Das Rätsel des Fluges der Europa F.9
Während ich für mein Buch über europäische Trägerraketen recherchiere, bin ich auf etwas interessantes gestoßen. Es geht um den Flug F.9 der Europa I, den letzten der Europa I, der auch fast in einem Orbit führte. Folgende Daten wurden dazu veröffentlicht:
- Zielgeschwindigkeit: 7893 m/s
- Erreichte Geschwindigkeit: 7100 m/s
- Zielgeschwindigkeeit: 7893 m/s
- Nutzlast: 265 kg
- Gewicht der Nutzlasthülle: 300 kg
- Brenndauer: Blue Streak 157 Sekunden
- Brenndauer Coralie: 105 Sekunden
- Brenndauer Astris: 366 Sekunden
- Brenndauer Astris geplant: 356 Sekunden
Zur Erklärung für die, die es nicht wissen: F.9 hätte einen 265 kg schweren Satelliten in einen Orbit bringen sollen. Der Orbit war nach einer Quelle ein 400 x 2000 km Orbit von 84.3 Grad Neigung, wenn alles nominal gelaufen wäre und ein 485 x 3400 km, wenn die Astris nicht korrekt funktioniert hätte. Die Differenz zu einem höheren Orbit resultierter daraus, dass die Astris sich nach 356 Sekunden abschalten sollte, bei einem Fehler sollte sie 9 Sekunden länger brennen und so einen höheren Orbit erreichen.
Was passierte? Die Nutzlasthülle wurde nach 228 Sekunden nicht abgetrennt und die Nutzlast stieg so von 265 auf 550-573 kg. Diese zu hohe Nutzlast soll daran schuld sein, dass die Nutzlast nicht den Orbit erreichte. Die zweite Anomalie war ein Absinken des Schubs zum Ende des Astris Betriebs, weil ein verschmutztes Helium-Überdruck Ventil Druck abließ. Der spezifische Impuls war aber nach Angaben von Erne wie erwartet.
Nur: Da stimmt was nicht. Die nominelle Brennzeit der Blue Streak beträgt 153-157 Sekunden. Bei einer Brennzeit von 157 Sekunden ist sie also ausgebrannt.. Die zweite Stufe brannte voll aus – 102 Sekunden waren geplant. 105 Sekunden waren es und das gleiche gilt für die Astris (356 zu 366 Sekunden). Wenn alle 3 Stufen ihre nominelle Brennzeit haben, dann muss so auch die nominelle Nutzlast transportiert werden.
Diese sollte aber bei der Europa 1 etwa 850-900 kg in einen niedrigen polaren Orbit betragen. Man hätte zwar den hochelliptischen Orbit nicht erreicht, aber sicherlich einen Orbit. 570 kg Nutzlast liegen deutlich unter der Nutzlast von 850 bis 900 kg!.
Das zweite Rätsel: Die Geschwindigkeit in der Periapsis sollte beim nominellen Orbit 8069 m/s betragen, nicht 7893 m/s. Eine positive Differenz durch die Erdrotation fällt bei der Polarbahn weg. Bei Ausbrennen der Astris wären es sogar 8262 m/s für den 485 x 3400 km Orbit. Wenn das Perigäum mit 400 km feststeht, entsprechen 7893 m/s Bahngeschwindigkeit einem Apogäum von 1250 km Entfernung.
Was gibt es noch an Erklärungsmöglichleiten? Es gibt noch die Abnahme des Schubs der Astris zum Ende der Brennzeit. Dies sollte keine Auswirkungen haben. Die Astris hat einen Schub von 2.3 t. Sie wiegt 3.4 t, dazu kommen noch etwa 0.6 t Nutzlast. Sofern die Abnahme erst nach der Hälfte der Brennzeit erfolgt, hat die Astris so viel Treibstoff verbrannt, dass der verringerte Schub auf jeden Fall ausreicht um die Bahn weiter anzuheben.
Es gibt also noch unbekannte Fakten, die nötig sind um den Fehlschlag zu erklären. Ich persönlich tendiere zu zwei möglichen Erklärungen:
- Mitführung von Ballast, der nicht angegeben wurde (warum eigentlich?)
