Happy Birthday Ariane!

Ariane 1 JungfernflugHeute, vor genau 30 Jahren startete die erste Ariane zu ihrem Jungfernflug. Zeit die Geschichte noch mal Revue passieren zu lassen.

Ariane entstand aus dem Entwurf L3S, einer preiswerten Version des Europa III Konzeptes, bei der die Oberstufe durch eine technisch einfacher umsetzbare Version umgesetzt wurde. Ariane 1 setzte nur technisch bewährtes ein. Sie war optimiert für GTO Missionen. Alles was dafür nicht benötigt wurde, entfiel. So war die Oberstufe nicht wiederzündbar. Wozu auch? das wird für GTO Missionen von Kourou aus nicht nötig. Dafür waren die Entwicklungskosten überschaubar und die Rakete recht preiswert in der der Herstellung.

Ariane 2+3 waren Erweiterungen der Ariane bei der Reserven ausgenutzt wurden und zwei Feststoffbooster die Nutzlast steigerten. Dabei zog auch die Sylda ein. Erstmals konnte damit eine Rakete zwei Satelliten transportieren, ohne dass diese spezielle für diese Rakete ausgelegt sein mussten (Mehrfachstarts gab es schon vorher, doch waren dann die Satelliten so speziell an die Rakete angepasst). Die Sylda umgab den unteren Satelliten wie mit einem Kokon und hatte einen Standardadapter auf dem Deckel. Ariane 2+3 transportierten erstmals sehr viele kommerzielle Nutzlasten.

Ariane 4 halte ich bis heute für ein geniales Konzept: Mit nur zwei Triebwerken wurden vier Stufen gebildet. Die Booster erlaubten es flexible die Rakete der Nutzlast anzupassen. Damit wurde die Nutzlast von 4.950 kg gesteigert: Obwohl die Technologie immer noch die gleiche der Ariane 1 war – die nur 1.850 kg Nutzlast transportieren konnte. Zusammen mit einer neuen Startrampe, die nun Startvorbereitung und Start räumlich trennte waren auch erheblich mehr Starts pro Jahr möglich. Damit kam der kommerzielle Durchbruch. Anders als die NASA zog sich auch die ESA komplett aus der Vermarktung der Träger zurück – das begann schon zur Zeit der Ariane 1. Die NASA tat dies erst viel später und die Trennung ist bis heute noch nicht vollständig. So lass ich erst kürzlich, dass die USAF die Vermarktung von Delta und Atlas erleichtern will, indem sie weniger Startfenster über Jahre hinaus vorher fest bucht und damit kommerzielle Starts zu diesem Zeitpunkt unmöglich macht. Die gesamte Entwicklung von Ariane 1-4 kostete die ESA rund 2 Milliarden Euro (in heutigem Wert)

Viermal so teuer sollte die Ariane 5 werden. Damit fängt der Teil der Geschichte an wo ich Kritik üben muss. Ariane 5 wurde entwickelt um zwei unterschiedliche Anforderungen zu bedienen – ein preiswerter Nachfolger für die Ariane 4 und eine sichere Trägerrakete für den Raumgleiter Hermes. Jeder der von Raumfahrt eine Ahnung hat, weiß dass sich diese beiden Forderungen beißen: Sicherheit ist meistens teuer. Weiterhin ist Hermes eine große LEO Nutzlast und der Ersatz für die Ariane 4 sollte in den GTO Orbit gehen. Der Kompromiss fing schon bei der Konzeption an. Eine optionale H10 Oberstufe (aus der die ESC-A entstehen sollte) wurde gestrichen und stattdessen eine kleine Stufe mit lagerfähigen Treibstoffen eingeführt, die optional bei GTO Missionen mitgeführt werden sollte – ziemlicher Blödsinn, wenn die H10 schon damals leistungsfähiger gewesen wäre und noch dazu preiswerter.

