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Japanische Trägerraketen: N  Serie und H-1

Japan verfügt über zwei unterschiedliche Trägerraketen: Die kleinen mit Feststoff angetriebenen Raketen der Lambda und My Serie und die größeren Flüssigkeitsträgerraketen der N und H Serie. Diese Unterteilung hat nicht nur technologische Gründe, sondern das japanische Weltraumprogramm wird auch von zwei Institutionen durchgeführt:

Das Institut ISAS der Tokioter Universität betreibt die Feststoffraketen der My Serie und die nationale Raumfahrtagentur NASDA die größeren N und H Raketen. Ebenso unterscheiden sich die Nutzlasten: ISAS startet wissenschaftliche Nutzlasten und die NASDA technologische und Anwendungssatelliten. Die erste gemeinsame Entwicklung die J-1 ist vorerst gescheitert. Am 1. Oktober 2003 sind drei japanische Raumfahrtorganisationen zur neuen Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) zusammengeschlossen worden. Neben der NASDA sind dies die ISAS und das National Aerospace Laboratory of Japan (NAL), welches vornehmlich Grundlagenstudien für Antriebe von Raketen und Flugzeugen betrieb.

Es gibt auch 2 Startplätze: Kagoshima für die L+M Feststoffraketen, Tanegashima für die flüssig angetriebenen N,H,J Raketen. Beide liegen im Süden Japans. Eine Beeinträchtigung beider Startplätze sind die Fischereirechte: In der Startzone werden mit großen Kilometerlangen Treibnetzen die Meere leer gefischt. Die Fischindustrie hat in Japan Priorität, das bedeutet in der Praxis, dass es nur 2 kurze Startfenster im Jahr gibt in denen Raketenstarts möglich sind: Von Mitte Januar bis Ende Februar und von Ende Juli bis Ende September, also nicht einmal 4 Monate im Jahr. Man erkennt dies ganz deutlich bei den Starts. Teilweise mussten auch Planetensonden monatelang im Erdorbit geparkt werden, da ein Start während des idealen Startfensters unmöglich ist. So ist es auch nicht verwunderlich das einer der Satelliten die Japan startet Wale beobachten soll - schließlich stehen die bei den Japanern ganz oben auf der Speisekarte!

Alle japanischen Trägerraketen haben mit einer Ausnahme bis jetzt nur japanische Nutzlasten transportiert. Die Startzahl ist gering, so fanden in 24 Jahren N+H Entwicklung insgesamt nur 31 Starts statt, also weniger als 2 pro Jahr, dies macht die Trägerraketen auch unverhältnismäßig teuer.

Auch sonst zeigte sich in der japanischen Trägerraketenentwicklung etwas völlig untypisches für Japan: Es gelang nicht wie auf anderen Märkten wie z.B. der Foto- oder Elektronikindustrie erfolgreich in den Markt einzubrechen oder diesen gar zu dominieren. Japanische Trägerraketen sind die teuersten der Welt, 2-3 mal teurer als westliche Gegenstücke. Nur zwei ausländische Nutzlasten konnten in 30 Jahren gewonnen werden: Express für den letzten Start der My-3SII und Artemis für den Erstflug der H-2A. (Dann aber auf die Ariane 5 umgebucht).

Die N

Die Trägerrakete N war eine in Lizenz gefertigte Delta. Sie wurde durch die H abgelöst und wird heute nicht mehr betrieben. 1969 schloss die NASDA eine Lizenzvereinbarung zum Nachbau der amerikanischen Delta Rakete ab. Die N-1 war im wesentlichen nachgebaute Delta-L, die N-2 eine nachgebaute Delta 1000 er Serie (genauer eine 1914). Ähnliche Überlegungen gab es früher auch in Deutschland, jedoch entschied man sich hier bei der Beteiligung am Europa und später Ariane Programm

Bei der N-1 kam in der zweiten Stufe ein japanisches Triebwerk, das LE-3 zum Einsatz, bei der N-2 war es der Nachbau des amerikanischen TR-201. Die ersten 5 Triebwerke der ersten Stufe und die Elektronik der ersten 6 Träger wurden noch in Amerika gefertigt. Die N-1 verwandte ein Radiolenksystem. Die Startmasse betrug 90.4 m bei einer Höhe von 32.57 kg. Sie konnte 130 kg in einen geostationären Orbit transportieren (360 kg mit Apogäumsantrieb).

