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Atlas V

Schema Atlas 5511994 gab es seitens der US-Regierung eine Ausschreibung an die US-Raketenhersteller. Ein EELV sollte Ariane Paroli bieten. EELV steht für Evolved Expendable Launch Vehicle. Zu Deutsch: Erweiterbare, nicht wieder verwendbare Trägerrakete. Ziel war das zu erreichen, was Europa mit der Ariane 4 schon geschafft hatte: Ein Raketenmodell sollte in mehreren Varianten einen breiten Nutzlastbereich abdecken. Sie sollte preiswert sein, die Kosten um 25 % senken und im Nutzlastbereich mit der Ariane 5G konkurrieren. Das EELV hatte vor allem das Ziel, die Kosten für die amerikanische Regierung zu senken und die teure Titan auszumustern. Es sollte aber auch die Position der amerikanischen Hersteller im kommerziellen Markt stärken.

Auf die Ausschreibung antworteten alle großen Hersteller: Lockheed Martin mit der Atlas, MC Donnell Douglas mit der Delta und Boeing und Alliant mit eigenen neuen Konzepten. Sowohl Delta wie auch Atlas bekamen Kontrakte. Die Atlas-Kontrakte umfassen 9 Starts für 1.150 Millionen USD zwischen 2003 und 2005. Dazu kommt eine Quersubvention der NASA, die 830 Millionen USD der Entwicklungskosten von 1,6 Mrd. Dollar übernahm. Im Jahre 2002 gab es für die Atlas und Delta eine neue Finanzspritze von 1 Mrd. USD für die Jahre 2004-2007, um ausbleibende kommerzielle Aufträge abzufangen. Die Entwicklungskosten werden auf 2420 Millionen Dollar beziffert.

Das Atlas-Konzept baut auf dem RD-180-Triebwerk auf, das für die Atlas III entwickelt wurde. Bei 3.852 kN Startschub hat dieses noch genügend Leistung, um eine noch schwerere Erststufe anzutreiben. Man konstruierte daher eine neue Erststufe mit 3,8 m Durchmesser. Diese ist, anders als die früheren Atlas-Erststufen, selbsttragend, so dass man bis zu 5 schwere Feststoffbooster an ihr anbringen kann. Ironie der Geschichte: Die Atlas gibt das Konzept der leichten, nur durch Innendruck versteiften, Erststufe just zu dem Zeitpunkt auf, als mit der Ariane 5 dieses zum ersten Mal auch bei einer anderen Rakete eingesetzt wird. Die Struktur besteht auch bei der Ariane 5 aus Aluminium, ist jedoch auch ohne Innendruck stabil. Die Tanks werden wie bei der alten Atlas durch Helium unter Druck gesetzt. Die neue Erststufe wiegt nun mit 305 t über 50 % mehr als die Erststufe der Atlas III. Dadurch arbeiten die RD-180-Triebwerke nun auch mit vollem Schublevel. Alleine dadurch steigt die Nutzlast an. Durch die stabileren Tanks und die Verringerung der Triebwerkszahl soll das Risiko, dass die CCB bei einem Flug versagt, um 85 % geringer sein als bei einer alten Atlas Grundstufe. Weiterhin ist man bei der Atlas und Centaur bestrebt, die Konstruktion zu vereinfachen, weniger Teile zu verwenden und dadurch die Herstellungskosten zu senken.

Der Stufenadapter ist zweiteilig, da zwei unterschiedliche Nutzlastverkleidungen zum Einsatz kommen. Er besteht aus einem Atlas-seitigen Adapter von 280-340 kg Masse und einem Centaur-seitigen Adapter, dieser wiegt bei der 400er-Versionen nur etwa 400 kg, muss bei den 500er-Versionen aber auf 5 m Breite gehen und das Gewicht der Nutzlasthülle aufnehmen. Bei diesen Versionen wiegt der Adapter dann über 2 t. Dies ist auch der Grund, warum die Nutzlast der kleinsten 501-Version kleiner ist als die einer 401.

Für das Modell 4xx steht die Nutzlasthülle der Atlas III mit 4,2 m Durchmesser zur Verfügung, für die 5xx-er Serie wurde eine neue Verkleidung mit 5 m Durchmesser von der Ariane 5 übernommen. Die Verkleidung schließt allerdings die Centaur mit ein, so dass der Nutzlast nur etwa die Hälfte der Länge von max. 23,7 m zur Verfügung steht. Diese um 2 t schwerere Nutzlastverkleidung senkt die Nutzlast ebenfalls ab. Sie ist bei beiden Trägern in 3 Größen verfügbar. Das Absprengen der Nutzlastverkleidung findet statt, wenn die Restatmosphäre eine bestimmte Dichte unterschritten hat. Dieser Zeitpunkt ist vom Modell abhängig. Bei der 500er-Serie ist dies noch während der Arbeit der CCB (206-212 Sekunden). Bei der 400er-Serie erst nach Zündung der Centaur (264-268 Sekunden).

