnell die Venus-'Luft' und würde sie auf 470°C runterkühlen...

Und genau bei diesen 470°C bleibt es dann! Im Idealfall kann man zwei System auf eine Gleichgewichtstemperatur bringen.
Dazu ein einfaches Beispiel: Wir haben zwei Wassergläser mit gleichem Volumen, aber unterschiedlicher Temperatur - sagen wir 20°C und 40°C. Kippen wir beiden Volumina zusammen und warten lange genug, wird sich im Mittel eine Temperatur von 30°C einstellen. Ist das Volumen des wärmeren Wassers größer, verschiebt sich auch die Mischtemperatur nach oben.

Auf der Venus ist das Volumen der Atmosphäre deutlich größer als die Sonde, dememtsprechend hoch liegt die Mischtemperatur - kurz: sie ist hier zu vernachlässigen! Bleibt also eine Sonde, die immer noch 470°C ausgesetzt ist - und das ist deutlich zu warm...

Man brächte ein Material mit einer möglichst hohen Wärmekapazität und niedrigen Wärmeleitfähigkeit. Spontan fällt mir da Kohlenstoff in Form von Graphit ein - ob das funktionieren könnte?

Grüße
Olli
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: fl67 am 08. Dezember 2010, 10:07:29
Und genau bei diesen 470°C bleibt es dann! Im Idealfall kann man zwei System auf eine Gleichgewichtstemperatur bringen.
...
Auf der Venus ist das Volumen der Atmosphäre deutlich größer als die Sonde, dememtsprechend hoch liegt die Mischtemperatur - kurz: sie ist hier zu vernachlässigen! Bleibt also eine Sonde, die immer noch 470°C ausgesetzt ist - und das ist deutlich zu warm...

Ein Kühlschrank kann aber auch auf 4°C runterkühlen, auch wenn es "draußen" 25°C hat.
Es geht also auch tiefer als auf die mittlere Temperatur.  Man mischt ja nicht Sonde und Atmosphäre und kommt dann auf die mittlere Temperatur.

Frank
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: Schillrich am 08. Dezember 2010, 10:08:54
Dazu muss aber auch ein Teil des Kühlschranks deutlich wärmer werden und dann über Konvektion die Wärme an die Umgebung abgeben. Wenn ich in einem Lander eine Wärmepumpe habe, die einen Teil kühlt, wird ein anderer Teil erwärmt. Am Ende muss die Wärme aus dem System raus. Wenn ich von einem Medium umgeben bin, dass schon viel Wärme enthält, wird dieser Abtransport schwierig(er).
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: Kreuzberga am 08. Dezember 2010, 11:45:15
Wenn ich meinen Radiator nun auf 800 Grad erwärme, kann ich prinzipiell ein gutes Stück Wärmeenergie an die Venus-Umgebung abgeben. Den Rest des Landers muss ich eben extrem gut isolieren.

Am NASA Glenn Research Center wird derzeit ein entsprechendes Testgerät gebaut. Dabei soll eine Stirling Energie-Kühl-Kombi (Stirling Duplex) zum Einsatz kommen und mehrere luftgekühlte Isolationsschalen werden übereinander gelegt, sodass man die äußerste Schicht nur auf 250 Grad runterkühlt. Nach Innen wird es kälter, wobei die Betriebstemperatur bei 30 ° C liegt. Erreichen will man dies mit einer "pneumatic oscillating pressure wave driving source", was mir jetzt nix sagt. In etwa: "Maschine zur erzeugung von oszillierenden Luftdruckwellen", oder so ähnlich.  ;)

Das System soll auf 9 Monate Betrieb auf der Venusoberfläche ausgelegt werden.

Etwas zu lesen gibt es dazu hier: http://www.spaceref.com/news/viewsr.html?pid=33949 (http://www.spaceref.com/news/viewsr.html?pid=33949)
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: Sulak am 08. Dezember 2010, 11:54:27
Die Frage ist, ob man für eine Wärmepumpe ein Kältemittel findet, daß für diesen Temperaturbereich geeignet ist. Von 470°C außen auf 250°C innen ist schon ein gewaltiger Temperaturunterschied.

Siehe Wikipedia: Hier klicken (http://de.wikipedia.org/wiki/K%C3%A4ltemittel)

Klaus

PS: Da das mein erstes Posting hier ist, folgt noch eine kurze Vorstellung:

Mein Name ist Klaus und ich komme aus Wien. Beruflich bin ich Prozessleittechniker, also "leider" nicht vom Fach  ;). Trotzdem ist die Raumfahrt und auch die Astronomie seit vielen Jahren ein Hobby von mir...
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: Kreuzberga am 08. Dezember 2010, 13:43:46
Hallo Sulak,

willkommen im Forum!  :)

Ich stelle mir die Funktionsweise dieser Stirling-Energie-Kühl-Kombination so vor: Die Venusumgebung liefert thermische Energie mit der Stirling-Motoren betrieben werden, die die thermische Energie in mechanische Energie umwandeln. Damit ließe sich ein Elektromotor betreiben, welcher wiederum ein einen Kühlkreislauf betreibt. Als Kältemittel ließe sich z.B. Wasser benutzen (könnte ich mir vorstellen).

Gruß Timo
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: runner02 am 08. Dezember 2010, 13:46:07
Zitat
90 bar haben eine "ordentlich kühlende Wirkung"? Was genau meinst du?

Also, 90 bar sind sehr dicht.

Halte mal deine Hand in 10 Grad kaltes Wasser und 10 Grad kalte Luft. Im dichteren Medium kühlt sie schneller ab.
Das selbe bei 40°C (in der Sauna hält mans länger aus als im 40°C Bad)


Dh. die Kühlung bzw. aufheizung wirkt sehr viel schneller als bei 1 bar.

Zitat
Als Kältemittel ließe sich z.B. Wasser benutzen (könnte ich mir vorstellen).
Wo willst du auf der Venus flüssiges Wasser herbekommen?
Meinst du im geschlossenen Kreislauf??
Dan müssten die Isotope 800°C erreichen und die Venusatmosphäre kühlt sie auf 500 runter...


PS.Auch von mir willkommen im Forum!
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: Kreuzberga am 08. Dezember 2010, 14:01:06
Ja, natürlich im geschlossenen Kreislauf. So eine Stirling-Kühleinheit arbeitet wohl sowieso mit gasförmigen Stoffen. Ob sich Wasser da wirklich gut eignet, weiß ich nicht.

Theoretisch könnte man den den Elektro-Generator sogar weglassen und direkt mechanisch einen Stirling-Kühler antreiben. Wenn das System insgesamt gut isoliert ist, sollte eine Abkühlung um 250° C für die äußere Hülle nicht allzu problematisch sein. 
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: Schillrich am 08. Dezember 2010, 15:30:15
Hallo Timo,

Die Venusumgebung liefert thermische Energie mit der Stirling-Motoren betrieben werden, die die thermische Energie in mechanische Energie umwandeln.

ich denke, du hast ein Perpetuum Mobile erdacht: Eine Wärmekraftmaschine braucht einen Temperaturunterschied. Wenn der Stirlingmotor "seine Wärme" aus der Umgebung holt und dann wieder an sie abgibt (egal über wie viele Stufen), wie soll das gehen, dass dann noch ein Verbraucher angetrieben wird? ;) Irgendwo muss "extra Wärme" herkommen, bei unseren Verbrennnungsmotoren macht das das Benzin, nicht die Umgebungswärme.
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: Kreuzberga am 08. Dezember 2010, 16:14:19
Hallo Daniel,

den Verdacht hier ein Perpetuum mobile beschrieben zu haben, kam mir auch schon. Man bräuchte schon noch eine Extraenergiequelle, um die Effizienzverluste durch Reibung etc. auszugleichen. Sonst würde das System zwar kühlen, aber den Erwärmungsprozess nur verlangsamen.

Gäbe es keine Effizienzverluste, würde das System aber einen dauerhaften Temperaturunterschied zwischen Umgebung und Landerinnerem herstellen aufrechterhalten ohne dabei ein PP zu sein, oder?

Wie genau das Konzept vom GRC aussehen soll, weiß ich nicht.

Gruß Timo

Weitere Spekulation: Wenn die Wärmekraftmaschinenkombi einen Wirkungsgrad von 80% erreicht und insgesamt 1,1 kW nötig sind, um die Temperatur in der äußeren Schale nicht über 250° C steigen zu lassen, dann müsste die externe Energiequelle lediglich 220 Watt hinzugeben. Das könnte ein RTG leisten, dessen Abwärme allerdings auch wieder an die Venusatmosphäre abgegeben werden müsste. So hört sich das zumindest an:

Zitat
The system to be studied is a cooler, which is part of a Stirling duplex machine, and utilizes energy from a heat source (exhausted to Venus ambient temperature) to both drive a Stirling-cycle cooler and a Stirling-cycle power converter

edit2: Hm, nach neuerlichem Lesen dieser Passage scheint es doch so, als würden sie die Venusumgebung nicht als Hitzequelle nutzen wollen, sondern sowohl den Stirling-Kühler als auch den Stirling-Motor von der mitgebrachten Hitzequelle antreiben lassen.
.
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: runner02 am 08. Dezember 2010, 19:47:19
Es sind 2 Hüllen vorgesehen?

In der inneren 30°C, innen 250°C.

Vergisst man dabei nicht auf was?
Eine Kamera müsste doch direkt an der außenhülle angebracht sein, hätte also 470°C. Ebenso Roboterarm, Antenne, etc.
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: Schillrich am 08. Dezember 2010, 19:53:12
Bzgl. Wärmekraftmaschine:

Wenn ich Wärme aus einer Umgebung entnehme und dann wieder an dieselbe Umgebung abgebe, hat sie der Maschine nichts gebracht. Ich habe aus dieser Wärme keine nutzbare Leistung gezogen. Die Umgebung kann ja nicht gleichzeitig Quelle und Senke des "nutzbaren Wärmeflusses" sein.
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: Ruhri am 08. Dezember 2010, 20:11:32
Zitat
90 bar haben eine "ordentlich kühlende Wirkung"? Was genau meinst du?

Also, 90 bar sind sehr dicht.

