Die Euroflotte

Der heutige Aufsatz ist (fast) nichts neues. Ich will in einem kleinen Aufsatz mal zusammenfassen welche Möglichkeiten wir heute haben ohne große Investitionen die vom CSG gestarteten Raketen an neue Nutzlasten anzupassen. Mit einer Ausnahme geht das nur in Richtung größere Nutzlasten. Es rächt sich eben, das das modulare System der Ariane 4 fehlt, daher würste ich das in geweisser Weise nach.

Fangen wir mit der Vega an. Es gibt hier zwei einfache Erweiterungsmöglichkeiten. Die erste ist es die zweite Stufe Zefiro 23 als Booster hinzunimmt. Da die Brennzeit kürzer als die der ersten Stufe ist verändert dies nicht die Spitzenbeschleunigung.. Entsprechende Überlegungen gab es schon. Das hebt die Nutzlast in den Referenzorbit von 1500 auf 2200 kg bei zwei und auf 3000 kg bei vier Boostern. Die zweite Möglichkeit die es gibt ist es die Qualifikation der Zefiro 16 Stufe nachzuholen. 1998/99 hatte diese schon zwei Zündungen absolviert, als man noch die Vega etwas kleiner plante und stellte das 2002 ein, als die heutige Zefiro 23 aus der Zefiro 16 entstand. Man könnte sie zwischen der Z23 und Z9 einführen oder die Z23 ersetzen. Das gibt zwei Möglichkeiten die für 1400 und 2000 kg Nutzlast stehen. Kombiniert mit den Boostern kann man so die Nutzlast auf 2700 bzw. 3500 kg Nutzlast steigern. So erhält man folgende Konfigurationen:

Startmasse [kg]	Nutzlast [kg]	Verkleidung [kg]	Geschwindigkeit [m/s]	Verluste [m/s]
136106	1500	490	8560	1695
Stufe	Anzahl	Name	Vollmasse [kg]	Leermasse [kg]	Spez.Impuls (Vakuum) [m/s]
1	1		95796	7431	2746
2	1		25791	1845	2839
3	1		11485	915	2903
4	1		1044	494	3095

 

Rakete: Vega + 2 X Z23

Startmasse [kg]	Nutzlast [kg]	Verkleidung [kg]	Geschwindigkeit [m/s]	Verluste [m/s]
188398	2210	490	8560	1695
Stufe	Anzahl	Name	Vollmasse [kg]	Leermasse [kg]	Spez.Impuls (Vakuum) [m/s]
1	1		147378	11121	2746
2	1		25791	1845	2839
3	1		11485	915	2903
4	1		1044	494	3095

 

Rakete: Vega + 2 X Z23 + Zefiro 16

Startmasse [kg]	Nutzlast [kg]	Verkleidung [kg]	Geschwindigkeit [m/s]	Verluste [m/s]
206371	2873	490	8488	1695
Stufe	Anzahl	Name	Vollmasse [kg]	Leermasse [kg]	Spez.Impuls (Vakuum) [m/s]
1	1		147378	11121	2746
2	1		25791	1845	2839
3	1		17310	1310	2839
4	1		11485	915	2903
5	1		1044	494	3095

 

Rakete: Vega + 4 x Z23

Startmasse [kg]	Nutzlast [kg]	Verkleidung [kg]	Geschwindigkeit [m/s]	Verluste [m/s]
240619	2849	490	8560	1695
Stufe	Anzahl	Name	Vollmasse [kg]	Leermasse [kg]	Spez.Impuls (Vakuum) [m/s]
1	1		198960	14811	2746
2	1		25791	1845	2839
3	1		11485	915	2903
4	1		1044	494	3095

 

Rakete: Vega + 4 x Z23 + Zefiro 16

Startmasse [kg]	Nutzlast [kg]	Verkleidung [kg]	Geschwindigkeit [m/s]	Verluste [m/s]
258588	3508	490	8560	1695
Stufe	Anzahl	Name	Vollmasse [kg]	Leermasse [kg]	Spez.Impuls (Vakuum) [m/s]
1	1		198960	14811	2746
2	1		25791	1845	2839
3	1		17310	1310	2839
4	1		11485	915	2903
5	1		1044	494	3095

 

