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EELV Programm

Einleitung

Delta IVIn den siebziger Jahren entwickelten die USA das Space Shuttle. Es sollte nach einer Übergangsfrist alle US Trägerraketen ablösen. Als Folge sank die US Trägerraketenproduktion und die Starts verteuerten sich, da die Produktionsanlagen für eine höhere Startfrequenz ausgelegt waren. Besonders stark war der Anstieg bei der Titan, bei der anders als bei Atlas und Delta keine kommerziellen Starts gebucht wurden.

Dadurch konnte Arianespace, eine Firma welche die europäische Trägerrakete Ariane kommerziell anbot, Aufträge ergattern. Als dann nach der Challenger Explosion die Space Shuttles keine kommerziellen Starts mehr durchführten stieg der Marktanteil von Arianespace rasch an. Die US Anbieter erhielten die Genehmigung ihre Raketen selbst auf dem Markt anzubieten und mieteten dazu die Startanlagen der Regierung.

Nach einigen Jahren dieser Praxis zeigte sich, dass diese Vorgehensweise nicht den Marktanteil der US Anbieter steigern konnte sondern er durch neue Anbieter aus Russland und China sogar sank. Die US Trägerraketen waren seit den siebziger Jahren nur wenig verändert worden und genügten nicht mehr den Anforderungen kommerzieller Kunden. Auch Regierungsstellen waren mit den Kosten unzufrieden. Die Antwort war das EELV Programm.

Die Geburt des EELV Programms

Im Mai 1994 wurde die Moorman Studie veröffentlicht. Diese hatte zum Ziel die steigenden Kosten bei den mittelgroßen und schweren US Trägerraketen zu untersuchen und Vorschläge für die Kostenreduktion zu machen. Ursache waren vor allem die enorm angestiegenen Titan IV Produktionskosten. Dieser Report machte 4 Vorschläge für die Kostenreduktion :

Atlas 551 StartZu Punkt 1 muss gesagt werden, dass alle US Raketen als Interkontinentalraketen entwickelt wurden. Als man später Raumfahrt Träger baute starteten diese auch häufig und die gesamte Produktion ist darauf ausgerichtet. Die Produktion der Atlas und Titan waren auf 8-12 Raketen pro Jahr ausgerichtet. Die der Delta auf 12-14 pro Jahr. Die Startanlagen genügten denselben Ansprüchen. Die Startanlagen bei allen 3 Trägern waren auf 20 Starts pro Jahr und Typ ausgelegt. Eine Rate die 1994 völlig illusorisch war. In diesem Jahr starteten 15 Atlas, Delta und Titan Raketen, nicht einmal die Hälfte der Produktionskapazität und das Personal an den beiden Weltraumbahnhöfen hätte sogar viermal mehr Starts durchführen können.

Vor allem die Startrate der Titan 4 war deutlich gesunken und die Produktion hatte Gesamtkosten von 1 Milliarde Dollar pro Jahr wodurch der Träger bei lediglich zwei Starts pro Jahr sehr teuer war.

Punkt 3 und 4 hätten sehr hohe Investitionen in der Größenordnung von 6-20 Milliarden USD nach sich gezogen. Zudem hatte man gerade die Pläne für eine schwere Trägerrakete (HLV) begraben. Das DoD wählte Option 2. Eine erste Untersuchung zeigte, dass nicht nur die Produktion der Raketen angegangen werden musste, sondern auch die Vorgehensweise. Die USA verfügten zu diesem Zeitpunkt über :

Arianespace erreichte zu diesem Zeitpunkt 60 % Marktanteil mit einer Rakete, einem Startkomplex und einem Startteam. So gab es auch die Forderung man müsste den gesamten Start vereinfachen und Teams und Startplätze reduzieren.  Im November 1994 veröffentlichte das DoD den "Evolved Expendable Launch Vehicle (EELV) implementation plan" und das Kind hatte erstmals seinen Namen EELV. Ziel war die Kostenreduktion für mittelgroße und schwere Nutzlasten für US Regierungsstellen, vor allem die Air Force. Bis zum Mai 1995 meldeten sich 4 Firmen auf die Ausschreibung:

1) Alliant Techsystems Inc., Magna, Utah,

2) Boeing Defense and Space Group, Seattle, Washington,

3) Lockheed Martin Technologies, Inc., Denver, Colorado

4) McDonnell Douglas Aerospace, Huntington Beach

Jede Firma bekam einen Auftrag über Studien, verbunden mit einer Zahlung von 30 Millionen USD. Vorgabe war es die "lifecycle Costs" für die Air Force um 25 bis 50 % gegenüber den existierenden Trägern zu reduzieren bei einer gleichen Zuverlässigkeit wie sie die bisherigen Träger haben. Im November 1996 wurde diese erste Phase beendet und alle Unternehmen legten ihre Vorschläge vor. Am 20.12.1996 wählte das DoD davon die von McDonell-Douglas und Lockheed Martin aus und beide bekamen jeweils 60 Millionen USD für weitere Studien. Diese sollten zum einen einen Träger ergeben, dessen Kosten um 25 % geringer als bisher lagen und zum anderen den DoD "warfighter operability" Anforderungen entsprechen.