Halte mal deine Hand in 10 Grad kaltes Wasser und 10 Grad kalte Luft. Im dichteren Medium kühlt sie schneller ab.
Das selbe bei 40°C (in der Sauna hält mans länger aus als im 40°C Bad)


Dh. die Kühlung bzw. aufheizung wirkt sehr viel schneller als bei 1 bar.

Ich denke, dass das eher etwas zu tun hat mit dem spezifischen Wärmewert von Wasser, das bekanntlich mehr Energie schluckt als die meisten anderen Stoffe, nur um eine bestimmte Temperatur wärmer zu werden.
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: Kreuzberga am 09. Dezember 2010, 00:16:46
Bzgl. Wärmekraftmaschine:

Wenn ich Wärme aus einer Umgebung entnehme und dann wieder an dieselbe Umgebung abgebe, hat sie der Maschine nichts gebracht. Ich habe aus dieser Wärme keine nutzbare Leistung gezogen. Die Umgebung kann ja nicht gleichzeitig Quelle und Senke des "nutzbaren Wärmeflusses" sein.

Äh, warum nicht? Man startet doch mit einer ordentlichen Temperaturdifferenz. Diese Differenz kann ich nutzen um Energie zu erzeugen, die ich wiederum in die weitere Kühlung stecke. Damit verlangsamt sich der Temperaturanstieg des Landerinneren immerhin, auch wenn ich eine weitere Energiequelle brauche, um die niedrigere Temperatur dauerhaft aufrechtzuerhalten.

Hier gibt es übrigens mehr interessante Details vom GRC Ansatz: http://www.lpi.usra.edu/vexag/oct2009/presentations/hunterVenusLanderTechnologies.pdf (http://www.lpi.usra.edu/vexag/oct2009/presentations/hunterVenusLanderTechnologies.pdf) (check insbesondere S. 7+8)
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: Schillrich am 09. Dezember 2010, 06:15:44
Guten morgen Timo,

Zitat
Man startet doch mit einer ordentlichen Temperaturdifferenz. Diese Differenz kann ich nutzen um Energie zu erzeugen, die ich wiederum in die weitere Kühlung stecke.

was meinst du jetzt? Die Temperaturdifferenz zwischen Lander (kühl) und Umgebung (warm) soll genutzt werden, um den Lander weiter zu kühlen? Umgekehrt ginge es, aber so ist das, als ob ein Eiswürfel in unserer Luft von selbst immer kälter werden soll.

Also das ist jetzt ganz klar ein perpetuum mobile ....  ;)
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: Kreuzberga am 09. Dezember 2010, 09:03:03
Hm, du hast wahrscheinlich recht. Ich habe nicht bedacht, dass der Stirling zusätzliche Wärme in das System einbringt. Genau diese zusätzliche Wärme könnte man, abzüglich Verluste, durch einen zweiten Stirling wieder abführen. Für das Gesamtsystem wäre das aber ungefähr so sinnvoll wie ein Eimer Wasser im Meer.  ;)

Unten nochmal das Konzept vom GRC. GPHS steht wohl für General Purpose Heat Source. Steht RPS für Radioisotope (Free) Piston Stirling? Der Wirkungsgrad für ein solches System wird auf S. 6 mit immerhin 25% des Carnotwirkungsgrades angegeben.

Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: tul am 09. Dezember 2010, 15:10:27
Warum so kompliziert. Es gibt bereits extreme Dünnschichttechnologien, die Hitze aus einem Objekt raushalten können.  Man sollte eher in der Richtung weiterforschen.
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: websquid am 09. Dezember 2010, 20:12:32
Man will aber über Monate (oder irgendwann Jahre) die Temperaturen niedrig halten. Das schafft man nur mit aktiver Kühlung, dazu hat solch passive Kühlung einfach nicht genug Ausdauer (und wird sie wohl nicht haben können). Man braucht also im Prinzip einen Kühlschrank auf der Venus, wenn auch bei höheren Temperaturen ;)

mfg websquid
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: Kreuzberga am 09. Dezember 2010, 21:06:29
Das Ziel bei dem NASA-Konzept liegt bei 9 Monaten Betriebsdauer.
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: runner02 am 10. Dezember 2010, 17:42:11
Man will aber über Monate (oder irgendwann Jahre) die Temperaturen niedrig halten. Das schafft man nur mit aktiver Kühlung, dazu hat solch passive Kühlung einfach nicht genug Ausdauer (und wird sie wohl nicht haben können). Man braucht also im Prinzip einen Kühlschrank auf der Venus, wenn auch bei höheren Temperaturen ;)

Ja - man kann soll die passive Isolierung sehr stark machen.

Aber man sollte auch eine aktive Kühlung einbauen (die umso weniger Strom braucht, je besser die Isolartion ist)
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: Speedator am 03. März 2011, 21:04:15
Angeregt durch unseren Cebit-Besuch:

(http://www.raumfahrer.net/forum/yabbfiles/Attachments/up013240.jpg)
Wie man sehr schön sehen kann(und wir heute auf der Cebit erfahren haben, basiert Venera-D auf der Phobos-Grunt Plattform.
Habe dazu noch eine Präsentation mit ein paar Daten gefunden: http://venus.wisc.edu/workshop/presentations/Zasova_Venera-D-vexag_resized.pdf (http://venus.wisc.edu/workshop/presentations/Zasova_Venera-D-vexag_resized.pdf)
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: websquid am 03. März 2011, 21:29:30
Wie man sehr schön sehen kann(und wir heute auf der Cebit erfahren haben, basiert Venera-D auf der Phobos-Grunt Plattform.
Da gibt es auch noch weitere Projekte auf Basis dieser sogenannten "Flagman"-Plattform (die Mondsonden Luna-Resurs , Luna-Glob und Luna-Grunt sowie die Marssonden Mars-NET und Mars-Grunt, wobei letztere extrem fraglich ist). Im Angebot von Lawotschkin ist diese Plattform derzeit das Flaggschiff. Für kleinere Satelliten hat man Karat, für größere Satelliten (unter anderem Spektr oder Elektro) Navigator. Solange nicht mit Dvina noch ein richtig fettes Teil kommt, ist diese Plattform Basis für alle russischen Raumsondenprojekte. Hier nochmal ein PDF (http://cwe.ccsds.org/sea/docs/SEA-D-DOR/Meeting%20Materials/2010.10.London/CCSDS%20Fall%202010%20-%20NPOL_Presentation_v2.pdf) mit einer guten Übersicht über geplante/gewünschte Projekte.

mfg websquid
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: Speedator am 03. März 2011, 22:47:23
Ja, darauf bin ich hier nicht weiter eingegangen, da es hier ja um den Venus Lander geht.
Aber Danke für die interessante PDF.
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: websquid am 15. Juni 2011, 17:44:55
Lawotschkin bastelt momentan schon an einem Konzept für eine Nachfolgemission "Venera-Glob". Im Prinzip handelt es sich dabei um Venera-D on Steroids, man will einfach alles reinkloppen was aus finanziellen/technischen Gründen nicht in Venera-D reinpasst. Es geht also um ein (Segel-)Flugzeug, ein Radar am Orbiter und ähnliche Dinge. Start von Venera-Glob ist für 2021 projektiert (Venera-D: 2017)

Ob dieses Projekt realisiert werden wird... naja vielleicht. Lawotschkin ist ja durchaus bekannt dafür, ne Menge Konzepte vorzulegen, die dann aber nicht im Zeitplan realisiert werden können oder gar nicht zustande kommen :-\

Ich finds aber gut, dass man sich da mittlerweile Gedanken über eine relativ dauerhafte Erforschung macht und man da sogar von erfährt. In Europa habe ich noch nichts über einen eventuellen Nachfolger von Venus-Express z.B. gehört...
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: Gertrud am 06. September 2011, 21:00:55
Hallo Zusammen,

nach einem Bericht von RussianSpaceWeb
verliert das Venera -D- Projekt entgegen früherer Pläne die vorgesehenen atmosphärischen Luftballons.
Die Freilassung der Ballons in der Atmosphäre
könnte evtl. die nachfolgenden Missionen, wie Venera-Glob mit dem geplannten Starttermin 2021, behindern oder gefährden.
Mit Beginn des Jahres 2011 trat die Venera-D-Projekt Phase A
(Preliminary Design) in das Stadium der Entwicklung.
Zu diesem Zeitpunkt hat sich auch die Zusammensetzung des Projektes geändert.
So wird es einen Lander geben, ein Hauptorbiter, und einen zusätzlichen kleinen Satelliten für Studien der Plasma -Umgebung des Planeten.
 
Die Zusammensetzung der wissenschaftlichen Instrumente an Bord von Venera-D haben sich nach dem Artikel auch verändert.

Zitat
Wissenschaftlichen Nutzlasten an Bord Venera-D, Stand 2011 ( 513 ) :
Orbiter
mehrere Spektrometer im Spektralbereich von UV bis MM ;
das Mapping Spektrometer;
Überwachungskamera ;
Plasma-Paket;


Quelle und Infos dazu im Link:
http://www.russianspaceweb.com/venera_d.html#2011 (http://www.russianspaceweb.com/venera_d.html#2011)
 http://www.russianspaceweb.com/venera_d.html#2011payloads (http://www.russianspaceweb.com/venera_d.html#2011payloads)

Der offizielle Starttermin  von Venera-D ist nach dem Bericht  voraussichtlich 2017, ein Jahr später als geplant.

