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Die Epsilon

Schnittbild EpsilonIm August 2010 gab die JAXA bekannt, einen neuen Trägertyp, die Epsilon zu entwickeln. Nachdem die My V ausgemustert wurde, fehlt ein Träger für kleinere Nutzlasten. Die Epsilon soll für die Kosten für einen Start gegenüber dem Vorgängermodell deutlich senken. Dies wird erreicht, indem die erste Stufe der My-5, die einen großen Kostenfaktor darstellte, da sie aus zwei Segmenten und der Brennkammer bestand, die erst am Startplatz zusammengebaut werden konnten, ersetzt wird, durch einen modifiziertem Booster der H-IIA. Die beiden Oberstufen der My-V sollen in leicht verbesserter Form eingesetzt werden. Ein kleines Antriebsmodul mit flüssigen Treibstoffen soll Bahnungenauigkeiten ausgleichen. Trotzdem nimmt die Nutzlast bei höheren Umlaufbahnen stark ab.

Die Epsilon wird auch ein wesentlich einfacheres Steuersystem beinhalteten, nachdem das bisherige für jeden Start eigens konfiguriert werden musste. Die Vorbereitungszeit vor dem Start sollte auf ein Viertel reduziert werden, indem zahlreiche Tests automatisch und autonom durchgeführt werden. Ein Desktop Rechner soll dafür "künstliche Intelligenz" einsetzen. In den oberen Stufen sollen leichtgewichtigere CFK-Motorgehäuse zum Einsatz kommen die ohne die übliche Aushärtung im Autoklaven hergestellt wurden. Die zweite Stufe auf Basis des Antriebs der My-V hat eine ausfahrbare Düse. Dadurch kann der Stufenadapter kompakter gehalten werden. Die Nutzlasthülle ist für eine Rakete dieser Größe sehr lang. Sie umgibt auch die zweite und dritte Stufe und wird recht früh nach dem Brennschluss der ersten Stufe abgetrennt.

Bis 2010 wurden schon drei Jahre an dem Design gefeilt, sodass der Träger schon 2013 seinen Jungfernflug durchführen könnte. Die erste Mission wird die wissenschaftliche Mission Sprint A sein. Ein Teleskop in einem 500-km-Orbit, welches Venus, Mars und Jupiter beobachten soll. Danach ist ein Start pro Jahr geplant. Nutzlasten sollten Technologieexperimente und kleinere wissenschaftliche Satelliten sein. Die Entwicklungskosten werden auf 200 Millionen Dollar beziffert. Der Startpreis wurde nicht veröffentlicht, doch auf der Projektseite ist als Ziel eine Kostenreduktion um ein Drittel angegeben.

Die Epsilon besitzt allerdings auch eine geringere Performance von 1.170 kg in den LEO-Orbit, verglichen mit 1.900 kg bei der My-V.

Erstmals könnte eine Feststoffrakete auch vom Tanegashima Space Center aus starten. Eine der beiden H-IIA / H-IIB Rampen könnte für den Start umgebaut werden. Alternativ ist im Gespräch die My-V Startrampe im Uchinoura Space Center zu nutzen. Wo der neue Träger startet, ist bisher noch nicht entschieden.

Erste Nutzlast ist der Satellit Spectroscopic Planet Observatory for Recognition of Interaction of Atmosphere (SPRINT-A). Er soll mit einem Teleskop und UV Spektrometer die Atmosphären von Venus, Mars, Jupiter und Io von einem Orbit aus untersuchen. Der 320 kg schwere Satellit soll in eine 950 x 1250 km hohe, 31 Grad geneigte Umlaufbahn gelangen. Er soll eine typische Nutzlast sein, auch die nächsten Satelliten sollen um die 500 kg wiegen. 300 kg könnte die Epsilon auf eine Fluchtbahn bringen. Das wäre ausreichend für kleine Raumsonden.

Am 14.9.2013 klappte der Jungfernflug, nachdem der Countdown am 27.8.2013 abgebrochen wurde: ein Computer hatte eine falsche Lage der Rakete gemeldet. Dies stimmte jedoch nicht. Das Antriebsmodul beförderte zuerst den Satelliten in eine elliptische Umlaufbahn und zirkularisierte diese beim nächsten Umlauf. Dies ist energetisch günstiger und erlaubt genauere Bahnen. Ähnliche Strategien setzt auch die europäische Vega sowie US-Feststoffraketen (Athena, Pegasus) ein. SPRINT-A wurde wie es in Japan Tradition ist mit einem "nicht technischen" Namen  nach dem Start belegt, er heißt nun Hisaki, nach einer Bucht nahe des Startorts.

