{"id":4595,"date":"2011-04-08T00:13:38","date_gmt":"2011-04-07T22:13:38","guid":{"rendered":"http:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=4595"},"modified":"2011-04-07T00:17:12","modified_gmt":"2011-04-06T22:17:12","slug":"die-ariane-5-mondrakete","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2011\/04\/08\/die-ariane-5-mondrakete\/","title":{"rendered":"Die Ariane 5 Mondrakete"},"content":{"rendered":"<p>Muss es immer was neues sein? Also wenn die ESA die Industrie fragt, bekommt sie ja immer die Antwort &#8222;Ja&#8220;. Warum auch nicht, wenn sie einen Handwerker nach einer Meinung fragen, wie man ihr Wohnzimmer neu einrichten k&ouml;nnte, dann bekommen sie von vielen auch ein Angebot das im oberen Bereich der M&ouml;glichkeiten liegt.<\/p>\n<p>Wenn mal wieder die Pl&auml;ne f&uuml;r Mond- und Marsmissionen aufkommen, dann m&ouml;chte ich auch eine besteuern. Warum immer eine neue Tr&auml;gerrakete erfinden? Viel Geld in deren Entwicklung stecken, wenn sie doch nur wenige Starts absolvieren wird? Hier eine Idee, wie sich die ESA beteiligen k&ouml;nnte &#8211; mit einer Ariane Mondrakete, aufgebaut aus der Ariane 5.<!--more--><\/p>\n<ul>\n<li>Stufe 1: Zw&ouml;lf normale EAP Booster. Sie werden beim Start gez&uuml;ndet.<\/li>\n<li>Stufe 2: In einem Kreisring befinden sich sechs EPC Stufen. An Jeder an der &auml;u&szlig;eren Peripherie jeweils zwei EAP Booster. Sie werden gemeinsam mit den Booster gez&uuml;ndet.<\/li>\n<li>Stufe 3: In der Mitte des Kreisrings als dritte Stufe eine einzelne EPC. Sie wird 10 s gez&uuml;ndet, bevor die &auml;u&szlig;eren EPC Brennschluss haben. Das vermeidet die Z&uuml;ndung in der Schwerelosigkeit.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Das verbindet weitgehend die Elemente der bisherigen Ariane 5 in weitgehend unver&auml;nderter Weise zu einer neuen Rakete. Nur transportiert diese rund 64 t zum Mond, mehr als eine Ares V. 178 t sind es (theoretisch, dazu unten mehr) in einen niedrigen Erdorbit.<\/p>\n<p>Nat&uuml;rlich sind noch &Auml;nderungen n&ouml;tig. So wirkt der Schub der EAP nun einseitig au&szlig;en an den EPC, das macht sicher Anpassungen an der Struktur n&ouml;tig. Auch die zentrale EPC wird anzupassen sein. Zum einen fallen nun die von den EAP induzierten Schwingungen deutlich geringer aus, weil sie durch die sechs &auml;u&szlig;eren EPC ged&auml;mpft werden. Man k&ouml;nnte das noch optimieren, indem man die Verbindungen mit Schwingungsd&auml;mpfern versieht. Umgekehrt ist EPC derzeit ausgelegt auf den Transport der ESC-B und einer 12 t schwerem Nutzlast, was zusammen rund 46 t wiegt. F&uuml;r 64 t wird sie ein wenig verst&auml;rkt werden m&uuml;ssen, f&uuml;r eine Last von 178 t (f&uuml;r den Transport in den Erdorbit) wird es einiges mehr sein.<\/p>\n<p>Auf der anderen Seite gibt es M&ouml;glichkeiten zu Optimierung. Da die zentrale Stufe nur im Vakuum arbeitet, kann man sie mit einer gr&ouml;&szlig;eren Expandionsd&uuml;se versehen. Wie beim Vinci Triebwerk kann man sie ausfahrbar gestalten. Bei einem Vulcain Mark III wurde das mal untersucht und es soll eine um 150 m\/s h&ouml;here Ausstr&ouml;mgeschwindigkeit bringen,. Nimmt man nur konservative 100 m\/s an, so sind es 5 t mehr Nutzlast.