Die Vergabe der Aufträge

Delta IV FamilieIm Januar 1997 wechselte der Ingenieur Kenneth Branch von Lockheed Martin zu Boeing zu einer besser bezahlten Stelle, wobei er wie sich später herausstellte Dokumente von Lockheed Martin mitnahm. Im August 1997 übernahm Boeing McDonnell Douglas und war somit wieder im EELV Geschäft. Boeing's Vorschlag war eine weitgehend neue Rakete basierend auf dem RS-68 Triebwerk würde man eine Zentralstufe bauen. Diese würde ergänzt durch eine Oberstufe mit einem weiterentwickelten RL-10 Triebwerk. Zur Nutzlaststeigerung sollten weiterentwickelte Booster der Delta 3 eingesetzt werden. Große Nutzlasten kann die Rakete durch zusammenfassen von 3 Zentralstufen transportieren.

Lockheed Martin ersetzte in seiner Projektion die Atlas Triebwerke durch das russische RD-180. Dadurch kann die Rakete mehr Treibstoff mitführen. Die Centaur der Atlas sollte ebenfalls verlängert werden. Auch hier setzt man Feststoffbooster zur Startunterstützung ein. Anders als Boeing plante Lockheed Martin eine Zwischenlösung, die Atlas III als Zwischenlösung, welche das neue Triebwerk in der bisherigen Atlas Stufe einsetzte. Beide Firmen bekamen einen 500 Millionen USD Auftrag zum Beginn der Entwicklung. Weitere auftretende Kosten sollten die Firmen selbst übernehmen. Das entsprach einer Summe von 1 Milliarde Dollar für jede der beiden Firmen. Dies war beabsichtigt: Die Firmen sollten ein Eigeninteresse haben die Entwicklungskosten gering zu halten. Das DoD kam ab von der Absicht nur einen Kontraktor zu unterstützten um während der nächsten Jahre eine Konkurrenz aufrecht zu erhalten.

Am 20.7.1998 wurde das erste Los von 28 Startaufträgen im Werte von 2.03 Milliarden USD ausgeschrieben. Von diesen gingen 19 an Boeing und 9 an Lockheed Martin. Dies entsprach 1380 Millionen für Boeing und 650 Millionen für Lockheed Martin (durchschnittlich 72.5 Millionen pro Start). Diese Starts deckten den Zeitraum von 2002-2008 ab.

Von 1999 bis 2002 entwickelten beide Firmen die Träger und modernisierten Startanlagen. Im Juni 1999 wurde man bei Boeing unterrichtet, das Branch interne Lockheed Martin Dokumente hatte und sie fanden in seinem Büro Dokumente mit der Aufschrift "Lockheed Martin Proprietary/Competition Sensitive". Man informierte die Air Force und Lockheed Martin über den Vorgang. Boeing schickte aber nur einige Seiten, die wie Lockheed Martin einräumte, nicht wirklich geheimes enthielten. Im August wurde Branch und der Manager Erskine der ihn von LM abgeworben hatte entlassen.

Boeing erhielt im September 2000 als einzige Firma den Auftrag die Space Shuttle Startrampe in Vandenberg umzubauen und eine Schwere Version der Delta zu entwickeln. Diese sollte die Titan IV ersetzen. Im Juni 2002 fiel LM auf, dass doch mehr als ein paar Seiten fehlten, und es informierte die Air Force dass Sie über 25000 Seiten vermissten. Die Air Force durchsuchte nun die Archive von Boeing und fand dort 3800 Seiten in 141 Dokumenten wieder. Den Rest hatte Boeing vernichtet. Von diesen umfassten 16 Dokumente interne Informationen über die Produktionskosten von LM und 36 wurden als geheim eingestuft. Die Air Force stufte nach Sichtung diese Dokumente als sehr hilfreich ein, wenn man einen Mitbewerber unterbieten wollte. Am 25.6.2003 wurden als Folge zwei Boeing Manager entlassen.