Doch Hermes wurde immer schwerer, die EPC musste verlängert werden (von 120 auf 155 t Treibstoff) und auch die Oberstufe wurde doppelt so groß. Damit waren praktisch die Anforderungen für den späteren Ausbau gelegt. Das Vulcain Triebwerk wurde nämlich trotz Vergrößerung der Zentralstufe und der Oberstufe nicht im Schub gesteigert, sodass keine Reserven für größere Oberstufen vorhanden waren. Klar war auch dass die Oberstufe dann durch die H10 ersetzt werden sollte. Vielleicht hätte man damals gleich die EPS streichen und zur ESC-A übergehen sollen.

Die Ariane 5 wurde aber nicht so preiswert wie erhofft, obwohl Hermes bald als Nutzlast entfiel und sie nicht „man rated“ sein musste. Der Grund war, dass anders als Ariane 1 nun alles auf dem neuesten Stand der Technik sein sollte. Das Vulcain ist das leistungsfähigste Erststufentriebwerk mit Nebenstromverfahren. Die Feststoffbooster sind sicherer als die des Space Shuttles und trotzdem leichter. Auch das Aestus Triebwerk ist für ein druckbetriebenes Triebwerk extrem leistungsfähig. Doch Hochtechnologie senkt nicht immer den Preis.

So war eine der ersten Maßnahmen die Nutzlast zu steigern. Hier setzte die ESA schon frühzeitig an, aber sie war nicht konsequent genug. Ariane 5 ist nicht wie die Ariane 1 durch stärkere Booster erweiterbar. Die Nutzlast kann praktisch nur gesteigert werden indem die schwache Leistung des Vulcain 1 angehoben wird und die Oberstufe durch ein leistungsfähigeres Modell ersetzt wird. Da sie nur für LEO Nutzlasten ausgelegt war, ergibt sich der Tatbestand dass ein etwas besseres Hauptstufentriebwerk, eine leistungsfähige Oberstufe und leichtere Boostergehäuse die GTO Nutzlast verdoppeln können – obwohl die Rakete nur um rund 5 % schwerer wird. Die ESA hatte vor die Leistung des Vulcain 1 leicht zu steigern in der Hoffnung dies würde preiswert sein. Doch es machte eine weitgehend Neukonstruktion von großen Teilen des Triebwerk notwendig, so dass es sicher besser gewesen wäre gleich in das Segment von 1500-1700 kN zu gehen (das ist nun für ein Vulcain 3 vorgesehen). Die ESC-A Oberstufe war sinnvoll, die ESC-B ist es noch mehr.

Der Fehlstart beim Jungfernflug der ersten „Evolution“ Variante machte aber neue Mittel notwendig. Diese kamen aus der ESC-B Entwicklung die eingefroren wurde. Der Fehler war es nun diese bei der nächsten Ministerratstagung 2005 als das Problem gelöst war, wieder aufzunehmen. Auch 2008 wurde diese Chance vertan. Das gefährdet aber die Marktchancen von Ariane und sie macht es teuer, denn die Fixkosten laufen ja weiter. Schlimmer noch: Im gleichen Zeitraum (2005-2009) gab die ESA 960 Millionen Euro für die Subvention der Ariane 5 Produktion aus (die ESC-B Entwicklung sollte 700 Millionen Euro im Wert von 2002 betragen). Gebessert hat es sich nicht. Ich entnehme folgendes einer Nachricht:

„Antonio Fabrizi, ESAs launcher director, said Dec. 18 that the agency signed a 157-million-euro contract with Astrium Space Transportation of Les Mureaux, France, for what is called the Ariane 5 Midlife Evolution program. The contract covers two years of work by Astrium, motor-builder Snecma and the other Ariane 5 contractors to conduct reviews of the proposed new upper stage. “

Das ist leider ein Symptom, wie es derzeit schief läuft: Nach meiner Meinung sollte für 157 Millionen Euro mehr herauskommen als „conduct Reviews“. Für mich unverständlich ist in diesem Zusammenhang auch, dass die ESA 2/3 der Kosten des Sojus Launchpads übernimmt. Da an dieser nur Arianespace und die Russen verdienen, sollten auch diese die Gesamtinvestitionen tragen. In den letzten Jahren gab es mehr dieser die Meldungen, die zeigen, dass der Konsens über die Trägerentwicklung fehlt.

