Ariane 4 XL und XXL

Dieser Beitrag stammt aus dem Blog und soll die Möglichkeiten beleuchten die noch offen gewesen wären die Ariane 4 weiter in der Leistung zu steigern. Es ist kein konkreter Plan der jemals verfolgt wurde.

Nehmen wir mal an (Ich nehme immer gerne an), wir hätten die Ariane 5 nicht entwickelt - Wäre nicht auch die Ariane 4 weiter entwickelbar gewesen, um den steigenden Satellitenmassen nachzukommen? Ja natürlich! An dieser Stelle mal wieder ein Beitrag in der Rubrik "Gut das wir es besser wissen!". Um die Nutzlast zu erhöhen ist es bei der Ariane 4 nötig vor allem die beiden oberen Stufen zu vergrößern. Zum einen weil sie bei der Berechnung des Voll/Leermasseverhältnisses wichtiger für die Nutzlast sind, zum zweiten weil die Stufen einen höheren spezifischen Impuls aufweisen. So brachten 2 t mehr Treibstoff in der dritten Stufe rund 300 kg mehr Nutzlast, für weitere 1.200 kg mehr Nutzlast mussten in der ersten Stufe zwei Booster mit rund 90 t Startgewicht angebracht werden. Da die bisherige Entwicklung, vor allem die untere Stufe (wozu man die Booster hinzuzählen muss) erhöhten, sollte dies eine deutliche Nutzlaststeigerung bringen.

Um größere Oberstufen zu transportieren, muss mehr Schub vorhanden sein. Der erste Vorschlag den ich habe, wurde schon bei der Konzeption der Ariane 4 gemacht: Der Einbau eines fünften Triebwerks in die erste Stufe. Dieses liefert rund 700 kN Schub. Bei einer Mindestbeschleunigung von 1.2 g entspricht dies rund 60 t mehr Gewicht. Die Oberstufen können also rund 60 t mehr wiegen. Derzeit wiegen sie zusammen rund 51 t. Das entspricht also einer Verdopplung des Gewichts. Geschickterweise entspricht dies genau dem Verhältnis (3.80/2.60)². 3.80 m das ist der Durchmesser der ersten Stufe, 2.60 m das ist der Durchmesser der zweiten und dritten Stufe. Würde man die bisherige Gestalt bei Beibehaltung der Länge auf durchgehend 3.80 m Durchmesser erweitern, so  erhält man folgende Rakete:

(Ich mache mal Gebrauch von den Typenblättern, die ich für das aktuelle Buch eingeführt habe. Eventuell werde ich diese auch ins Web übernehmen). Die zweite und dritte Stufe sind 58.8 t schwerer, das passt also ideal zum erhöhten Schub. Nötig ist dann allerdings auch jeweils ein zweites Triebwerk in diesen beiden Stufen. Die Nutzlast beträgt 7.500 kg, das sind 2.600 kg mehr als bei der Ariane 43L bei einer nur 13 % höheren Startmasse. Also eine echte Verbesserung (52  % mehr Nutzlast bei nur 13 % höherer Startmasse).

Geht noch mehr? Natürlich. Wer sagt denn, das es nur vier Booster sein müssen? Technisch können bis zu acht Booster an eine Ariane 4 angeflanscht werden. So viele gehen auf einen Kreis mit einem Radius von 6.03 m (2.21 + 3.81 m Durchmesser von Booster und Hauptstufe) Die vier weiteren Booster vergrößern die Masse der ersten Stufe. Vor allem aber liefern sie mehr Schub und erlauben so eine Vergrößerung der oberen Stufen. Jeder Booster wiegt rund 45 t, liefert aber 70 t Schub. Bei einer Beschleunigung von 1.2 g erlaubt jeder Booster also die Vergrößerung der oberen Stufen um rund 15 t. 4 Booster also um 60 t. Eine Vergrößerung des Durchmessers der zweiten und dritten Stufe auf 4.7 m würde ziemlich genau die zusätzlichen 60 t ergeben. Man erhält dann folgendes Typenblatt

Wie sich zeigt: Bei nahezu gleicher Startmasse wie eine Ariane 5 ECA transportiert diese Version 12.1 t in den GTO Orbit (zugegeben sehr optimistisch, da die VEB gleich groß blieb, aber mehr als die ESC-A wird es in jedem Fall sein) Einsetzen könnte man dann natürlich auch größere Nutzlastverkleidungen von 4.70 m Durchmesser. Diese wird frühzeitig abgeworfen und beeinflusst die Nutzlast kaum.