Im Juli 2003 beschloss das DoD, durch diesen Fall von Industriespionage, die Aufteilung der georderten Flüge zu ändern. Es entzog Boeing 7 der 19 Flüge und sprach sie LM zu. Drei neue Flüge des Produktionsloses 2 im werte von 500 Millionen Dollar bekam ebenfalls LM exklusiv. Boeing wurde von der Auftragsvergabe ausgeschlossen. Damit hatte Boeing nur noch 12 Starts und LM 17 Starts. Da nun auch Westküstenstarts dabei waren, musste nun auch LM eine Startanlage in Vandenberg modernisieren. Dafür waren weitere Kosten in Höhe von 1 Milliarde Dollar notwendig die vom DoD getragen wurden. Ende 2008 fand der erste Westküstenstart einer Atlas V von Vandenberg aus statt.

Bei einer Ausschreibung von 2002 für eine Heavy Lift Version (als Ersatz der Titan 4) bekam die Delta IV Heavy den Vorzug gegenüber der Atlas V Heavy Version.

Nicht erfüllte Erwartungen

Atlas 5Im Jahre 2004 wurden Meldungen bekannt, dass die Kosten des EELV über die gesamte Laufzeit von 17.3 auf 30-32 Milliarden USD gestiegen sind. Es zeigte sich das die anfänglichen Prognosen falsch waren. Man ging davon aus dass jede der beiden Firmen etwa 15 % am kommerziellen Markt erreichen würde. Das entsprach als man das Programm 1996 begann, etwa 4-5 Starts pro Firma. Doch schon 2000 brach der Nachrichtensatellitenmarkt ein. Im März 2003 schoss das Pentagon 539 Millionen USD zu um Verluste der beiden Firmen im kommerziellen Geschäft aufzufangen. Schon im Dezember 2002 wurde beschlossen die beiden Firmen mit einer Summe von 1 Milliarde USD von 2004-2009 zu subventionieren indem man ihnen die Miete für die Startanlagen in Höhe von 60-70 Millionen USD pro Firma erlässt und sie kostenfrei auf NASA Ingenieure zurückgreifen können.

Es zeigte sich dass nicht nur der Markt für Kommunikationssatelliten eingebrochen war, sondern auch der Marktanteil beider Firmen gesunken war. Lockheed Martin vermarktete seine Atlas gemeinsam mit der Proton, konnte aber nur wenige Starts mit der Atlas verbuchen. In 43 Monaten seit dem Erstflug startete eine Atlas V insgesamt 7 mal, davon waren 5 kommerzielle Flüge, also etwa 1.5 Starts pro Jahr. Die Proton konnte erheblich mehr Startaufträge verbuchen und startet etwa doppelt so oft.

Die Delta 4 konnte in 40 Monaten sogar nur  4 Starts vorweisen, davon war nur der erste kommerziell. Auch Boeing ist an einer zweiten Firma, "Sealaunch" beteiligt und vermarktet die Zenit. Auch die Zenit ist kommerziell erfolgreich und startet 3-4 mal pro Jahr.

Inzwischen bietet Boeing die Delta IV nicht mehr auf dem freien Markt an, und widmet sich voll er Abwicklung von Regierungsaufträgen. Dahinter steht wohl eine Verbesserung des Verhältnisses zur Air Force, um mehr Aufträge zu erhalten. Kritiker am EELV wiesen darauf hin, dass die Delta IV und Atlas V zwar die Anforderungen der Air Force abdeckten, aber 41 % der kommerziellen Anbieter die Träger aus verschiedenen Gründen (Verfügbarkeit, Starttermine, Kosten) ausschlossen. Ohne kommerzielle Aufträge sind aber die Stückzahlen geringer und die Startpreise höher. Im Jahre 2005 kostete eine Atlas 401 für den Mars Reconnaissance Orbiter schon 90 Millionen USD, obwohl es das kleinste Modell der Atlas Serie ist. Ein Jahr später zahlte die NASA für die Atlas 551 198 Millionen USD. Dies ist zwar noch erheblich preiswerter als ein Start mit einer Titan, doch erheblich teurer als eine Ariane 5 ECA mit derselben Nutzlast. Nachdem man auch bei Ariane die Kosten reduziert hat kann Arianespace profitabel arbeiten wenn man die Trägerraketen für 130 Millionen Euros verkauft. Pro Kilo Nutzlast ist eine Atlas 551 für den GTO Orbit also etwa 75 % teurer als eine Ariane 5.