Dazu gehört auch die Vega. Die Vega entsteht ja ohne Deutschland. Man kann nun argumentieren. Eine weitere Rakete wird nicht benötigt und dies ist sicher so. Wenn aber die Vega entwickelt wird, so wäre es sicher für Deutschland besser gewesen mit im Boot zu sein. Die Vega ist eine technisch moderne Trägerrakete. Ob sie preiswert sein wird, wird sich noch zeigen. Nach den derzeitigen Planungen wird sie billiger als jeder US-Träger sein, sie wird allerdings nie die Kosten russischer Träger erreichen – wie denn auch, denn selbst wenn man das unterschiedliche Lohnniveau ignoriert, so basieren Dnepr und Rockot auf ausgedienten ICBMs, mit keinerlei Produktionskosten.

Letztes Jahr vergab die DLR eine Studie an EADS – Suche nach einer alternativen, deutschen Oberstufe für die Vega. Nachdem die DLR vorher nicht beteiligt war, entdeckte die DLR nun dass plötzlich die ESA ihre Satelliten mit der Vega starten möchte und nicht mit der Rockot (an der Astrium LV zu 51 % beteiligt ist) und plötzlich wurde die Vega interessant. Doch heraus kam, dass weder Aestus basierende noch Vinci basierende Oberstufe die Nutzlast steigern werden. Das ist nicht verwunderlich, wenn man die Leistungsdaten der EPS und das hohe Leergewicht der ESC-B kennt. Beides schlägt dann viel mehr auf die Nutzlast durch als die etwas geringeren Leistungsdaten der Feststoffoberstufen.

Ich persönlich hätte gerne einen Jungfernflug der Vega am 24.12.2009 zum dreißigsten gesehen. Denn anders als andere sehe ich eine technisch moderne Feststoffrakete, mit leichten Gehäusen, hohen spezifischen Impulsen und einer angepassten Oberstufe mit flüssigen Treibstoffen, um bei höheren Umlaufbahnen die Nutzlast nicht stark absinken zu lassen – das ist ein gutes Konzept und wenn damit nur europäische Satelliten gestartet werden sollten – auch gut. Was ähnliches tun doch die kleineren US-Träger auch nur. In den letzten Jahren gab es da doch einige: Cryosat 1+2, GOCE, SMOS… Nun werden die Sentinel Serie folgen da hat Vega über einige Jahre gut zu tun. Um die wenigen Satelliten zu konkurrieren die es in diesem Segment kommerziell zu starten gibt lohnt sich nicht.

Was ich mir wünsche sowohl von der ESA, wie der deutschen Regierung zum dreißigsten Geburtstag:

  • Setzt euch dafür ein, dass Ariane bald wieder konkurrenzfähig wird.
  • Nach der ESC-B sollte bald auch das Vulcain 3 und die CFK-Booster kommen. Deutschland sollte sich dafür einsetzen hier mehr an der Ariane zu produzieren. Die CFK Booster werden nach den Investitionen von Avio in Italien entstehen, bleibt also nur das Vulcain 3. Sonst könnte es sein, dass Deutschland bald nur noch Tankdeckel für die Ariane produziert
  • Auch bei der Vega wird an Weiterentwicklungen gedacht z.B. eine größere zweite und dritte Stufe. Zusammen mit Feststoffboostern könnte so deren Nutzlast verdoppelt werden. Es sollte überlegt werden, wie viel Nutzlast die Vega benötigt, denn sie rutscht bei 3 t Nutzlast in SSO schon ziemlich nahe zur Sojus (4,9 t).

Wie wäre es denn liebe Kanzlerin mit einem „Arianeentwicklungsbeschleunigungsgesetz“ – so viel wie Hoteliers sollte uns die 8 Milliarden Euro Rakete doch wert sein oder?