 Gertrud
 Edit;Link hinzugefügt
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: websquid am 06. September 2011, 21:08:13
und einen zusätzlichen kleinen Satelliten für Studien der Plasma -Umgebung des Planeten.
Öhm Gertrud, wie kommst du auf einen zusätzlichen Satelliten? Dieses Plasma-Paket wird am Orbiter montiert, das ist kein eigener Satellit soweit ich weiß. Es wird sich dabei wohl um ein System handeln, das PLASMA-F ähnelt ( http://www.iki.rssi.ru/plasma-f/index_e.htm (http://www.iki.rssi.ru/plasma-f/index_e.htm) ), das derzeit auf Spektr-R arbeitet
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: Gertrud am 06. September 2011, 21:14:58
Hallo websquid,
habe ich diese Worte falsch interpretiert.? :(
 
Zitat
By that time, the composition of the project had changed to include a lander, a main orbiter and an additional small satellite of Venus dedicated to studies of plasma environment around the planet

Dann streiche ich es sofort wieder.

mit fragenden Grüßen
Gertrud
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: websquid am 06. September 2011, 21:24:25
Ups, ich hab nur die Tabelle gesehen, auf die dein Link führte. Den Text hab ich gar nicht gelesen ::)

Danke für die Aufklärung, wo ich das finde ;)
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: Gertrud am 06. September 2011, 21:29:25
Hallo websquid,

alles ok :)
dann gebe ich den Link jetzt passend dazu,
worauf sich mein Beitrag bezieht.
http://www.russianspaceweb.com/venera_d.html#2011 (http://www.russianspaceweb.com/venera_d.html#2011)

Gertrud
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: runner02 am 07. September 2011, 19:37:54
Schade, die Ballons hätten mir schon gefallen... gerade in der Hochatmosphäre sind die Bedingungen fürr Leben ja besser....
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: tul am 17. April 2012, 21:32:53
Venera-D wird nicht vor 2024 starten. Für die Venusforschung ist das natürlich ein Disaster. Eine weitere Venus-Mission der NASA wirds nicht geben, und von der ESA wohl auch nicht. Ob Planet-C noch Daten sammeln kann wird sich erst zeigen.

http://www.russianspaceweb.com/venera_d.html#2011 (http://www.russianspaceweb.com/venera_d.html#2011)
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: websquid am 05. März 2013, 23:29:59
Hier gibts einen aktuellen Überblick über Venera-D (auf Englisch): http://www.lpi.usra.edu/vexag/Nov2012/presentations/13_VeneraD_Zasova.pdf (http://www.lpi.usra.edu/vexag/Nov2012/presentations/13_VeneraD_Zasova.pdf)

Man befindet sich in Projektphase A, Phase B wird wohl frühestens 2016 beginnen.

Elemente des Konzepts:
-Lander mit einer Lebensdauer von 2-3 Stunden auf der Oberfläche (das ist immer weniger geworden im Lauf der Jahre :()
-Orbiter in einem polaren 24h-Orbit, Lebensdauer >3 Jahre
-Subsatellit, möglicher Orbit 48h, 24h oder 12h
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: GG am 06. März 2013, 09:59:50
Dafür sollte die Elektronik heute schneller arbeiten als in den 1970ern. Und die Funkverbindung erlaubt auch weit höhere Datenraten. Allerdings ist die zur Verfügung stehende Energie begrenzt.

Wie soll die Kühlung gewährleistet werden? Einfach nur durch thermische Isolation oder gibt es ein Kühlmittel bzw. -aggregat?
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: Führerschein am 06. März 2013, 19:10:46
Wie soll die Kühlung gewährleistet werden? Einfach nur durch thermische Isolation oder gibt es ein Kühlmittel bzw. -aggregat?

Ohne die geringste Ahnung, was sie wirklich machen, behaupte ich mit großer Sicherheit, sie benutzen Verdunstungs/Verdampfungskühlung plus Isolation.
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: Majo2096 am 06. März 2013, 19:28:26
Könnte man nicht den Lander so bauen das er so große Temperaturen überstehen kann und nicht gekült werden muss ?

hätte den Vorteil das man mindestens einen Venustag mit dem Lander arbeiten kann. Ein Venustag hat 116 Erdentage
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: websquid am 06. März 2013, 19:30:46
Ich würde Führerschein zustimmen... in der von mir verlinkten Präsentation war nämlich kein Hinweis auf die Kühlung zu finden. Der einzige Hinweis der sich finden lässt ist wohl "Lander (VEGA-type, updated)". Demnach dürfte das ähnlich wie bei den alten Venera/VeGa-Sonden aussehen. Aktive Kühlung scheint damit derzeit vom Tisch zu sein (aber da wir ja noch in Phase A sind kann man ja hoffen, dass sich das nochmal ändert ::))

@Majo: Treib mal Elektronik auf, die bei solchen Temperaturen funktioniert... sag Bescheid wenn du welche findest :P
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: Mcdivitt am 07. März 2013, 16:12:09
Also eine aktive Kühlung über eine so lange Zeit ist bei mittleren Oberflächentemperaturen von ca.460 Grad schlichtweg viel zu energieintensiv. Dazu müsste wahrscheinlich ein kleiner Kernreaktor mitgeführt werden, welcher dann ebenfalls gekühlt werden müsste. Da stehen Aufwand und Nutzen in keinem Verhältnis mehr.
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: runner02 am 07. März 2013, 18:19:15
Wenn man schon was hinschickt, sollte es schon was gescheites sein... Sicher fügt die Kühlung Gewicht hinzu, aber...

Verdunstungskühlung und 3h Lebensdauer sind so 1900-irgendwas...
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: Mcdivitt am 07. März 2013, 19:46:52
Das Problem besteht ja darin, daß die Sonde schon mit der Proton-Rakete gestartet werden soll. Man kann die Sonde deshalb gar nicht schwerer machen, da Nutzlast der Proton bereits ausgeschöpft ist.
Wenn die angesprochene aktive Kühlung aber ein mehrfaches der eigendlichen Sonde wiegt, ist eben eine sinnvolle und auch noch bezahlbare Mission nicht mehr durchfürbar. Jedenfalls nicht mit den heutigen technischen Möglichkeiten.
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: runner02 am 08. März 2013, 23:36:13
Wenn die angesprochene aktive Kühlung aber ein mehrfaches der eigendlichen Sonde wiegt, ist eben eine sinnvolle und auch noch bezahlbare Mission nicht mehr durchfürbar. Jedenfalls nicht mit den heutigen technischen Möglichkeiten.

Wäre es dann nicht sinnvoll, das Geld zu sparen und stattdessen eine Falcon 9 Heavy zu buchen? ;)
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: websquid am 08. März 2013, 23:42:54
Wäre es dann nicht sinnvoll, das Geld zu sparen und stattdessen eine Falcon 9 Heavy zu buchen? ;)
Russland würde niemals eine statliche Raumnsonde auf einer amerikanischen Rakete starten...
Und nein, es wäre nicht sinnvoll... so viel kann ein stationärer Lander auch nicht machen - das kann man in wenigen Stunden erledigen was an einem Ort sinnvoll möglich ist. Längere Lebensdauer für so eine Station ist ein nice-to-have, aber sicher kein Kriterium um auf so eine Idee zu kommen ::)
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: McFire am 11. März 2013, 14:28:43
Gibts eigentlich schon ein hinreichend verläßliches Wärmeprofil, so von Null bis minus 20 Meter? Kann freilich nur auf Schlußfolgerungen der bislang spärlichen Daten funktionieren.
Ich denke nämlich, langzeitlich (!) betriebsfähige Sonden/Lander kann man vlt. erst ab 2040 ins Auge fassen, wenn man in der Lage ist, ohne Gejammer ca 20 Tonnen dahin zu senden und zu landen. Und davon müßte man 15 Tonnen "opfern" für eine Bohrvorrichtung, die robust ist und schmerzfrei 10...15 Meter runter bohrt und unten eine Kaverne sprengt. Da kann man dann mit einem simplen Wasser- o.ä. Kreislauf "Kälte" gewinnen. Vorteil dabei wäre, daß 20 Tonnen gut isoliert, eine brauchbare Wärme"trägheit" für die ersten Arbeiten hätten, besser als 500kg jedenfalls. Klar, die meiste Nutzlast ist weg. Aber ohne eine ständige Kältequelle wird dort keine langzeitlichen Forschung sinnvoll. Die dann aber mit 5 Tonnen Instrumente (plus Quadcopter) doch auch was bringen sollte.
Utopisch? Nein, nur interpoliert, was in den letzten Jahren alles möglich geworden ist und was in den nächsten Jahren möglich wird. Und ohne Atomreaktoren auf die Venus zu bringen!
Unreal? Ja, wenn kein brauchbares Wärmeprofil da ist, weil die Venus "gleichmäßig" durchgeheizt ist.
Dann hab ich halt nur mal geträumt ... ;)
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: HausD am 11. März 2013, 16:59:41
Oberflächentemperatur der Venus.

Seit über 40 Jahren hat sich noch nicht viel an der Oberflächentemperatur auf dem Planeten Venus geändert: Es sind immer noch knapp 500°C ... und ein "Luft"druck von etwa 100 bar ...

Die "kältesten" Stellen sind 2007 mit +460°C festgestellt worden (ESA).
Der Atmosphärendruck beträgt das 90-fache des Erdluftdrucks.

Wasser oder auch Wasserdampf wird da wohl eher in sehr großen Höhen in der Venusatmosphäre vorkommen, nicht aber auf der Oberfläche oder oder kurz darunter.

Eine unendliche Wärmedämmung gibt es nicht, daher ist auch die Aussenwärme vom Innenteil, das gekühlt ist, nicht auf eine praktikabele und längere Dauer fernzuhalten. 

Gruß, HausD
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: Majo2096 am 11. März 2013, 17:16:49
Man könnte auch einen Ballon in die Wolken schicken da sollen die Temperaturen ganz angenehm sein ausserdem ist der Druck geringer aber ob man dann noch viel von der Venus sieht ? und reinbohren kann man auch nicht...
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: websquid am 11. März 2013, 17:24:39
Ich denke nämlich, langzeitlich (!) betriebsfähige Sonden/Lander kann man vlt. erst ab 2040 ins Auge fassen, wenn man in der Lage ist, ohne Gejammer ca 20 Tonnen dahin zu senden und zu landen. Und davon müßte man 15 Tonnen "opfern" für eine Bohrvorrichtung, die robust ist und schmerzfrei 10...15 Meter runter bohrt und unten eine Kaverne sprengt.
Ich denke nicht, dass so ein Konzept sinnvoll wäre... dann doch lieber eine aktive Kühlung, die Wärme aus dem Inneren der Sonde nach außen abführt. Mit venünftigen Wärmetauschern und z.B. Stirling-Kühlern halte ich das für günstiger entwickelbar, als eine solche massive Konstruktion. Vor allem glaube ich nicht, dass in so geringer Tiefe im Venusboden schon hinreichende Kälte vorhanden ist, um als Kühlung dienen zu können.
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: tul am 11. März 2013, 17:53:30
Man könnte auch einen Ballon in die Wolken schicken da sollen die Temperaturen ganz angenehm sein ausserdem ist der Druck geringer aber ob man dann noch viel von der Venus sieht ? und reinbohren kann man auch nicht...