<\/p>\n<p>Eine der Optionen f&uuml;r den Ausbau der Ariane 5 sind EAP Booster mit CFK-Werkstoffen. Sie sind leichter, haben einen h&ouml;heren Brennkammerdruck und eine h&ouml;here Ausstr&ouml;mgeschwindigkeit. Nimmt man die projektierten Werte dieser CFK-EAP, so gibt das nochmals 4 t mehr Nutzlast (rund 73 t). Das sollte auch Gewichtssteigerungen bei den EPC auffangen k&ouml;nnen.<\/p>\n<p>Ich denke es ist machbar. Die Anpassungen sind gering, verglichen mit der projizierten <a href=\"http:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Liberty_(rocket)\">&#8222;Liberty&#8220; Rakete<\/a> von ATK, wo eine EPC auf einem 5-Segment Shuttle SRB sitzt: Sie ist dort viel h&ouml;heren Vibrationsbelastungen ausgesetzt, die Spitzenbeschleunigung ist h&ouml;her, und das Triebwerk muss in der Schwerelosigkeit gez&uuml;ndet werden. Was problematisch sein wird, ist mit dem heutigen Vulcain 2 eine Mission mit zwei Z&uuml;ndsequenzen, da es daf&uuml;r nicht ausgelegt ist. In diesem Falle m&uuml;sste eine weitere Stufe in den Orbit transportiert werden, z.b. eine verk&uuml;rzte EPC mit Feststofftriebwerken zur Vorbeschleunigung des Treibstoffs. Diese w&uuml;rde dann die zweite Z&uuml;ndsequenz durchf&uuml;hren. Damit w&auml;ren dann Missionen wie sie die NASA im Constellation Programm plant (Besatzung und Ausr&uuml;stung getrennt gestartet).<\/p>\n<h3>Kostenabsch&auml;tzungen<\/h3>\n<p>Ich denke die Entwicklungskosten w&auml;ren aufgrund der weitgehend unver&auml;ndert &uuml;bernommenen Elemente &uuml;berschaubar. Man braucht eine neue Startrampe, schon alleine weil die &Ouml;ffnungen f&uuml;r die Raketentriebwerke woanders sind als bei der Ariane 5.<\/p>\n<p>Die Produktionskosten sind absch&auml;tzbar. Unter der Annahme, das bei einer Ariane 5 von den Produktionskosten<\/p>\n<ul>\n<li>25% auf die Booster<\/li>\n<li>20% auf die Oberstufe<\/li>\n<li>10% auf VEB und Nutzlastverkleidung<\/li>\n<li>45 % auf die EPC entfallen<\/li>\n<\/ul>\n<p>w&auml;ren die Kosten dieser Moon-Ariane 5 zu berechnen nach: 7 x 45 % + 12 * 25 % + 10 % = 625 % einer Ariane 5 und somit bei rund 684 Millionen Euro.<\/p>\n<p>Auf der anderen Seite senkt die h&ouml;here St&uuml;ckzahl die Herstellungskosten. Nimmt man zwei Starts pro Jahr an, so bedeutet dass eine dreimal h&ouml;here Produktionsrate gegen&uuml;ber der Ariane 5.? Nimmt man eine <a href=\"http:\/\/de.wikipedia.org\/wiki\/Erfahrungskurve\"> Erfahrungskurvenwert<\/a> von 75%, so sinken die Produktionskosten auf 63,3 % des Wertes bei derzeit sieben produzierten Ariane 5 pro Jahr, also 433 Millionen Euro &#8211; viermal so teuer wie eine Ariane 5 oder so teuer wie ein Space Shuttleflug, also durchaus bezahlbar. (Als Nebeneffekt sinken nat&uuml;rlich auch die Produktionskosten der normalen Ariane 5 auf 63,3%&#8230;<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Muss es immer was neues sein? Also wenn die ESA die Industrie fragt, bekommt sie ja immer die Antwort &#8222;Ja&#8220;. Warum auch nicht, wenn sie einen Handwerker nach einer Meinung fragen, wie man ihr Wohnzimmer neu einrichten k&ouml;nnte, dann bekommen sie von vielen auch ein Angebot das im oberen Bereich der M&ouml;glichkeiten liegt. 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