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Die KSLV Trägerraketen

SüdKorea ist schon lange kein Entwicklungsland mehr. Das Land ist Heimat von Samsung, einem der größten Elektronikkonzernen und von Hyundai , dem weltgrößten Hersteller von Schiffen. Das eigene Raumfahrtprogramm ist dagegen klein. Seit 2006 hat Südkorea 18 Satelliten gestartet. Davon sind nur zwei militärischer und drei kommerzieller Natur. Versuche eigene Trägerraketen zu entwickeln wie andere Schwellenländer wie Brasilien oder Indien gab es nicht. Die Versuche des Nachbarns Nod Koea eine eigene Trägerrakete zu entwickeln haben dies aber geändert und so arbeitet Südkorea seit 2002 an drei Trägerraketen.

Die Naro

KSLVSüdkorea plant unter der Bezeichnung KSLV (Korea Space Launch Vehicle) ebenfalls eine eigene Trägerrakete. Im Jahre 2002 wurde geplant, auf Basis der selbst entwickelten Höhenforschungsrakete KSR eine Trägerrakete zu bauen. Die erste Stufe sollte flüssige Treibstoffe einsetzen und 130 kN Schub besitzen. Als Oberstufen waren zwei Feststoffantriebe vorgesehen. Schon 2004 gab Koreas Regierung eine gravierende Änderung bekannt. Das russische Unternehmen GKNPZ Chrunitschew sollte nun für 200 Millionen Dollar die erste Stufe entwickeln, die auf der Angara Core basiert. Die zweite Stufe mit einem Feststoffantrieb stammt von Südkorea. Bei einer Startmasse von 133 t wird diese KSLV-I nur 100 kg in einen 800 × 1500 km hohen Orbit transportieren. Auch die Startanlage auf der Insel Oenaro (Bei 34 Grad Nord, 127 Grad Ost) wird von Russland errichtet. Alleine 250 Millionen Dollar wurden in das Weltraumzentrum Naro Space Center investiert. Die Entwicklung der KSLV-I kostet insgesamt 488 Millionen Dollar. Davon entfallen 286 Millionen auf die KSLV alleine, der Rest auf Startanlagen und sonstiges. Nach dem dritten Start wurden 500 Millionen Won, dieselbe Summe, nun aber wegen des veränderten Wechselkurses 450 Millionen Dollar für die ersten drei Starts genannt. Da dies für eine Trägerrakete dieser Größe sehr viel ist, könnte es sich auch um die schon bekannten Investitionskosten in der Gesamtprogramm handeln.

Die erste Stufe der KSLV soll zu 80% identisch mit der Angara sein. Sie hat auch denselben Durchmesser von 2,90. Ein wesentlicher Unterschied ist der Einsatz eines neuen Triebwerks, des RD-151. Der Schub des RD-151 ist etwas geringer als der des RD-191 beim Angara URM. (1646 kN verglichen mit 2080 kN beim RD-191). Das RD-151 wird als RD-170 Derivat bei Energomasch geführt. Es ist wahrscheinlich ein RD-191 mit geringeren Anforderungen (niedriger Brennkammerdruck). So ist der Schub etwas geringer und seine Entwicklung konnte vor dem RD-191 abgeschlossen werden konnte, das sich im Juli 2009 noch in der Testphase befand. Chrunitschew soll 10 Stufen für die KSLV liefern. Der Auftrag für Chrunitschew hat einen Auftrag von alleine 200 Millionen Dollar.

Über die zweite Stufe gibt es nur geringe Angaben. Sie dürfte recht klein sein, da die Rakete zum einen hier im Durchmesser auf 0,95 m abnimmt und die Stufe nach den Fotos nur 2 m lang ist. Zum anderen ist auch die Nutzlast von 100 kg im angegebenen Orbit (die etwa 200 kg in einen erdnahen Orbit entspricht) sehr gering.

