Raumfahrtsplitter

Eigentlich wollte ich heute Teil 2 über die Kohlendioxidsteuer, pardon, den Klimabonus, bringen nämlich, wie man die Gelder verwenden könnte, doch da sich schon beim ersten Teile eine rege Diskussion über gerade diese Frage entwickelt hat, denke ich ist das nicht nötig.

Ich will daher nur meinen Senf zu zwei Schlagzeilen geben, die in den letzten Tagen erschienen. Der Erste hat mich etwas ratlos hinterlassen, weil zwei grundverschiedene Dinge in einen Artikel gepackt wurden: Demnach sollen Arianespace und SpaceX „Rideshare“ Missionen, also Mitfahrgelegenheiten anbieten.

Das erste, die GO-1 Mission von Arianespace ist mit Sicherheit so etwas nicht. Wie im Artikel geschrieben transportiert Ariane 64 4.500 kg (nach Users Manual: 5.000 kg) in den geostationären Orbit und auch die Aussage, das man als Vorteil verkauft das der Satellit in 6 Stunden anstatt 6 Monaten im Orbit ist spricht die Betreiber von Kommunikationssatelliten an und für die ist Zeit gleich Geld. Die 6 Monate sind auch ein Extrembeispiel für Satelliten mit Ionenantrieben, mit dem chemischen Antrieb ist das in einigen Tagen erledigt.

Ich glaube nicht dass es viele dieser Missionen geben wird. Das hat einige Gründe. Das Erste ist, das schon der Satellit dafür konzipiert sein muss. Er braucht viel weniger Treibstoff, der Hauptantrieb kann entfallen. Das ist eine grundlegende Designentscheidung genauso, wie die ob er einen Chemischen oder Ionenantrieb einsetzt. Würde sich ein Kunde entscheiden so wäre er darauf angewiesen, dass der Satellit im GEO landet. Okay, das ist auch mit der Proton, Atlas V und Falcon möglich, bei der Falcon Heavy zumindest bei der STP-2 Mission demonstriert, so denke ich auch bei der Falcon (ohne Heavy) möglich. Aber die haben ziemlich unterschiedliche Nutzlasten. Bei Proton, Atlas und Ariane 64 sind sie bekannt, bei der Falcon 9 muss man schätzen, da die Oberstufe unbekannt ist.

Rakete Nutzlast GTO 0 Grad Bahnneigung Nutzlast GEO 0 Grad
Ariane 64 11.500 kg 5.000 kg
Proton Breeze M 6.180 kg 3.000 kg
Atlas 521 4.890 kg 2.632 kg
Atlas 551 6.880 kg 3.904 kg
Falcon 9 6.500 kg (27 ° GTO) 1.700 kg (geschätzt)

Die Falcon 9 kann keinen 0-Grad-GTO erreichen, das macht einen Geschwindigkeitsunterschied von 300 m/s, und dürfte die Netto-Nutzlast (ohne zusätzlichen Treibstoff und Tanks) für einen vergleichbaren Orbit auf 5.700 bis 5.800 kg reduzieren. Deutlich ist die stärkere Nutzlastabnahme der Falcon und Ariane gegenüber der Proton und Atlas. Das liegt an der Oberstufe. Ich vermute die Ariane 6 wird wie Ariane 5 eine sehr schwere Oberstufe einsetzen. Anders komme ich auch bei meinen Simulationen nicht auf die niedrige Nutzlast. Ich schätze das Trockengewicht auf 7 t ein. Bei den Nutzlastangaben folge ich nicht den 4.500 kg von Spacenews sondern dem Ariane 6 Users Manual.

Gegenrechnung: Bei einem spezifischen Impuls von 3050 m/s. Einem Strukturfaktor von 7 würde ein Satellit der 5.000 kg in dem GEO wiegt, 9.144 kg in den GTO entsprechen, darin transportiert Ariane 6 aber 11.500 kg. Es ist also ungünstiger. Vor allem lohnt es sich nur bei sehr großen Satelliten. Daher wohl das Anbieten von „Rideshares“ um die Nutzlast voll auszunutzen. Ich kann mir nur vorstellen, das potenzielle Kunden aus der Regierung kommen, die von vorneherein die Ariane 6 buchen. Der direkte Transport in den GEO ist seit Jahrzehnten bei US-Militärsatelliten üblich, er war es auch bei den GPS-Satelliten (der aktuelle Block hat aber einen integrierten Antrieb) und ist es in Europa beim Galileosystem.

Eine Mitfahrgelegenheit wäre allerdings von Vorteil, jedoch nicht für die Ariane 64, sondern die kleinere Ariane 62. Die wird man bevorzugt für SSO-Missionen einsetzen und das ist ein Orbit, den auch viele Sekundärnutzlasten einsetzen. Ariane 4+5 hatten dafür eine Plattform (ASAP-4 / ASAP-5), mit der man Kleinsatelliten mitführen konnte. Da Ariane 5 aber seit 2009 keinen SSO mehr anfliegt, kam sie lange nicht mehr zum Einsatz.