Rakete: Vega + Zefiro 16

Startmasse [kg]	Nutzlast [kg]	Verkleidung [kg]	Geschwindigkeit [m/s]	Verluste [m/s]
153883	1967	490	8560	1695
Stufe	Anzahl	Name	Vollmasse [kg]	Leermasse [kg]	Spez.Impuls (Vakuum) [m/s]
1	1		95796	7431	2746
2	1		25791	1845	2839
3	1		17310	1310	2839
4	1		11485	915	2903
5	1		1044	494	3095

 

Rakete: Vega / Zefiro 16

Startmasse [kg]	Nutzlast [kg]	Verkleidung [kg]	Geschwindigkeit [m/s]	Verluste [m/s]
141852	1421	490	8560	1684
Stufe	Anzahl	Name	Vollmasse [kg]	Leermasse [kg]	Spez.Impuls (Vakuum) [m/s]
1	1		95796	7431	2746
2	1		25791	1845	2839
3	1		17310	1310	2839
4	1		1044	494	3095

Die Rakete ist nun skalierbar zwischen 1400 und 3500 kg Nutzlast.

Kommen wir zur Sojus. Bei der Sojus gibt es ebenfalls zwei Möglichkeiten. Zum einen der Start ohne Booster wie bei der Sojus 1. Das NK-33 wird zwar nicht mehr produziert, aber man überlegt es schon durch das RD-191 der Angara zu ersetzen, das etwas schubstärker ist. Das zweite ist das Ersetzen der Fregat durch die europäische H10 Stufe der Ariane 4. Der Durchmesser der Sojus ist fast derselbe wie bei der Ariane 4, sodass man die Stufe nur wieder bauen müsste. Bei der Sojus 1 kann man Block L ersetzen, ansonsten die Fregat. Es gibt dann noch die Variation auch bei der Sokus 2 Block I zu ersetzen. Bei der Sojus 1 steigt so die Nutzlast auf über 3600 kg, was äquivalent einer der mittleren Vega Konfigurationen ist. Bei der Sojus 2 sind alle Kombinationen mit der H10 (egal ob nur Fregat oder auch die zweite Stufe ersetzt wird) besser als die Ausgangsversion. Mit der H10 sind bis zu 5200 kg möglich womit die Sojus in den Bereich mittelgroßer Nutzlasten vorstößt.

Rakete: Sojus 1

Startmasse [kg]	Nutzlast [kg]	Verkleidung [kg]	Geschwindigkeit [m/s]	Verluste [m/s]
163355	3000	4500	7802	2408
Stufe	Anzahl	Name	Vollmasse [kg]	Leermasse [kg]	Spez.Impuls (Vakuum) [m/s]
1	1		127700	8100	3247
2	1		28155	2775	3520

 

Rakete: Sojus 1 / H10

Startmasse [kg]	Nutzlast [kg]	Verkleidung [kg]	Geschwindigkeit [m/s]	Verluste [m/s]
149275	3665	4500	7802	2408
Stufe	Anzahl	Name	Vollmasse [kg]	Leermasse [kg]	Spez.Impuls (Vakuum) [m/s]
1	1		127700	8100	3247
2	1		13410	1810	4365

 

Rakete: Sojus 1 Volga

Startmasse [kg]	Nutzlast [kg]	Verkleidung [kg]	Geschwindigkeit [m/s]	Verluste [m/s]
160695	1400	1700	8663	2646
Stufe	Anzahl	Name	Vollmasse [kg]	Leermasse [kg]	Spez.Impuls (Vakuum) [m/s]
1	1		127700	8100	3247
2	1		28155	2775	3520
3	1		1740	840	3011

 

Rakete: Sojus 2a

Startmasse [kg]	Nutzlast [kg]	Verkleidung [kg]	Geschwindigkeit [m/s]	Verluste [m/s]
313703	2640	1740	10228	2024
Stufe	Anzahl	Name	Vollmasse [kg]	Leermasse [kg]	Spez.Impuls (Vakuum) [m/s]
1	1		177648	15136	3129
2	1		99725	6545	3129
3	1		25650	2860	3188
4	1		6300	950	3207

 