Ursprünglich sollte der Start 2005 erfolgen wurde jedoch mehrfach verschoben. Zuletzt wegen eines Defekts an der Treibstoffpumpe. Er ist nun für den August 2009 geplant, der zweite Start für April 2010. Im Juli 2009 wurde die KSLV I in Naro-1 umbenannt, nach dem Naro Space Center von dem sie aus starten soll. Am 19.8.2009 bracht Südkorea den Start wenige Minuten vor dem Abheben hab. Die Ursache wurde nicht öffentlich gemacht. Die Rakete wurde danach in einen Hangar gebracht und ein neuer Startversuch soll erst nach Konsultation russischer Experten gewagt werden.

Am 25.8.2009 fand dann der zweite Startversuch statt. Eine der beiden hälften der Nutzlastverkleidung löste sich nicht, und so erreichte der Satellit keinen Orbit. Anders als bei dem Start der Unha-2 mit dem nordkoreanischen Satelliten im April, der ebenfalls vorher angekündigt war, gab es diesmal keine Proteste von Ländern weil eine UN Resolution gebrochen wurde. Die Resolutionen 1695, 1718 und 1874 des UN-Sicherheitsrats, die Nordkorea jede Aktivität im Zusammenhang mit ballistischen Raketen verbieten. Dies gilt aber auch für Südkorea.....

Auch der zweite Start der KSLV erfolgte nachdem der Start am Vortag abgesagt wurde am 10.6.2010. Nach 137 s explodierte die Naro-1. Diesmal erfolgte dies während des Betriebs der ersten Stufe. Eine Untersuchung seitens Chrunitschew ergab keine Fixierung der Fehlerursache. Nach Aussage des Direktors von Chrunitschew ergab die Auswertung der Telemetrie keine Fehlfunktion seiner Stufe. Es schlossen sich nun Streitereien an, wer am Fehlstart schuld ist. Das verzögerte den nächsten Start. Er sollte schon 2011 erfolgen. doch nun sollte erst eine dreissigköpfige Untersuchungskommission feststellen wo der Fehler lag. Später wurde bekannt das es ein nicht genauer benannter Fehler der zweiten Stufe von KAR Industrie war.

Nord Korea, das nach einem Jahrzehnt Pause wieder sein Trägerraketenprogramm aufnahm versuchte nun vor Südkorea einen Start durchzuführen. Die ersten beiden am 5.4.2009 und 12.4.2012 scheiterten, doch schon acht Monate später gelang beim dritten Versuch mit der Unha 3 der Start des ersten koreanischen Satelliten.

Naro 1 StartErst am 30.1.2013, also knapp zwei Monate zu spät gelang der dritte Start der Naro-1. Der Satellit STSSAT 2C (Science and Technology Satellite 2C) gelang eine 292 x 1511 km hohe 80,3 Grad geneigte Umlaufbahn. Er wog nur 100 kg. Der Start hatte sich mehrfach vorher verzögert. Er sollte ursprünglich am 17.11.2012, also noch vor dem Start der Unha stattfinden, wurde aber 17 Minuten vor der Zündung wegen eines elektrischen Problems abgebrochen.

Der KSLV I sollte schon 2010 die KSLV II mit einer zweiten Stufe mit flüssigen Treibstoffen folgen, wahrscheinlich die erste Stufe der KSR. Sie soll 1.000 kg in einen Orbit transportieren und die erste Stufe soll 200 anstatt 170 t Schub wie bei der KSLV I aufweisen. Die 200 t Bodenschub passen recht gut zum RD-191 Triebwerk, das zumindest in der KSLV II zum Einsatz kommen könnte. Mittlerweile gab Südkorea bekannt, dass sich der Jungfernflug der KSLV II bis 2017 verzögern könnte. Bis 2015 sollte nach ursprünglichen Planungen die noch stärkere KSLV III folgen, die mit drei Stufen 1.500 kg in einen sonnensynchronen Orbit transportieren kann. Wann nun ihr Erstflug erfolgt, ist noch offen.

Datenblatt KSLV I / Naro I

Einsatzzeitraum:
Starts:
Zuverlässigkeit:
Abmessungen:

Startgewicht:
Max. Nutzlast:
Nutzlasthülle:

2009-
3, davon zwei Fehlstarts
33 %
33,00 m Höhe
2,90 m Durchmesser
140.000 kg
100 kg in einen 800 × 1500 km Orbit
10,00 m Länge, 3,30 m Durchmesser
5,75 m Länge, 1,80 m Durchmesser


URM

Stufe 2

Länge

24,48 m?