Lockheed-Martin hat angekündigt, für die Atlas V eine Doppelstartvorrichtung, wie sie Ariane 5 verfügt, zu entwickeln und mit einem Smart-Dispenser kleinere Satellitenflotten oder Sekundärnutzlasten zu starten. Da die Rakete Bestandteil des EELV-Programms ist und daher auch Aspekten der nationalen Sicherheit genügen muss, hat sich Lockheed Martin verpflichtet, eine genügend große Anzahl von RD-180-Triebwerken zu lagern, um im Falle eines völligen Lieferausfalls noch solange Starts durchzuführen, bis ein alternatives Triebwerk entwickelt oder angepasst wurde.

Als Oberstufe kommt wiederum die Centaur mit einem (SEC) oder zwei Triebwerken (DEC) zum Einsatz. Verwendet werden die schon bewährten RL-10A-Triebwerke. Die Centaur-Triebwerke sind elektromechanisch um 51 cm schwenkbar. Die Lagestabilisierung erfolgt durch 4 kleine Triebwerke mit 27 N und 8 Triebwerke mit 40 N Schub. Die Centaur ist zur Wärmeisolation mit einem 1,6 cm dicken PVC (Polyvinylchlorid)-Schaum versehen.

Atlas 431 SchemaNeu sind maximal 5 Feststoffbooster, die für die Atlas entwickelt werden und je 46 t wiegen. Jeder Startbooster hat einen maximalen Schub von 1.361 kN und um 3 Grad schwenkbare Düsen. Das Gehäuse besteht aus leichten Composite-Werkstoffen (Graphit-Epoxidharze). Es handelt sich um die größten bislang gebauten Gehäuse aus einem Stück mit diesem Werkstoff. Die Booster werden als SRB (Solid Rocket Booster) bezeichnet.

Die Feststoffbooster werden 0,8 Sekunden nachdem das RD-180 seinen vollen Schub erreicht hat gezündet. Das RD-180 selbst wird 2,7 Sekunden vor diesem Zeitpunkt gezündet. 1,04-1,10 Sekunden später (je nach Version) hebt die Rakete ab. Das RD-180 muss nun nur noch bei den Versionen mit den Boostern im Schub heruntergefahren werden. Dies geschieht nach 37-39 Sekunden und nach 57-59 Sekunden (je nach Version) erfolgt wieder das Hochfahren. Ziel dieses Manövers ist, die maximale aerodynamische Belastung der Rakete zu senken.

Verfügbar ist auch eine Oberstufe mit dem Star 48-Motor für sehr hohe Endgeschwindigkeiten. Der einzige geplante Einsatz dieser Stufe ist bei der New Horizons Mission mit einer Atlas 551.

Es wird ein Ziffersystem eingeführt, das ähnlich wie bei der Delta funktioniert:

Nutzlastangaben liegen bisher nur für ein Triebwerk vor. Die DEC (Centaur mit 2 Triebwerken) dürfte ausschließlich bei LEO Missionen zum Einsatz kommen, dazu muss auch die Centaur verstärkt werden, die Struktur lässt derzeit maximal 9.070 kg Nutzlast bei der 400er-Serie und 19.052 kg bei der 500er-Serie zu. Mit nur einem Triebwerk kann die Centaur aber bei schweren Nutzlasten keinen Orbit erreichen, da ihr Schub zu gering ist. Bei der Standard-Atlas V hat die SEC Centaur ein strukturelles Limit von 13.000 Pfund (5.890 kg). Höhere Nutzlasten machen auch hier einen Adapter nötig, der dann Nutzlasten von bis zu 18.000 Pfund (8.165) kg erlaubt. Dieser Adapter wiegt weitere 213 kg und ist in den Gewichtsangaben nicht enthalten.