Es gab ja schon mal Ballons auf der Venus. Der Wunsch weitere Ballons zur Venus zu schicken ist da.
In dem Fall soll der auf einer Höhe von 35-40 km fliegen, d.h.  unterhalb der Wolken. http://websites.isae.fr/sites/websites/IMG/pdf/fujita_jaxa.pdf (http://websites.isae.fr/sites/websites/IMG/pdf/fujita_jaxa.pdf) S.23

Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: McFire am 11. März 2013, 19:28:38
Ja, @websquid,
das ist das Einzige was ich auch fürchte, daß man zu tief rein muß. In 15 Jahren über 10m runter trau ich z.B. JPL schon zu, aber ein "unbrauchbares" Wärmeprofil wär halt Pech....naja.
Aber sage mir doch keiner, daß irgendetwas, das man an der Oberfläche macht, um Hitze gegen Hitze zu tauschen, nicht auch in Tonnen und Kompliziertheit ausartet. Ich meine etwas , das den Aufwand gerechtfertigt und wenigstens 5 Jahre arbeitet. D.h. solange muß ein Bereich von ca. 50kg auf unter 100°C gehalten werden, ein größerer Bereich auf ca 200°C. Alles andere sind Wunschvorstellungen. Z.B. auch daß man Elektronik-Chips längere Zeit bei 150° arbeiten lassen kann, weils so "auf der Packung" steht. Ja ok auf der Erde vlt. Weil da ein paar Kilo Überwachungselektronik, Redundanz etc. bereitstehen. Und ein 80 Kilo Techniker , der notfalls austauscht. Und andere Verfahren....? Ok, Stirlings - bitteschön unter welchen Bedingungen gelten die 25 % Wirkungsgrad?
Ich behaupte, auf der Venus darf man nicht kleckern, sondern muß klotzen. Ob man nun bohrt oder auch was Anderes nimmt. Ein Vergleich mit (z.B.) den tollen Fähigkeiten von Marslandern / Rovern ist leider überhaupt nicht möglich. Ich mein jetzt nicht hier im Forum, sondern beim "interessierten Bevölkerungsteil" ;)
Wie @HausD schon sagt : "Eine unendliche Wärmedämmung gibt es nicht, daher ist auch die Aussenwärme vom Innenteil, das gekühlt ist, nicht auf eine praktikabele und längere Dauer fernzuhalten. " Wenn man es nicht schafft, Kälte nachzuliefern , kann man die Venus komplett vergessen. Es sei denn, die geldvernichtenden Globalzocker werden gebremst, so daß man unbesehen mehr kleine Kurzzeitmissionen fahren kann....
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: websquid am 11. März 2013, 19:36:46
Aber sage mir doch keiner, daß irgendetwas, das man an der Oberfläche macht, um Hitze gegen Hitze zu tauschen, nicht auch in Tonnen und Kompliziertheit ausartet. Ich meine etwas , das den Aufwand gerechtfertigt und wenigstens 5 Jahre arbeitet. D.h. solange muß ein Bereich von ca. 50kg auf unter 100°C gehalten werden, ein größerer Bereich auf ca 200°C. Alles andere sind Wunschvorstellungen.
Da hast du leider recht, die Anforderungen sind sehr groß. Bevor man ernsthaft weiter über aktive Kühlung auf der venus nachdenkt sollte man wohl auch erstmal überhaupt aktive Kühlung zum Einsatz bringen im Weltraum - gerade Infrarotteleskope werden dafür wohl erstmal eine gute Spielwiese, wenn auch bei komplett anderen Temperaturen. Aber dann dürfte zumindest besser abschätzbar sein, wie groß der Aufwand werden könnte.
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: McFire am 11. März 2013, 22:48:41
Dat is woll wahr. - Na ich bin ja mal gespannt , ob bei James Webb alles klar geht. Wenn ich da so an den Aufrollmechanismus denke....oh oh. Ok, das gehört nicht hierher....:)
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: websquid am 11. März 2013, 22:52:47
Dat is woll wahr. - Na ich bin ja mal gespannt , ob bei James Webb alles klar geht. Wenn ich da so an den Aufrollmechanismus denke....oh oh. Ok, das gehört nicht hierher....:)
Stimmt, tut es nicht - denn das wird rein passiv gekühlt ;)
Aktive Kühler werden wir als erstes wohl bei SPICA sehen (JAXA/ESA Projekt, Start 2018 glaub ich) ;)
Titel: Re: Venus Lander
Beitrag von: tul am 11. März 2013, 23:39:08
SPICA kommt erst 2022.
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: Schillrich am 12. März 2013, 06:02:47
Guten Morgen,

ich habe den Thread zu den Konzepten verschoben. Aus einer einzelnen Frage ist eine breite technische Diskussion geworden.
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: websquid am 24. März 2013, 14:07:19
Mal ne Wärmepumpe ganz anderer Art: http://www.elektor.de/elektronik-news/led-mit-einem-wirkungsgrad-von-100.2433091.lynkx (http://www.elektor.de/elektronik-news/led-mit-einem-wirkungsgrad-von-100.2433091.lynkx)

Am MIT hat mans geschafft, eine LED so zu betreiben, dass sie bei 30pW elektrischer Leistung 69pW Lichtleistung abgibt. Die restlichen 39pW werden dabei aus der Umgebungswärme entzogen. Wenn daran weiter geforscht wird (höhere Gesamtleistung, höherer Wärmeleistungsanteil) wird  das ja vielleicht auch mal als statisches Kühlsystem für Raumfahrtsysteme in Frage kommen.

Möglicherweise entwickeln sich die Wirkungsgrade ja sogar so, dass ein komplett thermoelektrisches Energieversorgungssystem möglich wird - mit einem solchen System kühlen und aus der Temperaturdifferenz zwischen innen und außen die Betriebsleistung gewinnen?

PS: Danke Neutrino fürs verlinken im Chat ;)
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: klausd am 24. März 2013, 14:09:40

Verblüffend  :D

Gruß, Klaus
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: runner02 am 24. März 2013, 15:49:52
Wow. Klingt faszinierend!
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: Schillrich am 24. März 2013, 16:19:31
Ich denke das wird nix mit Kühlsystem ;). Die LED an sich mag hier so "besonders" funktionieren, also diesen besonderen LED-Wirkungsgrad haben. Aber zu einer funktionierende LED gehört ja noch etwas drum herum, quasi die Versorgungseinrichtung, die erst mal die elektrische Grundleistung bringen muss. Deren Wirkungsgrad wurde nicht miteinbezogen (so verstehe ich den kurzen Meldungstext). Ich denke insgesamt wird so ein System nicht kühlen, sondern netto Wärme freisetzen, auch wenn die LED an sich abkühlen.
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: websquid am 24. März 2013, 16:48:41
Tja Schillrich, das ist eben die Frage... ich würde dir auf jeden Fall zustimmen, dass das mit den derzeitigen Parametern keine Option ist. Aber man weiß ja nicht, wie sich das so weiterentwickelt ;)

Um mal eine optimistische Rechnung zu machen:
Wirkungsgrad thermoelektrische Umwandlung 35% (ASRG sollen 28% haben...)
elektrischer Wirkungsgrad Kühl-LED 500% (statt 230% wie jetzt)
Aufgenomme Wärmeleistung: 1000W

Dann hätte man 350W elektrische Leistung zur Verfügung.
Um die aufgenomme Leistung wieder abzugeben und damit die Systemtemperatur konstant zu halten, müssen die 1000W wieder abgegeben werden, was 200W erfordert. Bleiben 150W für den eigentlichen Betrieb.

Ist jetzt natürlich sehr ins Blaue hinein formuliert, ob solche Werte (vor allem so eine LED-Leistung) erreichbar sind, weiß ich natürlich nicht. Aber träumen darf man doch ;)
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: Schillrich am 24. März 2013, 17:26:01
Das Gesamtsystem sollte nicht gegen die Thermodynamik verstoßen ;).

Mit Wärme kann man nur Arbeit verrichten, wenn es ein (ausreichendes) Temperaturgefälle gibt, also irgendo im System eine kältere Senke ist, in die die Wärme hineinströmt. Wenn ich mir selbst diese Senke erzeugen muss (hier mit der LED), kann ich mit dem dann laufenden System keine Energie mehr "gewinnen" für Nutzarbeit.
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: runner02 am 26. März 2013, 13:13:50
Zitat
Wirkungsgrad thermoelektrische Umwandlung 35% (ASRG sollen 28% haben...)

Der Carnotwirkungsgrad ist ja 1- (T2/T1).

Die Venus-Atmosphärentemperatur habe ich mit 450°C in Erinnerung.
Wie heiß kann so ein RTG werden? Ist das nur durch die Materialien begrenzt?
Das ist wohl durch die Peltier-Chips begrenzt.
Da es ein mechanischer RTG ist, doch nicht!

700°C ergibt dann 35,7% Wirkungsgrad - im besten Fall.


Zitat
Mit Wärme kann man nur Arbeit verrichten, wenn es ein (ausreichendes) Temperaturgefälle gibt, also irgendo im System eine kältere Senke ist, in die die Wärme hineinströmt. Wenn ich mir selbst diese Senke erzeugen muss (hier mit der LED), kann ich mit dem dann laufenden System keine Energie mehr "gewinnen" für Nutzarbeit.

Ich würde ja den RTG so weit als möglich von der Sonde wegtuen, dass keine Abwärme übergeht. Gekühlt wird mit 450°C heißer Luft ;)  Die LEDs erhalten dann den Strom über hitzeresistente Kabel, und kühlen dann die Sonde/Elektronik.
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: Jura am 19. Januar 2015, 15:36:50
Venera-D erst 2025


Kurze Zusammenfassung zu Venera-D (D = Долгоживущий = Langliebig) mit der heutiger Nachricht:

1) Die Geburt des Projekts war in 2006.
2) Start war für 2016 vorgesehen.
3) Nach TSNIIMASH soll der Lander eine Funktiondauer von 24 Stunden haben.
4) Es wird aber auch untersucht die aktive Existenz auf 100 Stunden zu erhöhen.