2,00 m

Durchmesser:

2,90 m

0,95 m?

Startgewicht:

125.500 kg?

900 kg?

Trockengewicht:

10.500 kg?

130 kg?

Schub Meereshöhe:

1.667 kN

-

Schub Vakuum:

1.804 kN?

86,2 kN

Triebwerke:

1 × RD-151

?

Spezifischer Impuls
(Meereshöhe):

3030 m/s?

-

Spezifischer Impuls
(Vakuum):

3304 m/s?

?

Brenndauer:

210 s?

25 s

Treibstoff:

LOX/Kerosin

fest

Bücher des Autors über Trägerraketen

Wie man an dem Umfang der Website sieht, sind Trägerraketen eines meiner Hauptinteressen. Es gibt inzwischen eine Reihe von Büchern von mir, auch weil ich in den letzten Jahren aufgrund neuer Träger oder weiterer Informationen über alte Projekte die Bücher neu aufgelegt habe. Sie finden eine Gesamtübersicht aller Bücher von mir bei Amazon und hier beim Verlag.

Ich beschränke mich in diesem Abschnitt auf die aktuellen Werke. Für die in Europa entwickelten Trägerraketen gibt es von mir zwei Werke:

Europäische Trägerraketen 1 behandelt die Vergangenheit (also bei Drucklegung): Das sind die nationalen Raketen Diamant, OTRAG und Black Arrow und die europäischen Träger Ariane 1 bis 4 und Europarakete.

Europäische Trägerraketen 2 behandelt die zur Drucklegung 2015 aktuellen Träger: Ariane 5, Vega und die damaligen Pläne für Vega C und Ariane 6.

Wer sich nur für einen der in den beiden besprochenen Träger interessiert, findet auch jeweils eine Monografie, die inhaltlich identisch mit dem Kapitel in den Sammelbänden ist, nur eben als Auskopplung.

Weiter gehend, alle Raketen die es weltweit gibt, behandelnd, gehen zwei Bände:

US-Trägerraketen

und

Internationale Trägerraketen (im Sinne von allen anderen Raketen weltweit)

Auch hier habe ich 2023 begonnen, die Bände aufzusplitten, einfach weil der Umfang für eine Aktualisierung sonst weder handelbar wäre bzw. an die Seitengrenze stößt, die der Verlag setzt. Ich habe auch bei den Einzelbänden nochmals recherchiert und den Umfang erweitert. Bisher sind erschienen:

US Trägerraketen 1 mit den frühen, kleinen Trägern (Vanguard, Juno, Scout)

US Trägerraketen 2 mit der Titan-Familie

2023 wird noch die erste Auskopplung aus den internationalen Raketen über russische Träger erscheinen. Nach und nach werden alle Raketen dann in einzelnen Monografien geordnet nach Trägerfamilien oder Nationen dann aktualisiert auf den aktuellen Stand, so besprochen.

Für die Saturns gibt es noch einen Sonderband, den ersten in der Reihe über das Apolloprogramm.

Alle bisherigen Bücher sind gerichtet an Leute, die wie ich sich nicht mit oberflächlichen Informationen oder Zusammenfassung der Wikipedia zufriedengeben. Wenn sie sich nicht für Technik interessieren, sondern nette Anekdoten hören wollen, dann sind die bisherigen Bücher nichts für Sie. Für dieses Publikum gibt es das Buch „Fotosafari durch den Raketenwald“ bei dem jeder Träger genau eine Doppelseite mit einem Foto und einer Beschreibung hat. (Also etwa ein Zehntel der Seitenzahl auf den ich ihn bei den beiden obigen Bänden abhandelte). Das Buch ist anders als die anderen Bände in Farbe. Ab und an macht BOD als Print on Demand Dienstleister Mist und verschickt es nur in Schwarz-Weiß, bitte reklamieren sie dann, ich als Autor kann dies nicht beeinflussen.

Als Autor würde ich mich freuen, wenn sie direkt beim Verlag bestellen, da ich da eine etwas größere Marge erhalte. Dank Buchpreisbindung und kostenlosem Versand ist das genauso teuer wie bei Amazon, Libri und iTunes oder im Buchhandel. Über eine ehrliche Kritik würde ich mich freuen.

