Eine Rakete für Deutschland

Wenn schon ein nationaler Raumfahrtbahnhof in Gespräch ist, dann braucht man auch eine Trägerrakete. Denn das die zahlreichen Firmen die schon neue Raketen entwickeln zu uns umziehen, darauf sollte man nicht bauen. Ich persönlich finde es auch eine Schande, das es in 60 Jahren deutscher Raumfahrt keine eigene Trägerrakete gab. Selbst Weltraumfahrt-Aussteigernationen wie England (Parallelen zum Brexit drängen sich auf) hatten mal eine eigene nationale Trägerrakete. Unter den Industrieländern ist Deutschland das wirtschaftsstärkste das keine Trägerrakete hat. Inzwischen hat uns ja sogar Neuseeland überholt.

Also habe ich mich daran gemacht eine Rakete zu konzipieren. Das ist nicht leicht und trotzdem ganz leicht. Nicht leicht, weil sich Deutschland in der Entwicklungen bei denen wir dabei waren immer mit der Systemintegration oder einer kleinen Oberstufe hat abspeisen lassen. Deutschland hat nie ein eigenes großes Triebwerk komplett entwickelt, sondern nur Teile davon. Die größten selbst entwickelten Stufen sind die Astris der Europa mit 3,5 t Masse und die EPS der Ariane 5 mit 10 t Masse. Die dazugehörigen Triebwerke sind schubschwach. Das Aestus Triebwerk habe ich daher als Basis für die Oberstufe genommen.

Die Freiheit hat man dadurch bei der ersten Stufe. Derzeit entwickelt Europa das Prometheus Triebwerk. Die Entwicklung geschieht in Frankreich. Die sind schlauer und entwickeln bei neuen Trägern immer die Triebwerke. Doch es ist in einem frühen Stadium und ich gehe davon aus, das man wenn man es finanziert, in Deutschland entwickeln kann. Für das Prometheus habe ich nach Literaturrecherche folgende Daten aufgestellt:

Parameter

Wert

Vakuumschub:

1.000 kN

Schub auf Meereshöhe:

940 kN

Spezifischer Impuls im Vakuum:

3410 m/s

Daraus ergibt sich eine Startmasse von etwa 77 t. In meinem ersten Ansatz habe ich die Erststufe auf 65 t Masse angesetzt, die Oberstufe in Anlehnung an die EPS auf 11,4 t bei 1,4 t Leermasse (1,2 t Stufe, 0,2 t VEB) und ein Aestus Triebwerk. In der Simulation zeigte sich aber, dass es zu schubschwach ist. Diese Rakete hat einen zu geringen Schub in der Oberstufe. Also habe ich die Zahl der Triebwerke verdoppelt. Alternativ könnte man das Aestus, das druckgefördert ist, mit einer Turbopumpe ausrüsten. EADS untersuchte dies als Upgrade für die Ariane 5. Beides verdoppelt den Schub, die letztere Option auch den spezifischen Impuls. Ich habe aber mit dem originalen gerechnet. Diese Version kommt auf 1.070 kg Nutzlast in eine sonnensynchrone Umlaufbahn in 700 km Höhe (Bahnneigung 98,2 Grad), gestartet von 52 Grad nördlicher Breite, Azimut 15 Grad). Mit der Turbopumpe sind es 1.200 kg

Bei nur 1 bis 1,2 t Nutzlast ist die Trockenmasse der dritten Stufe von 1,4 t zu hoch. Daher war der nächste Ansatz die Stufe um 4 bis 5 t zu verkleinern und dafür die erste Stufe um 5 t schwerer zu machen. Diese Version kommt auf 1.230 kg Nutzlast in den gleichen Orbit.

Für die Vega wurde eine ähnliche Stufe L5.4 allerdings mit dem Aestus II Triebwerk entwickelt. Diese hat nochmals eine leicht höhere Nutzlast von 1.360 kg.

Zuletzt habe ich noch eine Variante mit einer zweiten Oberstufe für die Vega der L1.7 mit der BERTA Engine, einem neu zu fortentwickelnden Antrieb mit 8,1 kN Schub. Doch wegen der hohen Leermasse von 864 kg erreicht diese nur eine geringe Nutzlast.

Die dritte Lösung ist heute unüblich aber aus Performancesicht die beste. Sie besteht darin eine dritte Stufe einzufügen aber mit einem Feststoffantrieb ohne eigene Steuerung. Die beiden Unterstufen mit flüssigen Treibstoffen haben die Fähigkeit die Bahn anzupassen, sodass die letzte Stufe ein Apogäum in 700 km Höhe erreicht und dann zündet. Aufgrund der kleinen Trockenmasse des Feststoffantriebs ist dies viel günstiger als die VEB mitzuführen. Vor der Abtrennung die eine Freiflugphase einschließt würde man die dritte Stufe in Rotation versetzen. Ich habe dies mit der Variante mit Aestus II und 10 t Treibstoff durchgespielt und als Oberstufen den Star 37 FM, Star 48 und Star 63 simuliert.

