Ariane 5 – Ein Nachruf

Was ich heute schriebe ist jetzt nicht sooo arg neu, man kann es eigentlich in mehreren Teilen auf meiner Website nachlesen (siehe Links im Text). Aber der nun endgültig letzte Start der Ariane 5 gibt mir den Anlass nochmals die Geschichte passieren zu lassen.

Die Entwicklung

Die Entwicklung der Ariane 5 startete schon 1985, als die Franzosen beim ESA Konzil erstmals den Vorschlag eines Ariane 1 Nachfolgers vorbrachten. Damals konnten sie noch nicht die Mehrheit überzeugen, denn Ariane 2+3 waren gerade erst in den Einsatz gegangen, die Ariane 4 hatte ihren Jungfernflug erst in einigen Jahren. Man befand, dass man auch erst mal prüfen sollte, ob die technologisch schwierigste Entscheidung für das Vulcain Triebwerk auch umsetzbar war und so wurde ein Forschungsprogramm für dieses beschlossen und auf 1988 vertagt.

1988 war es dann soweit. Das Vulcain war zu bauen, trotz anspruchsvoller Betriebsparameter. Vor allem aber hatten die USA die ESA inzwischen eingeladen sich an der Raumstation Freedom/Alpha zu beteiligen. Die Ariane 1 bis 3 hatten sich fest im Markt etabliert und Europa plante eine eigene Raumstation schon damals Columbus genannt, dazu eine unbemannte Raumstation im polaren Orbit und einen Raumgleiter Hermes der beide versorgen konnte. Damals war Columbus auch so geplant, das es alleine betrieben werden konnte, aber auch an die US-Raumstation angekoppelt werden konnte. All das sollte Ariane 5 starten. Dafür brauchte sie eine hohe LEO Nutzlast von 20 t. Die GTO-Starts die später die meisten Flüge ausmachten, waren da eine Erweiterung aber die Rakete wurde nicht wie Ariane 1-4 auf diese Transporte ausgelegt. Das schlug sich in der Konzeption wieder. Mit zwei Boostern und einer Zentralstufe war Ariane 5 vom Flugprofil vergleichbar dem Space Shuttle, nur das eben nicht nur der Tank sondern die ganze Zentralstufe verloren ging. Der Raumgleiter Hermes hätte sich dann selbst in den Orbit gebracht. Für die anderen Elemente brauchte man eine Stufe, die aber damit man nicht zwei Versionen von Ariane 5 bauen musste – für Hermes und Satellitentransporte in die VEB, also den Avionikring passen musste. Das begrenzte die Größe dieser Stufe EPS die daher auch nicht Wasserstoff und Sauerstoff sondern lagerfähige Treibstoffe einsetzte.

Die Entwicklung verzögerte sich wie bei Ariane 6 und Ariane 5 startete so zwei Jahre später als ursprünglich geplant. Das war aber kein Problem, weil Arianespace rechtzeitig davon wusste und weitere Ariane 4 bestellte um die Aufträge abzuwickeln.

Der Einsatz

Der Jungfernflug scheiterte, weil man ein Programm der Ariane 4 ohne Prüfung auf die Ariane 5 übertragen hatte. Mehr dazu auf der Website. Das war sehr blamabel. Solche Softwarefehler gibt es aber immer wieder, zu erwähnen wäre der Verlust von Schiaparelli und der 1998/99 fast gleichzeitige Verlust des MCO und MPL und das geht sehr lange zurück, der erste dem Autor bekannte Fall ist der Verlust von Mariner 1 am 22.7.1962. Besonders peinlich beim Jungfernflug der Ariane 5 war, weil anders als bei Ariane 1 für einen Teststart man so überzeugt war das sie keine Dummynutzlast sondern Cluster 1-4 als Nutzlast hatte und gleich vier Forschungssatelliten als Nutzlast verlor.

Der zweite Start war erfolgreich, nun nur mit Dummynutzlast. Es gab eine Unterperformance, weil sich zeigte, dass das Rollachsenkontrollsystem unterfordert war, sodass die Rakete am Schluss rotiere und der Treibstoff durch die Zentrifugalkraft an der Außenseite blieb und nicht zu den Leitungen in der Mitte kam. Als das korrigiert war verlief alles glatt bis zum zehnten Start, als die EPS-Oberstufe durch Verbrennungsinstabilitäten eine der beiden Treibstoffkomponenten vorzeitig verbrauchte und der Orbit zu niedrig war. Zwei Satelliten waren an Bord. Der eine wurde der Versicherung als Totalverlust gemeldet, der europäische Artemis-Technologiesatellit war der erste Satellit mit Ionentriebwerken, er errichte dadurch trotzdem seinen Orbit und arbeitete dort weitaus länger als vorgesehen. Das war also ein zu 50 Prozent erfolgreicher Start.

