Alle bauen größer, nur Europa kleiner

Auf diesen Nenner könnte man die jüngeren Raketenentwicklungen bringen. Wir haben ja derzeit eine Reihe von Raketen in der Entwicklung die ich mal in diesem Blog vergleichen will. Alle größeren Weltraumnationen planen neue Raketen, die USA sogar mehrere unterschiedliche Modelle.

Die Modelle


Fangen wir mal an mit der Aufzählung der neuen Varianten. In den USA sind es folgende:

  • Die Falcon Heavy soll als Clustervariante der Falcon 9 54,4 t in den LEO und 22.2 t in den GEO transportieren. Angekündigt für einen Erstflug Ende 2013 hinkt sie, obwohl man ja eigentlich nur drei Falcon 9 bündeln müsste, nun vier Jahre hinterher. Die Falcon 9 soll in der nächsten Version der Spiralentwicklung der „Block 5“ auch 8,3 t in den GTO erreichen.
  • ULA hat als Reaktion die Vulkan prognostiziert. Sie ist in der ersten Variante nur eine verbesserte Atlas mit einem US-Triebwerk (dem BE-4 oder AR-1 anstatt RD-180) und etwas größeren Boostern. Später soll eine neue Oberstufe, die ACES die Nutzlast von 22 auf 35 t LEO und 11 auf 17 t GTO steigern.
  • Blue Glen im Vergleich mit anderen Trägern
    Blue Glen im Vergleich mit anderen Trägern

    Nun angekündigt ist die New Glenn von Blue Origin. Sie ist zweistufig, mit acht BE-4 Triebwerken in der Ersten und einem in der zweiten Stufe. Ihre Nutzlast soll 45 t in LEO und 13 t in den GTO erreichen.

  • Auch Orbital will eine neue Rakete bauen, Basis ist in der ersten Stufe ein Shuttle SRM, eventuell unterstützt von weiteren Boostern und eine kryogene Zweitstufe mit dem BE-3 Triebwerk. Nutzlast noch unbekannt aber wahrscheinlich eher in Richtung <20 t LEO. Orbital erwartet eine Entscheidung der USAF über die (Mit)finanzierung in der nächsten Zeit.
  • Russland bereitet gerade den Übergang auf die Angara vor. Geflogen ist bisher die Angara 1 und 5. Die Angara 3 mit einer Nutzlast zwischen beiden wird wohl niemals kommen und verschiedene Varianten der Angara 7 sind geplant. Basis ist eine neue Erststufe, die URM-1 mit dem RD-191 Triebwerk. Die Zahl bei der Version gibt die Anzahl der URM in der ersten Stufe an. Die zweite Stufe URM-2 verwendet das Triebwerk des Block I, RD-0124. Sie ist aber etwas größer. Dazu kommt die schon bekannte Breeze M der Proton als dritte Stufe für GTO/GEO-Missionen. Weitere Stufen und auch eine kryogene Zentralstufe für die Angara 7 werden zwar geplant, es fehlt jedoch an Mitteln, sie umzusetzen. Die Mittelknappheit ist ein Dauerthema bei der Angara. Pläne für diese Rakete gibt es schon seit 20 Jahren. Der Jungfernflug erfolgte schon 2013 und seitdem gab es gerade mal drei Einsätze. Die Einführung wird sich daher noch hinziehen. ILS rechnet mit einem Ausmustern der Proton z.B. erst nach 2025. Die Angara 5 kann 24,5 t in den LEO und zwischen 5,4 und 7,5 t in den GTO transportieren. Die Angara 7 wird zwischen 35 und 40,8 t in den LEO und 12,5 bis 19 t in einen GTO transportieren.
  • China baut nach dem Baukastenprinzip derzeit die Langer Marsch 5,7 und 8. Die für GTO-Transporte vorgesehene Langer Marsch 5 kann je nach Boosterzahl zwischen 6 und 14 t in den HTO transportieren. Mit dieser Rakete hat China auch ein neues Startzentrum auf der Insel Hainan eingeweiht. Es liegt geografisch günstiger und die Aufstiegsbahn führt nun vollständig über das Meer. Beides steigert die Nutzlast. Die Rakete hatte letztes Jahr ihren Jungfernflug. Das Programm hatte sich aber um mehrere Jahre verzögert. Seitdem wurden aber zahlreiche neue Modelle auch kleinerer Raketen eingeführt.
  • Indien hat ebenfalls mit größeren Verzögerungen, auch bedingt durch Fehlstarts des Vorgängermodells GSLV Mark II nun die LVM3 (früher: GSLV Mark III) bereit für die Einführung. Ein suborbitaler Start der ersten beiden Stufen war schon vor zwei Jahren erfolgreich. Die dritte Stufe ist nun auch einsatzbereit. Die GSLV Mark III soll 4,2 t in den GTO transportieren – die doppelte Nutzlast des Vorgängemodells für die Größe der Rakete aber relativ wenig.
  • Japan plant als Ersatz für die H-IIA die H-3. Sie soll vor allem günstiger sein. Mit vier Boostern transportiert sie ab 2020 6.500 kg in den GTO transponieren.
  • Zuletzt plant noch Europa die Ariane 6. In zwei Versionen mit zwei oder vier Boostern wird sie 6 bzw. knapp 11 t in den GTO transportieren. Technisch ähnelt sie der Vulkan – sie ist eine Evolution der Ariane 5 mit neuen Boostern und neuer Oberstufe, ähnlich wie sich die Vulkan aus der Atlas entwickelt hat.
Angara 5 Jungfernflug
Angara 5 Jungfernflug

