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. Continue reading „Happy Birthday Ariane!“

Die Bennunung von Raumfahrzeugen

Das ist ein Kapitel für sich. Vorbei sind ja die Zeiten wo selbst Raketenstufen eigene Namen erhielten wie „Atlas“, „Centaur“ oder auf europäischer Seite „Amethyste, „Coralie“ oder „Astris“. Heute gibt es entweder keinen Namen und es heißt dann eben „Stufe 1“ oder eine technische Bezeichnung wie „Common Core Booster“, wobei mir dann Akronyme wie H155 lieber sind weil sie einen Informationsgehalt haben. sie geben die Treibstoffart und Menge an.

Komplizierter wird es bei der Benennung von Raumfahrzeugen. Auch hier dominierten zuerst Seriennamen: Eine Satellitenserie mit einer gemeinsamen Aufgabe bekam einen Namen und wurde dann durchnummeriert: So haben die einzelnen Explorer Satelliten nur das Gemein, dass sie die Erde und ihre Umgebung erforschen und auch die Gemeinsamkeiten der Pioneers beschränken sich auf den Namen. Mehr Sinn machte es bei Kleinserien von Raumsonden wie den Surveyors, Lunar Orbitern und Rangern. Continue reading „Die Bennunung von Raumfahrzeugen“

Warum Koppenhagen scheitern musste

Nun ist das Wehklagen groß, obwohl es eigentlich abzusehen war. Es gab keine Einigung in Kopenhagen. Warum auch. Es wäre doch eine echte Neuerung gewesen. Bei den letzten Klimakonferenzen gab es doch auch keine Einigung. Wenn Abkommen verabschiedet wurden, dann haben sie nicht alle ratifiziert oder die Ratifizierung scheiterte in den Parlamenten (USA). Vor allem – was ist mit den Zielen geworden. Wer einmal die Ergebnisse des Kyotoprotokolls (ganz nach unten scrollen) anschaut, wird feststellen, dass nur die Staaten ihre Emissionen vermindert haben, die vorher zum Ostblock gehörten und deren Wirtschaft nach 1990 einbrach bzw. jetzt neu aufgebaut ist nach dem Stand der Technik und nicht dem von vor 40 Jahren. Dazu gehört auch Deutschland: Denn der wert von 1990 schließt noch die DDR ein. Continue reading „Warum Koppenhagen scheitern musste“

Raumfahrt à la Microsoft

Ich habe am Donnerstag meinen Geldbeutel verloren und mich besonders drüber aufgeregt, weil ich wegen einer neuen Karte für das Hallenbad für meine Verhältnisse viel Geld dabei hatte. Wie immer wenn ich mich über was ärgere habe ich mich daran gemacht zu beschäftigen und fand es ist doch eine gute Gelegenheit für das ATV Buch nach Infos zur Cygnus und Dragon zu suchen. Zur Cygnus fand ich einiges und das Konzept sieht gut aus: OSC verwendet Bauteile die sich auch woanders bewährt haben. So stammen einige Triebwerke und die Annäherungssteuerung aus Japan vom HTV. Das Frachtmodul fertigt Thales Alenia – wie auch das des ATV und MPLM. Solarzellen von Dutch Aerospace. Klar, schließlich hat OSC nur wenige Jahre Zeit ein Raumschiff zu entwickeln, dass an die ISS ankoppeln soll.

Über die Dragon gibt es obwohl seit ein paar Jahren länger entwickelt wird viel wenige Infos. Aber sie sind wie immer erquickend. Nur ein paar Zahlen aus der SpaceX Dragon Seite:

  • Die Nutzlast beträgt 6.000 kg!
  • Es stehen 10 m³ Volumen zur Verfügung
  • Es sollen sieben Astronauten befördert werden.

Nun was ist daran so toll? Nun fangen wir mal an das ganze auseinander zu nehmen. Die Kapsel ist nach den SpaceX Spezifikationen ein Kegel von 2,9 m Höhe bei einem Basidurchmesser von 3,1 m. Daraus kann man ein Volumen von 9,5 m³ berechnen. Die Volumenangabe ist also die des Innenvolumens nicht des Nettovolumens. In etwa das gleiche Volumen hat auch die Sojuskapsel in der die Kosmonauten starten und landen. Von den rund 9 m³ Innenvolumen der Sojus sind aber nur 4 m³ freies Wohnvolumen. Der Rest wird von der Ausrüstung eingenommen. Das ist die Regel bei bei Kapseln. Das bedeutet dass von den 9,5 m³ weniger übrig bleibt. Doch selbst bei 9,5 m³ gäbe es pro Besatzungsmitglied nur rund 1,3 m³ Volumen – weitaus beengter als in Apollo, der Sojus, ja sogar als in Gemini und Mercury, bei denen die Astronauten davon sprachen, sie würden die Kapsel „anziehen“. Dort gab es immerhin 1,4 m³ freies Wohnvolumen (nicht Innenvolumen)