Die Weiterentwicklung

Schon nach dem Jungfernflug beschloss die ESA das Ariane 5 Evolution Programm. Hermes war inzwischen eingestellt worden, Columbus würde vom Space Shuttle gestartet werden und der Free Flyer war auch eingestellt. Nun galt es die Rakete für GTO-Transporte zu optimieren. Die Ariane 5 E (E für Evolution, die erste Version bekam nachträglich den Buchstaben G für Generic verpasst) hatte Verbesserungen an allen Systemen, aber bedeutend waren zwei: Mehr Treibstoff in der Erststufe durch Veränderung des Mischungsverhältnisses LOX/LH2 und an dies gekoppelt ein neues Triebwerk mit 25 Prozent mehr Schub. Die Oberstufe wurde komplett ersetzt durch eine „Übergangslösung“. Die Oberstufe H10 der Ariane 4 wurde angepasst. Der untere Teil mit dem Sauerstofftank, Triebwerk und Schubrahmen blieb, der Wasserstofftank wurde auf 5,4 m verbreitetet. Diese ESC-A Oberstufe sollte nur als Zwischenlösung fungieren und nach einigen Jahren von der ESC-B mit dem Vinci Triebwerk mit doppelt so viel Treibstoff abgelöst werden.

Doch der Jungfernflug der Ariane 5E scheiterte, weil bei dem neuen Triebwerk die Düsenkühlung unzureichend war und es so zu wenig Schub entwickelte. Das war (wie beim zweiten Teststart) ein typischer Fehler, den man nur im Flug sieht, bei Tests auf der Erde führte die Umgebungsluft die Wärme ab, das entfiel im Vakuum. Es wurde nachgebessert und danach Flog die Ariane 5E weitestgehend ohne Probleme. „Weitestgehend“ bezieht sich auf einen Start VA241 vom 25.1.2018. Bei dieser Mission handelte es sich um zwei „All Electric“ Satelliten, die mit Ionentriebwerken ihren Orbit selbst anheben. Daher sollten sie in einen subsynchronen Orbit entlassen werden. Das war das erste Mal für Arianespace, alle Ariane vorher erreichten den GTO direkt, das ist bei dem äquatornahen Startplatz die beste Option. Die All Electric Satelliten heben aber zwangsläufig während des Betriebs ihrer Triebwerke über Tage den Orbit an und so sollten sie etwas tiefer ausgesetzt werden. Erneut war es ein Softwarefehler, der Bordcomputer war falsch programmiert sodass die Bahn am Schluss sogar eine höhere Inklination als der Startort hatte. Beide Firmen meldeten aber keinen Versicherungsschaden, sodass dieser Start zumindest als Teilerfolg gilt. Der Fehlstart der Ariane 5E erwischte 2002 aber Arianespace auf einem kalten Fuß, diesmal gab es keine weiteren Ariane 4 um das aufzufangen, die letzte Ariane 4 startete ein Jahr nach der Ariane 5E. Man wandelte einige Ariane 5E in der Produktion zu Ariane 5G um, aber konnte erst mal keine weiteren Aufträge annehmen. Da man für Nachbesserungen Geld brauchte, nahm man die Mittel die für die Entwicklung der ESC-B Oberstufe (die 2003 beginnen sollte) vorgesehenen waren und verschob deren Entwicklung – und zwar auf unbestimmte Zeit.

