Das Ende einer Ära – Teil 2

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In dem heutigen Teil des Abschieds von der Ariane 5 geht es um die Versionen und den Übergang zur Ariane 6. Ich fange mal mit den Versionen der Ariane 5 an. Die zuerst eingeführte Version hieß später Ariane 5G. Sie setzt die EPS-Oberstufe ein, hat zwei Booster mit jeweils 238 t Treibstoff und in der Zentralstufe ein Vulcain 1 Triebwerk mit 1.145 kN Vakuumschub und 158 t Treibstoff. Schon bald begann man zu optimieren. Für die Ariane 5 wurde eine Doppelstartstruktur Speltra entwickelt. Diese verlängerte die Nutzlastverkleidung weil sie denselben Durchmesser von 5,4 m hatte. Es gab aber genug Platz innerhalb der Verkleidung und so wurde schon nach dem Testprogramm die Speltra durch die Sylda-5, eine Modifikation der Ariane 4 Sylda ersetzt. Die Sylda 5 sitzt innerhalb der Nutzlastverkleidung, ist kleiner und so auch einige hundert Kilogramm leichter. Die Ariane 5 G+ lud 3 t mehr Treibstoff in jeden Feststoffbooster, die EPS-Oberstufe nahm 300 kg mehr Treibstoff auf. Bei der VEB, der Avionik der Ariane 5 konnte durch den Einsatz von CFK-Werkstoffen 150 kg Gewicht eingespart werden. Die Ariane 5 G+ wurde nur viermal im Jahre 2004 eingesetzt und steigerte die GTO-Nutzlast von 6,82 auf 7,1 t. Die Ariane 5 GS – das S steht für „Star“, war eine Notlösung für die Starts der Ariane 5 ECA. Die Start nach dem Fehlstart der ersten Ariane 5 ECA im Dezember 2002 nicht zur Verfügung, um die Starts trotzdem durchführen zu können, nahm man die Zentralstufen die in der Produktion waren und baute sie auf die G-Variante zurück, sie waren aber schwerer um den höheren Schub des Vulcain 2 aufzunehmen, so war die Nutzlast der Ariane 5 GS nicht höher als die der Ariane 5G+. Sie wurde sechsmal zwischen 2005 und 2009 eingesetzt. Continue reading „Das Ende einer Ära – Teil 2“

Das Ende einer Ära

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Gestern hob die vorletzte Ariane 5 mit der Jupitermission JUICE ab. Ich denke, das ist ein guter Augenblick, um die Geschichte der aktuellen Ariane-Generation nochmals zu betrachten. Die Geschichte der Ariane 5 geht lange zurück, bis ins Jahr 1985. Es war damals eine andere Zeit, ich will sie für alle jüngeren Blogleser nochmals rekapitulieren.

1985 sah es so aus, als gehörte die Zukunft dem Space Shuttle. Es flog immer häufiger – neunmal in diesem Jahr – und wurde auch für kommerzielle Starts eingesetzt und transportierte pro Flug gleich mehrere Satelliten der Delta-Klasse. 1979 hatte die europäische Industrie Arianespace gegründet, mit dem Ziel, die Ariane 1 zu vermarkten. Das war bis 1985 auch erfolgreich, man hatte einige Aufträge an Land gezogen, aber der Aufstieg zum Weltmarktführer stand noch aus. Dieser erfolgte erst einige Jahre später mit der Ariane 4. Continue reading „Das Ende einer Ära“

Könnte JUICE mit Ionenantrieb zum Jupiter gelangen?

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Ich arbeite gerade an einem Artikel über die ESA-Raumsonde JUICE. Wie die NASA Mission zu Jupiter, Europa Clipper, gelangt sie durch zahlreiche Swing-By Manöver, vor allem an der Erde, zu Jupiter. Der Grund ist relativ einfach: es gibt keine Trägerrakete, die verfügbar ist, welche die Sonde direkt zu Jupiter befördern könnte. Die Reise dauert aber lange, mindestens 7,6 Jahre, soll zudem, wie ich einer neueren Veröffentlichung entnehme, der Start von Mai/Juni 2022 auf September/Oktober 2022 verschoben werden, so könnten es sogar zwei Jahre mehr sein, da man so das optimale Startfenster verpasst.

