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Die Athena-Trägerraketen

Athena 1

AthenaDer Erfolg von OSC Anfang der neunziger Jahre brachte auch den etablierten Raumfahrtkonzern Lockheed auf die Idee, eine neue Trägerrakete einzuführen. Der Anbieter der Titan und Atlas arbeitete seit Januar 1993 an einer Raketenfamilie. Sie sollte 1.000 kg bis 4.000 kg in den LEO-Orbit bringen. Dies entspricht der bis dahin nicht abgedeckten Lücke zwischen der Pegasus und der Delta 2.

Zuerst hießen die Raketen noch LLV – Lockheed Launch Vehicle. Dieser Name wurde nach der Fusion von Lockheed mit Martin-Marietta auf LMLV (Lockheed Medium Launch Vehicle) geändert. Später übernahm Lockheed, wie bei anderen US-Raketen, eine Gestalt aus der griechischen Mythologie. Nun bekamen die Träger die Bezeichnung „Athena“ nach der griechischen Göttin Pallas-Athene. Die ersten Starts fanden aber noch unter der Bezeichnung LLV/LMLV statt.

Lockheed Martin nutzte in dieser Rakete schon existierende Stufen. Als erste Stufe wurde der Castor 120-Booster verwendet, welcher einer Weiterentwicklung der ersten Stufe der MX Peacekeeper-ICBM entsprach. Der Castor 120 -Booster wurde auch in der Taurus und Taurus XL eingesetzt (zur Beschreibung siehe S.409).

Athena -1

Die zweite Stufe stammte aus dem IUS-Programm. Der Orbus 21D-Motor war die erste Stufe der zweistufigen IUS. Er wurde als TOS-Oberstufe mit der Titan III Commercial für den Start des Mars Observers eingesetzt (siehe S.547). Da Lockheed die Titan vermarktet war es logisch, auf vorhandene Stufen aus diesem Programm zurückzugreifen. Die dritte Stufe stellte ein OAM (Orbit and Adjustment Module) genanntes Modul dar, welches Hydrazin als monergolen flüssigen Treibstoff nutzte. Es führte Feinkorrekturen des Orbits durch und erlaubte, trotz der kurzen Brennzeiten der unteren Stufen, höhere Bahnen zu erreichen. Es setzte vier MR-107-Triebwerke ein, die auch in der Delta und Titan zur Rollachsenkorrektur eingesetzt werden. Der Schub war daher gering und die Leermasse recht hoch. Es gab zwei Ausführungen, die sich in der mitgeführten Treibstoffmenge (vier oder sechs Tanks) unterschieden. Das OAM enthielt auch die gesamte Elektronik und Steuerung für die Athena. Dieses Modul konnte auch weggelassen werden, wenn die Nutzlast in einer niedrigen Erdumlaufbahn ausgesetzt wurde.

Die Nutzlastverkleidung war mit 5,94 m Länge und 2,36 m Durchmesser recht geräumig für eine Rakete dieser Größe. Die Athena startete zuerst von Cape Canaveral, später dann von Vandenberg. Der letzte Start fand von Kodiak Island bei Alaska aus statt. Der Startpreis von 16 Millionen Dollar war jedoch für eine Rakete mit weniger als 800 kg Nutzlast sehr hoch. Deshalb fanden sich nur wenige Kunden für diesen Träger.

Lockheed-Martin entwickelt seit 2009 eine neue Version mit der Bezeichnung Athena Ic. Sie unterscheidet sich durch die Verwendung des Castor-30-Antriebs statt des Orbus 21D als zweiter Stufe. Weiterhin erhält der Träger eine neue Elektronik. Die Verwendung des Castor 30-Antriebs, der auch in der Antares eingesetzt wird, soll die Trägerrakete deutlich preiswerter machen, da die Produktion der IUS schon vor mehr als einem Jahrzehnt ausgelaufen ist. Die Verwendung der ersten IUS-Stufe ist daher erheblich teuer als die eines neuen Antriebs, der auch in einer zweiten Trägerrakete eingesetzt wird. Weiterhin erlaubt die höhere Performance der neuen zweiten Stufe einen Verzicht auf das OAMS. Der Erststart dieser Version ist für 2012 angekündigt.

Sowohl die Athena Ic wie auch die Athena IIc werden ausschließlich vom Launchpad 46 in Cape Canaveral aus starten. Dort gibt es zwei Startrampen für die Athena.