Soviel zu den Modellen. Alle (bis auf eines) haben eine höhere Nutzlast als ihre Vorgängermodelle. Die einzige Ausnahme ist die Ariane 6 die in etwa die gleiche Nutzlast wie die Ariane 5 ECA beim größeren Modell erreicht. Um die geht es in diesem Blog.

Ist die Ariane 6 fit für die Zukunft?

Die Entwicklung der Ariane hat sich schon immer nach dem vorhandenen Markt oder Marktprognosen gerichtet. Ariane 1 wurde entwickelt um die Nutzlast der Atlas Centaur zu erreichen, für die Auslegung der Nutzlasthülle und Nutzlastmasse waren z.B. die Intelsat IVA Satelliten als Referenz vorgegeben. Sie waren die damals schwersten Satelliten. Die Weiterentwicklung zur Ariane 2 und 3 orientierte sich dann wiederum an der US-Konkurrenz. Die Ariane 2 sollte einen Einzelsatelliten der Intelsat VA Satelliten transportieren können und die Ariane 3 zwei Nutzlasten der Delta 3914, dem damals am häufigsten kommerziell eingesetzten Modells.

Ariane 4 sollte es ermöglichen nun eine der größeren und eine der leichtere Nutzlasten parallel zu transportieren sowie in mehreren Varianten auch schwere oder leichtere Nutzlasten dazwischen.

Ariane 5 entstand primär für das damals aktuelle bemannte Programm der ESA, jedoch hatte man auch Marktprognosen das die Satellitenmassen Mitte der Neunziger auf 3,5 bis 4,5 t ansteigen würden und so sollte sie dafür gerüstet sein. Die Weiterentwicklung sollte dann auch einen Doppelstart bei den größeren Satelliten ermöglichen die nun bis zu 6 t Masse erreichen.

Die ESC-B als weitere Oberstufe wurde mehrmals verschoben, als Anfang des Jahrtausends die Satellitenmassen langsamer anstiegen. Die Starts in den letzten zwei Jahren zeigen aber einen gegenläufigen Trend. Es gibt immer mehr Satelliten der 6 t Klasse, die vorher eher selten waren, dafür gepaart mit einem leichteren Satelliten der 3,5 t Klasse. Für einen 4,5 t Satelliten fehlt schon die Nutzlastkapazität. Die ESA hat zwar eine Small-Geo Plattform finanziell unterstützt, die um 3 t Startmasse hat, doch ob diese ein großes Marktsegment einnehmen wird, ist noch offen.