Rakete: Sojus 2a

Startmasse [kg]	Nutzlast [kg]	Verkleidung [kg]	Geschwindigkeit [m/s]	Verluste [m/s]
313703	2640	1740	10228	2024
Stufe	Anzahl	Name	Vollmasse [kg]	Leermasse [kg]	Spez.Impuls (Vakuum) [m/s]
1	1		177648	15136	3129
2	1		99725	6545	3129
3	1		25650	2860	3188
4	1		6300	950	3207

 

Rakete: Sojus 2a + H10

Startmasse [kg]	Nutzlast [kg]	Verkleidung [kg]	Geschwindigkeit [m/s]	Verluste [m/s]
322499	4776	1740	10228	2024
Stufe	Anzahl	Name	Vollmasse [kg]	Leermasse [kg]	Spez.Impuls (Vakuum) [m/s]
1	1		177648	15136	3129
2	1		99725	6545	3129
3	1		25200	2255	3188
4	1		13410	1810	4365

 

Rakete: Sojus 2a / H10

Startmasse [kg]	Nutzlast [kg]	Verkleidung [kg]	Geschwindigkeit [m/s]	Verluste [m/s]
296507	3984	1740	10228	2024
Stufe	Anzahl	Name	Vollmasse [kg]	Leermasse [kg]	Spez.Impuls (Vakuum) [m/s]
1	1		177648	15136	3129
2	1		99725	6545	3129
3	1		13410	1810	4365

 

Rakete: Sojus 2b

Startmasse [kg]	Nutzlast [kg]	Verkleidung [kg]	Geschwindigkeit [m/s]	Verluste [m/s]
316878	3240	1740	10228	2089
Stufe	Anzahl	Name	Vollmasse [kg]	Leermasse [kg]	Spez.Impuls (Vakuum) [m/s]
1	1		177668	15136	3130
2	1		99725	6545	3130
3	1		28205	2705	3520
4	1		6300	950	3207

 

Rakete: Sojus 2b + H10

Startmasse [kg]	Nutzlast [kg]	Verkleidung [kg]	Geschwindigkeit [m/s]	Verluste [m/s]
325564	5266	1740	10228	2090
Stufe	Anzahl	Name	Vollmasse [kg]	Leermasse [kg]	Spez.Impuls (Vakuum) [m/s]
1	1		177668	15136	3130
2	1		99725	6545	3130
3	1		27755	2255	3520
4	1		13410	1810	4365

 

Rakete: Sojus 2b / H10

Startmasse [kg]	Nutzlast [kg]	Verkleidung [kg]	Geschwindigkeit [m/s]	Verluste [m/s]
296425	3882	1740	10228	2090
Stufe	Anzahl	Name	Vollmasse [kg]	Leermasse [kg]	Spez.Impuls (Vakuum) [m/s]
1	1		177668	15136	3130
2	1		99725	6545	3130
3	1		13410	1810	4365

Bei der Ariane gäbe es die Möglichkeit die kommende ECS-B Oberstufe zu optimieren, die es ja noch nicht gibt, doch ich nehme mal an sie kommt in der geplanten überschweren Version. Hier sehe ich zwei Erweiterungsmöglichkeiten, Die naheliegende ist es zwei Vega Erststufen als Booster zu verwenden. Sie machen die Rakete rund 190 t schwerer. Da Ariane aber mit einem hohen Schubüberschuss startet  würde sie auch ohne die gezündeten P85 abheben. Sie werden dann wie bei der Ariane 3 wenige Sekunden nach dem Start gezündet. Das hat einen Riesenvorteil: Die Startanlage muss nicht modifiziert werden, da die abgase nicht auf den Boden treffen. Die Rakete muss aber angepasst werden. Wie bei der Atlas 2AS muss man an der oberen Befestigung der P85 ein Band um die Rakete ziehen welche den Schub auf die Hülle verteilt. Ich habe dafür mal 1000 kg bei der Leermasse der EPC zugeschlagen. Die beiden P80 erhöhen die GTO Nutzlast auf 14,7 t. Damit hat man eine Option für den Transport zweier schwerer Satelliten. Es würde sogar für drei mittlere Satelliten reichen wenn man sie Speltra wieder einführen würde. Dann ständen 13,5 t für die Nutzlast zur Verfügung, so viel wie drei 4,5 t Satelliten wiegen. Allerdings wird man diese wohl nicht gleichzeitig angeliefert bekommen. eher wird es eine Option für den Transport von Galileo sein – man könnte 10-11 Stück auf einmal starten z.B. je fünf oben und unten, sofern der Platz ausreicht. Ich habe auch eine Variante mit 4 P80 aufgeführt, von denen aber zwei dann beim Start gezündet werden. Das macht Umbauten bei der startplattform nötig. Alternativ müsste man die Geometrie der EAP ändern, sodass sie beim Start mehr Schub liefern. Das wurde ja schon gemacht beim Übergang Ariane 5G zu Ariane 5E allerdings nur bei einem Segment. Man müsste für eine Mindestbeschleunigung den Schub von 11700 auf 13100 kN steigern. Denkbar (hier nicht berücksichtigt) wäre auch ein Betrieb der P85 nach den EAP.

