{"id":7855,"date":"2013-04-29T00:58:44","date_gmt":"2013-04-28T22:58:44","guid":{"rendered":"http:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=7855"},"modified":"2013-04-28T11:09:45","modified_gmt":"2013-04-28T09:09:45","slug":"tune-me-up-antares","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2013\/04\/29\/tune-me-up-antares\/","title":{"rendered":"Tune me up: Antares"},"content":{"rendered":"<p>So, w&auml;hrend meines Urlaubs ist nun der Jungfernflug der Antares erfolgt, und es gibt auch einige Neuigkeiten: Die Entwicklung der Cygnus war wohl nicht teurer als die der Dragon, von 300 Millionen Dollar ist die Rede. Die Antares soll &#8222;slightly more&#8220; gekostet haben. Als richtig teuer entpuppte sich das Launchpad, das zum Schluss auch den Start &uuml;ber ein Jahr verz&ouml;gert hat, zwischen 120 und 140 Millionen hat man in das Pad und Infrastruktur investiert. Von Wallops aus sind bisher nie so gro&szlig;e Tr&auml;ger gestartet und SpaceX hat ja eine alte Titan 3\/4 Rampe genutzt, da halten sich auch die Investitionen in grenzen. Addiert man alles zusammen, so hat Orbital weitaus mehr investiert als SpaceX, zumal sie ja auch von der NASA 120 Millionen weniger bekommen. (<a href=\"http:\/\/www.spaceflightnow.com\/antares\/demo\/130421launch\/#.UXzVX7U5mCI\">Quelle<\/a>)<!--more--><!--more--><\/p>\n<p>Erfreulich ist auch, das es Jungfernfl&uuml;ge ohne ausgefallene Triebwerk, torkelnde Oberstufen etc. gibt und das auch ganz normal ist, bei anderen Firmen muss man ja bei jedem Start jubeln, so was besonders ist es da. Der n&auml;chste Flug wird dann schon im Juli zur ISS gehen, womit OSC viel Zeit aufholen k&ouml;nnte. Wie beim ersten Flug von Dragon wird nur wenig Nutzlast transportiert (1050 kg, immerhin doppelt so viel wie beim ersten Flug einer Dragon zur SS), danach folgen die regul&auml;ren CRS-Fl&uuml;ge, die ersten mit 2000 kg Maximalnutzlast, nach den ersten vier dann mit neuen Feststoffantrieben und gr&ouml;&szlig;erem Cargo Module, dann 3000 kg. (<a href=\"http:\/\/www.spaceflightnow.com\/antares\/demo\/130426cygnus\/#.UXzC97U5mCI\">Quelle<\/a>)<\/p>\n<p>Mich hat schon gefreut das es keinerlei Probleme mit den NK-33 aka AJ-26 gab. Ich war mir recht sicher, dass es keine Probleme geben w&uuml;rde, denn die Triebwerke wurden mehrfach von US-firmen f&uuml;r ihre Raketen gew&auml;hlt und auch Russland erprobt sie gerade f&uuml;r eine neue Sojus Version. Leider werfen sie ja viele mit den NK-15 in einen Topf. Die bei der N-1 eingesetzten NK-15 waren &uuml;berhastet entwickelt worden und hatten viele Probleme. Mit Ihnen haben die NK-33 aber nichts zu tun, sie sind eine v&ouml;llige Neuentwicklung und haben ein Testprogramm durchlaufen, das nur von zwei anderen Triebwerken, dem F-1 und SSME &uuml;bertroffen wurde. (drei&szlig;igmal mehr als z.B. das Merlin 1D). Was offen war ist, wie sie die Lagerung &uuml;ber fast Vierzig Jahre &uuml;berstanden haben. Schlie&szlig;lich gab es in den letzten Jahren bei russischen Tr&auml;gern einige Fehlstarts die man schlussendlich auf &Uuml;beralterung zur&uuml;ckzuf&uuml;hren waren. Das gab dann doch noch ein gewisses Restrisiko.