Sieben Astronauten in einer Kapsel die in allen Dimensionen rund 10 % kleiner als Apollo ist? Wohl kaum. Drei Stück wären wohl sinnvoll unterzubringen.

Weiterhin: Niemand bemerkt dass hier von Wohnvolumen gesprochen wird, aber Innenvolumen gemeint wird?

Doch nun kommen wir zum besten. Der wie bei SpaceX üblichen Vergrößerung der Nutzlast: Es sind nun 6.000 kg. Nach Wikipedia und dem dort angegebenen Datum vom 11.12.2007 waren es vor zwei Jahren noch 2.500 kg. Ist das nicht ein Wunderraumschiff? Bei 8.750 kg Gewicht transportiert es 6.000 kg Fracht. Andere Transporter können rund 30 % der Startmasse als Fracht transportieren. Die Dragon aber 70 % und das noch dazu in einer Wiedereintrittsfähigen Kapsel!

Wie können wir das erklären? Nun zum einen natürlich durch den Einsatz von fortschrittlichen Technologien wie Wurmlöchern, die die Kapsel vom Orbit an den Landepunkt befördern, damit kann die Struktur viel leichter sein oder den Einsatz von Antigravitation. Eine Antigravitation von 2.000 kg würde aus 2.000 kg Gewicht -2000 kg machen und so das Gewicht um 4.000 kg erniedrigen.

Es könnte aber auch andere Erklärungen geben. So könnte SpaceX z.B. einen Mitarbeiter einstellen, der nicht den Unterschied zwischen amerikanischen Pfund und metrischen Kilogramm kennt und einfach die Pfund Angaben in Kilogramm niederschreibt. Das würde auch die irrealen Angaben zur Falcon 9 teilweise erklären. Ich habe aber nachdem ich durch einen Kommentar auf die Idee gebracht wurde eine andere Theorie: Es ist die Anwendung von Marketingtechniken bei der Softwareentwicklung bei der Raumfahrt. Dazu gehört:

  • Erst mal viel versprechen, auch wenn man es zuerst nicht einhalten kann oder später Spezifikationen revidieren muss (Nutzlasten, Startpreise)
  • Dann eine Beta Version ausliefern (Falcon 1)
  • Dann nach und nach nachbessern bis die einwandfrei läuft (Starts 1-4 der Falcon)
  • Vor allem darauf warten, dass sich die Leistung von alleine erhöht.

Nur das letzte klappt nicht. Während PC’s alle 2 Jahre ihre Leistung verdoppeln, gab es bei Raketentriebwerken in den letzten 40 Jahren vielleicht eine Leistungssteigerung um 10 %. Daher wird SpaceX wohl auch in Zukunft einiges revidieren müssen.

Doch „Space-Evangelist“ Elon Musk hat ja eine Schar kritikloser Jünger, die das SpaceX Konzept mit Wunschvorstellungen als technischen Angaben schon voll verinnerlicht haben: Das habe ich bei meinem Blog gesehen, wo dann die SpaceX-Gläubigen zur Beweisentkräftung schnell mal den (fürs Vakuum prognostizierten) spezifischen Impuls der zweiten Stufe genommen haben und die Brenndauer der ersten Stufe. Echt logisch. Macht auch wirklich Sinn… Ach ja und ein spezifischer Impuls von 340 für ein LOX/Kerosintriebwerk nach dem Nebenstromverfahren macht auch niemanden stutzig…. Klar, dafür müsste man ja wissen, das man für einen solchen Wert einen sehr hohen Brennkammerdruck braucht, bei einem Nebenstromtriebwerk die Menge des nicht nutzbaren Treibstoffs für die Erzeugung dieses Drucks aber exponentiell ansteigt, wodurch der spezifische Impuls wieder sinkt. Echt dumm, dass man um die Angaben von SpaceX zu überprüfen Grundkenntnisse in Raumfahrttechnik braucht. Wissen ist ja so echt hinderlich und mühsam zu erwerben.