Oberstufe 2 x Aestus, 10 t Treibstoff

1.070 kg

Oberstufe Aestus II, 10 t Treibstoff

1.200 kg

Oberstufe 1 x Aestus, 5 t Treibstoff

1.230 kg

Oberstufe 1 x Aestus, 6 t Treibstoff

1.290 kg

Oberstufe 1 x Aestus II, 5,4 t Treibstoff

1.360 kg

Oberstufe Aestus II, 10 t Treibstoff + Star 48

1.370 kg

Oberstufe Aestus II, 10 t Treibstoff + Star 63

1.090 kg

Oberstufe Aestus II, 10 t Treibstoff + Star 37 FM

1.390 kg

Diskussion

Je nach Auslegung wäre eine Nutzlast von 1 bis 1,4 t möglich. Diese Rakete würde daher unterhalb der Vega liegen, bei etwa der halben Nutzlast der Vega C. Da ich diese für die zahlreichen Klein und Kleinstsatelliten schon für zu groß halte, wäre sie eine Ergänzung im europäischen Arsenal. Die Varianten mit Feststoffoberstufe haben eine höhere Nutzlast, zumindest mit Star 37 und 48 Antrieb, aber nur wenig. Dafür handelt man sich andere Probleme ein wie das die Stufe zu Brennschluss rotiert (heute eher unüblich) und wegen des Prinzips die Bahngenauigkeit klein ist. Da dies eine weitere Stufe mit weiteren Kosten addiert, denke ich, lohnt es sich nicht. Allerdings wäre noch etwas mehr Nutzlast denkbar, wenn man aktuelle Technologie einsetzt – die Zefiro 9 Stufe hat einen höheren spezifischen Impuls als die alten Stars. Lohnen würde es sich auch, wenn diese Stufe als Oberstufe der Vega zum Einsatz kommt. Mit der Masse des Star 48 Antriebs kann dies eine Vega problemlos in einen Erdorbit bringen. Eine solche Stufe könnte 800 kg auf eine Fluchtbahn bringen oder 1.450 kg in einen Übergangsorbit für das Galileo-System (entspricht dann ungefähr 900 kg im Galileo-Orbit, also mehr als ausreichend für die derzeitigen Satelliten). Damit wäre die Vega als Träger für kleine Satelliten auf Fluchtbahnen einsetzbar oder zum Starten von Ersatzsatelliten des Galileosystems, die sonst eine Ariane 62 oder Sojus brauchen.

Von den anderen Versionen gibt es vier mit 1,2 bis 1,29 t Nutzlast. Welche die günstigste ist, hängt dann von wirtschaftlichen Faktoren ab.

Zuletzt: Was gegen den Weltraumbahnhof in Deutschland spricht, ist ja das die erste Stufe in bewohntem Gebiet niedergehen könnte. Mit einer Ausnahme liegen die Auftreffzonen zwischen 512 und 625 km vom Startort entfernt. Beim Suchen mit Google Maps liegen die Auftreffpunkte alle vor der norwegischen Küste, das kann sich aber ändern. Das hängt vom Azimut ab, und der wird weniger negativ (nähert sich Norden) wenn die Bahnhöhe niedriger wird. Man sollte daher eine Bergung vorhersehen (kostet Nutzlast) oder zumindest ein gezieltes Aufschlagen in einem Gebiet, indem man, wenn die Flugbahn zu Richtung Norwegen führt, die erste Stufe nach der Abtrennung wieder aufs Meer lenkt – kostet auch Nutzlast aber nicht so viel.

Bei dem Kurs der Bundesregierung – nicht nur dieser, sondern auch schon früher – allerdings sich mit Integrationsaufträgen zu bescheiden und technologisch anspruchsvolle Aufträge, die aber auch mehr finanzielle Beteiligung erfordert abzulehnen und dann wenn die Rakete fertig entwickelt ist die Satelliten auf Deltas (Telekom) oder Falcon (SARAH) zu starten, sehe ich allerdings schwarz sowohl für den Weltraumbahnhof wie die deutsche Rakete.

2 thoughts on “Eine Rakete für Deutschland

  1. Ich halte nichts von diesem wir können auch. Das wird zwar zur zeit immer wieder propagiert, aber wozu? Was wollen wir denn auch können? Wir zahlen schon für den Startplatz in Südamerika. Wenn D Unternehmen starten wollen, dann dürfen sie meiner Meinung gerne Geld un den Bau und den Unterhalt einer Startrampe dort stecken. Wenn sie gerne eine eigene Rakete haben wollen, dann gilt dafür das gleiche. Wenn sie einen größeren Teil des EU Raumfahrtkuchens haben wollen, dann bitteschön. Es wird doch immer wieder behauptet, dass privat gegenüber staatlich soviel besser ist.

    Tut mir leid um den Artikel, der gut ist, aber ich sehe keinen Sinn in einer eigenen D Raketenentwicklung, wenn man noch nicht mal weiß, was man im All eigentlich will. Bislang war der einzige Ansatz: „Wir wollen auch einen Zugang zum All.“ Es geht nie um etwas neues, sondern bestehendes wollen wir auch haben. Satelitten TV, GPS, Wetterbeobachtung etc.

    Wo bleibt der große Plan oder das Ziel? Wenn wir etwas in der Raumfahrt bewegen wollen, dann sollten wir die Spitze anstreben, neue Vorgehensweisen, neue Horizonte. Meinetwegen ein kleines Aerospike Triebwerk serienreif entwickeln und Zertifizieren, oder größere Missionen mit Ionentriebwerken. Auch die Entwicklung von Flyback Boostern würde ich als interessant ansehen.

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.

Diese Website verwendet Akismet, um Spam zu reduzieren. Erfahre mehr darüber, wie deine Kommentardaten verarbeitet werden.