Die Kompetenz Deutschlands im Raketenbau

Als ich kürzlich meinen Aufsatz über die Ariane 6 aktualisierte, habe ich dann auch ein Statement gelesen, wie wichtig die Ariane 6 ist die Kompetenz Deutschlands im Raketenbau aufrechtzuerhalten. Zeit das Mal genauer zu beleuchten.

Also nehmen wir zuerst mal Deutschland. Die Entwicklung fing mit der Europa an. Für die Europarakete wurde die dritte Stufe Astris entwickelt. An ihr beteiligt waren ERNO und Bölkow zu je 50%. Struktur und Triebwerk stammten von ERNO, Elektronik, Telemetrie etc. von Bölkow. Die Stufe wurde dreimal im Flug gezündet. Zweimal sprengte das Selbstzerstörungssystem sie nach der Zündung. Als dies erkannt und gelöst war, konnte sie beim dritten Einsatz keine Umlaufbahn erreichen. Das ist bis heute etwas rätselhaft. Die Nutzlastverkleidung löste sich, doch selbst mit Nutzlastverkleidung wäre die Nutzlast nicht schwer genug gewesen. Es gab aber auch eine Minderleistung der dritten Stufe, die wohl damit ursächlich war.

Nach dem Fehlstart der ersten Europa II, bei der die dritte Stufe gar nicht erst zum Einsatz kam, wurde der ganze Träger durchgesehen und in der dritten Stufe wurden zahlreiche Mängel gesehen, die vor allem in der Verbindung der Teile von ERNO und MBB (nach der Fusion 1969 aus Bölkow und Messerschmidt entstanden) beruhten. Grundlegende Standards zur Trennung von hohen und niederen Spannungen, Daten und Steuerleitungen und der Erdung waren nicht beachtet worden. Die Elektrik hätte komplett überarbeitet werden und die Astris galt danach als nicht qualifiziert.

Bei Ariane 1 war Deutschland nur zu 20% beteiligt. Anders als bei der Europa aber nicht mit einer selbst gebauten Stufe, sondern Einzelkomponenten. Dornier baute den Treibstofftank der zweiten Stufe, ERNO baute Strukturteile der zweiten Stufe und integrierte sie, MAN fertigte die Turbopumpen und Gasgeneratoren der Viking Triebwerke und das Schubgerüst, MBB die Brennkammer der dritten Stufe.

Bei der Ariane 5 war es wieder eine Stufe, die EPS Oberstufe, dazu wieder Streuaufträge: MAN/MT Aerospace baut die Boosterhüllen, Hydrauliken und Tankdome der EPC/ESC-A LH2 Tanks, zudem die Tanks der EPS. Die DASA in Bremen (früher ERNO) hat den Großteil der EPS Stufe jedoch nicht die Tanks und die Struktur, die von CASA stammte. Die Brennkammer des Vulcains stammte ebenfalls von der DASA, diesmal aber dem Werk das früher MBB war. Dazu kam die SPELTRA, die Düsen in der VEB und die Helmholzabsorber in der Nutzlastverkleidung.

Die EPS versagte bisher bei 27 Starts einmal. Beim Evolution Programm integriert Astrium Bremen die Stufe, allerdings stammt das Triebwerk aus Frankreich. Fassen wir zusammen: Bisher baute Deutschland nur einmal eine komplette Stufe, eine Zweite fast vollständig. Ansonsten haben wir einzelne Teile einer Rakete gebaut oder eine Stufe aus Teilen, die woanders gebaut wurden, zusammengebaut. Von diesen beiden Stufen hatte keine eine Startmasse von mehr als 11 t und einen Schub von mehr als 28,9 kN. Nur lagerfähige Treibstoffe wurden verwendet.

Wie sieht es sonst so in Europa aus? Nun Frankreich hat die Diamant alleine entwickelt und drei Versionen gestartet. Frankreich hat die Schlüsselrolle (über 50% des Kapitaleinsatzes bei Ariane und achtet auch drauf, dass man die technologisch wichtigsten Dinge in Frankreich entwickelt, so die Triebwerke Vulcain, Vinci oder die leichtgewichtigen Tanks der EPC. Als die Vega entwickelt wurde, stieg Frankreich ein, um die CFK-Bauweise von großen Boostern zu beherrschen.

Selbst England, die seit vierzig Jahren bei keiner europäischen Rakete mehr beteiligt ist, kann mit der Black Arrow eine eigene Trägerrakete vorzeigen. Italien hat selbst keine Rakete entwickelt, ist jedoch Systemführer bei der Vega mit 65% des Kapitaleinsatzes und baut zwei Stufen selbst und ist an der ersten zu 50% beteiligt. Italien könnte auch eine eigene Trägerrakete bauen.