Auch andere Angaben werden nicht überprüft. So, dass SpaceX gar nicht so preiswert ist wie angegeben. Die Falcon 1e kostet 11 Millionen $ und transportiert maximal 430 kg in einen SSO Orbit. (Das sind noch die alten Angaben, bevor SpaceX die Nutzlast senkte, leider habe ich da keine neuen Angaben für SSO). Eine Vega soll 14,6 Millionen Euro kosten (Angabe 2005) bei 1.500 kg in SSO. Sie wird also 1,9 mal billiger als die Falcon 1e sein. Selbst wenn der Startpreis wahrscheinlich erst mal teurer sein wird, ist sie noch billiger, sofern die Rakete nicht gleich 1,9 mal teurer wird als noch 2005 geplant.

Das gleiche gilt bei der Versorgung der ISS mit Fracht. Die SpaceXler rechnen ja immer pro Start. Es kommt aber auf die beförderte Nutzlast an und der Kontrakt hat für OSC und SpaceX hier die gleiche Frachtmenge: 20 t. OSC bekommt sie mit 8 Flügen zur ISS, SpaceX braucht eben 12. (Nutzlast dann übrigens nur noch 1.700 kg….) So richtig billig ist es auch nicht. Ein ATV Flug kostet 350 Millionen Euro, das sind 500 Millionen Dollar. Auf den ersten Blick teuer. Aber er transportiert auch 7.667 kg Fracht. Mit 3 ATV Flügen wären  21,5 t zur ISS gebracht und das zu Kosten von 1,5 Millionen Dollar – SpaceX und OSC sind da teurer. Und das ATV ist kein Transporter der auf „billig“ getrimmt ist. Er kann autonom navigieren und ankoppeln, hat mehrfach redundante Annäherungs und Steuersysteme und kann ein Halbes Jahr im Orbit bleiben. Das HTV kann das alles nicht und erledigt den Job noch billiger (200 Millionen Dollar + Trägerrakete, zusammen wahrscheinlich so 350 Millionen Dollar für 5,5 t Fracht). Ich vergleiche bewusst nicht mit den Progress weil die unter anderen wirtschaftlichen Rahmenbedingungen produziert werden.

Mein Lieblingsspruch der SpaceX Anhänger ist übrigens: „Wenn das was die bisher geleistet haben keinen Respekt verlangt….“. Dann kommen irgendwelche Angaben über zukünftige Projekte. Auch hier: Gut auf die P&R reingefallen. Tatsächlich haben sie bislang 100 Millionen Dollar ausgegeben (Zahl leider auch ein paar Jahre alt) und 234 Millionen von der US-Regierung bekommen. Damit haben sie eine kleine Trägerrakete für eine Nutzlast von 400 kg entwickelt und diese fünf mal gestartet, davon zweimal mit Erfolg. Ich finde dafür braucht kann man nicht viel Respekt verlangen. Aber ich orientiere mich auch nicht an Versprechen, sondern dem was geleistet wurde,

Ich freue mich schon auf den Jungfernflug der Falcon 9 mit der Prototyp Dragon Kapsel – und die langen Gesichter manches Anhängers, wenn die Angaben wieder mal nach unten korrigiert werden….

Ei wo kommst Du denn her?

Da ich etwas erschöpft bin von der Fertigstellung des Mansukripts zur Neuauflage des Gemini Buchs, vielleicht aber auch einfach nur etwas krank bin und eine Erkältung im Anmarsch ist, gibt es heute einen richtig „flachen“ Blog bei dem sich jeder beteilligen kann. Das Manuskript hat gestern einen weiten Weg über den großen Teich nach Florida unternommen. Das ist dank Internet ja kein Problem. Da habe ich mich gefragt. Wer wo den Blog so liest. Ich vermute mal nur Deutsche, Schweizer und Österreicher, auch wenn sie im Ausland leben, würde mich aber gerne vom Gegenteil überzeugen lassen. Ich bin mal im Geiste durchgegangen von woe ich in den letzten Jahren Mails bekommen habe und bin auf die Schweiz, Belgien, Spanien, Japan und Australien gekommen. Gibts noch mehr ausländische Blogleser und wo kommen die deutschen Leser her? Wer gewinnt den Preis des entferntesten Lesers?

Die Koordinaten in Google Maps:

Ich bin mal gespannt auf die Resultate.