Im Kontrollzentrum waren nur 8 Personen. Beim Start einer H-2A sind dagegen bis 150 Personen mit den Vorbereitungen vertraut (allerdings nicht nur im Kontrollzentrum). Die Startkosten sollen 3,8 Milliarden Yen (37 Millionen Dollar im September 2013) betragen, das ist die Hälfte der kosten der My-V. Sie könnten auf 3 Milliarden Yen sinken, wenn eine höhere Startfrequenz von 1 Start pro Jahr erreicht wird. Das ist wenn man das gesparte Geld für Nutzlasten einsetzt nicht ausgeschlossen. Die My-V die doppelt so teuer war startete siebenmal in zehn Jahren. Der nächste Start wird 2015 erfolgen.

Die Epsilon startet von der ehemaligen My-V Startrampe. Beim Start gibt es drei Freiflugphasen. Eine kürzere nach Ausbrennen der ersten Stufe. Kurz vor Zündung der zweiten Stufe wird dann die Nutzlastverkleidung abgetrennt. Eine zweite längere folgt nach Brennschluss der zweiten Stufe. Das PBS zündet erneut nach einer Pause. Es wird betrieben bis ein elliptischer Erdorbit mit einem Apogäum in der gewünschten Bahnhöhe erreicht ist. 60 Minuten nach dem Start wird dieser Orbit dann in einen kreisförmigen durch eine zweite Zündung umgewandelt.

Ereignis beim JungfernflugRealer ZeitpunktGeplanter Zeitpunkt
 Abheben
Ausbrennen erste Stufe
Abtrennung Nutzlastverkleidung
Trennung erste / zweite Stufe
Zündung zweite Stufe
Brennschluss zweite Stufe
Trennung zweite/dritte Stufe
Zündung dritte Stufe
Brennschluss dritte Stufe
Trennung dritte Stufe Post Burnstage (PBS)
Erste Zündung PBS
Erster Brennschluss PBS
Zweite Zündung PBS
Zweiter Brennschluss PBS
Abtrennung SPRINT-A
0 min. 0 sec.
1 min. 54 sec.
2 min. 31 sec.
2 min. 40 sec.
2 min. 45 sec.
4 min. 24 sec.
10 min. 23 sec.
10 min. 27 sec.
11 min. 56 sec.
16 min. 47 sec.
21 min. 26 sec.
25 min. 53 sec.
54 min. 24 sec.
59 min. 19 sec.
61 min. 39 sec.
0 min. 0 sec.
1 min. 52 sec.
2 min. 30 sec.
2 min. 41 sec.
2 min. 45 sec.
4 min. 27 sec.
10 min. 24 sec.
10 min. 28 sec.
11 min. 57 sec.
16 min. 48 sec.
19 min. 8 sec.
29 min. 58 sec.
53 min. 50 sec.
60 min. 30 sec.
61 min. 40 sec.

Die Abweichungen in der Brennzeit des PBS (Soll: 1070 s, Ist: 562 s) deuten darauf hin, dass die Leistung der Rakete höher ist als geplant, da dann weniger Treibstoff verbraucht wurde,

Datenblatt Epsilon

Einsatzzeitraum:

Starts:

Zuverlässigkeit:

Abmessungen:

Startgewicht:

Maximale Nutzlast:

Nutzlasthülle:

2013-

1, davon 0 Fehlstarts

100%

24 m Höhe
2,50 m Durchmesser

91.000 kg

1.200 kg in einen 250x 500 km LEO-Orbit, 31 Grad (ohne PBS)
700 kg in einen 500 km hohen kreisfömigen LEO-Orbit, Inklination 31 Grad (mit PBS)
450 kg in einen 500 km hohen SSO Orbit (mit PBS)

11 m Länge, 2,50 m Durchmesser, 700 kg Gewicht


SRB-A

M-34c

KM-V2b

Länge:

11,90 m

4,30 m

2,95 m

Durchmesser:

2,50 m

2,20 m

1,55 m

Startgewicht:

76.400 kg

12.000 kg

1.430 kg

Trockengewicht:

10.400 kg

1.000 kg

142 kg

Schub Meereshöhe:

 1.520 kN

-

-

Schub (maximal):

 2.245 kN

337 kN

52 kN

Triebwerke:

 SRB-EM

BP-205J

-

Spezifischer Impuls
(Meereshöhe):

2158 m/s

-

-

Spezifischer Impuls
(Vakuum):

2765 m/s

2952 m/s

2952 m/s

Brenndauer:

112 s

122 s

89 s

Treibstoff:

HTPB/ Aluminium/ Ammoniumperchlorat

HTPB/ Aluminium/ Ammoniumperchloratfest

HTPB/ Aluminium/ Ammoniumperchlorat

Start der Episolon

Links

H-IIA Webpage

JAXA Space Transportation Programm

H2A Launch Vehicle

My V Launch Vehicle

Startlisten Japanischer Trägerraketen

Yasuhiro Morita, A New Type of Launch Vehicle: A Rocket with Artificial Intelligence

Epsilon Launch Vehicle

Büchertipps

Von mir gibt es mehrere Bücher zum Thema Trägerraketen. Zum einen zwei Werke über alle Trägerraketen der Welt und zum Zweiten Bücher über die europäische Trägerraketenentwicklung.