In Deutschland ist bemannte Raumfahrt viel wichtiger. Traditionell finanziert Deutschland zu 40-50% dieses ESA-Programm, obwohl es sich nicht lohnt – mehr als einen deutschen Astronauten gibt es im Chor nicht. Eher lohnt es sich wenig zu investieren wie gerade England zeigte die nun auch einen Astronauten zur ISS schicken können. Im Trägersektor wollte man nie investieren und das hat sich gerächt. Es gab bei der Ariane 5 Entwicklung das Angebot das Vulcain gemeinsam zu entwickeln. Das hätte eine größere Beteiligung bedeutet – abgelehnt. Bei der Vega wollte man auch nicht dabei sein. Warum auch leichtgewichtige CFK-Feststoffantriebe entwickeln, wenn es doch billige 40 Jahre alte russische ICBM gibt? Nun vielleicht, weil die Ariane 6 diese Technologie in den ersten beiden Stufen einsetzt, und ratet mal, wer nun die Aufträge dafür bekommt?

Was bleibt an Kompetenz: Lagerfähige Stufen kann man bauen oder, wenn man wie bei der ESC-A/B die Tanks für eine kryogene Stufe baut, sind sie enorm schwer, weil man offensichtlich keine Leichtbauweise beherrscht wie Frankreich bei der EPC. Als das DLR spät in die Vega einsteigen wollte, vergab sie an Astrium Bremen eine Studie, die verschiedene flüssige Oberstufen untersuchen sollte. Das Resultat: Wenn Astrium Bremen so was anfängt, sind die Stufen so schwer, dass die Nutzlast absinkt.

Ich sehe nichts, was Deutschland an der Ariane 6 substanziell beitragen könnte. Die Booster werden aus CFK-Werkstoffen bestehen. Wir können nur dicke Stahlhüllen. Da man sie auch für die Vega einsetzen kann, werden sie Frankreich/Italien bauen. Das Vinci stammt von Frankreich und bei Oberstufen beherrscht Astrium Bremen weder Innendruckstabilisierung (Centaur) noch leichtgewichtige Legierungen (Shuttle ET, SLS Oberstufe). Im Prinzip hat sich die Firma seit der Astris technologisch nicht weiter entwickelt. Was bleibt bleiben einige Strukturteile für Stufenadapter oder VEB und die Triebwerke in der VEB. Kleinkram eben.

Was kann man tun? Nun man könnte noch für die ESC-B das Ruder herumreißen. Es müsste eine gemeinsame Oberstufe für Ariane 5 und 6 entstehen. Das ist die derzeitige ESC-B nicht. Weder in den Abmessungen noch im Leergewicht. Die ESC-B wird bei 28 t Treibstoffzuladung rund 6 t leer wiegen. Mit schuld daran ist auch die Form. Die Stufe wird denselben Durchmesser wie die Ariane 5 haben, also 5,4 m. Bei der Treibstoffzuladung von 24 t LH2 und 4 t LOX hätten die Tanks bei zylindrischer Auslegung nur 2,53 und 0,62 m Höhe. Da die sphärischen Dome immer erheblich mehr als die zylindrischen Segmente wiegen, muss man sich über das höhe Leergewicht nicht wundern. Ein Konzept von MT Aerospace für die Ariane 6 setzt auf eine Stufe ebenfalls mit dem Vinci und 24,9 t Treibstoff, aber 3,7 t Trockenmasse. Das sind dann bei 28 t Treibstoff 4,1 t Trockenmasse oder 2 t weniger. Diese Stufe hat 3.6 m Durchmesser und sogar getrennte Tanks, was eigentlich das Gewicht erhöht. Da die Ariane 6 mit den Feststoffboostern ebenso etwa 3,7 m Durchmesser in den ersten beiden Stufen einsetzt und die kryogene Oberstufe 4,4 m Durchmesser aufweisen soll, wäre es sinnvoller gleich die ESC-B im Durchmesser auf 4,4 m zu reduzieren und eine Stufe zu entwickeln, die man gleich auf der Ariane 6 einsetzen kann. Das spart Entwicklungskosten für zwei Stufen und dürfte die Nutzlast für die Ariane 5 steigern.

Damit wäre Deutschland auch weder bei der Ariane 6 dabei – sofern Astrium Bremen überhaupt eine Stufe mit nicht zu hohem Leergewicht hinbekommt. Bisher sieht es ja nicht so aus. Es fehlt aber auch der politische Wille, sich wirklich substanziell zu beteiligen. Das ist neben der Tatsache, dass im Prinzip bei den Feststoffboostern (erste und zweite Stufe) und beim Vinci Triebwerk das Rennen schon gelaufen ist das zweite Hauptproblem. Und da sehe ich keine Besserung, solange Bundeskanzler/innen es wichtiger ist eine Schalte zu deutschen Astronauten zu haben anstatt einige Tausend Arbeitsplätze, die dauerhaft im Trägersektor gesichert sind.