Das ganze wäre noch zu optimieren, indem man eine weitere vierte Stufe einführt, z.B. die bisherige H10, und dafür die zweite und dritte Stufe etwas erleichtert: Da diese einen höheren spezifischen Impuls als die zweite Stufe hat, resultiert nun eine noch etwas höhere Nutzlast: 13.8 t

Verwundert? Nein normale Raketentechnik. Eine Kostenabschätzung ist natürlich nicht leicht. Aber ein paar Hausnummern: Wenn man annimmt, dass die Kosten proportional zu der anzahl der Triebwerke ist und die HM-7B Triebwerke doppelt so teuer sind wie die Viking, dann müsste die letzte Version rund 2.1 mal teurer als eine Ariane 44L sein. Allerdings ist die Nutzlast 2.8 mal höher. Netto gesehen sind die Kosten pro Kilogramm also um rund 74 % der einer Ariane 4. Selbst wenn damit nicht der Startpreis einer Ariane 5 erreicht würde (Ziel: 45 % geringere Kosten pro Nutzlast - erreicht?) - man hätte aber auch nicht die 8.000 Millionen Euro Entwicklungskosten für diese eingespart und könnte die Herstellung subventionieren (bei der Ariane 5 tut man das trotz niedrigerem Startpreis ja auch mit 196 Millionen Euro pro Jahr! : EGAS Programm von 2005-2009 mit einem Gesamtvolumen von 960 Millionen Euro) Des weiteren gäbe es natürlich die Möglichkeit die Technik zu erneuern, z.B. eine dritte Stufe mit dem Vinci Triebwerk auszurüsten und nur eines anstatt dreien einzusetzen.

Büchertipps:

Von mir gibt es mehrere Bücher zum Thema Trägerraketen. Speziell der Themenkreis "Europäische Trägerraketen" liegt mir, als bekennender Ariane 1-4 Fan, speziell am Herzen. Es gibt zwei größere Bände.

Der erste Band "Europäische Trägerraketen Band 1: Von der Diamant zur Ariane-4 - Europas steiniger Weg in den Orbit" behandelt die europäische Trägerraketenentwicklung beginnend von der Diamant bis zur Ariane 4. Dieses 324 Seiten starke Buch ist auch in drei Einzelbänden erhältlich, für diejenigen Leser, die sich nur für einen bestimmten Typ interessiert:

• Speziell die Black Arrow und Diamant Familie wird wesentlich ausführlicher in dem 88 Seiten starken Buch "Diamant und Black Arrow: Die nationalen europäischen Trägerraketen " besprochen. Die Technologie der Raketen, ihre Entwicklungs- und Einsatzgeschichte, sowie alle Starts werden besprochen.
• Die recht glücklose Europa Rakete ist Bestandteil des 120 Seiten starken zweiten Bandes: "Die Europa Rakete: Technik und Geschichte". Hauptaugenmerk ist neben der Technik auch die Auseinandersetzung auf der politischen Ebene und der Verlauf der Erprobung und die Ursache der Fehlschläge. Besprochen wird auch das eingestellte Programm der Europa 3 und die vorgeschlagenen ELDO Projekte ELDO B1 und B2, ELDO C und Europa 2 TA.
• Die Ariane 1-4 wird wesentlich ausführlicher in dem 160 Seiten starken Buch "Ariane 1-4" besprochen. Die Technologie der Rakete, ihre Entwicklungs- und Einsatzgeschichte, ihre Konkurrenten sowie alle Starts werden besprochen.

Wer sich für die gesamte Entwicklung interessiert, der sollte sich das Gesamtwerk kaufen, da es aus produktionstechnischen Gründen 1,76 Euro billiger ist als die drei Einzelbände ist.

Die aktuellen Trägerraketen - Ariane 5 und Vega werden in einem zweiten Band in der gleichen Ausführlichkeit besprochen. Auch hier liegt das Hauptaugenmerk auf der Technik der Träger. Auch gibt es einen Ausblick auf mögliche Erweiterungspläne für die Ariane 5 (Midlife Evolution) und Vega. Auch die Investitionen in den Weltraumbahnhof Kourou und die Konkurrenten auf dem kommerziellen Markt werden angesprochen.

Nachdem im Februar 2012 der Jungfernflug der Die Vega erfolgte, habe ich das Kapitel über die Vega ausgekoppelt, um die Entwicklung in den letzten zwei Jahren und eine ausführliche Beschreibung des Jungfernflugs ergänzt. Alle technischen Daten wurden gegen neue Veröffentlichungen gegengeprüft, erweitert. Weitere Ergänzungen gab es bei den Plänen für die Weiterentwicklung. Insgesamt entstanden so etwa 20 neue Seiten und bei 30 gab es gravierende Änderungen.

Ehemalige ERNO Mitarbeiter haben sich vor allem der deutschen Beteiligung an Trägerraketen angenommen: Wer sich speziell für die zweite deutsche Stufe der Ariane 1 und die Flüssigbooster der Ariane 4, ihre Technik und Entwicklungsgeschichte interessiert, dem sei das Buch "Europas Trägerrakete ARIANE" von Hand Fischer ans Herz gelegt. Speziell die deutsche Entwicklung bei ERNO/MBB wird hier noch ausführlicher als bei meinem Buch dargestellt. Das gleiche gilt für das Buch "Die legendäre EUROPA Trägerrakete: Geschichte und Technik der in Deutschland gebauten 3. Stufe - 1961-1973" von Herbert Wenz über die Europa Rakete. Speziell die deutsche Entwicklung der dritten Stufe bei ERNO wird hier noch ausführlicher als bei meinem Buch dargestellt.

Mehr über diese Bücher und weitere des Autors finden sie auf meiner Website Raumfahrtbucher.de.

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