Die N hatte für die japanische Industrie vor allem einen Sinn: Sie konnte durch den Nachbau der amerikanischen Rakete sich das Know-how erwerben selbst eine moderne mit flüssigen Treibstoffen angetriebene Rakete zu entwickeln. Da die Rakete nie andere Nutzlasten als japanische Satelliten und die Nutzlasten beschränkt waren (Die Erststarts fanden immer erst statt, als in Amerika die Entwicklung schon längst weiter war und so Nutzlasten möglich waren) gab es auch nicht die Probleme mit dem Transport von kommerziell nutzbaren Satelliten, die in Europa zur Entwicklung der Europa und Ariane führten.

Als die N-1 zum ersten mal startete war die Delta schon bei der 2914 Version angekommen, welche die doppelte Nutzlast der N-1 hatte. Die N-1 verwandte im Jahre 1975 die Technologie von 1969. Doch dies war nebensächlich. Es galt vielmehr Entwicklungshilfe zu leisten, damit die Japaner eine eigene mit flüssigen Triebstoffen angetriebene Rakete bauen konnten. Die von Japan gestellte zweite Stufe war leistungsfähiger als die damalige Delta, weshalb die N-1 auch eine etwas höhere Nutzlast als die Delta besaß.

Die N-2 wog verstärkt durch Castor II Zusatzbooster 135.2 t und hatte eine Höhe von 35.36 m. Sie wurde von 1981 bis 1987 eingesetzt. Der Durchmesser betrug nun durchgehend 2.44 m. Sie verwandte ein neues Lenksystem mit einer Inertialplattform. Auch hier machte die N-2 der Delta keine Konkurrenz, denn 1981 konnte eine Delta 3910 PAM D schon 1087 kg in den GTO Orbit transportieren. Die N und H-1 Serie transportierten nie andere Nutzlasten als japanische Satelliten.

N1

N-1

Erststart 9.9.1975, letzter Start 3.9.1982
Starts: 7, Fehlstarts 1
Nutzlast 1200 kg LEO
360 kg GTO

Booster: Castor II (3 Stück)
Vollmasse 4424 kg, Leermasse 695 kg
Schub 229 kN über 37 sec.
Spez. Impuls 2275 (Meereshöhe) 2561 (Vakuum)
1 Triebwerk TX-354-5
Länge 7.25 m, Durchmesser 0.79 m

Stufe 1: LTAT Thor
Vollmasse 70900 kg, Leermasse 4200 kg
Schub 765 kN über 220 sec.
Spezifischer Impuls 2845 (Vakuum), 2511 (Meereshöhe)
1 Triebwerk MB3-3
Länge 21.44 m, Durchmesser 2.44 m

Stufe 2: SSPS-N1
Vollmasse 4350 kg, Leermasse 500 kg
Schub 35 kN über 320 sec.
Spezifischer Impuls 2909 (Vakuum)
1 Triebwerk LE-3
Länge 5.44 m, Durchmesser 1,46 m

Stufe 4: TE-364-14
Vollmasse 774 kg Leermasse 116 kg
Schub 38.7 kN über 40 sec.
Spezifischer Impuls 2795 (Vakuum)
Länge 1.48 m, Durchmesser 1.65 m

Erfolg Datum Nutzlast Träger Nr.
x 09.09.1975 Kiku-1 N-1(F)
x 29.02.1976 Ume N-2(F)
x 23.02.1977 Kiku 2 N-3(F)
x 16.02.1978 Ume-2 N-4(F)
x 06.02.1979 Ayame N-5(F)
x 22.02.1980 Ayame 2 N-6(F)
x 03.09.1982 Kiku-4 N-9(F)
N1

