Technologie ist kein Selbstzweck: Beispiel Ariane

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Ich habe mich gestern mit dem ATV beschäftigt und dass man nun anstatt ein weiteres zu bauen lieber was neues entwickeln will, ohne das man eine Verwendung dafür hat. Dieser Trend, dass man etwas entwickelt nur um die Technologie auch zu beherrschen, gibt es leider auch woanders, z.B. bei den europäischen Raketen.

Fangen wir mal in der Vergangenheit an: Bei Ariane 1. Sie wurde bewusst konservativ entwickelt. Bewährte Technologie in den ersten Stufen, neue Technologie nur in der Oberstufe und auch da überschaubar – ein LOX/LH2 Antrieb mit herkömmlichem Gasgeneratorbetrieb, nicht so anspruchsvoll wie die Europa III Oberstufe mit höherem Schub und Expander Cycle. Ariane 1 war billig und vor allem noch preiswert zu erweitern. Die Gesamtkosten der gesamten Ariane 1-4 Entwicklung betrugen 1995 2.179 Millionen Euro. Die Ariane 5 war zu diesem Zeitpunkt schon dreimal teurer. Am Basiskonzept der Ariane 5 (EPC und EAP) habe ich nicht auszusetzen. Sicher kann man über Alternativen wie LOX/Kerosin oder kleinere und variable Boosterzahlen diskutieren, aber es scheint eine gute Lösung zu sein. Was dumm war, war die EPS Stufe, weil sie völlig ungeeignet für die GTO Transporte war. Das war die Konzession an Hermes, doch schon früh in der Ariane 5 Entwicklung war klar, dass Hermes sehr viel später kommen würde, und es wäre gut gewesen gleich damals die Weichen für eine zweite kryogene Oberstufe zu stellen, die auch 1985 bei den damaligen Entwürfen noch als Alternative auftauchte.

Seitdem läuft einiges quer. Der Ausbau der Ariane 5 hatte neben kleineren Verbesserungen zwei wichtige Zielrichtungen: Ein neues Haupttriebwerk und eine neue Oberstufe. Das Vulcain 2 war als preiswertes Upgrade geplant, doch das war es nicht. Die ESC-B Oberstufe sollte erheblich mehr Nutzlast bringen, aber die Entwicklung wurde 2003 eingestellt und seitdem nicht mehr wieder aufgenommen und die 12 t GTO Doppelstartkapazität konnten selbst durch Erhöhung der Treibstoffmenge und des Schubs des Vinci nicht gehalten werden.

Danach kam die Vega – nicht nur um unabhängig bei kleineren Trägern zu sein, sondern auch um zur aktuellen Technologie bei Feststofftreibwerken aufzuschließen. Nun wird schon die Ariane 6 propagiert und wen wundert es bei den Technologien geht es nun nicht mehr um den Einsatz dessen was man schon hat, sondern um neues. Entweder sehr große Hydrocarbontriebwerke wie die Kombination LOX/LNG zu erproben oder gleich ein LOX/LH2 Triebwerk im Staged Combustion Betrieb. Dann hätte man wohl alle Triebwerkstechnologien durch und alle Treibstoffkombinationen ebenfalls.

Dabei hat die ESA durchaus untersucht was bei Ariane 5 noch möglich ist. 2002 sah man hier noch die Möglichkeit in einem neuen Haupttriebwerk (untersucht 1500, 1700 und 2000 kN Klasse) – anders als das Vulcain 2 mit etwas schlechteren Leistungsdaten, aber billiger in der Fertigung. Da Ariane 5 ausgeprägte Gravitationsverluste durch die lange Brennzeit hat, wäre die Nutzlast so durch eine kürzere Brennzeit trotzdem effektiv angesteigen. Auch plante man damals die Booster in der Vega P80 Technologie herzustellen, sie wären dann um ein Drittel leichter und trotzdem leistungsfähigere. Beide Maßnahmen hätten die Nutzlast auf 14 bis 15 t angehoben. So hätte sich auch die Vega Entwicklung gelohnt. Doch davon ist nun nicht mehr die Rede.

Die Oberstufe soll nun ein neues Triebwerk bekommen. Sie weist aber wie die ESC-A eine sehr hohe Trockenmasse auf. Würde man diese reduzieren, z.B. durch die bei den Shutteltanks schon eingesetzte AL 2195 Legierung anstatt der 2209, oder Innendruckstabilisierung und CFK-Werkstoffen in den Strukturteilen die nicht tiefen Temperaturen ausgesetzt werden, so könnte man deren Trockenmasse erheblich reduzieren und bräuchte kein Vinci sondern käme mit dem HM-7B aus. Nur zur Erinnerung: Die alte Ariane 4 Dritt stufe wog bei 11,9 t trocken 1,36 t. Die neue ESC-A mit demselben Triebwerk nach dem Start noch 3,3 t bei 14,6 t Treibstoff. Nur mal dieselbe Technologie angesetzt und man bräuchte keine ESC-B um auf 12 t Nutzlast zu kommen….

Mir selbst fallen noch zig andere Ideen ein. Die JAXA entwickelte die H-2B aus der H-2A einfach durch eine etwas größere Zentralstufe mit zwei Triebwerken. Keine Idee für die ESA? Selbst wenn man nur die schon existierenden P80 Booster der Vega an die Rakete zusätzlich montieren würde, gewinnt man über 2 t Nutzlast gegenüber einer ESC-A. Das bedeutet dass man sich praktisch die Vinci Oberstufe einspart.

Aber stattdessen das gleiche wie bei der Ariane 5 Evolution: Wir müssen was neues entwickeln. Dabei sieht man schon jetzt wo es hakt. Neues Triebwerk für die ESC-B von Frankreich, damit die auch ein Expander Cycle Triebwerk bauen können und gleich auch noch Spitzenreiter bei Schub und spezifischen Impuls sind. Und die Struktur lassen wir von Bremen entwickeln, die keinerlei Erfahrungen haben im Leichtbau sondern bisher nur kleine Stufen mit lagerfähigen Treibstoffen gebaut haben. So wird die ESC-B bei ansonsten fast gleichen Daten wie die Delta 4 Zweitstufe über 6 t leer wiegen, die Delta liegt unter 4 t. Ja auch so könnte man 2 t Nutzlast bekommen. Warum, wenn es schon neue Technologien sind, dann nicht welche in leichten Strukturen oder Vibrationsdämpfungssystemen um das Strukturgewicht zu senken?

Vor allem bei Raketen geht es nicht primär um Technologiegewinn, sondern um eine bezahlbare Entwicklung und einen bezahlbaren Träger. Schaut man sich um, so setzt praktisch kein anderes Land, außer vielleicht Japan überall Spitzentechnologie ein. Die meisten setzen auf LOX/Kerosin, also altbewährtes. selbst die Delta 4 hat ein Triebwerk neu entwickelt, das dem Vinci hinsichtlich spezifischem Impuls und Schub/Gewichtsverhältnis unterlegen ist, aber es war preiswert zu entwickeln und ist preiswert zu produzieren. Ich mag Technologieentwicklung, aber sinn muss sinnvoll sein. Sie kann nie ein Selbstzweck sein.

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