Info nach Lavotschkin.

http://vz.ru/news/2015/1/19/725083.html (http://vz.ru/news/2015/1/19/725083.html)
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: Lumpi am 16. November 2015, 17:52:09
Inzwischen gibt es wieder Verhandlungen zwischen der NASA und Russland bzgl. einer gemeinsamen Venera-D-Mission. Wegen der Urkaine-Krise waren diese ausgesetzt worden. Neben einem Orbiter und einem Lander könnte auch noch ein Ballon, der für mehrere Tage Messungen in der Venusatmosphäre durchführen soll, hinzukommen. (...falls es wirklich zu einer gemeinsamen Mission kommt, wünschenswert wäre es allemal...  :)  )
https://spaceflightnow.com/2015/11/12/u-s-russian-talks-on-venus-mission-resume/ (https://spaceflightnow.com/2015/11/12/u-s-russian-talks-on-venus-mission-resume/)
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: Lumpi am 09. Februar 2017, 10:16:53
Ein Team von Wissenschaftlern des NASA Glenn Research Centers ist es gelungen elektronische Schaltkreise zu entwickeln, die den extremen Bedingungen auf der Venusoberfläche lange widerstehen können. Eine wichtige Voraussetzung für eine Lander-Langzeitmission.
https://www.nasa.gov/press-release/nasa-glenn-demonstrates-electronics-for-longer-venus-surface-missions (https://www.nasa.gov/press-release/nasa-glenn-demonstrates-electronics-for-longer-venus-surface-missions)
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: Doc Hoschi am 09. Februar 2017, 11:59:02
"Coole" Sache...;)
521 Stunden bei knapp 500°C und Venusbedingungen. Das ist mal ne Hausnummer für Halbleiter.
Zwar wurden JFETs verwendet, also eine für Logikgatter eher unübliche Transistorgruppe, aber das kann einem späteren Venuslander ja relativ egal sein.

Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: MaxBlank am 09. Februar 2017, 19:42:07
Dieser Typ Elektronik wird ja primär entwickelt für Anwendungen in der thermischen Umgebung heisser Triebwerke - ob dafür auch alle sonst notwendigen Chiptypen (Prozessoren, Speicher, Bildsensoren usw) produziert werden (können), halte ich für fraglich ...
Auch NASA bzw JPL setzen hier nicht alles auf eine Karte : sehr interessant finde ich die Entwicklungen für einen rein mechanischen (!) Venus-Rover: angetrieben von einem kleinen Windrad schreitet er über die Venus-Oberfläche; seine innere Ablaufsteuerung ist ebenfalls rein mechanisch. Die Schwierigkeit mit der Datenübertragung kann so gelöst werden, dass ein "Kolben" auf der Oberseite ein- und ausgefahren werden kann, diese Stellung wird von einem fliegenden Relais (Ballon oder Flieger) per Radar abgefragt und so die Information bitweise übertragen !

(https://www.raumfahrer.net/forum/yabbfiles/Attachments/up060630.jpg)
   Bild:  JPL

Bei dieser Entwicklung hat sich JPL von dem holländischen Künstler Theo Jansen beraten lassen, der bereits einige solcher "Selbstschreiter" gebaut hat ("Strandbeester", hier in Aktion zu sehen :  http://www.strandbeest.com/ (http://www.strandbeest.com/))

Die Illustration sieht ein bißchen nach "Steampunk" aus ...
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: tul am 09. Februar 2017, 22:26:31
Würde das Windrad 90 bar Druck aushalten? Das gilt auch für die Beine, nachdem der Rover gegen den Boden gedrückt wird.  ???
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: websquid am 09. Februar 2017, 22:34:26
Würde das Windrad 90 bar Druck aushalten? Das gilt auch für die Beine, nachdem der Rover gegen den Boden gedrückt wird.  ???

Wieso sollte der Rover zu Boden gedrückt werden? Die dichte Atmosphäre ist doch auf allen Seiten wirksam.

Und für die Turbine sollte das kein Problem sein - die dürfte überwiegend aus massiven Teilen bestehen und keine gas/vakuumgefüllten Hohlräume besitzen.
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: Doc Hoschi am 10. Februar 2017, 08:31:47
Dieser Typ Elektronik wird ja primär entwickelt für Anwendungen in der thermischen Umgebung heisser Triebwerke - ob dafür auch alle sonst notwendigen Chiptypen (Prozessoren, Speicher, Bildsensoren usw) produziert werden (können), halte ich für fraglich ...

Sämtliche Chiptypen basieren lediglich auf einer intelligenten Anordnung (Logikgatter) von Einzeltransistoren....zumindest Prozessor und Speicher. Daher kann man auch mit JFETs Logik und Speicher aufbauen, nur eben mit Abstrichen. JFETs verwendet man normalerweise wie erwähnt nicht für Logikgatter, aber hier hat man bei der NASA immerhin Ringoszillatoren daraus aufgebaut. Was Bildsensoren betrifft muss man diese über die Zeit eben thermisch schützen.

Man sollte die Sache mit der Hochtemperaturelektronik sowieso etwas relativieren. Die Elektronik (bzw. der Großteil davon) muss ja nicht zwangsläufig der Umgebungstemperatur ausgesetzt sein. Bisherige Venus Lander-Studien beschäftigten sich auch zu erheblichen Teilen mit platzsparenden und effizienten Kühlmechanismen (z.B. via Stirling-Generatoren).
Bei der Sensorik sieht das natürlich anders aus, denn diese braucht ja meist eine Anbindung nach außen, außer sie basiert auf optischen Prinzipien, mit denen sich aber nicht alles messen lässt.

Sehr schöne Präsentation (wenn auch etwas älter): http://www.lpi.usra.edu/vexag/oct2009/presentations/hunterVenusLanderTechnologies.pdf (http://www.lpi.usra.edu/vexag/oct2009/presentations/hunterVenusLanderTechnologies.pdf)

Edit: Sehe gerade (Folie 27), dass man am NASA Glenn Research Center bereits 2009 hervorragende Ergebnisse bzgl. Hochtemperaturelektonik vorweisen konnte.
5000h bei 500°C (aber irdische Atmosphäre/Druck) ebenfalls auf SiC-Substraten
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: Lumpi am 09. August 2017, 17:33:42
Dieser Typ Elektronik wird ja primär entwickelt für Anwendungen in der thermischen Umgebung heisser Triebwerke - ob dafür auch alle sonst notwendigen Chiptypen (Prozessoren, Speicher, Bildsensoren usw) produziert werden (können), halte ich für fraglich ...
Auch NASA bzw JPL setzen hier nicht alles auf eine Karte : sehr interessant finde ich die Entwicklungen für einen rein mechanischen (!) Venus-Rover: angetrieben von einem kleinen Windrad schreitet er über die Venus-Oberfläche; seine innere Ablaufsteuerung ist ebenfalls rein mechanisch. Die Schwierigkeit mit der Datenübertragung kann so gelöst werden, dass ein "Kolben" auf der Oberseite ein- und ausgefahren werden kann, diese Stellung wird von einem fliegenden Relais (Ballon oder Flieger) per Radar abgefragt und so die Information bitweise übertragen !

(https://www.raumfahrer.net/forum/yabbfiles/Attachments/up060630.jpg)
   Bild:  JPL

Bei dieser Entwicklung hat sich JPL von dem holländischen Künstler Theo Jansen beraten lassen, der bereits einige solcher "Selbstschreiter" gebaut hat ("Strandbeester", hier in Aktion zu sehen :  http://www.strandbeest.com/ (http://www.strandbeest.com/))

Die Illustration sieht ein bißchen nach "Steampunk" aus ...

Das Design für den "Automaton Rover for Extreme Environments" (AREE) wurde inzwischen in einen "Panzer-Look" abgeändert, so dass der Rover nun nicht mehr umkippen kann.  Das AREE-Team hat auch die Phase 2 der NIAC-Finanzierung erreicht und kann den Rover weiterentwickeln, der vielleicht doch Räder bekommen wird. http://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/space-robots/jpl-design-for-a-clockwork-rover-to-explore-venus (http://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/space-robots/jpl-design-for-a-clockwork-rover-to-explore-venus)

(https://www.raumfahrer.net/forum/yabbfiles/Attachments/up060631.jpg)
Credit: NASA/JPL-Caltech
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: MaxBlank am 09. August 2017, 18:11:39
Konzepte für solche autonom navigierende, weitgehend mechanische Roboter wurden bereits 1984 von dem Tübinger Kybernetiker Valentin Braitenberg präsentiert:

siehe auch:  https://de.wikipedia.org/wiki/Braitenberg-Vehikel (https://de.wikipedia.org/wiki/Braitenberg-Vehikel)

Er hat auch ein (deutsches) Buch dazu herausgegeben (wohl nur noch antiquarisch zu haben):
"Vehikel : Experimente mit künstlichen Wesen". Zu finden zB per Amazon.

 " In der Roboterszene wurde Braitenberg durch sein Buch "Vehikel" bekannt. Hierin beschreibt er in 14 Beispielen, wie mit Sensoren ausgestattete Fahrzeuge (die so genannten Braitenberg-Vehikel) autark auf Umweltreize reagieren können und wie scheinbar sehr komplexes Verhalten schon durch verblüffend einfache Mechanismen bewirkt werden kann. "
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: Stefan307 am 10. August 2017, 17:05:21
Was sollte ein Voll mechanisches Fahrzeug denn auf der Venus machen? Fortbewegung ist ja kein Selbstzweck. Und mechanische Experimente zur Erforschung der Oberfläche kann ich mir schlecht vorstellen...

MFG S
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: der_Keek am 11. August 2017, 13:01:33
Steht im Artikel. 
Temperaturen, Windgeschwindigkeiten und Druck messen und alles was man sonst noch hinbekommt.
Datenübertragung per Radarreflektoren.


Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: Stefan307 am 11. August 2017, 13:22:26
Mechanische Messgeräte mit guter Genauigkeit zu entwickeln, die Ihre Signale auch noch "digitalisieren"  erscheint mir jetzt aber recht aufwendig zu sein, vor allem weil die zugrunde Liegende Technik seit Jahrzehnten "verkümmert" da auf der Erde immer mehr mit elektronischen Systeme gearbeitet wird...
da kann ich mit Hitzefeste Elektronik schon eher vorstellen...

MFG S
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: Lumpi am 11. August 2017, 16:14:04
@Stefan307:
AREE soll ja nach Möglichkeit auch Hochtemperaturelektronik-Instrumente mitführen, falls solche zur Verfügung stehen. Wenn nicht, dann müssen es eben mechanische Messgeräte richten...
Zitat
Late last year, NASA announced HOTTech, the Hot Operating Temperature Technology Program, which is providing funding to support “the advanced development of technologies for the robotic exploration of high-temperature environments … with temperatures approaching 500 degrees Celsius or higher.” The AREE team hopes that HOTTech will result in some science instruments that will be able to survive on their rover, although if not, they also have some ideas for a few interesting ways of doing science without any electronics.
http://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/space-robots/jpl-design-for-a-clockwork-rover-to-explore-venus (http://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/space-robots/jpl-design-for-a-clockwork-rover-to-explore-venus)
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: Lumpi am 10. November 2017, 14:43:47
Jetzt gab es einen weiteren komplexeren Test von Hochtemperaturelektronik auf Basis von SiC-Halbleitern, bei denen die Schaltkreise bis zu 4000 Stunden betrieben werden konnten. Dieser Test fand im Glenn-Forschungszentrum unter Simulation der Oberflächenbedingungen der Venus (500°C und entsprechend hoher Druck) statt.
https://www.universetoday.com/137803/building-electronics-can-work-venus/ (https://www.universetoday.com/137803/building-electronics-can-work-venus/)
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: Dominic am 11. November 2017, 17:12:36
Mal ein paar prinzipielle Überlegungen...

-Wie viel Leistung muss man abführen?
Ich denke die Elektronik die man wirklich unbedingt kühlen muss kann man inklusive Kameras auf weniger als 10W Abwärmeleistung reduzieren. Der Leistungsverstärker der Sendeanlage ist wahrscheinlich die größte elektronische Abwärmequelle. Elektromotoren und andere elektromechanische Systeme können durchaus so konstruiert werden das sie Temperaturen über 500°C aushalten. Der Leistungsverstärker der Sendeanlage lässt sich eventuell auch so konstruieren das er die Umgebungstemperatur aushält, eventuell als Röhrenverstärker.

Zusätzlich zur Abwärme der Elektronik selbst muss man dann auch noch Wärme abführen die aus der Umgebung in das System strömt. Durch eine gute thermische Isolierung sollte man diesen Wärmeeintrag aber auf wenige Watt reduzieren können.

-Auf welche Temperatur muss man kühlen?
Gewöhnliche Halbleiterelektronik kann bei Temperaturen bis etwa 100°C eingesetzt werden. Es gibt zwar auch hochtemperatur-Halbleiterbauelemente die noch bei über 300°C funktionieren aber es gibt soweit ich weiß insbesondere keine Kamerasensoren die bei wesentlich mehr als 100°C noch funktionieren. Eventuell kann man Kamerasensor, Prozessor(en) und Speicher auf ein niedriges Temperaturniveau kühlen aber Leistungselektronik, idealerweise inklusive Leistungsverstärker auf einem höheren Temperaturniveau betreiben.

-Geht es auch ohne Kühlung?
Es gibt mittlerweile Hochtemperaturhalbleiterbauelemente die noch bei Temperaturen über 500°C funktionieren (auch wenn sie teilweise nicht dafür spezifiziert sind). Komplexere integrierte Schaltkreise die in dem Temperaturbereich funktionieren sind gegenwärtig nicht kommerziell verfügbar.
Alternativ zu Halbleitern könnte man auch etwa auf (mikro)elektromechanische Schaltkreise setzen.
Während es gegenwärtig keine halbleiterbasierenden Bildsensoren gibt die in diesem Temperaturbereich funktionieren könnte man vielleicht Bildaufnahmeröhren konstruieren die das schaffen, damit kenne ich mich aber zu wenig aus.

-Was für passive Kühlmöglichkeiten hat man?
Prinzipiell lässt sich die thermische Trägheit eines Kühlkörpers für einen begrenzten Zeitraum als Wärmesenke nutzen. Effektiver ist das Ausnutzen der Schmelzwärme eines bestimmten Stoffs. Wasser hat beispielsweise eine Schmelzwärme von 334kJ/kg, damit könnte man also eine Abwärme von 10W könnte man also gute 9 Stunden pro Kilogramm Eis als Wärmesenke auskommen bevor dieses vollständig geschmolzen ist. Es gibt neben Wasser auch noch andere Stoffe mit hoher Schmelzwärme aber fallweise höherem und daher eventuell geeigneteren Schmelpunkt. Auch eine Verdunstungskühlung ist eine Option, eventuell lässt sich auch beides kombinieren (Eis schmelzen, dann Schmelzwasser verdunsten).

-Was für aktive Kühlmöglichkeiten hat man?
Grundsätzlich kommen verschiedene Kältemaschinen in Frage sowie Peltier-Elemente. Peltierelemente sind einfach aufgebaut aber ineffizient. Als Kältemaschinen in Frage kommen neben mechanisch angetriebenen Kompressionskältemaschinen auch thermisch (etwa über eine Radionuklidwärmequelle) angetriebene Absorptionskältemschinen o.Ä. in Frage. Bei effizienten Kompressionskältemschinen dürfte der Leistungsbedarf der Kältemaschine angesichts der hohen Temperaturdifferenz bereits deutlich über der Abwärmeleistung der zu kühlenden Systeme liegen, bei weniger effizienten Varianten beträgt er eventuell ein Vielfaches.

-Wie kann man eine solche Sonde mit Energie versorgen?
Photovoltaik scheidet auf der Venus praktisch aus. Bei den hohen Temperaturen funktionieren gängige Solarzellen nicht, eine aktive Kühlung der Solarzellen hätte einen höheren Energiebedarf als Ertrag. Die dichte Wolkendecke erschwert die Nutzung von Sonnenenergie zusätzlich, auch solarthermische Varianten sind daher unpraktikabel. Für eine Sonde mit kurzer Lebensdauer kommen chemische Thermalbatterien in Frage. Bei längerer Nutzungsdauer entweder Windenergie deren Ertrag aber wohl schwer abzuschätzen ist oder eine Radionuklidbatterie.

Bei Radionuklidbatterien kommen insbesondere Varianten mit AMTEC Generator oder thermoionischem Generator in Frage. Diese sind bei hohen Ausgangstemperaturen (die Temperatur auf der "kalten" Seite liegt ja zwangsweise etwas über der Umgebungstemperatur) relativ effizient. Auch Stirlingmotoren sind sicherlich eine Option.

Dank der dichten Atmosphäre könnte man eventuell mit einer sehr kompakten Windenergieanlage relativ viel Energie gewinnen. Das Problem: Der Wind wehr nicht immer, das aktive Kühlsystem muss aber immer funktionieren. Eventuell könnte man eine Kombination aus einer Windenergieanlage und einem Batteriespeicher oder einem Kältespeicher umsetzen oder eine Kombination aus einer Windenergieanlage etwa für das Antriebssystem eines Rovers und einer Radionuklidbatterie die lediglich das Kühlystem und die Elektronik versorgt.
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: MpunktApunkt am 11. November 2017, 19:14:46
-Wie kann man eine solche Sonde mit Energie versorgen?

Hallo,

mal eine ganz naive Frage. Ist bei 400-500 °C Außentemperatur nicht genug Energie vorhanden, die man nutzen könnte?
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: 1234567891011a am 11. November 2017, 20:02:53


mal eine ganz naive Frage. Ist bei 400-500 °C Außentemperatur nicht genug Energie vorhanden, die man nutzen könnte?
nicht sofern man nihct irgendwo eine kältere Wärmesenke hat.
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: Sensei am 11. November 2017, 20:49:21
Man gewinnt Energie eigentlich nie aus der Wärme selber sondern aus einem Wärmegradienten - eine Seite ist warm und die andere kalt.

Das ist ein grundsätzliches Problem: Viele Elektronen in einem Speicher bringen nichts wenn überall anders auch viele Elektronen sind - man braucht ein elektrisches Potential.
Hoher Luftdruck an sich bringt dir nichts - irgend wo anders muss niedrigerer Luftdruck herrschen damit sich ein Luftstrom bildet.
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: MpunktApunkt am 12. November 2017, 09:17:09
Hallo,

ich merke schon, ich hätte Thermodynamik 1 und 2 aus meinem Grundstudium nicht so erfolgreich verdrängen sollen. ;) Ihr habt natürlich recht, dass man ohne Kälte aus der Wärme auch keine Energie ziehen kann.

Vielen Dank für die "Erinnerung"

Mario
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: Dominic am 12. November 2017, 22:15:34
Ein grundsätzliches Problem eines Venus-Landers ist allerdings auch das die Atmospähre die Verwendung von Spezialhardware erfordert die man nicht auch für andere Missionen sinnvoll verwenden kann. Die Technik muss in weiten Teilen extra entwickelt werden und es gibt dann kaum andere Anwendungen dafür, das macht die Sache sehr teuer. Insbesondere wenn es um einen langlebigeren Lander, eventuell gar einen Rover geht.

Man muss sich auch überlegen ob bestimmte Landezonen nicht günstiger sind als andere. Es gibt auf der Venus große Höhenunterschiede, im Gebirge, in großer Höhe ist die Temperatur vermutlich deutlich geringer, ebenso in Polnähe. Eines der höchsten Gebirge der Venus befindet sich in der Nähe des Nordpols. Die Temperatur auf den Gipfeln der nordpolnahen und bis zu etwa 10800m hohen Maxwell Montes soll teilweise deutlich unter 400°C liegen, das macht einiges einfacher. Auf einem Berggipfel landen ist aber wiederum eine Herausforderung vor allem wenn es aufgrund der Wolkendecke keine wirklich guten Aufnahmen davon gibt dafür aber Wind.