Allen Bloglesern wünsche ich ein Frohes Fest. Damit dies nicht unterbrochen wird von unnötigem Surfen im Internet an dieser Stelle der Hinweis, dass es in diesem Blog erst am 27.12.2.009 weitergeht. Dann erfahrt ihr, dass der Transport mit dem COTS Programm teuer ist als mit dem ATV und HTV. Außerdem gibt es noch die Gelegnheit mir mitzuteilen von wo aus sie den Blog lesen.

P.s:: Ohne es beabsichtigt zu haben sist das der 750.ste Blogeintrag in den letzten dreieinhalb Jahren. Ich denke dass er gerade Ariane, meine Lieblingsrakete behandelt ist ein schönes Zeichen für ein Jubiläum.

7 thoughts on “Happy Birthday Ariane!

  1. Wie wäre es demnächst einmal mit einem Artikel über die Vorteile der ESC-B? Das eine ist sicherlich die höhere Nutzlast, gut im Zeitalter der immer schwereren GEO-Satelliten. Aber was bringt die geplante Wiederzündbarkeit für Vorteile?

  2. Schon, der Artikel erklärt aber nicht, welchen Vorteil die Wiederzündbarkeit genau bringt. Allgemein heißt es, dass dadurch der direkte Einschuss in den GEO (anstelle des GTO) möglich ist. Dadurch kann der auszusetzende Satellit natürlich Treibstoff sparen, weil er quasi vollgetankt auf seine Parkbahn gelangt. Die aussetzende Oberstufe darf aber nicht im GEO verbleiben und benötigt folglich Treibstoff für ein Deorbit-Manöver, nicht zu vergessen den notwendigen Treibstoff, um überhaupt dorthin zu gelangen.

    Also, was bringt die Wiederzündbarkeit für Vorteile?

  3. Das bringt den gleichen Vorteil wie die Grundlagenforschung auf der ISS: Jemand der nicht nachfragt bringt das als Argument für die ESC-B Oberstufe.

    Deorbitiert aus GEO gar nichts. Dazu bräuchte man viel zu viel Treibstoff. Allenfalls verschiebt man die stufe noch leicht aus dem GEO Orbit nach außen.

    Wie der Artikel sehr wohl erklärt hat die ESC-B eine zu hohe Leermasse um die Nutzlast wirksam zu steigern daraus könnte jemand der nachdenkt auf die Idee kommen, dass es die Nutzlast eher senkt. Eine einfache Nachrechnung ergibt dass die ESC-B mit VEB leichter als etwa 4 t sein müsste damit sie die Nutzlast für den GEO Orbit steigert. Und das ist nicht gegeben.

    Weiterhin ist kein Kommunikationssatellit darauf ausgelegt. Die Proton offeriert schon seit 15 Jahren den Transport in GEO, die Atlas seit lächerlichen 40 Jahren. Genutzt hat es in der Zeit keine kommerzielle Nutzlast.

  4. Mit anderen Worten, die ESC-B bringt überhaupt nichts? Oder welchen Vorteil bietet diese mögliche neue Oberstufe gegenüber ihrer Vorgängerin?

  5. Die ESC-B gibt es noch nicht, und deshalb sind auch noch keine exakten Daten verfügbar. Die Wiederzündbarkeit kann Vorteile haben wenn 2 Satelliten in unterschiedliche Bahnen gebracht werden sollen. Es ist aber noch unklar wie oft das wirklich nötig ist, da die meisten Forschungs-satelliten sowiso nicht zusammen mit Kommunikations-satelliten gestartet werden, sondern meist eigene Raketen verwenden. Interessant ist das VINCI-Triebwerk mit höherem Schub und eventuell einfacherem Aufbau. Weiterhin interessant ist die Erhöhung der Nutzlast. Inwieweit das den Preis der Oberstufe verringert steht noch in den Sternen.

  6. @Ruhri: Sie bringt 2 t mehr Nutzlast für GTO und 2,25 t für LEO
    Ich habe auch den Artikel um einen Abschnitt über das Thema erweitert.
    @Martin_M: Wenn die Nutzlast feststeht dann stehen auch die wesentlichen Daten fest. Forschungssatelliten: 98 Grad SSO. Kommunikationssatelliten: 7 Grad GTO
    –> das wird nichts

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