Datenblatt Athena I

Einsatzzeitraum:

Starts:

Zuverlässigkeit:

Abmessungen:

Startgewicht:

Max. Nutzlast:

Startkosten:

1995 – 2001

4, davon ein Fehlstart

75 % erfolgreich

18,90 m Höhe
2,36 m Durchmesser

66.300 kg

820 kg in einen 200 km hohen LEO-Orbit mit 28,5 Grad Inklination
360 kg in einen 800 km hohen SSO-Orbit

16 Millionen Dollar


Castor 120

Orbus 21D

OAM

Länge:

8,81 m

3,15 m

1,00 m

Durchmesser:

2,36 m

2,32 m

2,30 m

Startgewicht:

53.020 kg

10.841 kg

596/715 kg

Trockengewicht:

4.211 kg

1.135 kg

360 kg

Schub (Mittel):

1.607 kN

189,2 kN

0,889 kN

Schub (Maximum):

1.975 kN

198,5 kN

0,889 kN

Triebwerke:

1 × SR-118

1 × SRM 1

4 × MR-107

spezifischer Impuls
(Meereshöhe):

2.245 m/s

1.128 m/s

-

spezifischer Impuls
(Vakuum):

2.805 m/s

2.902 m/s

2.177 m/s

Brenndauer:

83 s

150 s

< 1.500 s

Treibstoff:

HTPB/Aluminium/Ammoniumperchlorat

HTPB/Aluminium/Ammoniumperchlorat

Hydrazin

Datenblatt Athena Ic

Einsatzzeitraum:

Starts:

Zuverlässigkeit:

Abmessungen:

Startgewicht:

Max. Nutzlast:

ab 2012

0

-

19,40 m Höhe
2,36 m Durchmesser

68.000 kg

820 kg in einen 200 km hohen LEO-Orbit mit 28,5 Grad Inklination
360 kg in einen 800 km hohen SSO-Orbit


Castor 120

Castor 30

Länge:

8,81 m

3,50 m

Durchmesser:

2,36 m

2,34 m

Startgewicht:

53.020 kg

14.000 kg

Trockengewicht:

4.211 kg

1.185 kg

Schub (Mittel):

1.607 kN

258,9 kN

Schub (Maximum):

1.975 kN

351,6 kN

Triebwerke:

1 × SR-118

1 × Castor-30

spezifischer Impuls
(Meereshöhe):

2.245 m/s

-

spezifischer Impuls
(Vakuum):

2.805 m/s

2.900 m/s

Brenndauer:

83 s

143 s

Treibstoff:

HTPB/Aluminium/Ammoniumperchlorat

HTPB/Aluminium/Ammoniumperchlorat

Ikonos StartAthena 2

Der große Nachteil der Athena 1 ist die nur zweistufige Bauweise mit einem relativ großen Gewichtsverhältnis zwischen zweiter Stufe und dem OAM. Die Nutzlast ist daher gering und liegt bei nur 800 kg – bei einer Startmasse von 66,7 t. Bei höheren Orbits nimmt diese noch dazu rasch ab.

Um die Nutzlast zu steigern, setzt Lockheed die Athena I einfach auf einen weiteren Castor 120-Booster. Dies ist ohne weiteres möglich, da der Booster einen Startschub von 190 t hat. So kann diese eigenwillige Konstruktion die Nutzlast auf 1.896 kg steigern. Eine ähnliche Vorgehensweise findet sich auch bei der russischen Start-Rakete (siehe Band 2: Internationale Trägerraketen). Hier wurde die zweite Stufe der Start-1 nochmals als dritte Stufe verwendet.

Die Athena ist eine dreistufige Rakete mit dem OAM für Feinkorrekturen. Damit sind wesentlich höhere Orbits erreichbar. So kann die Rakete sogar eine kleine Nutzlast in den GTO-Orbit transportieren. Die Athena 2 brachte auch die Mondsonde Lunar Prospector auf ihren Kurs. Dieser verwendete aber eine eigene Oberstufe und wurde nur in einen niedrigen Erdorbit ausgesetzt. Die bisher prominenteste Nutzlast war der private Himmelsspäher Ikonos. Gerade dieser Start scheiterte aber und erst mit einem zweiten Start konnte ein Reserveexemplar von Ikonos in den Orbit gebracht werden.