N-2

Erststart 11.2.1981, letzter Start 19.2.1986
Starts: 8, kein Fehlstart
Nutzlast 2000 kg LEO
730 kg GTO

Booster: Castor II (3-9 Stück)
Vollmasse 4424 kg, Leermasse 695 kg
Schub 229 kN über 37 sec.
Spez. Impuls 2275 (Meereshöhe) 2561 (Vakuum)
1 Triebwerk TX-354-5
Länge 7.25 m, Durchmesser 0.79 m

Stufe 1: ELTAT Thor
Vollmasse 85.800 kg Leermasse 4400 kg
Schub 756 kN über 270 sec.
Spez. Impuls 2481 (Meereshöhe), 2844 (Vakuum)
Länge 22.44 m, Durchmesser 2,.44 m

Stufe 2: SSPS-N2
Vollmasse 6300 kg, Leermasse 560 kg
Schub 43.8 kN über 420 sec.
Spezifischer Impuls 2746 (Vakuum)
1 Triebwerk AJ-118F
Länge 5.94 m, Durchmesser 2,44 m

Stufe 3: TE-365 / Star 37E
Vollmasse 1183 kg Leermasse 83 kg
Schub 66.7 kN über 44 sec.
Spezifischer Impuls 2798 (Vakuum)
Länge 1.74 m, Durchmesser 2.44 m

Erfolg Datum Nutzlast Träger Nr.
x 11.02.1981 Kiku-3 N-7(F)
x 10.08.1981 Himawari 2 N-8(F)
x 04.02.1983 Sakura 2A N-10(F)
x 05.08.1983 Sakura 2B N-11(F)
x 23.01.1984 Yuri 2A N-12(F)
x 02.08.1984 Himawari 3 N-13(F)
x 12.02.1986 Yuri 2B N-14(F)
x 19.02.1987 Momo N-16(F)

Die H-1

Der erste Schritt Japans auf dem Weg zu einer eigenen Trägerrakete war die H-1. Bei der H-1 wurde die Thor Unterstufe und die Castor II Booster der N-2 unverändert übernommen. Anstatt der relativ kleinen Zweitstufe (Delta) wurde eine wesentlich größere Oberstufe mit Wasserstoff als Treibstoff verwendet. Das Triebwerk LE-5 wurde vollständig in Japan entwickelt, die damit als dritte Nation diese Technologie beherrschte (Nach den USA und Deutschland und der ESA). Durch den hochenergetischen Antrieb und die höhere Masse stieg die Nutzlast dadurch von 360 kg in eine GTO Bahn auf 1100 kg an. Die 139 t schwere Rakete beförderte so genauso viel Nutzlast wie die 190 t schwere Delta 3920. Von Japan stammten nun auch die Feststoffoberstufe und das Steuerungssystem.

Den Entwicklungsschritt einer Zweitstufe mit Wasserstoff findet sich auch bei der neuen Delta 3. Die Starts der H-1 waren allesamt erfolgreich - ein Novum bei der Einführung einer neuen Technologie, allerdings konnte die Rakete nicht kommerzielle Nutzlasten befördern, dazu war Sie einfach zu teuer. Der Startpreis betrug 90 Mill. USD, also in etwa soviel wie eine mittlere Atlas oder Ariane 4, jedoch mit der halben Nutzlast.

Es bestand die Möglichkeit wie bei der Delta mit Drittstufe (für GTO Missionen) oder ohne (für erdnahe Orbits) zu starten. Neben 9 Castor II Boostern wurden auch nur 6 (wie in der Abbildung) eingesetzt. Die H-1 wog 139.3 t und hatte eine Höhe von 40 m.

