Macht noch mehr aus der Angara

Trotz der neuen Oberstufe (siehe gestern: http://www.bernd-leitenberger.de/blog/2013/08/14/macht-mehr-aus-der-angara/) braucht man noch immer vier verschiedene Stufen. Die Technik des Treibstofftransfers bietet jedoch die Möglichkeit, Abhilfe zu schaffen. Hierbei wird das Triebwerk des zentralen URMs über Leitungen von den anderen URMs mit Treibstoff versorgt, bis diese leer sind und abgeworfen werden. Dadurch sind die Tanks der Zentralstufe zu diesem Zeitpunkt noch voll, was gegenüber dem bisher vorgesehenen Herunterfahren des Triebwerks die Nutzlast soweit erhöht, dass der Block I entfallen kann. Dass solche Treibstofftransfers machbar sind, hat das Space Shuttle gezeigt. Soweit ich weiß, ist diese Technik außerdem für die Delta IV und die Falcon Heavy geplant.

Ein weiterer Nachteil der Angara ist, dass eine Version zum Ersatz der Sojus fehlt und es eine Lücke zwischen der A3 und der A5 gibt. Um dieses Problem zu lösen, sollte man auch asymmetrische Raketen in Betracht ziehen. Dass diese möglich sind, zeigen Vorschläge von MT Aerospace (http://forum.nasaspaceflight.com/index.php?topic=27452)  und japanische Planungen zur H2A. Eine weitere Verbesserung ist der Ersatz der kleinen Breeze durch die leistungsfähigere Fregat.

Angara A1.1:

Die Breeze wird durch die Fregat ersetzt.

Gesamtmasse

141,80

Nutzlast LEO

2,2

SSO

1,65

Nutzlastverkleidung Fairing Maße 6,4*2,62
Masse
Zielgeschwindigkeit delta V LEO

9866

delta V SSO

10355,00

voll in t leer in t Isp. In m/s Schub kN
Stufe 1

135,50

10,5

3304

2080

Stufe 2

6,3

0,95

3207

19,6

 

Angara A1.2:

Bei der Angara A1.2 gibt es gegenüber der ersten Ausbaustufe keine Veränderungen.

Gesamtmasse

158,98

Nutzlast LEO

7,3

GTO

1

Nutzlastverkleidung Fairing Maße 6,4*2,62
Masse
Zielgeschwindigkeit delta V LEO

9723

delta V SSO

13500,00

voll in t leer in t Isp. In m/s Schub kN
Stufe 1

135,50

10,5

3304

2080

Stufe 2

23,48

2,98

4542

196,2

 

Angara A2:

Die A2 ist das kleinste Mitglied mit Treibstofftransfer. Für GTO-Missionen wird die Oberstufe analog zur Atlas V mit einem, bei Flügen in den LEO mit zwei Triebwerken ausgestattet. Der Geschwindigkeitsbedarf für den GTO orientiert sich an der Proton, da ich unsicher war, ob die auf Basis der Original-Angara errechneten Zielgeschwindigkeiten für den Start von Plessetzk oder Baikonour aus gelten.

Gesamtmasse

310,24

Nutzlast LEO

13,40

GTO

3,40

Nutzlastverkleidung Fairing Maße 13,2*4,35
Masse
Zielgeschwindigkeit delta V LEO

9863

GTO

13500

voll in t leer in t Isp. In m/s Schub kN
Stufe 1

143,50

10,50

3304,00

4160,00

Stufe 2

143,50

10,50

3304,00

2080,00

Stufe 2

23,24

2,74

4542,00

98,10

 

Angara A3:

Gleicht der A2 bis auf ein zusätzliches URM.