Der GEO-Transport könnte interessanter werden, wenn die verbesserte Oberstufe ULPM zur Verfügung steht. Eine solche die anstatt Aluminiumlegierungen CFK-Werkstoffe einsetzt, wird derzeit entwickelt und könnte bis 2024/25 zum Einsatz kommen. Sie soll die Nutzlast um mindestens 1 t, (Ziel: 2 t) anheben. Wenn man mal ausblendet, dass man das gleich so hätte machen können, dann hebt das die Nutzlast in jeden Orbit an. Nehmen wir mal 1,5 t als Mittel für den Nutzlastgewinn an, so sieht das so aus:

Orbit Nutzlast bisher Nutzlast neu Zuwachs
SSO 500 km 14.900 kg 16.400 kg + 10 %
GTO 11.500 kg 13.000 kg + 13 %
GEO 5.000 kg 6.500 kg + 30 %

Der Gewinn steigt also überproportional an. Umgerechnet auf den GTO entsprechen 6,5 t im GEO dann schon 11,87 t im GTO, also nur noch 1 t weniger als direkt in den GTO transportiert werden. Gelingt das 2-t-Ziel für die Reduktion der Leermasse, dann sind es 12,8 zu 13,5 t, also nur noch ein kleiner Unterschied. Dann kann das durchaus interessant werden – der Satellit wird ja auch kostengünstiger, wenn er einfacher aufgebaut ist und Systeme wegfallen. Allerdings wird man dann schon wieder zwei Nutzlasten in den GEO befördern, und dann müsste man noch rund 500 bis 700 kg für eine Sylda abziehen, was die Bilanz dann doch wieder etwas trübt. Für kommerzielle Nutzer denke ich wird es bei GTO bleiben. Doch schön wäre es, auch Nutzlasten als Rideshare in den GTO zu befördern. Die könnten dann immer noch dort ihre Bahn anheben. 300 kg in den GTO entsprechen rund 160 kg in den GEO, das ist eine Größenordnung die die Oneweb-Satelliten haben. Auch kleine Forschungssatelliten von 100 bis 150 kg Masse leisten im LEO gute Dienste, warum also nicht im GEO.

Bei SpaceX sind dagegen wahrscheinlich Rideshares in LEO und SSO gemeint, das die Firma jemals einen GEO-Transport durchführt, halte angesichts nur zwei Stufen und der Trockenmasse der letzten Stufe (von mir auf 5 t geschätzt) für unwahrscheinlich. Für gerade diese Missionen haben sie ja die Falcon Heavy entwickelt. Umgekehrt dürfte sie selbst bei einer Landlandung mindestens 11 t in einen SSO befördern, da bleibt viel Reserve für Mitfahrgelegenheiten.

Ähnlich ratlos war ich beim Lesen des folgenden Artikels über OneWeb und Virgin Orbits. OneWeb hat ja bei Virgin Starts seiner Satelliten gebucht, ich vermute für Reservesatelliten. Eine Bahnebene wird jeweils von ein Sojus gefüllt (34 bzw. 36 Satelliten), fällt einer aus so wird LauncherOne bis zu zwei Reservesatelliten starten. OneWeb hat seinen Vertrag gekündigt und wird nur 4 anstatt 39 Starts abnehmen. Nun will OneWeb 47 Millionen für die Vertragskündigung. Insgesamt scheint der Vertrag vertrackt zu sein und die Standpunkte und Argumente total entgegengesetzt, So hat Oneweb schon 66 Millionen Dollar gezahlt, obwohl die Starts nur 18 wert sind, und rechnet mit 234 bis 832 Millionen für die restlichen. Was wiederum nicht zu dem 6 Millionen Dollar pro Start passt, den Virgin Orbit angibt. Auch unverständlich ist das dies nun zwei bis dreimal der Marktpreis sein soll – als der Vertrag abgeschlossen wurde, sicher nicht. Die einzige verfügbare Rakete die Electron ist auch teurer, doch es gibt einige chinesische Firmen die Feststoffraketen entwickelt, letzten Monat schaffte die erste einen erfolgreichen Start drei andere scheiterten in den letzten zwei Jahren daran. Sie alle visieren einen Startpreis von 10.000 bis 20.000 Dollar pro Kilogramm an, was dann 3 bis 6 Millionen Dollar für die 300 kg der Launcher One sind. Dabei dürften die 10.000 Dollar aber als Ziel für die verbesserten Typen mit mehr Nutzlast (durch Startbooster) sein. Also ich finde den Preis nicht zu hoch. SpaceX will ja auch für eine 300 kg Nutzlast 4,5 bis 6 Millionen Dollar haben.

Als Argument würde ich eher die Verspätung sehen – die LauncherOne sollte ja längst im Einsatz sein, doch da auch Oneweb hinterherhinkt und bisher nur 10 Testsatelliten startete zieht dieses Argument wohl nicht.

Zeitgleich plant Virgin groß: man will nun mehrere Flugzeuge an unterschiedlichen Flughafen haben, um mehr Starts zur gleichen Zeit durchführen zu können, ersetzt also eine große Rakete durch mehrere zeitgleiche Starts der LauncherOne. Angesichts rund einem Dutzend Firmen die Kleinträger in der Nutzlastkategorie entwickeln, davon fünf weitere schon mit einem Testflug oder im Einsatz würde ich eher kleinere Brötchen backen …

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