H1 mit 6 Boostern

H-1

Erststart 12.8.1986, letzter Start 11.2.1992
9 Starts, kein Fehlstart
Nutzlast 1100 kg in GTO
3200 kg in LEO

Booster: Castor IIS (6 oder 9)
Vollmasse 4424 kg, Leermasse 695 kg
Schub 229 kN über 37 sec.
Spez. Impuls 2275 (Meereshöhe) 2561 (Vakuum)
1 Triebwerk TX-354-5
Länge 7.25 m, Durchmesser 0.79 m

Stufe 1: ELTAT Thor
Vollmasse 85.800 kg Leermasse 4400 kg
Schub 756 kN über 270 sec.
Spez. Impuls 2481 (Meereshöhe), 2844 (Vakuum)
Länge 22.44 m, Durchmesser 2,.44 m

Stufe 2: SSPS-H-1
Vollmasse 10660 kg, Leermasse 1800 kg
Schub 103 kN über 270 sec.
Spez. Impuls 4410 (Vakuum)
1 Triebwerk LE-5
Länge 10.32 m, Durchmesser 2.49 m

Stufe 3: UM 129A
Vollmasse 2200 kg, Leermasse 360 kg
Schub 77.45 kN über 68 sec.
Spez. Impuls 2854 (Vakuum)
1 Triebwerk UM 129A
Länge 2.34 m, Durchmesser 2.44 m

Nutzlastverkleidung:
Gewicht 600 kg,
Länge 7.91 m, Durchmesser 2.44 m

Erfolg Datum Nutzlast Träger Nr.
x 12.08.1986 Ajisai H-15(F)
x 27.08.1987 Kiku 5 H-17(F)
x 19.02.1988 Sakura 3A H-18(F)
x 16.09.1988 Sakura 3B H-19(F)
x 05.09.1989 Himawari 4 H-20(F)
x 07.02.1990 Momo-1B H-21(F)
x 28.08.1990 Yuri 3A H-22(F)
x 25.08.1991 Yuri 3B H-23(F)
x 11.02.1992 Fuyo 1 H-24(F)

Fazit

Das japanische Weltraumprogramm ist aus vielerlei Hinsicht bemerkenswert: Es ist weitgehend eigenständig und technisch hoch stehend. Trotzdem gelang kein kommerzieller Erfolg. Dafür sind sicherlich mehrere Gründe verantwortlich, zum einen ist die Startrate sehr gering, sowohl pro Jahr, wie auch pro Modell. Keine japanische Rakete konnte bislang auch nur 10 Starts ansammeln. Zum zweiten gelang es nicht die Kosten auch nur in die Nähe der westlichen Konkurrenz zu bringen. Japans kommerzielle Satelliten werden von anderen Trägern gestartet, vor allem von Ariane.

Als Folge davon werden nun bei der H2A und J-1A vermehrt ausländische Komponenten verbaut, in der Hoffnung damit konkurrenzfähig zu werden. Ob dies gelingt muss erst die Zukunft zeigen. Die folgende Tabelle zeigt die Bilanz der japanischen Raumfahrt: Trotz dem Einsatz von 4 Familien mit mehreren Modellen fanden niemals mehr als vier Starts pro Jahr statt, während einer Ariane 4 (eine einzige Familie !) bis zu 12 mal pro Jahr startete. So wird es nichts aus dem kommerziellen Erfolg...

Starts nach Jahren

Links

H-IIA Webpage

JAXA Space Transportation Programm

H2A Launch Vehicle

My V Launch Vehicle

Startlisten Japanischer Trägerraketen

Artikel zuletzt verändert: 28.9.2012

Büchertipps

Von mir gibt es mehrere Bücher zum Thema Trägerraketen. Zum einen zwei Werke über alle Trägerraketen der Welt und zum Zweiten Bücher über die europäische Trägerraketenentwicklung.