In den letzten Jahrzehnten war es so das sich die Startmassen von Satelliten an den verfügbaren Trägern orientierten. Ein Betreiber eines Satelliten hatte als Wunsch das er mit zwei unterschiedlichen Trägern gestartet werden kann. Das gab Sicherheit, wenn ein Träger „gegroundet“ ist auch wenn die Träger davon sehr unterschiedlich betroffen sind, z.B. Ariane 5 und Atlas seit über 10 Jahren nicht davon betroffen wurden, während das bei der Proton alle 1-2 Jahre passiert. Mit der Zenit, Proton und Ariane 5 als Standardträger in den letzten 15 Jahren lag die maximale Nutzlastmasse bei 6 t. 6 t das war die größte Nutzlast von Proton und Zenit. Wenn nun weitere Träger mit höherer Nutzlast verfügbar sind, so ist meiner Ansicht nach damit zu rechnen, dass die Nutzlast weiter ansteigt. Ein größerer Satellit ist meist effizienter bezogen auf den Transponder als ein leichterer. Wenn nun aber jetzt schon eine schwere Nutzlast nur mit einer leichten kombiniert werden kann, dann ist die Ariane 6, die ja erst in einigen Jahren zur Verfügung steht zu klein. Das kleinere Modell Ariane 62 mit 5,8 t in den GTO sogar zu klein für große Einzelsatelliten. Dabei wird diese Rakete ja dann für lange Zeit – Ariane 1-4 und Ariane 5 als letzte Familien werden waren/sind etwa 25 Jahre im Dienst alles starten müssen, was es gibt. Kurzum: Man wünscht sich eine größere Nutzlast. Entweder, indem man Marktprognosen macht oder, indem man sich an der Konkurrenz orientiert und das gibt, dann folgende Tabelle:

GSLV Mark III jungfernflug
GSLV Mark III jungfernflug

 

Träger Nutzlast
Ariane 62 5,8 t
Ariane 64 10,9 t
GSLV 4,2 t
H-3 6,5 t
Falcon 9 8,3 t*
Falcon Heavy 22,2 t*
New Glenn 13 t
Angara 5 Breeze M 5,4 t
Angara 5 KTKV 7,5 t
Langer Marsch 5D 6,0 t
Langer Marsch 5E 10,0 t
Langer Marsch 5F 14,0 t
Vulkan Centaur 11,0 t
Vulkan ACES 17 t

Wenn man die GSLV herausnimmt, die bisher auch keinen kommerziellen Start hatte so liegt bei den anderen Modellen die Einzelstartnutzlast bei 6,5 bis 8.3 t. Die größeren Modelle die Doppelstarts zulassen zwischen 11 und 22,2 t, wobei die SpaceX Angaben für einen geneigten GTO Orbit ist mit 15-20% kleinerer Nutzlast für den Standard GTO. Wenn man die chinesischen Modelle wegen des Exportembargos ausnimmt, gäbe es bei 13 t GTO-Nutzlast mindestens zwei verfügbare Träger (New Glenn und Falcon heavy), bei Ausbau der Vulkan sogar drei. Man sollte die Nutzlast der Ariane 6 daher so auslegen, dass die Ariane 62 eine große Einzelstartnutzlast transportieren kann, also 7,5 bis 8,3 t Nutzlast aufweist und die Ariane 64 dann bei etwa 13-14 t liegt. Abzüglich der Verkleidung und des Adapters für den unteren Satelliten sind das dann 12,3 bis 13,2 t netto in den GTO oder heute zwei großen 6 t Satelliten mit Wachstumspotenzial das man in einigen Jahren dann einen schweren und einen mittleren und in fernerer Zukunft dann einen schwereren und einen leichten transportieren kann. Spätestens, wenn die Satelliten dann nur noch Einzelstarts zulassen, wird man die Ariane 7 fordern.

Meiner Ansicht nach hat die Ariane 6 auch diese Nutzlast, denn sie hat eine größere Startmasse als die Ariane 5, modernere und leichtere Booster und eine leistungsfähigere Oberstufe. Das man sie mit kleinerer Nutzlast projektiert kann ich mir nur mit gezielter Verschlechterung von Leistungsdaten erklären. Besser wäre es gleich so zu konstruieren, dass man die Nutzlast erreicht, auch wenn vielleicht die Investition in einige neue Technologien höher ist.