Die Konkurrenz und Ariane 6

Um das Marktumfeld zu beleuchten, muss ich etwas weiter in die Vergangenheit zurückgehen. Ariane 1 wurde entwickelt damit Europa ihre eigenen Kommunikationssatelliten starten konnte. Damals (vor 1974) startete die NASA die europäischen Satelliten. Das hörte aber auf sobald man mit den Satelliten Geld verdienen konnte. Als Deutschland und Frankreich die Satelliten Symphonie 1+2 entwickelten wurden sie nur gestartet mit der Auflage das man sie nur experimentell betrieben würde, das galt auch für den ersten europäisieren Kommunikationssatelliten OTS-1. Bei Ariane 1 hoffte man auf Aufträge aus Drittländern, die genauso betroffen waren wie Arabien, Kanada, Japan, Indonesien. Diese Erwartung wurde übertroffen und Ariane 1 so erweitert, dass sie kommerziell erfolgreicher war. Ariane 2 hatte die Nutzlast der aktuellen Atlas G und Ariane 3 konnte zwei Satelliten der Delta 3914 transportieren, damit konnten sich erstmals zwei Kunden den Start teilen und die Doppelstartfähigkeit wurde später zu dem wichtigsten Aspekt der Weiterentwicklung. Ariane 4 setze diese Anpassung an schwerere Nutzlasten fort und war sehr erfolgreich, es gab bis zu 12 Starts pro Jahr. Natürlich war auch Ariane 5 auf Doppelstarts ausgelegt. Aber um die Jahrtausendwende änderte sich einiges. Die Zahl der Kommunikationssatelliten wie weltweit gestartet wurden nahm ab. Neue Konkurrenz kam in Form der russischen Träger Proton und Zenit auf. Bedingt durch das geringe Lohnniveau konnten diese die Startpreise von Arianespace unterbieten. Die US-Konkurrenz war trotz der Neuentwicklungen durch das EELV Programm, Atlas V und Delta 4 dagegen weiterhin kein Problem. Zuerst versuchte man dies zu lösen indem man 50 Ariane 5 auf einmal bestellte und so die Fertigung billiger werden sollte. Das klappte aber nur bedingt. Dann begann die ESA ab 2004 die Ariane 5 zu subventionieren. Das war denn auch Munition für Frankreich, das nun eine Ariane 6 haben wollte und das lange bevor SpaceX als Konkurrenz auftrat. Deutschland wollte dagegen eher die ESC-B Oberstufe entwickelt sehen, weil diese wie die bisherigen Oberstufen in Bremen gefertigt werden sollte. 2010 kam es nicht zu einer Einigung, 2013 einigte man sich darauf, die Ariane 6 auszuschreiben und die ESC-B zu entwickeln, so das sie auf beiden Trägern eingesetzt werden konnte. Erst 2016 – inzwischen hatte SpaceX erste kommerzielle Starts durchgeführt, aber noch keine Rakete wiederverwendet – konnte man auch Deutschland mit dem Menetekel „SpaceX“ von der Ariane 6 überzeugen.

Kleines Detail am Rande: zu dem Zeitpunkt musste man Ariane 5 schon seit Jahren nicht mehr subventionieren, denn das die Rakete so teuer wurde, lag am Euro. Er wurde 2002 mit 1,10 Dollar pro Euro eingeführt. 2009 bekam man für einen Euro schon 1,35 Dollar, heute bei sind es 1,088. Da die Rakete in Europa gefertigt wird und in Euro bezahlt wird, alle Starts international aber in Dollar abgerechnet werden, hat sich der Startpreis wieder auf das Niveau von 2002 eingependelt, seit 2009 ist er für internationale Kunden um 24 Prozent billiger geworden.

Was man diesmal bei den Verzögerungen der Ariane 6 versäumt hatte war rechtzeitig einige Ariane 5 nachzubestellen. Das die Ariane 6 später kommt, konnte man ja schon vor Jahren abzusehen, das war nun nicht wie bei dem Fehlstart der Ariane 5E ein plötzliches Ereignis.

Mein persönliches Urteil

Ich war nie überzeugt von Ariane 5, einfach aus emotionalen Gründen. Die Rakete sieht einfach scheiße aus und einige technische Parameter, insbesondere die hohe Trockenmasse der Oberstufe sind nicht überzeugend. Heute gibt es ja „Fans“ von Firmen, was in der Raumfahrt ein Novum ist. Davon war ich immer weit entfernt, ich war stolz auf den Erfolg von Ariane 1-4 und mit ihr verbunden, auch weil als ich zur Raumfahrt kam die Ariane 1 gerade vor ihrem dritten Testflug stand und das Space Shuttle vor dem Jungfernflug. Die Kommentare in Zeitungen und Zeitschriften selbst normalerweise gut recherchierenden wie dem „Spiegel“ zerrissen die Ariane. Sie wäre schon tot bevor sie im Einsatz wäre, veraltete Technologie und das Space Shuttle würde – da wiederverwendbar – alles viel billiger erledigen. (Kommt das einem heute bekannt vor?) Ariane 1 bis 5 waren trotzdem kommerziell erfolgreich. Zum Teil wegen des Konzepts des Doppelstarts zum Teil wegen der günstigen geographischen Lage. Die russischen Träger waren das erste Warnsignal, das man diesen Erfolg nicht einfach als gegeben ansehen sollte.