Alle Bücher sind auch als E-Book erschienen, üblicherweise zu 2/3 des Preises der Printausgabe – ich würde sie gerne billiger anbieten, doch da der Gesetzgeber E-Books mit 19 Prozent Mehrwertsteuer besteuert, Bücher aber mit nur 7 Prozent, geht das leider nicht. Ein Vorteil der E-Books - neben dem einfacher recherchierbaren Text ist, das alle Abbildungen, die im Originalmanuskript in Farbe, sind auch in Farbe sind, während ich sonst - um Druckkosten zu sparen - meist auf Farbe verzichte. Sie brauchen einen pdf-fähigen Reader um die Bücher zu lesen. Sofern der Verlag nicht weiter für bestimmte Geräte (Kindle) konvertiert ist das Standardformat der E-Books ein DRM-geschütztes PDF.

Mehr über meine Bücher finden sie auf der Website Raumfahrtbuecher.de und eine Liste aller Veröffentlichungen findet sich auch bei meinem Wikipediaeintrag.

 

Die Nuri

Nach der Naro als Erstling, der vor allem auf russischer Technologie basierte, ging Südkorea an die Konstruktion einer eigenen Trägerrakete basierend auf eigener Technik. Dies dauerte und so liegen zwischen dem letzten Flug der Naro und dem ersten der Nuri acht Jahre. Die „Nuri“, koreanisch für „Welt“ hat drei Stufen, alle setzen LOX/Kerosin-Triebwerke ein. Südkorea nennt SpaceX als ein Rollenmodell für die Entwicklung. Die Rakete hat auch die Bezeichnung KSLV-II (Korean Space Launch Vehicle-II). Die Entwicklung erfolgte durch das Korea Aerospace Research Institute (KARI). Die Fertigung der Rakete erfolgt durch die Korea Aerospace Industries, Ltd. Insgesamt sind 300 Firmen an der Entwicklung der Nuri beteilligt, 75 Prozent des Budgets gehen an die Industrie.

Die erste und zweite Stufe setzen das Triebwerk KRE-075 ein, so benannt nach dem nominellen Schub von 75 t. Die erste Stufe setzt vier Triebwerke ein, die zweite ein KRE-075 mit einer längeren Düse für den Vakuumbetrieb. Das Triebwerk der dritten Stufe KRE-007 hat einen zehnmal kleineren Schub. Alle drei Triebwerke setzten einen Gasgenerator Antrieb ein. Treibstoff ist Jet-A ein Flugzeugtreibstoff und eine Kerosinfraktion.

Die Entwicklung begann nach der Naro, wobei man zuerst das kleinere Drittstufentriebwerk anging. Im März 2014 erfolgte der erste Test der KRE-007 Brennkammer, im Juli 2015 folgte der erste Test eines kompletten Drittstufentriebwerks. Seine Entwicklung verlief unauffällig. Elf Triebwerke wurden gefertigt. Sie haben eine kumulierte Brennzeit von 16,385,7 Sekunden erreicht. Mehr Arbeit erforderte das KRE-075 Triebwerk, da es Verbrennungsinstabilitäten aufwies.

Am 28.1.2016 bekam Hanwha Technologies den Auftrag beide Triebwerke zu produzieren. Er hatte einen Umfang von 14,1 Milliarden Won, damals 1,77 Milliarden US-Dollar.

Im Februar 2016 konnte die zweite Phase der Entwicklung abgeschlossen werden. Die Verbrennungsinstabilität des 75 t Triebwerks war beseitigt worden und die Technologie für das Schweißen der Tanks der zweiten Stufe war entwickelt.