9 thoughts on “Alle bauen größer, nur Europa kleiner

  1. Danke für den Hinweis, da schwirrte mir beim Schreiben noch die Falcon 9 im Kopf herum. Ich glaube aber das die auf der Webseite angegebenen Daten immer die sind die ein Kunde bekommt wenn er jetzt bucht also die die die Rakete in 1-2 Jahren hat. Dann manch zum einen die Daten einen Sinn, die es in der Vergangenheit gab und die nie zu den viel leichteren Nutzlasten passten und zum anderen würde sonst Echostar 23 nicht nur in den GTO gelangen sondern SSGTO und man könnte die Erststufe bergen – er wiegt ja nur 5,5 t.

    Von Callisto und Prometheus habe ich nichts mehr gehört. Zumindest bei der letzten Ministerratskonferenz wurde nichts beschlossen. SpaceX ist derzeit vor allem für eines gut: Geld loszueiern. Denn Arianespace macht seit SpaceX ihre GTO-Transporte aufnimmt wieder Gewinn. Wie das denn die doch eine so große Konkurrenz sind ….

  2. Es würde ja reichen, bei der Ariane 6 auch die Möglichkeit vorzusehen, mit 6 Boostern zu starten. Wahrscheinlich würden dann vier Booster am Boden gezündet, zwei nach deren Ausbrennen „in der Luft“. Eine Ariane 66 sozusagen.

    Vielen Dank an Sensei für den Link! Das erscheint mir eine sehr sinnvolle Entwicklung, die dort eingeschlagen wird. Die viele Konkurrenz wird die Preise drücken, und Mehrfachstart-Fähigkeit wird eines der wichtigsten Features sein. Methan/LOX macht auch die Erststufe kleiner, und würde es der ESA ermöglichen, einen deutlich schubstärkeren Ariane-5-Nachfolger zu entwickeln, der mit der bisherigen Start-Infrastruktur kompatibel ist. Daher halte ich es für nicht so sinnvoll, von „vertikal“ auf „horizontal“ umzustellen, es sei denn, man will die Startrate deutlich nach oben treiben.

  3. 6 Booster hätten auch den Vorteil, zwischen der 62 und 64 noch eine Version mit 3 Boostern anzubieten. Damit läßt sich die Rakete flexibler an die Nutzlast anpassen. Nach dem Motto „bezahlen sie nur soviel Booster, wie sie wirklich brauchen“. Das könnte für Kunden interessanter sein als die „drastischen“ 10% Rabat beim Start einer wiederverwendeten F9.

  4. @Kai:
    Der Vorschlag den du schon mal gebracht hast klappt leider nicht. der Startschub eines P120C beträgt 3500 kN. Vier Stück haben also einen von 14000 kN, dazu kommen dann noch 960 kN vom Vulcain 2. Das sind zusammen 14960 kN. Eine Ariane 64 wiegt nach offiziellen Daten 860 t ein P120C ohne Verkleidung rund 156 t. So dürfte die Rakete mit zwei Boostern mehr mindestens 1172 t wiegen. Das ergibt einen sehr langsamen Start mit 12,76 m/s. Möglich aber nicht wünschenswert. Mit 6 Boostern die am Boden gezündet werden erreicht man dagegen eine sehr hohe Beschleunigungsspitze und vor allem einen sehr hohen statischen druck beim durchqueren des Max-Q, was damals auch ein Gegenargument für die Einführung Booster ähnlicher Technologie bei der Ariane 5 war.

