Mein Ariane 6 Vorschlag

Wie schon geschrieben sehe ich keine Notwendigkeit für eine Ariane 6. Es gibt allerdings einen Grund, der für eine neue Rakete spricht: Man kann die Fertigung effizienter gestalten. Technologien wandeln sich und neuere können preiswerter als alte sein. Wichtig ist auch, dass man mehr zentralisieren kann. Ariane 5 wird in zwölf Ländern mit 20 Fertigungsstätten hergestellt. Solange sie mit den eingeführten US-Trägern konkurrierte, war dies kein Problem. Auch Atlas und Delta bestehen aus Stufen unterschiedlicher Hersteller und ihre Bauteile kommen aus den ganzen USA. Russlands Träger werden dagegen von einer Firma (früher: Kombinat) gefertigt und SpaceX hebt hervor, dass sie vieles „In House“ entwickeln und bauen. Eine neue Rakete bietet die Möglichkeit, in der Produktion vieles zu verschlanken und zusammenzufassen.

Wenn man also eine Ariane 6 bauen will – ginge es nicht auch günstiger? Ja das ginge es. Ich stütze mich dabei auf die Grundlage des PPH Konzepts: große Stückzahlen und billige Booster. Wie beim PPH-Konzept würde ich als erste und zweite Stufe Feststoffantriebe verwenden – nur eben den P80 Booster der Vega, denn der existiert schon. So braucht man mehr Booster, hat aber auch mehr Möglichkeiten die Nutzlast zu variieren. Als Vorteil erweist sich der hohe Startschub des P80 von 2.200 kN bei nur 95 t Masse. Nimmt man als Minimalbeschleunigung 12 m/s an, so dann jeder Booster 78 t Masse zusätzlich zu seinem eigenen Gewicht heben. So reichen schon zwei Booster für die kleinste Version aus. Bedingt durch die Geometrie kann man maximal sechs Booster an einen P80 als Zentralstufe anbringen.

Durch den hohen Schub reichen schon drei Booster aus, um neben der Zentralstufe und Oberstufe einen weiteren Booster mitzuführen, der dann erst nach dem Ausbrennen der Ersten gezündet wird. Dieser liefert dann asymmetrischen Schub, doch dies wird technisch beherrscht. Das Space Shuttle und die Atlas V haben asymmetrischen Schub. Ich habe, weil auch so vier verschiedene Konfigurationen möglich sind, auf diese asymmetrischen Versionen verzichtet. So gibt es nur eine mit späterer Zündung bei der Verwendung von sechs Boostern: Hier können zwei Booster später gezündet werden.

Bleibt noch die Oberstufe. Es bietet sich an, wie bei der ESC-A das HM-7B als Triebwerk einzusetzen. Die ESC-A Stufe war in der Entwicklung um den Faktor zehn preiswerter als es die ESC-B sein sollte (daran ist allerdings auch das Sperren der Mittel 2003, dann die weitere Forschung mit geringen Mitteln über 10 Jahre und eine Wiederaufnahme 2012 schuld – ursprünglich wäre die ESC-B „nur“ viermal so teuer gewesen). So sollte eine Oberstufe auf Basis des schon existierenden HM-7B deutlich preiswerter zu entwickeln sein als die geplanten Alternativen mit dem Vinci. Eine Wiederzündung ist so nicht möglich. Doch stört dies nur bei Galileomissionen. Für diese gibt es die einfache Möglichkeit in die Satelliten wie bei jedem Nachrichtensatelliten einen Apogäumsantrieb einzubauen.

Das HM-7B ist ein bewährtes Triebwerk. Es hat zwar nicht den ganz hohen spezifischen Impuls wie das Vinci, aber einen fast so hohen und es ist bedeutend leichter, da es keine große Düse hat. Allerdings ist es auch schubschwächer. Ich habe mich daher für zwei Triebwerke in der Oberstufe entschieden. Wenn diese dieselbe Brennzeit wie ein Vinci mit 36 t Treibstoff haben, dann erlauben sie die Mitnahme von 27,2 t Treibstoff. Eine Oberstufe hätte dann einen Durchmesser von etwa 3,80 m. Durch zwei Triebwerke kommt zu höheren Stückzahlen. Abgeleitet von der Oberstufe der H-II wiegt eine solche Oberstufe dann 32 t betankt und 4,8 t trocken. Dabei ist die VEB mitenthalten.

Die Nutzlastverkleidung der Ariane könnte übernommen werden, man müsste wie bei den anderen Entwürfen nur einen Adapter entwerfen, der vom geringeren Durchmesser der Oberstufe überleitet.

Bei dem zentralen P80 Booster kommt noch ein 3 t schwerer Adapter zur Oberstufe hinzu. Ich habe diesen bewusst schwer ausgelegt, dass man ihn so konstruieren kann, dass er die Schwingungen der Booster möglichst gut dämpft. Dafür bieten sich für die P80 Booster, die erst im Flug gezündet werden, verlängerte Düsen an, welche ihren spezifischen Impuls auf den des Zefiro 23 Antriebs anheben. Als Zielgeschwindigkeit habe ich die der Vega (1700 m/s Verluste) genommen, da die Betriebszeit nun deutlich abgesunken ist.

Diese „Ariane 6“ liegt in der Nutzlastklasse des PPH Konzepts, mit einer etwas größeren Nutzlast bei der größeren Version. Bedingt durch die kleinere Nutzlast ist die Trockenmasse der H27 von 4,8 t relativ hoch. Bis auf die letzte Version sind die Nutzlasten immer leichter als die Stufe selbst. Daher habe ich als Alternative noch eine H14-Version mit nur einem HM-7B Triebwerk (16 t Startgewicht, 2,4 t Trockengewicht) durchgerechnet. Sie ergibt bei den kleineren Versionen sogar noch eine höhere Nutzlast.

Über das Trockengewicht kann man diskutieren, es war beim PPH Konzept deutlich günstiger angesetzt. Würde man das dort erreichte Voll-/Leermasseverhältnis von 9 übernehmen, so würde das die Nutzlast um 1,4 t (H27) bzw. 0,7 t (H14) erhöhen.

Dieser Träger würde auch die Sojus ersetzen: Die kleinste Version transportiert mit der H14 Oberstufe 7,9 t in einen niedrigen Erdorbit, das ist in etwa die Nutzlast der Sojus. Auch dadurch könnte man mit mehr Einsätzen rechnen, da nun die Starts der Sojus wegfallen.

Würde man beide Oberstufen (H27 und H14) entwickeln, so könnte man sie auch kombinieren, dann käme man bei der größten Version tatsächlich auf die Nutzlast der Ariane 5 (9 t mit den Verlusten der Ariane 5 (2200 m/s), 10,6 t mit den Verlusten der Vega (1.700 m/s).

Sinnvoll wäre aber die Entwicklung nur einer Oberstufe und das wäre wohl die H14. Die H27 bringt nur in der größten Version mehr Nutzlast ist aber immer teurer, weil sie zwei Triebwerke einsetzt. Deren Treibstoffzuladung von 13,6 t ist nun nicht mehr so weit von der Zuladung der H10 (11,6 t) entfernt, dass man diese letzte Oberstufe der Ariane 4 direkt übernehmen könnte oder nur leicht die Tanks verlängern. Dann müsste man nur die VEB und den Stufenadapter anpassen. Aber da dies einfach und kostengünstig ist, wird die europäische Raumfahrtindustrie sicher nie auf eine solch exotische Idee kommen.