- Verschiebung des Schwerpunkts durch die Nutzlastverkleidung beim Betrieb der dritten Stufe. Dadurch drehen der Stufe zur Erde hin und die Bahnhöhe nimmt wieder ab, was zu einem zu niedrigen Perigäum führt und zum Verglühen des Satelliten nach einem halben Umlauf. Nur passt dies nicht zusammen mit der angegebene Geschwindigkeit.
In der Summe gibt es doch noch viele Rätsel. Mein Buch über Europa Raketen wird daher wohl noch einige Zeit auf sich warten lassen. Ich habe gerade eine neue Quelle gefunden: Flightglobal.com: Dort kann man die eingescannten Jahrgänge der Zeitschrift "Flight International" über fast ein Jahrhundert durchsuchen. Das ist eine wirklich tolle Quelle für Original-Informationen aus dieser Zeit. Die Freude wird nur durch zwei Dinge getrübt: Das erste ist, dass die Suche sehr unspezifisch ist. Es ist nicht möglich logische Verknüpfungen zu machen. Das zweite ist, dass das Übertragen der PDF Seiten sehr langsam ist und bei mir im Geschäft immer wieder Acrobat beim Ansehen abstürzt.
meine Lösung Vorschlag des Mysterium:
es war eine Kombination von Übergewicht, fehlerhafte Triebwerk und Flugbahn
nach http://www.bernd-leitenberger.de/europa.shtml
Astris arbeite mit Druckgasförderung. heißt Helium druckt Treibstoffe von Tank in Triebwerk.
spart Gewicht wie Turbopumpe, aber ein massiven Nachteil :
zum Ende der Brenndauer sink die Leistung Triebwerk rapide
bei F9. gabst zwei Probleme die Nutzlasthülle war noch auf auf Astris und diese hatte ein verschmutztes Helium-Überdruck Ventil das Druck abließ.
das bedeutet Astris arbeite anfangs gut aber am ende sank die Leistung schneller als geplant
Ich hatte die selten Chance die Reste einer EUROPA 2 in Redu, Belgien zu besuchen.
und mein kopf in Nutzlastabteil reinzustecken.
zu meiner Überraschung fand ich die Nutzlasthülle wand von über 5 cm dicke vor.
in Alu Sandwich Bauweise, FIAT hatten da was solides gebaut, etwas solides schweres !
ich denke diese wiegt mehr als die 300 kg der offizielle Angabe…
Sicherheitsgründe starten die Europas Richtung Nordwesten von Woomera
und in Winkel von 82.0° Grad. was Nutzlast von 1200kg reduziert auf 260kg !
das war für Testflüge normal…
die Starts von ESRO Nutzlasten sollten von andere Startrampe erfolgen !
in 1968 tobte ein streit zwischen den Mitglieder der ELDO für den Platz
Australien wollte Darwin (Cape York) als Startrampe
Italien wollte ihre San Marco
Frankreich baut schon Centre Spatial Guyanais in Kourou
Australien und Italien beendet dann ihre ELDO Beteiligung
Ein paar Anmerkungen: Die Nutzlast einer Europa für eine polare Umlaufbahn liegt bei 850-8900 kg nach verschiedenen Angaben. 560 kg ist deutlich darunter. Das kann es nicht sein.
Das Absinken des Schubs ist nicht bedeutsam, wenn er größer als die Erdbeschleunigung ist, die Bahn also nicht absinkt. Wenn dies erst in der Endphase erfolgt so ist dies gegeben. Grobe Überschlagsrechnung: Ab etwa 240 Sekunden hat das Triebwerk mehr Schub als G. Solange der spzifische Impuls erhalten bleibt ist dies ohne Auswirkung.
Die Auswahl des Startplatzes hatte nichts mit dem Ausstieg von Italien und england zu tun. England wollte seit 1966 aus der ELDO raus und Italien tat dies erst 2 Jahre nach dem Umzug zu Kourou wegen den ausufernden Kosten.
Nutzlasthüllen sind meist in Sandwichbauweise gebaut. Zum einen wegen deer Stabilität (sie bekommen die meisten aerodynamischen Kräfte ab) zum anderen wegen der Reduktion des Lärmpegels. Das gilt auch für neue Exemplare. Die Nutzlasthülle müsste schon deutlich mehr als die 300-340 kg wiegen die genannt werden damit kein Orbit erreicht wird, mindestens 700 kg und das ist angesichts der 800 kg Hülle der Ariane 1 von den vielfachen Größe recht unwahrscheinlich.