<\/p>\n<p>Ich habe mir dann mal Gedanken gemacht wie man die Nutzlast wohl steigern k&ouml;nnte. Etwas problematisch ist, dass ich die Daten des Castor XL nicht habe, von dem man nur wei&szlig; das er gr&ouml;&szlig;er ist als der Castor 30B. Setzt man die Gesamtmasse um 80% h&ouml;her an, so sinken die Verluste um rund 140 m\/s bei den angegebenen Nutzlasten. Sie sind auch recht hoch, sodass ich noch etwas Gewicht f&uuml;r die Avionik einkalkulieren sollte, &uuml;ber die es keine Daten gibt. Aber darauf kommt&#8217;s nicht an. Die Frage ist: wie kann man die Nutzlast effektiv steigern.<\/p>\n<p>Nun es gibt einige Randbedingungen die man beachten muss:<\/p>\n<ul>\n<li>Die Antares wiegt derzeit 281,7 t bei einem Startschub von 3265 kN<\/li>\n<li>Die zweite Stufe wiegt derzeit 14,7 t, ein Upgrade auf (wahrscheinlich) 26+ t ist geplant<\/li>\n<\/ul>\n<p>Bedingt durch den Schub der NK-33 und der f&uuml;r diese Masse sehr gro&szlig;e Erststufe (sie wiegt alleine schon 260 t) kann die Antares keine sehr gro&szlig;e Zweitstufe aufnehmen. Etwas Luft ist dadurch drin, dass man die NK-33 weit &uuml;ber 100% Schub betreiben kann. Bei der Antares arbeiten sie mit 108%, technisch m&ouml;glich und erprobt sind bis 135%. Die 27% mehr Schub erlauben bei 1,25 g Startbeschleunigung eine um 64 t h&ouml;here Startmasse.<\/p>\n<p>Nun es g&auml;be dann mehrere M&ouml;glichkeiten. Die erste &#8222;on the Cheap&#8220; ist es den Castor 30 XL durch den Castor 120 zu ersetzen. Der Castor 30 entstand ja aus diesem. Es bringt aber nichts, weil dann die Leermasse der zweiten Stufe ansteigt. Die Nutzlast sinkt ab. Eine dreistufige Variante (Castor 120 &#8211; Castro 30B) erh&ouml;ht dann die Nutzlast von 5600 auf 6900 kg. Also mit Feststoffboostern ist nicht der gro&szlig;e Renner zu machen.<\/p>\n<p>Das n&auml;chste w&auml;re es die zweite Stufe durch eine mit fl&uuml;ssigen Treibstoffen zu ersetzen. Orbital hatte ja auch mal eine erwogen, die mit Methan und LOX die Nutzlast von 5.600 auf 7.600 kg steigern sollte. Da der Castor 30 schon einen hohen spezifischen Impuls und ein niedriges Leergewicht aufweist w&uuml;rde es wenig bringen eine LOX\/Kerosinstufe anzupassen wie z.B. eine mit dem RS-72 Antrieb. Daher habe ich dies nicht weiter untersucht, obwohl man sicherlich aus einer Verk&uuml;rzten Thor XLT-Stufe etwas zaubern k&ouml;nnte.<\/p>\n<p>Sinnvoll w&auml;re eine kryogene Oberstufe, von denen die USA zwei im Programm haben. Da ist zum einen die Centaur. Die Centaur gibt es auch in einer Double Engine Variante, die man ben&ouml;tigen wird, damit die Brennzeit nicht zu kurz ist. Bei einer zu schweren Nutzlast wird sonst kein Orbit erreicht. Mit 3,05 m Durchmesser ist die Stufe zudem im Durchmesser etwas kleiner als die Nutzlastverkleidung von 3,90 m, das ist kein Problem, umgekehrt w&auml;re es eher kompliziert. Auch bei der Atlas V umgibt dann die Nutzlastverkleidung die Centaur. Mit der DEC Centaur der Atlas V k&ouml;nnte die Nutzlast auf glatte 10,9 t erh&ouml;hen. Davon ginge noch etwas ab, weil man wahrscheinlich eine gr&ouml;&szlig;ere Nutzlastverkleidung braucht, doch netto werden noch 5 t mehr m&ouml;glich sein als heute. Auf eine Fluchtbahn werden es 2,9 t sein, also deutlich &uuml;ber der Delta II die bei 1,2 t liegt. Selbst f&uuml;r GTO Transporte w&auml;re sie mit 4,1 t Nutzlast attraktiv. Das liegt genau im Segment der mittelgro&szlig;en Satelliten.<\/p>\n<p>Die zweite kryogene Stufe im US-Arsenal ist die Delta Zweitstufe. Sie gibt es in zwei Versionen, einer gr&ouml;&szlig;eren 5 m Version und einer kleineren 4 m Version. Wenn man die Nutzlastverkleidung nicht angepasst wird kann man nur die 4 m Variante einsetzen. Sie ist wegen der h&ouml;heren Leermasse der Centaur unterlegen und liegt bei 1,6 t Fluchtgeschwindigkeit, 3,9 t GTO und 9,9 t LEO. Die 5 m Version liegt leicht, aber nur leicht &uuml;ber der Centaur bei 11,3 t LEO, 4,3 t t GTO und 2,9 t f&uuml;r eine Fluchtbahn.