Ich will in diesem Blog erkunden, ob es nicht auch mit meinem Lieblingsantrieb, dem Ionenantrieb ginge und wenn möglich schneller. „Erkunden“, weil ich den Blog parallel zum Rechnen schreibe, also jetzt am Anfang noch nicht weiß, wie es ausgeht.

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Die Erforschung Jupiters mit Raumsonden und JUICEs Mission

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Es gab bisher wenige Sonden zu Jupiter, das liegt zum einen an der Entfernung die eine hohe Startgeschwindigkeit nötig macht und so die Trägerrakete verteuert, aber auch an der hohen Belastung durch den Strahlengürtel und die geringe Sonneneinstrahlung die früher RTG als Energieversorgung nötig machte. Bisher gab es nur zwei Sonden, die in einen Orbit um Jupiter einschwenkten und fünf weitere die ihn passierten.
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Der Jupiter Kommunikations-Orbiter

Das Nachdenken über „Galileo 2“ brachte mich auf den heutigen Blog. Damals war einer der Vorschläge als man die Hauptantenne nicht ausfalten konnte einen Kommunikationssatelliten hinterher zu schicken. Man hat es nicht weiter verfolgt. Aus naheliegenden Gründen. Wenn der Kommunikationsorbiter die Fähigkeiten von Galileo haben, sollte dann käme nur ein Satellit mit derselben Hauptantenne infrage also ein TDRS. Doch der wiegt genauso viel wie Galileo selbst. Die Sonde bräuchte also wiederum 7 Jahre, um Jupiter zu erreichen – wenn man ein geeignetes Startfenster findet. Galileo hatte schließlich auch noch drei Vorbeiflüge zu absolvieren. Zudem setzt er auch denselben Antennentyp ein, das Entfalten hätte also auch da nicht klappen können.

Nun sind zwei Missionen zu Jupiter geplant. Brauchen die einen Kommunikationsorbiter? Eigentlich nicht. Beide Missionen haben ihr eigenes Kommunikationssystem. Aber wenn man es genauer anschaut, dann schon. Der wichtigste Grund: JUICE und Europa Clipper werden viele Manöver im Jupitersystem durchführen. Das ist ein Unterschied zu Galileo, wo es nur kleine Kurskorrekturen gab. JUICE will schließlich in eine Umlaufbahn um Ganymed einschwenken und Europa Clipper 45 Vorbeiflüge an Europa durchführen. Damit die in einer tolerierbaren Zeit möglich sind, muss auch hier der Kurs massiv geändert werden. Der Preis: Die Raumsonden bestehen größtenteils aus Treibstoff. Bei JUICE beträgt die Trockenmasse 1800 kg, die Startmasse 5.264 kg. Bei Europa Clipper sieht es günstiger aus: 3.254 kg Start und 2.072 kg Trockenmasse. Doch beide Raumsonden haben nur kleine Sendeantennen. Es gibt dazu Gründe. Zum einen erhöhen große Antennen natürlich das Gewicht. Beide haben massive Antennen. Das Zweite sind die Sender. Sie haben einen hohen Stromverbrauch. Bei einem Wirkungsgrad von 30-40 % braucht ein 30-Watt-Sender eine Eingangsleistung von 80 – 90 Watt, was bei Juno schon ein Fünftel der Gesamtenergie ist.

Die Idee: Man strippt die Sendesysteme der beiden Sonden herunter und spart so Gewicht. Stattdessen baut man einen (relativ) einfach gebauten Satelliten, der immer in sicherer Entfernung von Jupiter bleibt. Er empfängt die Signale und hat eine große Sendeantenne und kann sie dann zur Erde übertragen. In sicherer Entfernung (jenseits von 17 Jupiterradien = 1.213.600 km) ist die Strahlenbelastung so klein, dass man dort lange einen Satelliten betreiben kann. Wahrscheinlich länger als die beiden Raumsonden, sodass er auch für zukünftige Missionen zur Verfügung steht. Continue reading „Der Jupiter Kommunikations-Orbiter“