Dazu gibt es auch einen neuen Startkomplex. Der Startkomplex 41, von dem aus zwischen 1975 und 1977 die Titan 3E startete, wurde gesprengt und ein Startkomplex ähnlich wie bei Ariane 5 geschaffen - ohne aufwendigen Startturm. Zusammen mit dem umgebauten Montagegebäude, das ursprünglich für die Titan 4 Booster vorgesehen war, sollen bis zu 15 Atlas 5-Starts pro Jahr möglich sein. Das Konzept ähnelt dem bei der Ariane 5. Die Atlas wurde früher am Startturm zusammengebaut und geprüft. Solange, bis eine Rakete abgehoben war, war der Startturm belegt und damit konnte auch nicht die nächste Rakete zusammengebaut werden. Die Atlas V wird nun in einem separaten Gebäude, dem Vertical Assembly Buildung, zusammengebaut und erst dann über einen fahrbaren Starttisch zum Startplatz gefahren. Dort ist nur ein Mast mit den Betankungsleitungen vorhanden. 4 Große Masten dienen als Blitzableiter. Der Vorteil dieser Vorgehensweise ist, dass man eine zweite Rakete zusammenbauen kann, während eine andere am Startturm ist und man so unabhängiger von Verzögerungen ist. Sollte eine Atlas beim Start explodieren, so ist auch der angerichtete Schaden kleiner, denn der neue Mast ist eine relativ preiswerte Konstruktion.

Nachdem der Konkurrent Boeing der Industriespionage bei Lockheed-Martin überführt werden konnte, bekam die Atlas 5 erheblich mehr Startaufträge seitens der US-Regierung. Als Folge wird von Ende 2003 an auch in Vandenberg eine Startanlage durch Umbau einer bestehenden Atlas-Startrampe entstehen. Die Atlas V soll in den nächsten Jahren die Atlas III und II vollständig ersetzen.

Anders als erwartet ist die Atlas V jedoch keine Konkurrenz für die Ariane 5. Lockheed Martin vermarktete bislang zusammen mit dem Khrunichev Space Center in der Firma ILS die Proton und die Atlas. Erstere war dabei erheblich erfolgreicher und nach dem Einbruch im Satellitenmarkt hat Lockheed Martin beschlossen, die Atlas vom kommerziellen Markt zurückzuziehen und nur noch die Proton anzubieten. Von 8 im Jahre 2004 erzielten Abschlüssen entfallen nur 2 auf die Atlas und dies waren Satelliten, die zu schwer für die Proton waren. Im Jahre 2005 gelang es nur noch einen Start zu erzielen. Auch hier war die Nutzlast ein überschwerer Inmarsat-Satellit. Beim Konkurrenten Boeing, der auch die Zenit vertreibt, ist die Situation noch schlimmer. Es konnte 2004+2005 kein einziger Start akquiriert werden. Boeing bietet als Folge die Delta IV gar nicht mehr auf dem kommerziellen Markt an, sondern vermarktete nur noch die Zenit. Man hofft durch diese Beschränkung auf mehr Regierungsaufträge und brachte dabei auch das Argument vor, dass die Atlas von russischen Lieferungen (RD-180-Triebwerken) abhängig ist.

Atlas 431Wahrscheinlich kann man mit der Ariane 5 und der eigenen Konkurrenz Proton nicht beim Preis mithalten. Da nach dem Erststart der Delta 4 Heavy bekannt wurde, dass das EELV-Programm den amerikanischen Steuerzahler etwa 15 Milliarden Dollar mehr kostet als geplant und dieses Geld nur etwa zur Hälfte bei Lockheed ankommt, muss man sich auch nicht wundern, dass man die Atlas nicht mehr vermarktet und dafür Schwerlastversionen für die US Luftwaffe produziert. Lockheed Martin hat insgesamt 19 feste Orders seitens der US Air Force für die Atlas V. Davon wurden 7 durch Umbuchen von der Delta 4 auf die Atlas V gewonnen als bekannt wurde, dass Boeing bei Lockheed Martin durch Industriespionage vertrauliche Unterlagen einsehen konnte. Im Jahre 2005 wurden noch alarmierende Zahlen bekannt. Danach sollte das EELV-Programm nun schon insgesamt 31,7 Milliarden USD anstatt 17,3 Milliarden USD kosten und die Startkosten sind von 95 auf 230 Millionen USD pro Start (Preisbasis 2004) gestiegen. Damit ist klar, dass beide Firmen nicht mehr auf dem internationalen Markt Aufträge akquirieren, denn dazu müssten Sie die Startkosten rapide senken. Für den Start von New Horizons 2 im Jahre 2010 rechnet die NASA mit Kosten von 221 Millionen USD für eine Atlas 551. Eine Atlas 521 soll nur um 33 Millionen USD billiger sein (189 Millionen USD).  Die Atlas 551, die New Horizons startete, kostete mit Star 48B-Oberstufe 213 Millionen USD (Anteil dieser 20 Millionen USD), die Atlas 541 für das Mars Science Laboratory (Start 2009) 194,7 Millionen USD und die Atlas 401, die den Mars Reconnaissance Orbiter startete,  90 Millionen USD. Damit ergibt sich folgende Tabelle:

Typ Nutzlast Startpreis Bezugsjahr
Atlas 401 MRO 90 Mill. USD 2005
Atlas 401 LRO/LCROSS 136 Mill. USD 2008
Atlas 521 New Horizons 2 189 Mill. USD 2010
Atlas 541 MSIL 194,7 Mill. USD 2009
Atlas 551 New Horizons 188 Mill. USD 2006
Atlas 551 New Horizons 2 221 Mill. USD 2010
Atlas 551 STP-3 191 Mill. USD 2018

ESPADie Fähigkeit zum Transport großer Nutzlasten führt sehr oft dazu, dass man diese nicht voll ausnutzen kann, dadurch also Nutzlast verschenkt. Daher wurde für die Centaur der EELV Secondary Payload Adapter (ESPA) entwickelt. Es ist eine sechseckige Struktur, die zwischen Centaur und Satellit angebracht wird. Sie wiegt 130 kg und besteht aus einem 1,27 cm dicken Aluminiumring, der oben mit einem Standard-Nutzlastadapter abschließt. Der ESPA kann an jeder der 6 Seiten eine 200 kg schwere Nutzlast transportieren. Die Entwicklung kostete 3,5 Millionen USD und wurde zwischen 1999 und 2002 durchgeführt. Bis zum ersten Einsatz am 9.3.2007 vergingen über 4 Monate, dann wurden jedoch gleich 7 Satelliten auf einmal transportiert. Ein ESPA-Ring kostet etwa 250.000 USD, die Beförderung einer Sekundärnutzlast etwa 1-2 Millionen USD, je nach Größe. Da der ESPA auf der Centaur sitzt, ist er sowohl für die Atlas wie auch Delta nutzbar. Die maximale Nutzlast, die auf dem ESPA transportiert werden kann, beträgt 6.800 kg. Das bedeutet keine Einschränkung für Transporte in den geostationären Orbit, aber bei erdnahen Orbits dürfte der Ring nur selten zum Einsatz kommen.

Vergleichsweise unproblematisch war der Export des RD-180 in die USA. Seit 10 Jahren treibt es die Atlas an, ohne einen Ausfall. Immer wieder gibt es wenn die Beziehungen zwischen Russland und den USA sich verschlechtern die Drohung das Triebwerk nicht zu exportieren. Bisher blieb es aber bei lautem öffentlichen Gerumpel. Problematischer ist eher, dass der Vertrag zwischen Energomasch und Lockheed-Martin langfristig geschlossen wurde. In den letzten Jahrzehnten ist die Inflation in Russland rapide angestiegen und so machte Energomasch 2012 Verluste, zwei Drittel dieser soll das RD-180 verursacht haben, da der Verkaufspreis von 11 bis 15 Millionen Dollar nun unter den Herstellungskosten liegt. An dem Triebwerk interessiert sich auch Orbital Sciences, das seine Antares mit NK-33 Triebwerken die von der N-1 übrig waren antreibt. Diese werden nicht mehr gefertigt. Eine Wiederaufnahme der Produktion ist zwar immer wieder mal im Gespräch, aber bisher erfolgte sie nicht. Orbital klagte im Juni 2013 Lockheed Martin an die Firma würde verhindern dass sie RD-180 als Ersatztriebwerke wenn die NK-33 ausgehen erwerben. Der Vertrag mit Energomasch ist derzeit exklusiv, dass bedeutet andere Firmen können das RD-180 nicht erwerben.

Als die Ukraine Krise aufkam verlangte ein Senatsausschuss von ULA Auskunft über das RD-180 und die Abhängigkeit von Russland. Demnach gibt es einen Vorrat von RD-180 für zwei Jahre und Rocketdyne hätte es zusammen mit Energomasch entwickelt und dabei auch neue Technologien sich angeeignet die man vorher nicht beherrschte. Eine US-Produktion wäre möglich.

2013/14 machte Lockheed Martin nach einigen Jahren wieder Bemühungen die Rakete auf dem Markt anzubieten. Der Ausfall der Proton nach einem spektakulären Fehlstart im Juli und der Zenit im Januar bekam man einen weiteren Startauftrag wie schon einige Jahre vorher als ebenfalls die Zenit für längere Zeit ausfiel. Für die Betreiber von Satelliten ist die Atlas aber zu teuer wie sie bei Konferenzen regelmäßig bemerken. Um preislich attraktiver zu werden, bietet seit März 2014 Lockheed Martin nun eine 100% Garantie an - im Falle eines Fehlstarts bekommt der Kunde einen weiteren kostenlosen Start oder sein Geld zurück. So etwas bot Arianespace eine Zeitlang auch für die Ariane an, ist jedoch davon abgekommen. Für den Kunden bedeutet dies dass er den Start nicht versichern muss, sondern nur den Satelliten. Bei Prämien von etwa 12% des Wertes bedeutet dies eine Preisreduktion des Starts um 12%.