4 thoughts on “Die Kompetenz Deutschlands im Raketenbau

  1. Hallo. Hire habe ich einen Brief an die europäischen Raum Beamten über die Kontroverse über die feste gegen flüssige Versionen der Ariane 6 geschrieben. eine wichtige Tatsache, die über ihre jeweiligen Vorteile erwähnt werden muss, ist, dass die Flüssigkeit angetrieben man als bemannte Trägerrakete verwendet werden.
      Auch, wie sich Deutschland über die Tatsache, das Gefühl, dass ein großer Teil der Entscheidung, um die Feststoffe von der französisch begünstigen, um die festen Raketen von der französisch Militär subventionieren?
      Effektiv, sind Deutschland und den anderen europäischen Ländern helfen, die französisch militärischen subventionieren.

    Bob Clark

    ===================================================
    Subject : A low cost, all European, manned launcher.
    Date : Sat, Jun 15, 2013 11:16 AM EDT
    From : „Robert Clark“
    To : ****@****

    This article discusses the possibility of using the ATV as a manned
    spacecraft:

    Shifting Constellations: Europe Eyes China in Space Race.
    By Kevin Holden Platt in Beijing
    February 08, 2013 – 03:17 PM
    http://www.spiegel.de/international/europe/esa-mulls-new-alliance-as-china-becomes-space-leader-a-882212.html

    Russia and China have their own manned spaceflight program, as will the U.S. once again soon. Even India and Japan are planning their own manned spaceflight programs.
    The European Union has been the greatest economic power in the world or a close second to the U.S. over the last few years. European space advocates then should regard it as unacceptable that Europe has no plans to develop a manned spaceflight capability.
    The main impediment has been cost. But such costs would be reduced greatly if the focus was on small rather than large. The ATV is a large, expensive spacecraft as is the Ariane 5. But there is no need to have a spacecraft as large as the ATV simply to carry a crew, or a rocket as large as the Ariane 5 to launch them to orbit.
    My recommendation is instead to adapt, for example, the much smaller Cygnus, designed and built in Italy, for the purpose. This would allow a much smaller vehicle of Ariane 6 size to be used as the launcher. The complaint that the Cygnus does not have life support or a heat shield is not valid since that would have to be provided to the ATV as well. Another possibility for the capsule would be the ‚Magic Dragon‘ capsule developed by Elson Space:

    PICTURE: UK built SpaceX capsule revealed.
    By: ROB COPPINGER LONDON 11:25 15 Apr 2008
    http://www.flightglobal.com/news/articles/picture-uk-built-spacex-capsule-revealed-222995/

    For this to be the case, you would have to adopt the liquid-fueled version
    for the Ariane 6, eventhough the solid-fueled version has been decided upon.
    The Academy of Air & Space in France has criticized the choice of the
    solid-fueled version on the grounds that it does not advance the technology and has limited flexibility:

    Academy Urges Europe To Halt Work on ‘Wrong Choice’ Ariane 6 Design.
    By Peter B. de Selding | May. 30, 2013
    http://www.spacenews.com/article/launch-report/35546academy-urges-europe-to-halt-work-on-‘wrong-choice’-ariane-6-design#.Ubqa4cu9KSO

    But another key advantage was not mentioned by the Academy, that the
    liquid-fueled version could serve as a manned launcher. To me this is an
    *overwhelmingly* important fact that needs to be mentioned in regards to their relative merits. This would be a profoundly important advance in European technology. Look at how the Chinese space program was regarded as having been advanced by developing its manned spaceflight program. Because of this advance, to some the Chinese space program is regarded as having surpassed both the European and American ones.
    I am aware of the fact that the choice of the solid-fueled Ariane 6 was
    largely political, shaped by the requirements of geographical return which the ESA has to follow. However, I am a strong proponent of the commercial space approach to launcher/spacecraft development. To me it is an extremely important fact that the costs to the government were reduced by 90%(!) by both SpaceX and Orbital Sciences in developing their respective launchers.
    For a commercial enterprise in the business world, if you found a way to
    reduce your costs by 90% that would be a development that would be hailed for decades as an extremely important advance. But because space programs are government run this is something that still is only spoken of in hushed tones by NASA.
    Still nevertheless NASA’s commercial space program was a tremendous success in producing launchers at greatly reduced costs to the government. Note that NASA was forced to this because of the high cost of producing manned launchers under normal governmental financing procedures. This success then should be modeled by European space agencies in producing manned launchers even if it requires bypassing the ESA, with its geographical return requirements.

    Here I discuss how the liquid-fueled Ariane 6 could serve as a manned
    spaceflight vehicle:

    On the lasting importance of the SpaceX accomplishment, Page 4: how the Ariane 6 can beat both SpaceX and the Russians.
    http://exoscientist.blogspot.com/2013/06/on-lasting-importance-of-spacex.html

    Bob Clark
    =============================================

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