Um den Boden zu untersuchen könnte eventuell auch eine fliegende Sonde eine Option sein. Von einem in 20-30km Höhe fliegenden Ballon könnte man etwa über Seile eine Sonde in eine tiefere Schicht herunterlassen- und die Sonde schlicht wieder hochziehen bevor sie sich zu stark aufgeheizt hat. Man könnte auch über ein Seil Bodenproben zu dem Ballon hochziehen. Von dort aus könnte man die Bodenproben auch im Rahmen einer Sample-Return Mission zur Erde zurück schicken. Es ist aber eventuell nicht einfach ein Seil zu konstruieren das bei den Temperaturen eine ausreichende Zugfestigkeit besitzt. Kunststoffseile kommen kaum mehr in Frage, auch Stahlseile verlieren bei den Temperaturen bereits deutlich an Festigkeit, ein Stahlseil wäre daher vermutlich unpraktikabel schwer. Eventuell kommt ein Seil aus Kohlen- oder SiC Fasern oder Keramik/Mineralfasern in Frage, das könnte sowohl stark als auch leicht genug sein. Ich weiß aber nicht ob es so etwas in der nötigen Form/Qualität/Länge von der Stange zu kaufen gibt oder ob man das wiederum erst extra entwickeln müsste.
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: Avatar am 13. November 2017, 20:21:48
Auf Wind wird man wohl eher nicht stossen, die Atmosphäre wird sich wohl eher wie eine Flüssigkeit verhalten. Mir war so das die Russen das mal getestet haben.

Die Frage ist was will man dort. Vielleicht sollte man erstmal einen Merkur Lander konstruieren.

Micha

Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: Dominic am 13. November 2017, 22:34:11
Auf Wind wird man wohl eher nicht stossen, die Atmosphäre wird sich wohl eher wie eine Flüssigkeit verhalten. Mir war so das die Russen das mal getestet haben.

Die Atmosphäre ist bedingt durch den viel höheren Druck natürlich viel dichter auf der Erde und in gewisser Weise etwas "flüssiger". Aber es gibt natürlich dennoch Strömungen die man als Wind bezeichnen kann.

Zitat
Die Frage ist was will man dort. Vielleicht sollte man erstmal einen Merkur Lander konstruieren.

Die Frage kann man bei der Erforschung fremder Himmelskörper immer stellen...

Aber im Prinzip, ja, ein Merkur Lander der einen längeren Zeitraum als ein paar Tage auf der Oberfläche überleben kann könnte tatsächlich einfacher umzusetzen sein.
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: MaxBlank am 13. November 2017, 22:37:11
Auf Wind wird man wohl eher nicht stossen, die Atmosphäre wird sich wohl eher wie eine Flüssigkeit verhalten. .
Micha

Flüssigkeiten sind nicht kompressibel.
"In Bodennähe wurden bislang nur geringe Windgeschwindigkeiten von 0,5 bis 2 m/s gemessen. Durch die hohe Gasdichte entspricht das auf der Erde immerhin der Windstärke 4, das heißt, es kommt einer mäßigen Brise gleich, die Staub bewegen kann."

 aus: Wikipedia,   https://de.wikipedia.org/wiki/Venus_(Planet) (https://de.wikipedia.org/wiki/Venus_(Planet))
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: Dominic am 14. November 2017, 12:50:23
Zitat
Flüssigkeiten sind nicht kompressibel.

Bei dem Druck auf der Oberfläche (jedenfalls auf 0-Niveau) ist die ja hauptsächlich aus CO2 bestehende Atmosphäre (kritischer Druck: 73,8 Bar) bereits superkritisch und daher tatsächlich nur noch sehr eingeschränkt komprimierbar. Bei einer Abkühlung auf irdische Temperaturen würde die Atmosphäre zu einer Flüssigkeit kondensieren.

Ich denke aber trotzdem das man eine Strömung in der Atmosphäre noch als "Wind" bezeichnen kann.
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: MR am 29. November 2017, 14:28:23
Aber im Prinzip, ja, ein Merkur Lander der einen längeren Zeitraum als ein paar Tage auf der Oberfläche überleben kann könnte tatsächlich einfacher umzusetzen sein.

Es kommt darauf an, wo auf dem Merkur man landet. In der Nähe der Pole ist es kühl genug, die Bedingungen sind dort nicht viel anders als auf dem Mond. Allerdings ist  die Stromversorgung mit Solarzellen kritisch. Aber mit nuklearer Energieversorgung per RTG könnte ein Lander dort sogar Jahre überleben.
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: Doc Hoschi am 28. Dezember 2017, 21:18:59
Ich setze das Thema mal hier rein, da es ja insbesondere um Halbleiterentwicklungen für hohe Temperatureinsätze geht:
 
Während sich hinsichtlich eventueller Hochtemperatureinsätze die weiter vorne im Thread genannten Halbleiterforschungen u.a. auf SiC (Siliziumkarbid) konzentriert haben, ist man bei der NASA scheinbar auch auf III-V Halbleiter wie GaN (Galliumnitrid) aufmerksam geworden. Jedenfalls gab's hier gleich mal eine $750.000 Förderung aus dem Hot Operating Temperature Technology (HOTTech) Programm der NASA an die Arizona State University.
 
http://www.spaceflightinsider.com/missions/commercial/gallium-nitride-processor-next-generation-technology-space-exploration/ (http://www.spaceflightinsider.com/missions/commercial/gallium-nitride-processor-next-generation-technology-space-exploration/)

Zitat
This material will be needed the most for the missions with high-temperature destinations. For NASA, this project would be beneficial for numerous missions, especially for the Science Mission Directorate missions focused on destinations with high-temperature environments, such as the Venus surface, Mercury, or the deep atmosphere of gas giants

Zuviel Hoffnung auf einen schnellen Weltraum-Einsatz sollte man da allerdings auch nicht haben:

Zitat
Given that the process of developing GaN-based microprocessor is expected to be challenging and lengthy, it is difficult to estimate when NASA could launch its first space exploration mission equipped with such a device. However, Zhao hopes that promising results could come within 10 years from now.

Bevor das aber einige falsch verstehen, GaN-Chips gibt es bereits für spezielle Applikationsbereiche (ein recht konsolidierter Markt, siehe hier (http://www.eenewspower.com/news/top-four-companies-dominate-gan-market-booms)) und auch die ESA hat sich bereits mit GaN befasst (GaN Reliability Enhancement and Technology Transfer Initiative’ (GREAT2)) bzw. einen GaN-Chip innerhalb des Erdbeobachtungssatelliten Proba V erfolgreich getestet. Allerdings ging es da weniger um die Hochtemperatureigenschaften von GaN.
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: Dominic am 29. Dezember 2017, 03:21:44
Zitat von: spaceflightinsider.com
Under the HOTTech program, Zhao plans to demonstrate a GaN-based microprocessor that can work efficiently under high temperatures above 500 degrees Celsius.

Das klingt vielversprechend.

Beachten sollte man aber auch: Ein geeignetes Halbleitermaterial ist nur die halbe Miete. Schließlich müssen alle verwendeten Werkstoffe für die Temperaturen geeignet sein. Kunststoffe fallen daher als (isolator-) Werkstoffe weitgehend weg, manche Keramiken ebenfalls weil sie bei den Temperaturen zunehmend leitfähig werden, gängiges Lötzinn kann man auch nicht verwenden, manche Materialien tendieren dann auch ineinander zu diffundieren, es kann zu mehr oder weniger schnellen Korrosionsprozessen kommen...

Aber unterm Strich denke ich das es durchaus realistisch ist das wir in ein paar Jahren Halbleiter-ICs zur Verfügung haben die auch bei >500°C und damit unter Venusbedingungen arbeiten können.
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: Stefan307 am 30. Dezember 2017, 13:22:26
Hallo
Ihr solltet auch nicht vergessen das Entwicklungen die den Betrieb von Raumfahrzeugen unter höheren Temperaturen erlauben, auch für die die Sonnenforschung interessant sind.
Ich halte die Venus sowieso für einen in vielerlei Hinsicht "unterschätzten" Planeten, in ihrer dichten Atmosphäre kann man z.b. auch Verfahren erproben die man bei den Gasriesen anwenden will.

MFG S
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: Dominic am 30. Dezember 2017, 15:16:34
Hallo
Ihr solltet auch nicht vergessen das Entwicklungen die den Betrieb von Raumfahrzeugen unter höheren Temperaturen erlauben, auch für die die Sonnenforschung interessant sind.
Ich halte die Venus sowieso für einen in vielerlei Hinsicht "unterschätzten" Planeten, in ihrer dichten Atmosphäre kann man z.b. auch Verfahren erproben die man bei den Gasriesen anwenden will.

MFG S

Bei einer Sonnen-Sonde kann man allerdings die Hitze gut abschirmen da sie ja hauptsächlich als Strahlungswärme aus nur einer Richtung kommt.

In den tieferen, heißeren Atmosphäreschichten von Jupiter und Saturn könnte eine Sonde auch nicht lange überleben, egal wie sie konstruiert ist. Um dorthin vorzudringen reicht also etwa ein Kühlsystem das die etwa Schmelzwärme eines Kühlmittels nutzt völlig aus.

Bereits die Galileo-Tochtersonde konnte die Wolkendecke der Jupiteratmosphäre durchdringen, zukünftige Sonden könnten noch etwas tiefer gehen ohne das dafür neuartige Technologie nötig ist, freilich auch im Saturn.

Uranus und Neptun sind im inneren überhaupt so kalt das eine Sonde auch ohne Hochtemperatur-Elektronik wahrscheinlich relativ problemlos bis zum wahrscheinlich flüssigen Mantel vordringen und dort landen könnte.
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: MR am 31. Dezember 2017, 14:43:57
Bereits die Galileo-Tochtersonde konnte die Wolkendecke der Jupiteratmosphäre durchdringen, zukünftige Sonden könnten noch etwas tiefer gehen ohne das dafür neuartige Technologie nötig ist, freilich auch im Saturn.

Uranus und Neptun sind im inneren überhaupt so kalt das eine Sonde auch ohne Hochtemperatur-Elektronik wahrscheinlich relativ problemlos bis zum wahrscheinlich flüssigen Mantel vordringen und dort landen könnte.

