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Ares V

Einführung

Für das von Präsident Bush im Januar angekündigten „Constellation Programm“ werden zwei Trägerraketen entwickelt. Die für Mannschaftstransporte vorgesehene Ares I und die für den Frachttransport vorgesehene Ares V. Beide Entwürfe haben sich gravierend seit 2005 gewandelt.

Für die Ares I war ursprünglich ein normaler (4 Segment) Space Shuttle SRB-Booster als erste Stufe vorgesehen. Die zweite Stufe sollte ein einzelnes SSME antreiben, ebenfalls vom Space Shuttle entnommen. Die zweite Stufe sollte rund 180 t wiegen, die Ares I beim Start 810 t bei einer Nutzlast von 25 t für einen niedrigen Erdorbit.

Diese Pläne vom November 2005 wurden in der Folge mehrfach revidiert, das SSME war zu teuer. Stattdessen griff die NASA auf das J-2S zurück – entwickelt noch während des Apollo-Programms für zukünftige Saturn V-Oberstufen mit höherer Leistung. Das J-2S ist wie das J-2 in den Saturn IB „man rated“, genügt also höchsten Zuverlässigkeitsanforderungen. Verglichen mit dem J-2 hat es einige Vorteile. Es kann auch im Niedrigschubbereich angelassen werden, hat weniger Teile und kann mit einem variablen Mischungsverhältnis von Wasserstoff/Sauerstoff arbeiten. Weiterhin ist der spezifische Impuls höher als beim originalen J-2. Die NASA wird das J-2S überholen und mit neuen Turbopumpen ausstatten. Dieses nun J-2X genannte Triebwerk soll die zweite Stufe der Ares I und V antreiben. Da diese Stufe aber wegen des geringeren Schubs (verglichen mit dem SSME) kleiner sein muss, ist ein 5-Segment SRB für die erste Stufe notwendig.

Die gleichen Änderungen gab es auch bei der Ares V. Zuerst war hier die Rede von zwei 5-Segment SRB an einer Zentralstufe mit 5 SSME und einer Oberstufe mit zwei J-2S. Auch hier wurde das SSME gegen ein preiswerteres Triebwerk ausgetauscht. Nun treiben sechs RS-68, bekannt von der Delta IV, die erste Stufe an. Die zweite Stufe hat nur noch ein J-2S-Triebwerk. Dafür werden nun 5,5 Segment Booster die Zentralstufe unterstützen, die im Durchmesser von 8,18 auf 10,00 m vergrößert wurde.

Dieser Artikel beschreibt die Ares V in ihrer (sich laufend ändernden) Konfiguration. Die Geschichte, wie diese sich immer weider ändert und die Konzeption von Ares I+V kritisiert wird, finden sie in folgendem Artikel.

Ares V

Ares V (Zeichnung)Das zweite Element ist das Heavy-Lift System Ares V. Es ist nicht „man rated“ und dient dazu, Fracht zu befördern. Die Ares V befindet sich noch in der frühen Entwicklungsphase und wird ihren Erstflug nicht vor 2018 absolvieren. Die erste bemannte Landung auf dem Mond ist für 2020 vorgesehen. Derzeit laufen noch Definitionsstudien, die Konfiguration kann sich noch ändern. Der Ares V soll 188 t in einen 200 km hohen Erdorbit bringen und 71 t zum Mond. Die Ares V besteht aus 2 Stufen und zwei Boostern zur Startunterstützung. Die Booster sind verlängerte Shuttle-SRB mit 5,5 statt 4 Segmenten. Sie werden nach dem Start geborgen.

Die Zentralstufe setzt fünf RS-68B-Triebwerke ein. Das sind Abkömmlinge des RS-68, das die Delta IV antreibt. Es hat einen hohen Bodenschub, aber nur einen mäßigen spezifischen Impuls für ein Triebwerk mit der Kombination LOX/LH2. Das RS-68B hat einen etwa 2 % höheren Schub und 4 % höheren spezifischen Impuls als das RS-68. Die ablativ gekühlte Düse ist für längere Betriebszeiten ausgelegt und Helium spült die Leitungen vor dem Start frei, um Wasserstoff auszutreiben. Hauptargument für das Triebwerk war sein günstiger Herstellungspreis von 20 Millionen Dollar, vergleichen mit einem SSME, das rund 50-60 Millionen Dollar kostet. Die Zentralstufe hat 10,06 m Durchmesser und verwendet Tanks aus Aluminium-Lithiumlegierungen. Ein 14 m langer Stufenadapter verbindet sie mit der zweiten Stufe.