Nachdem SpaceX 2013 die Falcon 9 V1.1 einführte und damit ein neuer US-Konkurrent mit der Nutzlast der kleineren Atlasversionen überdachte ULA seine Preispolitik. Lockheed Martin will die Fertigung der Atlas umstrukturieren. Das ermöglichte ein Block-Buy von 36 Kernstufen (jede Atlas V und Delta 4M setzt eine Kernstufe ein, die Delta 4H drei). Während die durchschnittlichen Kosten einer Atlas V 401 bei 164 Millionen Dollar liegen, kostet eine zusätzliche Atlas nur noch 100 Millionen. Dies soll auch in Zukunft billigere Starts ermöglichen.

Die Folgen der Ukraine-Krise

Mit der Invasion der Ukraine beschloss der US-Kongress Embargos gegen Russland. Nun plötzlich fiel es der US-Regierung auf, dass die Atlas mit dem russischen RD-180 Triebwerk arbeitet. Es wurde ein Bann beschlossen. Das hatte Folgen. Die USAF gab Mittel für die Entwicklung eines neuen US-Triebwerks in der Schubklasse des RD-180 frei. Lockheed Martin kündigte an, die Atlas V durch ein Nachfolgemodell mit einem US-Triebwerk, die Vulcan zu ersetzen. Derzeit sind Starts bis 2022 geplant. Ab 2019 wird die Vulcan nach und nach die Atlas ersetzen. Durch den Bann konnte ULA bei dem ersten seit Jahrzehnten frei ausgeschriebenen Auftrag nicht mitbieten. Das hatte zwei Folgen. Zum einen will die Air Force nun die zuletzt 800 Millionen Dollar jährliche Subvention streichen, zum anderen hob der Kongress Ende 2015 den RD-180 Bann wieder auf. Darüber ist aber noch nicht das letzte Wort gesprochen, der entsprechende Senatsausschuss will den Bann wieder einsetzen. Er betrifft nur Missionen für das DoD und die NRO, nicht dagegen für die NASA oder kommerzielle Starts. So ist auch Orbital, das im selben Zeitraum RD-181 Triebwerke von Energomasch orderte, nicht betroffen.

Schon vorher wird die Atlas V die Booster der Vulcan erhalten. Lockheed Martin hat den Auftrag an ATK vergeben, anstatt die Booster wie bisher von Aerojet zu beziehen. Die GEM 63XL haben aber fast dieselbe Startmasse die bisherigen Booster.

2016 konnte Lockheed Martin seine Produktionskosten deutlich absenken und durch zwei Totalverluste bei SpaceX eine Reihe von Aufträgen verbuchen. Ein Start soll nun für 109 Millionen Dollar (400) bis 157 Millionen Dollar (551) möglich sein.

Referenzen:
Lockheed Martin: The Centaur Upper Stage Vehicle
ILS/Lockheed Martin: Atlas Launch System Missions Planners Guide (2002,2007, 2010 Versionen)
Aerospace and Defence Report 2013: EELV

 

Atlas 501 Erststart

Atlas V 400 Serie

Erststart: 21.8.2002, 5 Starts, 5 Erfolge, Zuverlässigkeit 100 %

Erststufe CBC (Common Core Booster)
Startmasse: 305.566 kg
Leermasse: 21.277 kg
Schub: 3.827 kN (Meereshöhe)
Schub: 4.152 kN (Vakuum)
spezifischer Impuls: 3.053 m/s (Meereshöhe)
spezifischer Impuls: 3.312 m/s (Vakuum)
Länge: 32,46 m
Durchmesser: 3,81 m
1 Triebwerk RD-180
Brennzeit: 241 sec.

Stufenadapter
Für 401-Version: 418 kg
CBC-Adapter +
Centaur-Adapter (342 kg) = 760 kg

Centaur Oberstufe:
Startmasse: 22.778 kg (DEC)
Startmasse: 22.586 kg (SEC)
Leermasse: 2.106 kg (DEC)
Leermasse: 1.914 kg (SEC)
Schub: 198,4 kN (DEC)
Schub: 99,2 kN (SEC)
spezifischer Impuls: 4.422 m/s (Vakuum)
Länge: 12,68 m
Durchmesser: 3,05 m
2 Triebwerke RL-10A-4-2 (DEC)
1 Triebwerk RL-10A-4-2 (SEC)
Brennzeit: 920 sec. (SEC)
Brennzeit: 460 sec. (DEC)