Unterschätze die Temperatur in den Eisriesen nicht. Nur weil sie Eisriesen genannt werden, bestehen sie nicht wirklich aus Eis wie wir es kennen. Die oberen Atmosphären sind zwar wirklich eiskalt, aber die tieferen Schichten sind ebenfalls  warm. In 300 km Tiefe beim 100 Bar Niveau von Uranus liegt die Temperatur schon bei über 45°C. Nach unten, wenn Druck und Temperatur der Gasmassen über den kritischen Punkt ansteigen, dürfte es dann schnell noch sehr viel wärmer werden. Natürlich sind diese Planeten kälter als Jupiter (140 km Tiefe, 24 Bar, 152°C), dennoch habe ich massive Zweifel, ob du mit einer Sonde wirklich den Mantel der Eisriesen erreichen kannst.
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: Dominic am 31. Dezember 2017, 19:40:48
Das größte Problem hier ist das man nicht genau weiß wo der Mantel der Eisriesen anfängt und dementsprechend weiß man nicht genau was für Bedingungen dort herrschen.

100 Bar und knapp 50°C wären ja noch sehr gemütliche Bedingungen. Aber auch 200 Bar und etwas mehr als 100°C wären mit relativ normaler Elektronik noch gut zu bewältigen. Viel mehr aber nicht.

Problem: Wenn man eine Sonde hinschickt um das herauszufinden dauert es 10 Jahre aufwärts bis man eine Sonde hinschicken kann die von den gewonnenen Erkenntnissen profitieren kann. Und daran führt kaum ein Weg vorbei.
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: Stefan307 am 01. Januar 2018, 19:47:07
Problem: Wenn man eine Sonde hinschickt um das herauszufinden dauert es 10 Jahre aufwärts bis man eine Sonde hinschicken kann die von den gewonnenen Erkenntnissen profitieren kann. Und daran führt kaum ein Weg vorbei.

Wobei hier sicher keine ein Problem damit hätte wenn dies alle 10 Jahre erfolgen würde. Galileo war 1995!

MFG S
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: Dominic am 02. Januar 2018, 09:28:46
Problem: Wenn man eine Sonde hinschickt um das herauszufinden dauert es 10 Jahre aufwärts bis man eine Sonde hinschicken kann die von den gewonnenen Erkenntnissen profitieren kann. Und daran führt kaum ein Weg vorbei.

Wobei hier sicher keine ein Problem damit hätte wenn dies alle 10 Jahre erfolgen würde. Galileo war 1995!

MFG S

Na ja wenn man gewollt hätte dann hätte man diese Frage spätestens in den 1990ern klären können...

Aber prinzipiell ist es jedenfalls so das ich bezogen auf Uranus/Neptun davon ausgehen würde das es nach dem Start einer Sonde A mindestens 10 Jahre dauern würde bis eine Sonde B deren Auslegung auf den Erkenntnissen der Sonde A aufbaut starten kann. In der Praxis dauert es natürlich tendenziell wesentlich länger vor allem auch weil es in absehbarer Zukunft wohl andere Prioritäten bei allen relevanten Akteuren gibt.
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: Nakova am 09. Januar 2018, 15:45:21
Zitat
Ein grundsätzliches Problem eines Venus-Landers ist allerdings auch das die Atmospähre die Verwendung von Spezialhardware erfordert die man nicht auch für andere Missionen sinnvoll verwenden kann. Die Technik muss in weiten Teilen extra entwickelt werden und es gibt dann kaum andere Anwendungen dafür, das macht die Sache sehr teuer.

Na was ist denn mit Vega 1 & 2. Die Dinger haben es doch schon vor gemacht. Also müsste man sich doch nur an deren Konstruktion orientieren und nicht völlig neu entwickeln, oder?
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: Dominic am 10. Januar 2018, 01:04:10
Zitat
Ein grundsätzliches Problem eines Venus-Landers ist allerdings auch das die Atmospähre die Verwendung von Spezialhardware erfordert die man nicht auch für andere Missionen sinnvoll verwenden kann. Die Technik muss in weiten Teilen extra entwickelt werden und es gibt dann kaum andere Anwendungen dafür, das macht die Sache sehr teuer.

Na was ist denn mit Vega 1 & 2. Die Dinger haben es doch schon vor gemacht. Also müsste man sich doch nur an deren Konstruktion orientieren und nicht völlig neu entwickeln, oder?

Wie schon beschrieben hatten die Lander dieser Sonden ein Kühlsystem an Board welches die Schmelzwärme eines Salzes mit niedrigem Schmelzpunkt nutzte. So konnte der Innenraum der Lander eine Zeit lang kühl gehalten werden und man konnte daher konventionelle Elektronik nutzen. Aber eben nur eine Zeit lang. Für einen Lander der mehr als ein paar Stunden auf der Oberfläche überleben soll braucht man andere Technik.
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: stillesWasser am 06. Oktober 2018, 16:11:58
Auf der IAC gabs wieder Neuigkeiten zur geplante gemeinsame Venera D Mission zwischen NASA und Roskosmos.
Das Design soll stark auf dem der VEGA Missionen aufbauen, da es erfolgreich war. Der Lander soll dabei 3 Stunden überleben und dabei eine von NASA gebaute Wetterstation abwerfen. Diese Wetterstation soll äußerst widerstandsfähig sein und bis zu 60 Tage überleben können. Der Start soll frühestens 2028 auf einer Angara 5 + DM-03 + Fregat erfolgen. (Ich kenn mich leider nicht aus mit den möglichen Kombinationen russischer Oberstufen, aber auf Wikipedia kommt die Kombination nicht vor. Daher die Frage an Experten: Macht das Sinn?)
Der Orbiter soll einen 24h elliptischen Orbit haben. Außerdem soll VAMP, ein steuerbarer Atmosphären-Ballon abgesetzt werden.
Insgesamt gab es nichts wirklich Neues zu der Mission, aber es wurde betont, dass aktuell aktiv zusammen mit NASA daran gearbeitet wird, was wohl eine nicht zu unterschätzende Tatsache ist, wenn man die Probleme der aktuellen Kooperationen betrachtet. Außerdem seinen ESA und JAXA herzlich eingeladen, sich ebenfalls zu beteiligen.
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: websquid am 07. Oktober 2018, 14:18:31
Der Start soll frühestens 2028 auf einer Angara 5 + DM-03 + Fregat erfolgen. (Ich kenn mich leider nicht aus mit den möglichen Kombinationen russischer Oberstufen, aber auf Wikipedia kommt die Kombination nicht vor. Daher die Frage an Experten: Macht das Sinn?)
In der Tat eine nicht vorgesehene Kombination im normalen Portfolio, allerdings kann man die Fregat dann wohl quasi als Teil der Nutzlast ansehen. Die Reihenfolge wäre zumindest sinnvoll, da die Fregat kleiner als Block DM03 wäre.
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: Dominic am 07. Oktober 2018, 19:06:37
Ich denke es sollte prinzipiell möglich sein die Block DM-03 Drittstufe anstelle der normalen Bris-M Oberstufe zu verwenden, auch bei der Proton sind diese Stufen gegeneinander austauschbar. Vielleicht hat die Block DM-03 irgendwelche Vorteile beim Beschleunigen einer Nutzlast auf eine interplanetare Flugbahn. Der spezifische Impuls der Block DM-03 ist etwas höher, ich weiß aber nicht ob das ausschlaggebend ist.

Die Fregat Oberstufe dient vermutlich praktisch als Teil der Sonde und deren Antriebssystem.

Ansonsten klingt die Mission nicht uninteressant, bis *frühestens* 2028 kann aber noch viel passieren. Einschließlich Änderungen am geplanten Trägersystem.
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: holleser am 08. Oktober 2018, 08:34:01
Ich würde es Russland wünschen, dass es eine Sonde zu ihrem Ziel schafft. Nachdem sie nun bereits seit weit über 30 Jahren auf einen Erfolg warten müssen.
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: Stefan307 am 14. Oktober 2018, 18:37:45
Die Fregat ist ja ursprünglich als Antriebsblock für Raumsonden entwickelt worden somit entspricht so ein Emissionsprofil ihrer ursprüngliche Funktion.
Und eine Venus Sonde ist schon lange überfällig!
MFG S
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: Rücksturz am 29. Dezember 2018, 21:58:11
Allerdings war meines Wissens die Fregat auch in oder mit der Sonde Phobos Grunt integriert.
Die Kombination Fregat/Sonde hat es damals nicht aus dem nahen Erdorbit heraus geschafft.
Wenn man das damalige Problem gut verstanden und grundsätzlich gelöst hat, kann es bei dieser Mission klappen, ansonsten hätte ich zumindest ein ungutes Gefühl.

Viele Grüße
Rücksturz
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: Lumpi am 26. Oktober 2019, 12:07:58
Die NASA will eine kleine, würfelförmige Sonde mit nur 10 Zoll Kantenlänge mit der geplanten Venera-D-Mission zur Venus mitschicken. Der Long-Lived In-Situ Solar System Explorer (LLISSE) soll bis zu 60 Tage auf der Oberfläche durchhalten. Wegen der kompakten Bauweise wird LLISSE aber voraussichtlich keine Kamera enthalten können. https://www.wired.com/story/nasa-wants-to-send-a-probe-to-the-hellish-surface-of-venus/ (https://www.wired.com/story/nasa-wants-to-send-a-probe-to-the-hellish-surface-of-venus/)
Titel: Re: Venus-Lander
Beitrag von: aasgeir am 26. Oktober 2019, 12:44:51
Eine Kamera auf LLISSE scheitert wohl nicht primär an der "kompakten Bauweise", sondern daran, dass es (noch) keine hochtemperaturfähigen Detektorchips gibt.
Interessant: LLISSE wird in zwei Ausführungen konzipiert: einmal mit einer Stromversorgung aus Primärbatterien für 60 Tage Betrieb; zum anderen mit wiederaufladbaren Sekundärbatterien und einer Windturbine (mit kombiniertem Savonius-/Darrieus-Rotor) als Aufladegenerator.

Hier eine technische Beschreibung von 2018 (ohne Paywall):

   https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20180004539.pdf (https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20180004539.pdf)