Mein bisher umfassendstes Werk ist ein zweibändiges Lexikon über Trägerraketen mit 700 bzw. 600 Seiten Umfang. In ein Buch passten schlichtweg nicht alle Träger in ihren Subversionen so gibt es einen Band nur für US-Träger, einen zweiten für "internationale" Trägerraketen, sprich alle anderen Nationen. Beide Bände haben denselben Aufbau:

Nach einem einleitenden Kapitel über die Arbeitsweise von Raketen kommt ein einführendes Kapitel über die Raumfahrtbestrebungen des Landes und der Weltraumbahnhöfe, bei den USA ist dies natürlich nun eines. Danach kommen die Träger geordnet nach Familien mit gleicher Technologie in der historischen Entwicklung. Zuerst wird die Technologie und Entwicklungsgeschichte beim ersten Exemplar einer Familie beschrieben, dann folgt bei den einzelnen Mitgliedern nur noch die Veränderungen dieses Modells und dessen Einsatz.

Ich habe soweit möglich technische Daten zum schnelleren Nachschlagen in Tabellen ausgelagert, Querschnittsdiagramme, Grafiken über den Einsatz und bei den US-Trägerraketen auch komplette Startlisten komplettieren dann jedes Kapitel. Dazu gibt es von jedem Träger ein Startfoto.

In jedem Buch stecken so über 100 Subtypen, was den Umfang bei dieser ausführlichen Besprechung auf 600 Seiten (internationale Trägerraketen) bzw. 700 Seiten (US-Trägerraketen getrieben hat). Ich denke sie sind mit 34,99 und 39,99 Euro für den gebotenen Inhalt trotzdem sehr günstig.

Speziell mit der Geschichte der Trägerraketenentwicklung in Europa beschäftigt sich das zweibändige Werk Europäische Trägerraketen 1+2. Band 1 (Europäische Trägerraketen 1: Von der Diamant zur Ariane 4) behandelt die nationalen Trägerprogramme (Black Arrow und Diamant), das OTRAG-Projekt, die glücklose Europa-Rakete und die Ariane 1-4. Band 2: die aktuellen Projekte Ariane 5 und Vega. Sowie die Weiterentwicklungen Ariane 6 und Vega C. Beide Bücher sind voll mit technischen Daten, Details zur Entwicklungsgeschichte und zu den Trägern. Diese Bücher sind gedacht für Personen, die wirklich alles über die Träger wissen wollen. Der nur an allgemeinen Infos interessierte, wird mit dem Buch internationale Trägerraketen besser fahren das sich auf die wichtigen Daten beschränkt.

Es gibt von den europäischen Trägerraketen, da die Programme weitestgehend unabhängig voneinander sind, auch die Möglichkeit, sich nur über einen Träger zu informieren so gibt es die gleiche Information auch in vier Einzelbänden:

Auf einen eigenen Band für Ariane 5 und 6 habe ich verzichtet, weil dieser nur wenig billiger als Band 2 der europäischen Trägerraketen wäre, da Ariane 5+6 rund 2/3 des Buches ausmachen.

Meine Bücher sind alle in Schwarz-Weiss. Das hat vor allem Kostengründe. Bei BOD kostet jede Farbseite 10 ct Aufpreis. Es gibt jedoch ein Buch, das für Einsteiger gedacht ist und jeden Trägertyp nur auf zwei Seiten, davon eine Seite mit einem meist farbigen Foto abhandelt: Fotosafari durch den Raketenwald. Es ist weniger für den typischen Leser meiner Webseite gerichtet, die ja auch in die Tiefe geht, als vielmehr für Einsteiger und als Geschenk um andere mit der Raumfahrt zu infizieren.

Sie erhalten alle meine Bücher über den Buchhandel (allerdings nur auf Bestellung), aber auch auf Buchshops wie Amazon, Libri, Buecher.de und ITunes. Sie können die Bücher aber auch direkt bei BOD bestellen.

Mehr über diese Bücher und weitere des Autors zum Themenkreis Raumfahrt, finden sie auf der Website Raumfahrtbucher.de.




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