Nutzlastverkleidung:
4,2 m × 12,2 m (401): 2.087 kg
4,2 m × 12,9 m (401): 2.255 kg
4,2 m × 13,8 m (401): 2.503 kg

Atlas 551

Atlas V 500 Serie

Erststart: 17.7.2003, 3 Starts, 3 Erfolge,
Zuverlässigkeit 100 %

Erststufe CBC (Common Core Booster)
Startmasse: 305.535 kg
Leermasse: 21.336 kg
Schub: 3.827 kN (Meereshöhe)
Schub: 4.152 kN (Vakuum)
spezifischer Impuls: 3.053 m/s (Meereshöhe)
spezifischer Impuls: 3.312 m/s (Vakuum)
Länge: 32,48 m
Durchmesser: 3,81 m
1 Triebwerk RD-180
Brennzeit: 241 sec.

Booster (5xx Versionen)
Startmasse: 46.559 kg
Leermasse: 5.735 kg
Schub: 1.361 kN (maximal)
spezifischer Impuls: 2.696 m/s (Vakuum)
Länge: 19,50 m
Durchmesser: 1,55 m
Brennzeit: 94-99 sec.

Stufenadapter
282 kg CBC Adapter
+ Centaur Adapter (2.292 kg) = 2.574 kg

Centaur Oberstufe
Startmasse: 22.778 kg (DEC)
Startmasse: 22.586 kg (SEC)
Leermasse: 2.106 kg (DEC)
Leermasse: 1.914 kg (SEC)
Schub: 198,4 kN (DEC)
Schub: 99,2 kN (SEC)
spezifischer Impuls: 4.422 m/s (Vakuum)
Länge: 12,68 m
Durchmesser: 3,05 m
2 Triebwerke RL-10A-4-2 (DEC)
1 Triebwerk RL-10A-4-2 (SEC)
Brennzeit: 920 sec. (SEC)
Brennzeit: 460 sec. (DEC)

Nutzlastverkleidung
5,4 m × 20,4 m: 3.540 kg
5,4 m × 23,4 m: 4.019 kg
5,4 m × 26,5 m: 4.394 kg

Die Atlas V HLV

Atlas 521Inzwischen arbeitet Lockheed Martin an einer Atlas HLV, einer Schwerlastversion der Atlas V durch koppeln mehrerer Zentralstufen, analog der Delta 4 Heavy. Diese soll 13 t in den GTO-Orbit von Cape Canaveral aus befördern. Ob sich für diese Rakete ein Markt ergibt ist offen, da die Delta IV Heavy nur 2 Startaufträge von der US Air Force ergattern konnte. Sie soll bis zum Jahr 2006 zur Verfügung stehen. Die HLV dürfte nur die DEC-Centaur einsetzen. Die HLV kann Nutzlasten bis 19.050 kg transportieren (höhere Nutzlasten machen eine Neukonstruktion der Centaur nötig) und ist vor allem für schwere USAF-Satelliten gedacht. Sie kann bis zu 6.350 kg direkt in den GSO transportieren. Die HLV richtet sich vor allem an die amerikanische Regierung als Kunden. Zum einen, um die Nutzlasten zu transportieren, welche die Titan 4 früher transportiere (überschwere Kommunikationssatelliten und Aufklärungssatelliten), und zum andern für Transporte von Fracht zur ISS nach dem Ausmustern der Space Shuttle. Es gab auch Vorschläge für einen bemannten Einsatz und durch noch mehr CCB-Booster wäre sogar eine Rakete möglich, die 50-70 t transportieren könnte. Die NASA entschied sich jedoch für ein anderes Konzept, welches auf Triebwerke und Komponenten setzt, die heute schon als "man rated" qualifiziert sind.

Bei der Atlas V HLV zünden wie bei der Delta IV HLV alle Triebwerke gleichzeitig. Nach 59 Sekunden jedoch wird das Triebwerk der mittleren CCB im Schub gedrosselt. Dadurch brennt die mittlere CCB länger, nämlich 367 Sekunden. Die beiden äußeren Booster, die als LRB bezeichnet werden, arbeiten dagegen mit 102 % Schub und verbrauchen ihren Treibstoff schon nach 228 Sekunden. Nach 312 Sekunden wird der Schub des mittleren Triebwerks wieder hochgefahren. Da das Herunterfahren recht früh erfolgt, hat die zentrale Stufe bei der Abtrennung noch etwa 42 % des ursprünglichen Treibstoffs.