<\/p>\n<p>Da beide Stufen in etwa gleich schwer oder nicht wesentlich schwerer als der geplante Castor 30XL sind, w&auml;ren sie wohl auf der Antares ohne gr&ouml;&szlig;ere Anpassungen an der ersten Stufe einsetzbar. In allen F&auml;llen ben&ouml;tigt man eine gr&ouml;&szlig;ere Nutzlastverkleidung. Mein pers&ouml;nlicher Favorit w&auml;re die DEC Centaur. Sie bietet gen&uuml;gend zus&auml;tzliche Nutzlast, hat die geringste Startmasse (3 t weniger als der Castor 30 XL) und k&ouml;nnte komplett von einer verl&auml;ngerten Nutzlastverkleidung umkleidet sein. Weiterhin wird die Centaur durch die Atlas schon in etwas gr&ouml;&szlig;eren St&uuml;ckzahlen gefertigt als die Delta Zweitstufe.<\/p>\n<p>Nat&uuml;rlich ist sie nicht gerade billig, aber eine Nutzlastverdopplung bei LEO Orbits und bei hohen Geschwindigkeiten sogar eine Verdreifachung m&uuml;ssten die Mehrkosten ausgleichen. Technisch umsetzbar w&auml;re es sicher. Die Frage ist ob es einen Bedarf daf&uuml;r gibt. Prim&auml;re Nutzlast sind ja die CRS Transporte. Dar&uuml;ber hinaus gibt es im mittleren Nutzlastsegment nur einige wissenschaftliche Nutzlasten der NASA. Durch die Bugetk&uuml;rzungen f&uuml;r CRS, CCdev und SLS\/MPCV werden das auch in den n&auml;chsten Jahren nur wenige Missionen sein. Das Milit&auml;r hat nun fast nur noch Nutzlasten im Schwerlastsegment (also Atlas V \/ Delat 5) oder eben kleine Nutzlasten f&uuml;r die Minotaur Klasse. Mit 11 t LEO und 4 t GTO Nutzlast l&auml;ge eine Antares Centaur in der Region der kleineren Atlas V Versionen (Atlas 401,501,511) oder der kleinen Delta 4M Version. Nur gibt es eben in diesem Segment schon die Delta und Atlas und eventuell auch noch die Falcon 9. Auf der anderen Seite sind Atlas V und Delta 4 recht teuer geworden. Wenn die Centaur nicht 100 Millionen Dollar kostet so d&uuml;rfte die Antares sie preislich unterbieten k&ouml;nnen. Was f&uuml;r die NASA und das DoD wichtiger ist, ist die Zuverl&auml;ssigkeit. hier k&ouml;nnen Delta und Atlas mit vielen Starts und je nur einem Fehlstart punkten. So wird viel davon abh&auml;ngen, ob die n&auml;chsten Starts gl&uuml;cken und vor allem problemlos sind. SpaceX hat ja vorgelegt, aber mit einer Ausnahme gab es bei jedem Start Probleme und bei einer Raumfahrtagentur die schon Erfahrungen mit dem Ansatz &#8222;cheaper-faster-better&#8220; hatte und wie Probleme vielleicht erst zeitverz&ouml;gert zum Versagen f&uuml;hren, sieht man das vielleicht etwas kritisch. Ich denke sowohl NASA wie auch DoD werden lieber einige Millionen mehr f&uuml;r eine Rakete ausgeben, als Hunderte von Millionen in einem falschen Orbit gestrandet oder in einem Feuerball untergehen sehen, zumal sie ja anders als kommerzielle Kunden die Nutzlasten nicht versichern, sodass sie diese Kosten gegen die Ersparnis bei den Startskosten gegenrechnen k&ouml;nnen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>So, w&auml;hrend meines Urlaubs ist nun der Jungfernflug der Antares erfolgt, und es gibt auch einige Neuigkeiten: Die Entwicklung der Cygnus war wohl nicht teurer als die der Dragon, von 300 Millionen Dollar ist die Rede. Die Antares soll &#8222;slightly more&#8220; gekostet haben. 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