Gesamtmasse

453,74

Nutzlast LEO

19,00

GTO

5,30

Nutzlastverkleidung Fairing Maße 15,255*4,35
Masse
Zielgeschwindigkeit delta V LEO

9863

GTO

13500

voll in t leer in t Isp. In m/s Schub kN
Stufe 1

287,00

21,00

3304,00

6240,00

Stufe 2

143,50

10,50

3304,00

2080,00

Stufe 2

23,24

2,74

4542,00

98,10

 

Angara A4:

Wieder asymmetrisch. Die LEO-Nutzlast wäre so groß, dass die Oberstufe ziemlich massiv gebaut werden müsste, weswegen mit deren Einsatz bei der A4 und 21,6t Nutzlast Schluss ist (theoretisch mehr, aber21,6t mit der Proton reichten bisher)

Gesamtmasse

597,24

Nutzlast LEO

21,6

GTO

7,00

Nutzlastverkleidung Fairing Maße 15,255*4,35
Masse
Zielgeschwindigkeit GTO

13500

voll in t leer in t Isp. In m/s Schub kN
Stufe 1

430,50

31,50

3304,00

8320,00

Stufe 2

143,50

10,50

3304,00

2080,00

Stufe 2

23,24

2,74

4542,00

98,10

 

 

Angara A5

Mit der GTO-Nutzlast der Angara A5 sollten die Russen auch für zukünftige schwere Kommunikationssatelliten gerüstet sein.

Gesamtmasse

740,74

Nutzlast LEO
GTO

8,50

Nutzlastverkleidung Fairing Maße 16,371*5,1
Masse
Zielgeschwindigkeit GTO

13500

voll in t leer in t Isp. In m/s Schub kN
Stufe 1

574,00

42,00

3304,00

10400,00

Stufe 2

143,50

10,50

3304,00

2080,00

Stufe 2

23,24

2,74

4542,00

98,10

 

Die Rakete bietet noch etwas Potential, mit den Nutzlasten mitzuwachsen. Zum einen könnten neue Treibstoffe wie Acetam  zum Einsatz kommen. Schon eine Erhöhung der Ausströmgeschwindigkeit in der Grundstufe um 100 m/s könnte die GTO-Nutzlast bei der Angara A5 um etwa 0,8t anheben. Wenn bei derselben Version die Zentralstufe zuerst von einem URM-Paar versorgt wird und nach dessen Abwurf auf das Andere umschaltet, so kann die Nutzlast um 0,3t vergrößert werden.

Zusammenfassung:

Nutzlasten

Rakete LEO alt LEO neu GTO alt GTO neu
Sojus

8,25

10,4

3,24

4,3

Zenith

15,7

15,7

6

11,7

Proton

21,6

21,6

5,645

9,5

Angara 1.2

3,7

7,3

0,9

Angara 3

14,6

21,1

2,4

5,2

Angara 5

24,7

24,7

5,4

9,2

Angara A1.1

2,2

Angara A1.2

7,3

0,9

Angara A2

13,40

3,40

Angara A3

19

5,3

Angara A4

21,6

7

Angara A5

8,5

 

Eine solche Standardoberstufe für die aktuellen Träger hätte, als man vor einigen Jahren neue Oberstufen suchte, wahrscheinlich schon deshalb keine Chance gehabt, weil diese von verschiedenen Herstellern stammen und sie sich für die Entwicklung hätten zusammentun müssen. Die Entwicklungskosten sollten diejenigen der aktuellen Angara nicht sehr weit übersteigen, schließlich hätte man sich das neue Zweitstufentriebwerk der Sojus 2-1b sparen können, ganz abgesehen von der deutlich höheren Nutzlast. Sie ist bei der Zenith hoch genug, um problemlos Doppelstarts durchführen zu können.

Wirklich sinnvoll wäre die neue Oberstufe zusammen mit der Treibstofftransfer-Angara Familie, die für jede GTO-Satelliten-Gewichtsklasse eine Version bereithält und aus nur zwei Stufen plus der Fregat besteht. Trotz höherer Nutzlast sollten die Entwicklungskosten nicht größer sein als bei der bisherigen Konfiguration, denn eine Stufe muss ohnehin neu entwickelt werden (Block 1). Wäre man die Standard-Oberstufe schon vor einigen Jahren anstatt der Sojus 2-1b angegangen, hätte man neben den Nutzlaststeigerungen bei den älteren Raketen für die Angara nur das URM und das Rd 191 neu entwickeln müssen.

Was mich an der Angara unabhängig davon verwundert, ist die recht hohe Leermasse der URMs. Dazu nur folgende Tabelle der Masseverhältnisse:

Stufe v/l Verhältnis
URM

13,7

Sojus Zentralstufe

14,8

Thor

15,5

 

Ich frage mich immer wieder, wie die Amerikaner bei der so kleinen Thor dieses Masseverhältnis erreichten.

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