Ein Vorteil der Atlas V sind die RD-180-Triebwerke. Das Original RD-171 wurde für die Energija entwickelt und gilt als "man-rated", erfüllt also Sicherheitsanforderungen für einen bemannten Raumflug. Falls man jemals auf die Atlas als Träger für bemannte Missionen zurückgreifen sollte, so ist eine Modifikation, um die ganze Rakete "man rated" zu machen, sicher einfacher als beim unmittelbaren Konkurrenten Delta 4. Allerdings hat man davon bislang keinen Gebrauch gemacht. Lockheed Martin bewarb sich mit Varianten mit 5 und 7 CCB-Boostern bei der Ausschreibung für die Trägerrakete, die wieder Mondlandungen möglich machen soll. Man stufte das Risiko und die Kosten jedoch als relativ hoch ein und es wären mindestens 2 Flüge nötig, um die Nutzlast für einen Mondflug in den Erdorbit zu bringen.

95 % der Komponenten der Atlas V HLV entstammen der normalen Atlas V-Produktion. Eine Rakete könnte 30 Monate nach Auftragseingang produziert werden. Wesentlichste technische Neuerung ist eine neue 5 m große Verkleidung, die von Örlikon-Contraves in der Schweiz gefertigt wird und auf der Ariane 5-Verkleidung basiert. Sie schließt wie die Verkleidung der Titan 3E Centaur auch die Centaur ein.

Die Single-Engine-Version (SEC) wird für GTO-Missionen eingesetzt, die Dual-Engine-Versionen für Einsätze in erdnahe Orbits. Für eine HLV-Version wird die Centaur strukturverstärkt werden müssen, da sie derzeit keine so schweren Nutzlasten transportieren kann.

Atlas 501 Erststart

Atlas V HLV

Erststart ?

Booster 2 x CCB (Common Core Booster)
Startmasse: 2 x 310.433 kg
Leermasse: 2 x 23.648 kg
Schub: 2 x 3.827 kN (Meereshöhe)
Schub: 2 x 4.152 kN (Vakuum)
spezifischer Impuls: 3.053 m/s (Meereshöhe)
spezifischer Impuls: 3.312 m/s (Vakuum)
Länge: 32,48 m
Durchmesser: 3,81 m
2 Triebwerke RD-180
Brennzeit: 228 sec.

Erststufe CCB (Common Core Booster)
Startmasse: 307.887 kg
Leermasse: 21.092 kg
Schub: 3.827 kN (Meereshöhe)
Schub: 4.152 kN (Vakuum)
spezifischer Impuls: 3.053 m/s (Meereshöhe)
spezifischer Impuls: 3.312 m/s (Vakuum)
Länge: 32,48 m
Durchmesser: 3,81 m
1 Triebwerk RD-180
Brennzeit: 312 sec.

Stufenadapter
282 kg CBC-Adapter
+ Centaur-Adapter (2.292 kg) = 2.574 kg

Centaur Oberstufe
Startmasse: 23.016 kg (DEC)
Leermasse: 2.316 kg (DEC)
Schub: 198,4 kN (DEC)
spezifischer Impuls: 4.422 m/s (Vakuum)
Länge: 12,68 m
Durchmesser: 3,05 m
2 Triebwerke RL-10A-4-2 (DEC)
Brennzeit: 460 sec. (DEC)

Nutzlastverkleidung
5,4 m × 26,5 m: 4.775 kg

Human Rated Atlas

Es gab weitergehende Vorschläge, die Atlas und Centaur zu noch stärkeren Trägern auszubauen. Dazu gehörte eine Wide Body Centaur mit bis zu 4 RL-10-Triebwerken in der ersten Stufe, gefolgt von größeren Erststufen, ebenfalls mit mehr als einem RD-180-Block. Diese Pläne tauchten vor allem nach der "Vision for Space Exploration" von George W. Bush auf. Die NASA entschied sich aber für die Verwendung von Teilen aus dem Space Shuttle-Programm und den 40 Jahre alten J-2S-Triebwerken des Apollo-Programms für ihre neuen Trägerraketen. Es ist daher unwahrscheinlich, dass es in nächster Zeit stärkere Versionen der Atlas V geben wird.

Folgende Ideen gab es:

Bei den Vergleichen konnte zwar die Atlas Phase 3A mit günstigeren Entwicklungskosten (59 % der Ares V-Entwicklungskosten) punkten, doch sollten die Trägerraketen 32 % mehr kosten als die später präferierte Ares I+V Lösung. Weiterhin offerierten die Ares erheblich geringere Risiken von 1:460 für LOM und 1:2021 für LOC.