  5. Was ich nicht verstehe ist, warum eine Zwischenstufe, wenn man dann doch die Ariane7 braucht?

    Es gibt ja schon die Ariane 5. Die Kritik an ihr ist, dass es bei den heutigen größeren Satelliten schwer ist eine passende Kombination für Doppelstarts oder Dreifachstarts zu finden. Das Problem kann man mit den verschiedensten bereits angedachten Modernisierungen lösen. Die Modernisierungen kann man ja gerne auf dem Stand der Technik durchführen (CFK-Booster, Vulcain 3, neue (leichte) Oberstufe) eventuell auch noch aktive Schwingungsdämpfer und modernere Steuerungstechnik etc. Das ist dann so gut wie eine neue Rakete. Man könnte auch dabei auf eine Senkung der Produktionskosten hinarbeiten. Der Vorteil wäre, dass man die einzelnen Modernisierungen nach und nach einführen könnte, und dadurch früher greifbare Ergebnisse bzw Kosteneinsparungen hat (z.B. die Booster und die Oberstufe vor der Entwicklung des Vulcain 3 oder umgekehrt). Was man behalten würde wäre die leichtgewichtige Zentralstufe und die Möglichkeit schwere Module in einen LEO und einen GTO zu befördern. Auch bemannte Projekte blieben bei entsprechender Qualifikation möglich.

    Also ich würde anregen darüber nachzudenken, was denn eigentlich wirklich gebraucht wird so in 10 Jahren, und wie man da kostengünstig hinkommt. Ich halte nichts davon, wenn die Allgemeinheit 3-4 Mrd € oder mehr Entwicklungskosten tragen soll, damit Arianespace dann 10 oder 20 Mio kostengünstiger anbieten kann. Die Marktwirtschaft fordert doch den Wettbewerb. Was aber ist das für ein Wettbewerb, wenn die Firmen die die Gewinne machen wollen sich aus der Finanzierung der Produktentwicklung heraushalten. Ich finde, dass sie auch die Kosten tragen sollten (zumindest anteilig).

  6. @Martin
    Irgendwelche französische Pressemitteilungen (Raumfahrer.net nennt nicht mal Quellen) sind nicht die ESA Politik. Es gibt in allen Raumfahrtbehörden Abteilungen die Planungen machen und auch Demonstratoren bauen. Doch das ist dann eben noch weit von einer Rakete entfernt und vor allem ist es keine ESA-Politik. Deutschland hat man bei der Ariane 6 nur ins Boot bekommen weil man die Rakete so umkonzipierte das deutsche Firmen genügend Beteiligung hatten. Herauskam eine Ariane 5 mit leichten Änderungen.

    Meiner Ansicht nach brauchen wir auch keine Ariane 6 aber wenn sie kommt, so prognostiziere ich wird sie für 20 Jahre wie ihre Vorgänger im Einsatz sein. Zu oft kann man den Regierungen nicht das Geld aus der Tasche ziehen.

    Wie ich schon schrieb: Durch Zahlen kann man die Bedrohung durch SpaceX nicht belegen. Seit die Firma GTO Transporte durchführt ist Arianespace wieder in den schwarzen Zahlen. Nun schon zwei Jahre in Folge und das Backlog wächst. In wenigen Tagen wird der vierte Start dieses Jahr durchgeführt werden.

  7. Zitat: „Durch Zahlen kann man die Bedrohung durch SpaceX nicht belegen. Seit die Firma GTO Transporte durchführt ist Arianespace wieder in den schwarzen Zahlen.“
    Ja, das ist der Stand heute. Aber: SpaceX hatte in diesen 2 Jahren einen kapitalen Fehlstart und einmal beim Tanken eine Rakete nebst Nutzlast und die Startrampe dazu zerlegt.
    Und nun kommt vor allem noch BO mit einem wohl konkurrenzfähigen Träger noch mehrere Jahre vor der Ariane 6, der zudem noch reichlich Entwicklungspotential hat – die BE-4 ist ja noch recht konservativ ausgelegt, dazu dann noch eine dritte Stufe mit Wasserstoff als Treibstoff … und dazu das deutlich breitere Fairing! Von Wiederverwendung rede ich schon gar nicht …
    Ich befürchte, Arianespace wird der große Verlierer der 20er Jahre werden.

  8. @Prometheus:

    Eine aktuelle Präsentation von Airbus Safran zum Prometheus Triebwerk:

    http://cct.cnes.fr/system/files/cnes_cct/RENCONTRE DES CCT/PUBLIC/20161214 Ingénierie des couts/20161414_CCT_Like_presentation ASL.pdf

    1000kN Schub, 5 mal widerverwendbar.
    Ab nächstem Jahr sollen die Prototypen auf dem Teststand stehen.
    Letztendlich soll es in der Produktion 1 Million Euro kosten.

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