Der Startpreis stieg gegenüber der Athena I nur leicht an, obgleich sich die Nutzlast mehr als verdoppelte. Damit war die Athena II preislich attraktiver als die Athena I. Die Athena I konkurrierte mit der Taurus (mit vergleichbarer Nutzlast, aber niedrigeren Startkosten). Die Athena II konkurriert wiederum mit der Minotaur IV. Es gelang Lockheed-Martin in den letzten Jahren nicht, weitere Kunden zu gewinnen.

Pläne für eine noch leistungsstärkere Athena 3 wurden daher fallengelassen. Die Athena 3 hätte zwischen zwei und sechs Castor IV-Booster als Starthilfe eingesetzt. Je nach Anzahl der Booster wäre die Nutzlast auf 3.040 kg bis 4.060 kg in einen niedrigen Orbit angestiegen.

Ab 2012 soll die Athena IIc einsatzbereit sein. Sie unterscheidet sich wie die Athena Ic von der alten Athena II durch Ersatz der dritten Stufe durch den Castor 30-Antrieb, eine neue Elektronik und Wegfall des OAMS.

Die folgende Tabelle informiert über alle Starts der Athena 1+2:

Datum

Nutzlast

Trägerrakete

Trägernummer

Startplatz

Erfolg

15.08.1995

Gemstar DSS-1

LLV-1

DLV

V SLC6

23.08.1997

Lewis

LMLV-1

LM-002

V SLC6

07.01.1998

Lunar Prospector + Celestis-02

Athena-2

LM-004

SPFL SLC46

27.01.1999

Formosat-1

Athena-1

LM-006

SPFL SLC46

27.04.1999

Ikonos 1

Athena-2

LM-005

V SLC6

24.09.1999

Ikonos

Athena-2

LM-007

V SLC6

30.09.2001

Starshine 3 + Picosat + PCSat + SAPPHIRE

Athena-1

LM-001

KLC

Datenblatt Athena 2

Einsatzzeitraum:

Starts:

Zuverlässigkeit:

Abmessungen:

Startgewicht:

Max. Nutzlast:

1998 – 1999

3, davon ein Fehlstart

66% erfolgreich

28,20 m Höhe
2,36 m Durchmesser

120.700 kg

1.896 kg in einen 200 km hohen LEO-Orbit mit 28,5 Grad Inklination
1.195 kg in einen 800 km hohen SSO-Orbit.
520 kg in eine GTO-Transferbahn


Castor 120

Castor 120

Orbus 21D

OAM

Länge:

8,81 m

8,81 m

3,15 m

1,00 m

Durchmesser:

2,36 m

2,36 m

2,32 m

2,30 m

Startgewicht:

53.100 kg

53.020 kg

10.810 kg

596 / 715 kg

Trockengewicht:

4.375 kg

4.211 kg

1.030 kg

360 kg

Schub (Mittel)

1.450 kN

1.607 kN

187 kN

0,889 kN

Schub (Maximum):

1.670 kN

1.975 kN

198,5 kN

0,889 kN

Triebwerke:

1 × SR-118

1 × SR-118

1 × SRM 1

4 × MR-107

spezifischer Impuls
(Meereshöhe):

2.245 m/s

2.245 m/s

1.128 m/s

-

spezifischer Impuls
(Vakuum):

2.805 m/s

2.805 m/s

2.902 m/s

2.177 m/s

Brenndauer:

83,4 s

83,4 s

150 s

< 1.500 s

Treibstoff:

HTPB / Aluminium / Ammoniumperchlorat

HTPB / Aluminium / Ammoniumperchlorat

HTPB / Aluminium / Ammoniumperchlorat

Hydrazin

Athena 3 und Athena III

Athena IIIBei der Athena 3 handelte es sich um eine Reihe von Raketen. An die Athena 2 werden 2,3,4 oder 6 Castor 4A-Booster, wie sie auch bei der Delta oder Atlas 2 als Starthilfe eingesetzt werden, angebaut. Sie erhöhen den Startschub und verbessern das Stufenverhältnis. Die Nutzlast steigt dabei je nach Anzahl der Booster auf 3,04 - 4,06 t für einen niedrigen Orbit. Diese Raketen wurden von Lockheed propagiert als Weiterentwicklungen der Athena 2, jedoch nie gebaut.

Die Athena III ist nicht zu verwechseln mit der Athena 3. Sie ist zwar auch eine Feststoff-Trägerrakete, verwendet jedoch andere Stufen. Danach wurde der Name neu verwendet für eine Rakete im Bereich von 5 t Nutzlast.

