?Wie angekündigt, nun in mehreren Teilen mein Vorschlag für den Ausbau der Ariane 5 zu einer „Super Ariane“. Ich will in diesem Teil zusammenfassen, was sich die ESA und Industrie an Gedanken gemacht hat für die Leistungssteigerung der Ariane, ohne ein komplett neues Trägersystem zu entwickeln. Am Wochenende wird dann ein Gastblog von Michel Van erscheinen. Ich hoffe das wird eine Dauereinrichtung. Vielleicht klärt mich auch Ruhri in einem Gastblog über die so epochal wichtige Grundlagenforschung an Bord der ISS auf. Ich warte auch noch darauf, dass jemand den Fehler in der Grafik im letzten Blog entdeckt. Ich dachte nicht, dass er so schwer zu finden ist.<\/p>\n
Im folgenden eine Zusammenfassung verschiedener ESA Untersuchungen, die zusammen mit der Industrie erarbeitet wurden. Die Maxime dabei war die Nutzlast der Ariane 5 zu steigern, ohne die Architektur des Trägers radikal zu verändern, wie dies z.B. mehr Triebwerke, verlängerte Stufen oder mehrere Feststoffbooster bedeuten würden.<\/p>\n
Seit Ariane konzipiert wurde, leidet sie unter einem Manko: Dem geringen Schub des Haupttriebwerkes. Das verursacht Gravitationsverluste, die Ariane 5 muss also eine deutlich höhere Geschwindigkeit erreichen um in einen Orbit zu gelangen, als das Vorgängermodell. Beim Abtrennen der Booster geht z.B. die Beschleunigung auf 0,75 g zurück – weniger als die Erdbeschleunigung. So steigerte schon die Einführung des Vulcain 2 (1350 anstatt 1145 kN Schub) die Nutzlast um 1.150 kg. Innerhalb eines bestimmten Bereiches bringen jeweils 10 kN mehr Schub rund 80 kg mehr Nutzlast. Auf der anderen Seite kann auch über den spezifischen Impuls nachgedacht werden, auch wenn das Vulcain 2 schon einen sehr hohen Wert aufweist. Auch hier bringen 10 m\/s mehr rund 80 kg mehr Nutzlast.<\/p>\n
Dieser Zusammenhang gilt natürlich nicht für sehr große Triebwerke. Bei rund 1800 kN Schub erreicht die Ariane 5 eine Beschleunigung von 1 g bei der Abtrennung. Wesentlich größere Triebwerke steigern dann die Nutzlast nicht mehr so stark, auch weil natürlich dann das Trockengewicht der Stufe ebenfalls mit ansteigt. Der zweite Fokus den Arianespace und Industrie (SNECMA) im Blick haben, sind die Produktionskosten. Das Vulcain 2 ist die teuerste Einzelkomponente an der Ariane 5. So sollen auch die Produktionskosten gesenkt werden. Wenn diese stark sinken, so kann auch auf Leistung verzichtet werden. SNECMA und ESA haben drei Klassen von Triebwerken untersucht:<\/p>\n
Am meisten bringt eine neue Technologie bei den Boostern. Das klingt widersprüchlich, weil sie als erste Stufe sehr viel leistungsfähiger werden, müssen um die Nutzlast zu steigern. Auf der anderen Seite sind die Booster der technologisch veraltetste Teil. Die Vega wird die Technologie der CFK Werkstoffe bei großen Boostern erproben. Die Fertigungsanlagen sind schon für die Ariane 5 ausgelegt. CFK Werkstoffe versprechen eine Reduktion der Leermasse von 38,5 auf 27 t. Sie erlauben einen höheren Brennkammerdruck und damit können auch die Düsen verlängert werden. Zusammen mit einer neuen Treibstoffmischung steigt so der spezifische Impuls um 40 m\/s. In der Summe versprechen CFK Booster so 1.750 kg mehr Nutzlast. Leider gehen diese mit höheren Belastungen einher. So steigt die dynamische Belastung in der Aufstiegsbahn um 0,48 Bar oder 30 %. Dadurch muss diese angepasst werden. Trotzdem bleibt dann noch eine Nutzlast von 1000-1500 kg.<\/p>\n
Die ESC-B Oberstufe ist der neueste Teil der Rakete. Optimierungen sind daher nicht in großen Maße möglich. Vorgeschlagen wurde eine Erhöhung des Schubs des Vinci Triebwerks von 180 auf 200 kN. Der Effekt ist, dass bei gleicher Treibstoffmenge die Brenndauer um 70 Sek sinkt. Da die Rakete Oberstufe während des Betriebs laufend Höhe gewinnt verliert sie an Geschwindigkeit und verrichtet Hubarbeit. Die Reduktion der Brenndauer von 1100 Sekunden bei der EPS auf 950 Sekunden bei der ESC-A hat diese schon reduziert. Eine Erhöhung des Schubs des Vinci Triebwerks könnte diese weiter reduzieren. Der Gewinn an Nutzlast wurde nicht präzisiert, dürfte jedoch nur in Bereich von einigen Hundert Kilogramm liegen<\/p>\n
Beim Umsetzung aller Optionen kann die Nutzlast der Ariane 5 auf 14-15 t in den GTO Orbit und rund 27 t zur ISS gesteigert werden. Dies ist mehr als doppelt so viel wie die erste Version aufwies – zumindest für den GTO Orbit. Für die ISS Versorgung ergibt sich immer noch eine Steigerung um 50 %.Soll mehr Nutzlast erhalten werden, so müssen die bisherigen Stufen und Booster revidiert werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
?Wie angekündigt, nun in mehreren Teilen mein Vorschlag für den Ausbau der Ariane 5 zu einer „Super Ariane“. Ich will in diesem Teil zusammenfassen, was sich die ESA und Industrie an Gedanken gemacht hat für die Leistungssteigerung der Ariane, ohne ein komplett neues Trägersystem zu entwickeln. 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