Am 3. Mai 2016 war ein erster Test des redesignten KRE-075 Triebwerks erfolgreich. Sukzessive wurde nun die Brenndauer verlängert. Am 8. Juni 2016 waren schon 75 Sekunden erreicht und am 28 Juli 2016 lief das Triebwerk über die volle Brenndauer von 145 Sekunden. Zum Entwicklungsabschluss waren es 168 Tests an 25 Triebwerken mit einer Gesamtzeit von 16.690 s und einer längsten Brennzeit von 260 Sekunden. Es soll in der ersten Stufe 123 s lang brennen und in der zweiten 142,2 s lang. Die Triebwerke wiegen 912 kg (KRE-975 SL), 1.115 kg (KRE-075 V) und 187 kg (KRE-007). Die Tankwände der ersten Stufe sind 2,5 bis 3mm stark und widerstehen einem Druck von 4 bis 6 bar.

Im Oktober 2016 ging Südkorea an die Tests der zweiten Stufe. Bis zum Abschluss gab es 200 Tests des Triebwerks. Insgesamt wurde das Design des KE-075 zwanzigmal geändert.

Ein neue Startplattform beim Naro Space Center auf einer Insel südlich von Südkorea wurden von Hyundai Heavy Industries gebaut, die bekannter sind für den Schiffbau: sie sind die größte Werft weltweit. Eine Erweiterung des Naro Weltraumbahnhofs für die Nuri kostete 32 Millionen Dollar.

NuriUm das KRE-075 Triebwerk zu qualifizieren, baute die KARI eine eigene Testrakete. Die KSLV II TLV (Test Launch Vehicle). Sie wog 52,1 t, davon war aber der Oberteil ein Massensimulator der die dritte Stufe, Nutzlastverkleidung und die Nutzlast ersetzte, sodass sie leer nur 14 t wog. Später könnte – mit einem schubgesteigerten Triebwerk - diese Rakete in zweistufiger Version für kleinere Nutzlasten eingesetzt werden. Ihr Testflug im November 2018 war erfolgreich. Sie sollte 140 s lang brennen und 148 km Höhe erreichen. Beim Testflug am 18.11.2018 wurden aber 151 s Brennzeit und 209 km Gipfelhöhe erreicht. Damit war das Triebwerk KRE-075 SL qualifiziert und die zweite Stufe teil-qualifiziert. Ein zweiter Testflug wurde daher abgesagt.

Der Jungfernflug am 21.10.2021 sollte einen 1,5 t schweren Massensimulator in einen 700 km hohen Orbit befördern. Die dritte Stufe fiel aber 46 Sekunden vor Brennschluss aus, sodass zwar ein Apogäum von 700 km Höhe erreicht wurde, aber das Perigäum noch zu tief lag. Eine Untersuchung ergab, dass der Heliumtank aufgrund des erhöhten Auftriebs während des Fluges aus seiner Verankerung im Sauerstofftank der Rakete gefallen war. Dort bewegte er sich frei und verursachte Risse im Tank und den Treibstoffleitungen zudem vermischte sich das Helium mit dem Sauerstoff. Der Abfall des Treibstoffdrucks löste im Triebwerk dann das Abschaltsignal aus.

Pläne für die Weiterentwicklung sehen zum einen schubgesteigerte Triebwerke vor – 90 anstatt 75 t Schub (KRE-090) in den ersten beiden Stufen und 10 t Schub mit einer neuen Technologie – dem sauerstoffreichen staged combustion Antrieb in der dritten Stufe. Dies wäre nach Russland der erste Einsatz dieser Technologie in einem kleinen Triebwerk. SpaceX und Blue Origin setzten sie in ihren Erststufentriebwerken ein, die jedoch zwanzigmal schubstärker sind. Das Triebwerk soll bei einem Brennkammerdruck von 200 bar einen spezifischen Impuls von 3433 m/s erreichen, weniger als 280 kg wiegen und eine Brennzeit von 600 Sekunden aufweisen. Es wäre dreimal wiederzündbar. Eine Grundvoraussetzung für geostationäre Satelliten oder um höhere kreisförmige Umlaufbahnen zu erreichen. Mit den verbesserten Triebwerken soll die Nutzlast der KSLV II 2,7 t in den SSO betragen also gegenüber dem ersten Modell verdoppelt werden. Offen ist ob auch dafür die Tanks verlängert werden.

Ergänzt man diese verbesserte Version mit vier Boostern, die jeweils ein KRE-090 Triebwerk haben, im Prinzip ein Nachbau der Zweitstufe, so erhält man die KSLV III die auch den geostationären Orbit erreichen soll.