Am 2.5.2005 schlossen sich Lockheed Martin und Boeing zusammen zur United Launch Alliance (ULA einem 50:50 Joint Venture). Ziel ist es das die US Regierung nur einen Ansprechpartner hat und beide Firmen gemeinsame Startteams bilden und einen Träger nach der Mission selbst auswählen, je nach Anforderungen. Dadurch sollen 100-150 Millionen USD pro Jahr eingespart werden. Bei kommerziellen Aktivitäten handeln beide Firmen separat. Andere Meinungen sehen hier eher eine Monopolstellung von ULA. Ohne interne Konkurrenz kann ULA die Startpreise nach oben treiben.

Ob dem so ist, zeigt sich 2006/7 wenn das dritte Los vergeben wird. Die USAF hat schon im Vorfeld verlautbart, dass diese Starts in etwa zu gleichen Teilen an beide Firmen fallen. Man will weiterhin eine Konkurrenz haben. Eine Untersuchung zeigte das bis 2008 die Kosten für die Regierung (d.H. nicht die Herstellungskosten der Träger, sondern auch die Fixkosten für den Betrieb der Startanlagen und die Startdurchführung - diese Zahlen werden gerne mit den reinen Produktionskosten der Träger verwechselt) je nach Anzahl der Starts auf 194 - 230 Millionen Dollar pro Flug angestiegen sind.

Die Auswirkungen

Das EELV sollte ursprünglich alle Nutzlasten oberhalb einer Titan 2 (2177 kg in einen erdnahen, polaren Orbit) abdecken. Ob dem das EELV gerecht wird ist offen. Am oberen Ende ist dies klar : Die Titan 4 wurde erfolgreich ersetzt.

Die Titan 2 ist inzwischen ebenfalls ausgemustert. Ihre Flüge in polare Orbits (vor allem Wettersatelliten) übernimmt die Delta 2 mit. Was aus dieser wird ist derzeit noch offen. Einerseits ist die Delta 2 zu klein für kommerzielle Nutzlasten in den geostationären Orbit. Andererseits ist sie die am häufigsten gestartete US Rakete. Zahlreiche Forschungssatelliten und Planetensonden hat sie in den letzten Jahren transportiert. Die USAF startet alle ihre GPS Navigationssatelliten mit der Delta 2. Würde die Delta 2 wegfallen, so gäbe es ein Loch von 1 t Nutzlast in einen erdnahen Orbit auf 7.7 t Nutzlast für den erdnahen Orbit. Auch für Planetensonden fällt ein Träger. Die Hauptnutzlast der Delta 2, die GPS Navigationssatelliten kann man aber in mehreren Exemplaren mit einer größeren Rakete starten. Auch Europa will ihr Galileo System mit Starts aufbauen bei denen eine Ariane 5 jeweils 6 Satelliten auf einmal transportiert. Ende 2006 kündigte das US Verteidigungsministerium an, dass es die Delta 2 nicht mehr nutzen wird. Zukünftige GPS Satelliten der nächsten Generation werden mit den EELV transportiert werden. Die NASA schloss sich dem an, und Ende 2009 wurde eine von zwei Delta 2 Startrampen geschlossen. Die NASA benötigt aber vor für Forschungssatelliten noch einen Träger im mittleren Nutzlastsegment. Langfristig sollen die Taurus II und Falcon 9 die Delta ersetzen, doch bis diese genügend Flüge absolviert haben um als ausgereift zu gelten dürften noch einige Jahre vergehen. Die NASA erwägt daher noch einige Delta 2 zu ordern, doch auch diese dürften bis 2013/4 ihre letzten Flüge absolviert haben.

Von Vorteil ist es dass man zwei Träger mit mehreren Varianten hat, die einen breiten Nutzlastbereich abdecken :

Atlas 501

Delta Version GTO Cape GTO Kourou GSO Sonnensynchron
800 km Höhe
ISS Orbit Mars (c3=10 km²/s²) TLI (c3=-2 km²/s²)
Delta 4M 4237 kg 3411 kg 1138 kg 7700 kg 8501 kg 2347 kg 3132 kg
Delta 4M+ (4,2) 5941 kg 5022 kg 2034 kg 9500 kg 11455 kg 3465 kg 4455 kg
Delta 4M+ (5,2) 4869 kg 3961 kg 1668 kg 8000 kg 9782 kg 2748 kg 3623 kg
Delta 4M+ (5,4) 6822 kg 5709 kg 2786 kg 10700 kg 12894 kg 3792 kg 4858 kg
Delta 4 HLV 12712 kg 10700 kg 6275 kg   21792 kg 7990 kg 9900 kg
Atlas Version
Nutzlast LEO GTO Cape GTO Kourou
Atlas V 401 12500 kg* 4950 kg 3765 kg
Atlas V 411 6075 kg 4535 kg
Atlas V 421 7000 kg 5255 kg
Atlas V 431
7800 kg 5855 kg
Atlas V 501 10300 kg* 3970 kg 3000 kg
Atlas V 511 12590 kg* 6485 kg 4040 kg
Atlas V 521 15080 kg* 6485 kg 4930 kg
Atlas V 531 17520 kg* 7425 kg 5645 kg
Atlas V 541 18955 kg* 8240 kg 6280 kg
Atlas V 551 20520 kg* 8700 kg 6885 kg
Atlas HLV 25000 kg 12650 kg 12650 kg