Die zweite Möglichkeit wäre ein größerer Umbau der EPC. Mit einem zweiten Vulcain 2 Triebwerk und einem angepassten Schubrahmen hätte die Stufe genügend Schub um bei der Abtrennung ein  1,16 g  Level zu erreichen. Das müsste die heute hohen Gravitationsverluste von 2400 m/s (Ariane 5 hatte nur 1500 m/s) reduzieren. Nimmt man eine Reduktion auf den Mittelwert zwischen der Ariane 4 und heutigen 5 an, so wird selbst bei einer um 3 t höheren Trockenmasse (1,9 t Vulcain 2, 1,1 t schubrahmen und Subsysteme) die Nutzlast um 1,1 t steigern. Nimmt man die angegebene Nutzlaststeigerungen bei Vulcain 3 Versionen mit weniger Schub als Basis so müsste es sogar noch mehr sein. Da allerdings das Vulcain 2 die teuerste Einzelkomponente ist, wird dies wahrscheinlich nicht ökonomisch sein, aber vielleicht eine Llsung wenn man zwei schwere Satelliten kombinieren kann und sonst Einzelstart durchführen müsste.

Rakete: Ariane 5 ECB

Startmasse [kg]	Nutzlast [kg]	Verkleidung [kg]	Geschwindigkeit [m/s]	Verluste [m/s]
794515	12000	2465	10228	2372
Stufe	Anzahl	Name	Vollmasse [kg]	Leermasse [kg]	Spez.Impuls (Vakuum) [m/s]
1	1		557000	75000	2692
2	1		188850	14100	4256
3	1		34200	6000	4560

 

Rakete: Ariane 5 ECB + 2 x P80

Startmasse [kg]	Nutzlast [kg]	Verkleidung [kg]	Geschwindigkeit [m/s]	Verluste [m/s]
989398	14751	2475	10228	2246
Stufe	Anzahl	Name	Vollmasse [kg]	Leermasse [kg]	Spez.Impuls (Vakuum) [m/s]
1	1		748372	89662	2705
2	1		189600	15100	4256
3	1		34200	6000	4560

 

Rakete: Ariane 5 ECB + 4 x P80

Startmasse [kg]	Nutzlast [kg]	Verkleidung [kg]	Geschwindigkeit [m/s]	Verluste [m/s]
1182036	16112	1970	10228	2372
Stufe	Anzahl	Name	Vollmasse [kg]	Leermasse [kg]	Spez.Impuls (Vakuum) [m/s]
1	1		940204	104678	2720
2	1		189550	15355	4256
3	1		34200	6000	4560

 

Rakete: Ariane 5 ECB 2 Vulcain

Startmasse [kg]	Nutzlast [kg]	Verkleidung [kg]	Geschwindigkeit [m/s]	Verluste [m/s]
799421	13156	2465	10228	1980
Stufe	Anzahl	Name	Vollmasse [kg]	Leermasse [kg]	Spez.Impuls (Vakuum) [m/s]
1	1		557000	75000	2692
2	1		192600	17100	4256
3	1		34200	6000	4560

In der summe hat man drei Raketen mit Nutzlasten von 1400 bis 3500 kg in SSO, 2640 bis 5200 kg in GTO und 12 – 13,5 t in GTO. Es gibt nach wie vor die Lücken, sie sind aber geringer geworden.