Die zweite Stufe verwendet ein einzelnes J-2X-Triebwerk. 327 Sekunden nach dem Start soll die zweite Stufe zünden. Sie brennt zuerst 445 Sekunden lang und erreicht einen Erdorbit. Dort wird das Orion Raumschiff angekoppelt, das separat mit einer Ares I gestartet wird. Danach wird sie erneut gezündet, um in einen Mondorbit einzuschwenken. Im Januar 2008 wurde bekannt, dass es Bedenken wegen der Vibrationen beim Start gibt. Vibrationen gehören zu allen Raketen und man versucht sie durch geeignete technische Maßnahmen zu reduzieren. Bei Feststoffraketen werden diese Vibrationen über das gesamte Gehäuse übertragen und sind viel stärker. Da die beiden Booster der HLV 25 % mehr Schub entwickeln als die SRB des Space Shuttles, sind die Vibrationen entsprechend stärker. Die NASA stuft das Risiko als hoch ein, ist aber optimistisch, das Problem bis zum Erstflug zu lösen, beim Space Shuttle gelang dies schließlich auch. Bis zum Dezember 2008 hatte die NASA 13,6 Milliarden Dollar für Entwicklungsarbeiten an beiden Trägern vergeben. Die Gesamtkosten des Constellation Programms werden auf 124-230 Milliarden Dollar geschätzt. Bislang ist die Definitionsphase noch nicht abgeschlossen und noch keine Entwicklungsaufträge wurden vergeben. So wird auch erwogen, den Binder der Booster durch HTPB zu ersetzen.

Nachdem die Augustinekomission das Constellation Programm als chronisch unterfinanziert befand und die Ziele als nicht erreichbar in dem vorgegebenen Zeitraum erachtete, stellte der neue Präsident Barack Obama das Programm 2010 ein. Gleichzeitig wird ein neues Programm aus der Traufe gehoben, das Technologien für zukünftige Schwerlastraketen enthält, aber keinen Bau einer solchen. Im Juni 2011 wurde Constellation offiziell eingestellt. Die NASA unterschrieb zahlreiche Terminierungsverträge.

Anders als die Ares I lebt das Referenzdesign der Ares V weiter. Im Januar 2011 wurde als Nachfolge das Space Launch System SLS vorgeschlagen. Das SLS ist eine Nummer kleiner als die Ares V. Es ist anders als bei der Ares V auch eine Entwicklung in zwei Stufen geplant. Die erste Version soll 70 bis 100 t in einen Erdorbit befördern. Es soll erweiterbar auf eine Nutzlast von 130 t, also die der Saturn V sein. Ein weiterer Unterschied ist, dass vorgesehen ist, damit die nun in MPCV (Multi-Purpose Crew Vehicle) umgetaufte Orion zu starten, während bei der Ares V kein bemannter Einsatz geplant war.

Die SLS in der ersten Stufe 11,7 Milliarden Dollar in der Entwicklung kosten. Die NASA beantragte für 2012 ein Budget von 1,5 Milliarden Dollar. Sie bekam aber 1,9 Milliarden vom Kongress, mit der Auflage innerhalb von 60 Tagen die Entwicklung zu starten. Eine erweiterte Version soll bis 2030 zur Verfügung stehen und dann (nach inoffiziellen NASA Schätzungen) rund 41 Milliarden Dollar kosten. Das SLS setzt in der ersten Version die 5-Segment SRB der Ares I ein, nicht die größeren der Ares V. Die Zentralstufe hat nun wieder den Durchmesser des Space Shuttletanks und setzt auch fünf RS-25 Triebwerke (die des Space Shuttles ein). Das ist eine Rückbesinnung auf die ersten Ares V Entwürfen, die genau diese Konfiguration vorhersahen. Eine Oberstufe ist erst bei der zweiten Version vorgesehen. Sie erreicht nur einen Erdorbit.