* : Nicht möglich ohne strukturelle Verstärkungen der Oberstufe

Zwischen dem Nutzlastbereich von 4200 und 6800 kg verfügt man nun über 10 Raketen. 5 weitere Varianten decken den Bereich zwischen 6800 und 8700 kg ab und es gibt auch 2 Schwerlastversionen (von denen aber bislang nur die Delta IV entwickelt wurde).

Eine Beurteilung des EELV Programms

Das EELV Programm ist in den USA in Kritik geraten. Nach dem ersten Los sind die durchschnittlichen Startpreise stark angestiegen. Ein größerer Marktanteil konnte nicht erreicht werden. Vor allem die in den letzten Jahren nötigen Zuschüsse kamen in die Kritik wie auch die gestiegenen Gesamtkosten (wobei es allerdings weder bei der ursprünglichen Summe von 17.3 Milliarden noch bei neuen Zahlen von über 30 Milliarden Angaben gibt wie viele Starts diese umfassen.

Mit Sicherheit hat die Air Force für die Titan einen preiswerteren Ersatz gefunden. Ob dies auch für die mittleren Nutzlasten gilt ist noch offen. Es scheint auch überdimensioniert zu sein. Vor Beginn des EELV war die größte US Rakete die Atlas IIAS mit 3600 kg GTO Nutzlast. Bis auf die kleinste Delta liegen alle Versionen der Atlas und Delta bedeutend über dieser Nutzlast. Entsprechend wenige Starts gibt es, die noch dazu auf 2 Anbieter verteilt werden.

Bei dem Anstieg der Startkosten ist auch zu berücksichtigen, dass dies in den USA Tradition hat. So zahlte die NASA im Jahre 1996 44 Millionen USD für eine Delta 2 zum Starten der Raumsonde NEAR. Im Jahre 2008 kostet dieselbe Rakete für den Satelliten Kepler 79 Millionen USD. Das entspricht einem Preisanstieg von 5 % pro Jahr.

Bei der NASA hat man inzwischen eine etwas lockere Haltung gegenüber ausländischen Trägern eingenommen. Früher war es so, dass bei einer substanziellen Beteiligung der NASA an einem Projekt dieses mit einer US Trägerrakete gestartet werden musste. So startete SOHO mit einer Atlas 2AS, obgleich die ESA die Sonde baute und zu 2/3 bezahlte. Heute isst hier man offener um Kosten zu sparen. so benutzte die deutsch-amerikanische GRACE Mission eine Rockot, das James Webb Teleskop soll mit einer Ariane 5 starten und um eine New Horizons 2 Mission zu ermöglichen schlug der PI von New Horizons vor diese mit einer Ariane 5 zu starten und im Gegenzug europäische Experimente mitzuführen.

Für die Air Force ist dies natürlich nicht möglich. Nicht nur wegen der Problematik, das alle Nutzlasten geheim sind, sondern auch weil es hier um nationale Sicherheit geht und man in diesem sensiblen Bereich nicht von einem ausländischen Partner abhängig sein möchte. Die Unabhängigkeit dürfte auch der Grund sein, warum die Air Force sich den Luxus gönnt bei nur wenigen Starts pro Jahr 2 Anbieter mit jeweils gleich hohen Startzahlen zu versorgen. Es gab zwar immer wieder die Forderung, sich auf einen Anbieter zu beschränken, doch durchgeführt wurde dies nie.

Trotz Bankrott von Sealaunch und damit Ausfall eines kommerziellen Anbieters ist bisher keine Verbesserung der Situation zu erkennen: Die Atlas konnte einige kommerzielle Aufträge ergattern, doch die Regierungsstarts dominieren. Bei der Delta IV sind es sogar ausschließlich Regierungsaufträge. Ob der Zusammenschluss von Lockheed Martin zu ULA von Vorteil oder mehr von Nachteil ist muss die Zukunft zeigen.


Dieser Text stammt von Bernd Leitenberger
© des Textes: Bernd Leitenberger. Jede Veröffentlichung dieses Textes im Ganzen oder in Auszügen darf nur mit Zustimmung des Urhebers erfolgen.

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