Schon als man begann die Rakete zu subventionieren, hätte man nachdenken können, nämlich ob es wirklich so wichtig, ist die meisten kommerziellen Satelliten zu starten. Ich meine das hat sich verselbstständigt. Bei den Kommentaren zum letzten Flug wurde wieder betont das man in einigen Monaten wieder einen eigenen Zugang zum All habe und genau dafür wurde Ariane 1 entwickelt und das sollte auch die Hauptaufgabe von Ariane 5 sein. Schauen wir nach Indien und Japan, beide Nationen haben seit Jahrzehnten eigene Trägerraketen und kaum kommerzielle Aufträge aquiriert (bei Indien spreche ich von der GSLV und LVM3 da sie im selben Sektor wie Ariane 5 angesiedelt ist).

Das Handicap, das jede europäische Rakete hat ist das sie zum einen wegen der Beteiligung vieler europäische Staaten bei Dutzenden von Firmen in ganz Europa gebaut wird – das erhöht die Kosten. Das zweite ist das die Mindestzahl an Starts mit denen sie fest rechnen kann viel kleiner als bei der US-Konkurrenz ist. Die USA starten Regierungsnutzlasten nur mit eigenen Trägern. Dabei hat die NASA ein größeres Budget als alle nationalen Raumfahrtbudgets von ESA-Mitgliedstaaten plus dem der ESA selbst zusammen. Und auf dieses NASA Budget kommen noch das der NRO, des Dod und der NOAA obendrauf, zusammen etwa dreimal so viel wie Europa für Raumfahrt ausgibt. Daraus resultieren viel mehr Starts und selbst wenn sich diese bei den schweren Nutzlasten auf zwei Systeme verteilen, kommt man selbst ohne einen kommerziellen Kunden auf eine viel höhere Startzahl als Arianespace, bei der die kommerziellen Starts lange Zeit 75 Prozent aller Starts ausmachen. Ein US-Konkurrent muss daher nicht mal eine billige Rakete als Europa bauen, er kann alleine dadurch dass er viel mehr Starts hat, billiger sein. Und das hat nicht mal was mit der Wiederverwendbarkeit zu tun, denn inzwischen ist kann auch ULA durch den Riesenauftrag von Amazon seine Vulcan-Centaur günstiger anbieten und SpaceX unterbot die Preis von Arianespace schon als sie noch keine Wiederverwendung betrieben (und haben seitdem die Preise auch nur erhöht, nicht gesenkt).

Ich hätte daher keine Ariane 6 entwickelt, vor allem weil dabei ja eine modernisierte Ariane 5 herausgekommen ist, die nicht billiger ist weil sie technische Neuerungen hat, sondern man die Produktion zusammenlegte (was auch bei der Ariane 5 hätte erfolgen können) und man von mehr Starts ausgeht, (was da es nicht mehr europäische Nutzlasten gibt und die internationale Konkurrenz ja auch nicht kleiner wurde, auch nicht gegeben ist).

Ariane 6 kostet den europäischen Steuerzahler 3 Milliarden Euro, für das Geld hätte man selbst, wenn man nur noch wenige Ariane 5 startet, weil man gar keine kommerziellen Aufträge mehr gewinnt und sie dann teurer wird, sehr lange die Ariane 5 weiter betreiben können. Im Endeffekt bauen wir eine neue Rakete, damit Konzerne, die vor allem Kommunikationssatelliten bauen, noch mehr Gewinne machen und das muss nun wirklich nicht sein. Wir brauchen einen eigenen Zugang zum Weltraum, das hat der 24. Februar 2022 erneut in Erinnerung gerufen, wir müssen aber nicht Marktführer bei dem Transport von Kommunikationssatelliten sein.

Es geht um etwas anderes und das sieht man auch an den Upgradeprogrammen – man will eine Trägerindustrie unterstützen das geht auch mit Entwicklungsaufträgen. Das ist ein Argument und ich meine kein schlechtes, wir wollen ja nun auch in anderen Sektoren unabhängiger werden und lassen uns das etwas kosten. Nur sollte man dies dann auch so kommunizieren.

Morgen will ich mal zeigen wie man Ariane 5 preiswert aufrüsten könnte und gleichzeitig die Sojus ersetzen kann – so ziemlich der einzige Vorteil der Ariane 6 für die ESA sehe ich dass die Version Ariane 62 in etwa die Nutzlast der Sojus hat und diese so ersetzen kann.