Die Nuri ist geplant für den Start koreanischer Erdbeobachtungssatelliten wie Kompsat. Ein Start soll 30 Millionen Dollar kosten. Das wäre für eine Rakete dieser Nutzlast und Größe relativ preiswert.

Die Nutzlast der Nuri von 2,6 t in einen 300 km hohen LEO-Orbit und 1,5 t in einen 700 km hohen sonnensynchronen Orbit ist angesichts der technischen Daten der Triebwerke zu niedrig. Die Rakete ist in der Masse und dem spezifischen Impuls einer Titan 3A unterlegen, doch diese hatte eine Nutzlast von 3,8 t in einen SSO. Der Autor errechnet für das Typenblatt mit relativ konservativen Werten für die Trockenmasse eine Nutzlast von 4 t in 300 km LEO. Die Stufenlängen sind aus Diagrammen abgeschätzt, die Treibstoffmasse aus Brennzeit x spezifischen Impuls berechnet und die Trockenmasse geschätzt.

Für ersten Start wurden folgende Daten genannt:

Ereignis

Zeit

Höhe

Geschwindigkeit

Abheben

0:00

0,1 km

0 km/s

Max-Q

0:55

7 km

0,3 km/s

Trennung erste Stufe

2:07 (127 s)

59 km

1,7 km/s

Abtrennung Nutzlastverkleidung

3:53 (233 s)

191 km

3,2 km

Abtrennung zweite Stufe

4:34 (147 s Brennzeit)

258 km

4,3 km

Abschaltung dritte Stufe

13:18 (524 s Brennzeit)

700 km

7,5 km/s

Abtrennung Satellit

16:07

700 km

7,5 km/s

Nuri StartAuffällig ist auch, dass die hohe Bahn direkt angeflogen wird, eine energetisch ungünstige Methode die auch den starken Nutzlastabfall gegenüber dem LEO erklärt. Zudem wird die Nutzlastverkleidung sehr spät abgetrennt. Typisch erfolgt die Abtrennung in rund 110 km Höhe. Da die Nutzlastverkleidung etwa 0,8 bis 1 t wiegen dürfte, senkt dies die Nutzlast ebenfalls stark ab.

Datenblatt Nuri / KSLV II

Einsatzzeitraum:

Starts:
Zuverlässigkeit:

Abmessungen:

Startgewicht:

Maximale Nutzlast:

Nutzlasthülle:

21.10.2021 -

1, davon ein Fehlstart
0 % erfolgreich

47,2 m Höhe, 3,50 m Durchmesser

200.000 kg

2.800 kg in eine 200 km LEO-Bahn
1.500 kg in eine 700 km SSO-Bahn

8,60 m Länge, 2,60 m Durchmesser?


Stufe 1

Stufe 2

Stufe 3

Länge:

21,4 m

~ 10,5 m

~ 6,7 m

Durchmesser:

3,50 m

2,60 m

2,60 m

Startgewicht:

~ 139.564 kg

~42.694 kg

12.728 kg

Trockengewicht:

~12.000 kg

~5.000 kg

~ 2.000 kg

Schub Meereshöhe:

4 x 678,8 kN



Schub Vakuum:

4 x 747,3 kN

788 kN

68,7 kN

Triebwerke:

4 x KRE-075 SL

1 KRE-075 Vacuum

1 KRE-007 Vacuum

Spezifischer Impuls
(Meereshöhe):

2567 m/s



Spezifischer Impuls
(Vakuum):

2959 m/s

3094 m/s

3189 m/s

Brenndauer:

125 – 127 s

145 – 148 s

498 s

Treibstoff:

Jet-A / LOX

Jet-A / LOX

Jet-A / LOX

Links:

http://journal.kspe.org/xml/13481/13481.pdf

https://en.yna.co.kr/view/AEN20181128008452320

https://www.dongascience.com/news.php?idx=44301

https://www.kari.re.kr/eng/sub03_04_01.do



© des Textes: Bernd Leitenberger. Jede Veröffentlichung dieses Textes im Ganzen oder in Auszügen darf nur mit Zustimmung des Urhebers erfolgen.

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