Mein bisher umfassendstes Werk ist ein zweibändiges Lexikon über Trägerraketen mit 700 bzw. 600 Seiten Umfang. In ein Buch passten schlichtweg nicht alle Träger in ihren Subversionen so gibt es einen Band nur für US-Träger, einen zweiten für "internationale" Trägerraketen, sprich alle anderen Nationen. Beide Bände haben denselben Aufbau:

Nach einem einleitenden Kapitel über die Arbeitsweise von Raketen kommt ein einführendes Kapitel über die Raumfahrtbestrebungen des Landes und der Weltraumbahnhöfe, bei den USA ist dies natürlich nun eines. Danach kommen die Träger geordnet nach Familien mit gleicher Technologie in der historischen Entwicklung. Zuerst wird die Technologie und Entwicklungsgeschichte beim ersten Exemplar einer Familie beschrieben, dann folgt bei den einzelnen Mitgliedern nur noch die Veränderungen dieses Modells und dessen Einsatz.

Ich habe soweit möglich technische Daten zum schnelleren Nachschlagen in Tabellen ausgelagert, Querschnittsdiagramme, Grafiken über den Einsatz und bei den US-Trägerraketen auch komplette Startlisten komplettieren dann jedes Kapitel. Dazu gibt es von jedem Träger ein Startfoto.

In jedem Buch stecken so über 100 Subtypen, was den Umfang bei dieser ausführlichen Besprechung auf 600 Seiten (internationale Trägerraketen) bzw. 700 Seiten (US-Trägerraketen getrieben hat). Ich denke sie sind mit 34,99 und 39,99 Euro für den gebotenen Inhalt trotzdem sehr günstig.

Speziell mit der Geschichte der Trägerraketenentwicklung in Europa beschäftigt sich das zweibändige Werk Europäische Trägerraketen 1+2. Band 1 (Europäische Trägerraketen 1: Von der Diamant zur Ariane 4) behandelt die nationalen Trägerprogramme (Black Arrow und Diamant), das OTRAG-Projekt, die glücklose Europa-Rakete und die Ariane 1-4. Band 2: die aktuellen Projekte Ariane 5 und Vega. Sowie die Weiterentwicklungen Ariane 6 und Vega C. Beide Bücher sind voll mit technischen Daten, Details zur Entwicklungsgeschichte und zu den Trägern. Diese Bücher sind gedacht für Personen, die wirklich alles über die Träger wissen wollen. Der nur an allgemeinen Infos interessierte, wird mit dem Buch internationale Trägerraketen besser fahren das sich auf die wichtigen Daten beschränkt.

Es gibt von den europäischen Trägerraketen, da die Programme weitestgehend unabhängig voneinander sind, auch die Möglichkeit, sich nur über einen Träger zu informieren so gibt es die gleiche Information auch in vier Einzelbänden:

Auf einen eigenen Band für Ariane 5 und 6 habe ich verzichtet, weil dieser nur wenig billiger als Band 2 der europäischen Trägerraketen wäre, da Ariane 5+6 rund 2/3 des Buches ausmachen.

Meine Bücher sind alle in Schwarz-Weiss. Das hat vor allem Kostengründe. Bei BOD kostet jede Farbseite 10 ct Aufpreis. Es gibt jedoch ein Buch, das für Einsteiger gedacht ist und jeden Trägertyp nur auf zwei Seiten, davon eine Seite mit einem meist farbigen Foto abhandelt: Fotosafari durch den Raketenwald. Es ist weniger für den typischen Leser meiner Webseite gerichtet, die ja auch in die Tiefe geht, als vielmehr für Einsteiger und als Geschenk um andere mit der Raumfahrt zu infizieren.

Sie erhalten alle meine Bücher über den Buchhandel (allerdings nur auf Bestellung), aber auch auf Buchshops wie Amazon, Libri, Buecher.de und ITunes. Sie können die Bücher aber auch direkt bei BOD bestellen.

Mehr über diese Bücher und weitere des Autors zum Themenkreis Raumfahrt, finden sie auf der Website Raumfahrtbucher.de.





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