Die Oberstufe sollte das Triebwerk J-2X einsetzen. Da die NASA von Synergien mit der Herstellung der Ares I Oberstufe spricht, wird sie wohl kleiner als die der Ares V sein und nur ein Triebwerk einsetzen. Mit der Oberstufe steigt die Nutzlast auf 130 t an. Damit sind auch Flüge zum Mond möglich. Eine weitere Upgrademöglichkeit ist der Einsatz von Boostern mit flüssigen Treibstoffen mit einem noch zu entwickelten LOX/RP-1 Triebwerk der 9 MN Schubklasse. Die erste Version wird noch mit drei RS-25 auskommen. Spätere dann fünf Triebwerke. Die Oberstufe wird erst danach entwickelt werden. Die Rückbesinnung auf die RS-25 hat zwar den Vorteil, dass die Rakete nun „man rated“ ist, was die Ares V nicht war. Nur die kleine Variante ist allerdings für bemannte Flüge vorgesehen. Kritiker halten sie für unnötig teuer.

 

Typenblatt Ares V

Einsatzzeitraum:
Starts:
Zuverlässigkeit:
Abmessungen:

Startgewicht:
Nutzlast:

Nutzlasthülle:

2018-?
0
-
116,20 m Höhe
10,06 m Durchmesser
3.704.500 kg
187.700 kg in einen 200 km hohen LEO-Orbit
62.800 kg zum Mond (71,1 t zusammen mit Ares I)
22,00 m Länge, 9,70 m Durchmesser, 9.100 kg Gewicht


5.5 Segment SRB

Core Stage

EDS

Länge:

59,00 m

71,30 m

23,20 m

Durchmesser:

3,71 m

10,06 m

10,06 m

Startgewicht:

2 × 791.500 kg

1.761.200 kg

278.500 kg

Trockengewicht:

2 × 101.100 kg

173.900 kg

24.200 kg

Schub Meereshöhe:

-

6 × 2.949 kN


Schub Vakuum:

16.860 kN

6 × .3378 kN

1 × 1.300 kN

Triebwerke:

2 × SRM

6 × RS-68B

1 × J-2X

spezifischer Impuls
(Meereshöhe):

2.638 m/s

3.724 m/s

-

spezifischer Impuls
(Vakuum):

2.638 m/s

4.062 m/s

4.393 m/s

Brenndauer:

126 s

329 s

772 s

Treibstoff:

PBAA/Ammoniumperchlorat

LOX/LH2

LOX/LH2

Typenblatt SLS

Einsatzzeitraum:
Starts:
Zuverlässigkeit:
Abmessungen:

Startgewicht:
Nutzlast:

Nutzlasthülle:

2018-?
0
-
07,90 / 117,12 m Höhe
8,38 m Durchmesser
2.495.000 / 2.950.000 kg
70.000 / 130.000 kg in einen 200 km hohen LEO-Orbit

22,00 m Länge, 9,70 m Durchmesser, 9.100 kg Gewicht


5.5 Segment SRB

Core Stage

EDS

Länge:

53,00 m

 

 

Durchmesser:

3,71 m

8,38 m

8,38 m

Startgewicht:

2 × 733.032 kg

957.000 kg

 

Trockengewicht:

2 × 85.420 kg ohne Bergungssystem

 

 

Schub Meereshöhe:

-

3/5 x 1668 kN


Schub Vakuum:

15.570 kN

3/5 × 2190 kN

1 × 1.300 kN

Triebwerke:

2 × SRM

3/5 × RS-25

1 × J-2X

spezifischer Impuls
(Meereshöhe):

2.638 m/s

3.630 m/s

-

spezifischer Impuls
(Vakuum):

2.638 m/s

4.427 m/s

4.393 m/s

Brenndauer:

126 s

 

 

Treibstoff:

PBAA/Ammoniumperchlorat

LOX/LH2

LOX/LH2

Links
NASA Ares Website

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 sowie die deutsche OTRAG), 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. Aber vielleicht erscheint ein eigener Band über die Ariane 6 wenn diese mal einsatzbereit ist und es mehr Informationen über sie gibt,

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: es ist das Buch "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. Etwa 70 TZrägerraketen die sich äußerlich voneinander unterscheiden werden in diesem Buch kurz vorgestellt - auf je einer Doppelseite.

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.




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