Nutzlasten

Atlas Version
Nutzlast LEO Nutzlast (GTO) GSO Fluchtkurs *** Bemerkung
Atlas V 401 12.500 kg* ** 4.950 kg / 3.765 kg
3.300 kg ohne Booster, 4 m Nutzlastverkleidung
Atlas V 411
6.075 kg / 4.535 kg
4.300 kg 1 Booster, 4 m Nutzlastverkleidung
Atlas V 421
7.000 kg / 5.255 kg
4.800 kg 2 Booster, 4 m Nutzlastverkleidung
Atlas V 431
7.800 kg / 5.855 kg
5.500 kg 3 Feststoffbooster, 4 m Verkleidung
Atlas V 501 10.300 kg* 3.970 kg / 3.000 kg
3.000 kg ohne Booster, 5 m Nutzlastverkleidung
Atlas V 511 12.590 kg* 5.370 kg / 4.040 kg
4.000 kg 1 Feststoffbooster, 5 m Verkleidung
Atlas V 521 15.080 kg* 6.485 kg / 4.930 kg 2.760 kg 4.900 kg 2 Feststoffbooster, 5 m Verkleidung
Atlas V 531 17.520 kg* 7.425 kg / 5.645 kg 3.255 kg 5.500 kg 3 Feststoffbooster, 5 m Verkleidung
Atlas V 541 18.955 kg* 8.240 kg / 6.280 kg 3.760 kg 6.000 kg 4 Feststoffbooster, 5 m Verkleidung
Atlas V 551 20.520 kg* ** 8.700 kg / 6.885 kg 3.960 kg 6.500 kg 5 Feststoffbooster, 5 m Verkleidung
Atlas HLV DEC   13.640 kg* 6.455 kg
3 Core-Booster, 5 m Verkleidung
Atlas HLV SEC 25.000 kg **       3 Core-Booster, 5 m Verkleidung

Hinweis zu den GTO-Nutzlasten: Die erste Angabe gilt für 28,8 Grad geneigten GTO-Orbit (1.804 m/s Differenz zu GSO). Dieser wird bei einem Start von Cape Canaveral direkt erreicht. Die zweite Angabe entspricht der Nutzlast für einen mit dem Start der Ariane 5 vergleichbaren GTO-Orbit (1.500 m/s Differenz zu GSO). Die Beförderung in den GSO-Orbit ist vor allem für militärische Satelliten relevant, die bisher mit der Titan gestartet wurden und keinen Apogäumsantrieb haben. Die HLV übertrifft hier sogar die Titan 4B Centaur mit 5.760 kg GSO-Nutzlast. Es gibt leicht abweichende Angaben, die vor allem damit zu tun haben, wie man einen Orbit erreicht. Es gibt durch die Mehrfach-Zündbarkeit der Centaur verschiedene Strategien, die unterschiedliche Nutzlasten zur Folge haben. Je nachdem welche gewählt wird, differieren die Nutzlasten.

* Alle LEO-Nutzlasten wurden aus Performancegründen mit einer DEC Centaur gestartet (402...552 Versionen).

** Höher als das strukturelle Limit der Centaur - spezielle missionsspezifische Anpassungen nötig.

*** Aus Diagrammen extrapoliert, keine exakten Angaben von Lockheed Martin.

Im Dezember 2016 stellte Lockheed Martin eine Webseite vor in der man selbst die Startkosten errechnen kann. Der Autor errechnete folgende Kosten für einen Start 2017:

Version Kein Booster 1 Booster 2 Booster 3 Booster 4 Booster 5 Booster
Atlas 4 kurze Verkleidung 109 115 123 130    
Atlas 4 mittlere Verkleidung 110 116 124 131    
Atlas 4 lange Verkleidung 111 117 125 132    
Atlas V kurze Verkleidung 120 130 135 140 145 153
Atlas V mittlere Verkleidung 122 132 137 142 147 155
Atlas V lange Verkleidung 124 134 139 144 149 157

Ein Booster kostet also nicht gleich viel, sondern 5-10 Millionen Dollar, wobei der erste immer teurer ist als die folgenden. Die Atlas V (5m Verkleidung) kostet rund 11-13 Millionen Dollar mehr als die Version mit kurzer Verkleidung. Allgemein scheinen die Verkleidungen recht teuer zu sein, wie 2-4 Millionen Dollar Unterschied je nach Länge zeigen. Sicher ein Grund warum ULA Ruag Space dazu bewegen konnte, in den USA eine Fabrik für die Herstellung der Verkleidungen zu erreichten.

Links:

Starts der Atlas Trägerrakete

Die Atlas mit festen Oberstufen

Die Atlas Centaur

Die Atlas III

Die Atlas und Atlas Agena

Artikel zuletzt aktualisiert: 21.3.2017

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.




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