Die erste Stufe ist ein Space Shuttle-SRB, der auf 2,5 Segmente reduziert wurde und so etwa die Hälfte eines Space-Shuttle SRB wiegt, der 4 Segmente hat. Die zweite Stufe ist ein Castor 120-Booster, bekannt von der Athena I+II und Taurus. Verbunden ist er mit der ersten Stufe mit einem 2,70 m langen Stufenadapter. Die dritte Stufe ist der von der Taurus II bekannte Castor 30-Booster. Die Athena III (mit römischen Buchstaben) soll 6.725 kg in einen erdnahen Orbit bringen können, 2.800 kg in den GTO-Orbit, 1.885 kg zum Mond und 1.360 kg zum Mars. Weitere 709 kg Nutzlast soll ein leichteres Gehäuse beim RSRM (der ersten Stufe) und eine andere Treibstoffmixtur bringen. Ein OAM (Orbit Adjustement Modul) unbekannter Größe ist als dritte Stufe vorgesehen. Eine Nutzlasthülle von 11,00 m Länge und 3,80 m Durchmesser lässt auch den Start großer Nutzlasten zu.

Die Athena III wird nicht mehr von Lockheed alleine entwickelt, sondern von PlanetSpace, einem Joint Venture von Boeing, Lockheed und ATK. PlanetSpace offeriert sie als Alternative zur Delta II und weist auf die höhere GTO-Performance (+40 %) und Mond/Mars-Performance (+25 %) hin. Die Athena wird aber Konkurrenz durch die Taurus II bekommen, die seitens der NASA auch Unterstützung durch das COTS-Programm bekam und nun 10 Starts sicher hat. PlanetSpace hat sich ebenfalls um diesen Kontrakt beworben, der nicht nur vom Start weg 8-10 Starts der Athene III bedeutet, sondern auch noch die Entwicklung eines Frachtraumschiffs zur Versorgung der ISS (wie das ATV, HTV oder die Progress) umfasst hätte. Für jede Raumfahrtfirma ist ein derartiger Kontrakt sehr wichtig, da bei Erfolg weitere Aufträge zur Versorgung der ISS praktisch garantiert sind.

PlanetSpace hat gegen die Vergabe der COTS-Kontrakte an die Taurus und SpaceX förmlichen Protest eingelegt. Seitdem ist es allerdings still um die Firma geworden. Sollte die Firma damit keinen Erfolg haben, so wird die Athena wohl kaum gebaut werden. Eine neue Trägerrakete in einem Segment zu platzieren, in dem es schon die Taurus II und Delta 2 gibt, ohne über Aufträge zu verfügen, ist sehr riskant. Da es bislang keine konkreten Angaben zur Athena III gibt, beruht das folgende Datenblatt auf den Angaben der Booster bei anderen Trägern.

Typenblatt Athena III

Einsatzzeitraum:

Starts:

Zuverlässigkeit:

Abmessungen:

Startgewicht:

Max. Nutzlast:


Nutzlasthülle:

?

Bislang keiner

-

51,00 m Höhe
3,81 m Durchmesser

424.000 kg

6.725 kg in einen 200 km hohen LEO-Orbit mit 28.5 Grad Inklination
2.800 kg in einen GTO-Orbit
1.885 kg zum Mond
1.360 kg zum Mars

11,00 m Länge, 3,80 m Durchmesser


RSRB

Castor 120

Orbus 21D

OAM

Länge

28,40 m

8,81 m

3,50 m

1,00 m

Durchmesser:

3,81 m

2,36 m

2,34 m

2,30 m

Startgewicht:

355.800 kg

53.020 kg

14.000 kg

808 kg

Trockengewicht:

43.000 kg

4.211 kg

1.185 kg

372 kg

Schub (Mittel):

7.800 kN

1.607 kN

258,9 kN

0,889 kN

Schub (Maximum):

8.625 kN

1.975 kN

351,6 kN

0,889 kN

Triebwerke:

1 × RSRM

1 × SR-118

1 × Castor-30

4 × MR-107

spezifischer Impuls
(Meereshöhe):

2.304 m/s

2.245 m/s

-

-

spezifischer Impuls
(Vakuum):

2.638 m/s

2.805 m/s

2.900 m/s

2.177 m/s

Brenndauer:

123 s

83 s

143 s

1.067 s

Treibstoff:

PBAA/Ammoniumperchlorat

HTPB/Ammoniumperchlorat

HTPB/Ammoniumperchlorat

Hydrazin


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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