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Die Kosmos Trägerraketen

R-12 (SS-4)1957 verfügte die Sowjetunion mit der Rakete Semjorka oder Sputnik über nicht nur die erste Trägerrakete die Satelliten in einen Orbit transportierte, sondern auch über einen Träger mit damals enormer Nutzlastkapazität. Dies wurde im Mai 1958 klar, als der 1.3 t schwere Sputnik 3 gestartet wurde. Schon 1959 war dieselbe Trägerrakete mit einer zusätzlichen Oberstufe in der Lage mehr als die dreifache Nutzlast zu transportieren - eine Kapazität die vom Westen erst Jahre später erreicht wurde.

Doch diese leistungsfähige Rakete hatte auch Nachteile. Der prinzipielle war, das es zuerst einmal nur wenige so schwere Nutzlasten gab. Dies änderte sich erst als Mitte der sechziger Jahre umgebaute Wostokkapseln als Aufklärungssatelliten gestartet wurden. Zum anderen war eine 200 t schwere Rakete auch erheblich teurer als eine kleinere, wie z.B. die Delta mit der die USA die meisten Satelliten starteten. So beförderte die Sputnik zuerst nur Nutzlasten die propagandistischen Erstleistungen dienten: Den ersten Satelliten, das erste Lebewesen im Weltraum, die erste Mond-, die erste Venus- und Marssonde, den ersten Menschen im Weltraum... Doch die Sputnik war eine große Trägerrakete. Sie wog über 200 t und hatte mit Oberstufen Nutzlastkapazitäten von 4700-7000 kg. Für kleinere Nutzlasten wäre sie zu groß und zu teuer.

Die Kosmos B-1 (russisch Kosmos 11K63)

So lag es nahe, für kleinere Nutzlasten eine kleinere Rakete zu wählen. Ähnlich wie in den USA wurde dafür eine Mittelstreckenrakete ausgewählt. Die im Westen als SS-4 Sean bekannte Rakete, wurde von 1952 bis 1956 entwickelt und ab 1957 in den Dienst genommen. Schon vor dem Weltraumeinsatz machte die Rakete, die von den Russen als R-12 bezeichnet wurde, von sich reden, als Sie auf Kuba stationiert werden sollte. Von dort aus wäre Sie bei einer Reichweite von 1500 km fähig den gesamten Westen der USA zu erreichen. Es kam zu der Kuba Krise deren Ausgang jedoch erst heute richtig bekannt wurde. Die Stationierung der Rakete war von den Sowjets als eine folgerichtige Antwort auf die Thor Raketen in England und Jupiter in der Türkei gesehen worden, die genauso die Sowjetunion bedrohten, wie die SS-4 die USA. Als Folge wurden nach dem Überreinkommen zwischen Kennedy und Chruschtschow nicht nur die SS-4, sondern auch heimlich, die Jupiter und Thor von ihren Stützpunkten abgezogen.

RD-215 TriebwerkDie R-12 absolvierte am 22.6.1957 ihren Erstflug und wurde bald in die sowjetischen Raketenstreitkräfte aufgenommen. Sie war eine einstufige Rakete und bildete die erste Stufe der Kosmos Trägerrakete. Zwischen dem März 1959 und dem Juni 1989 befand sich diese Rakete im Einsatz bei den Raketenstreitkräften. Für den Einsatz in Silos war der Durchmesser der Rakete auf 1.65 m beschränkt, was eine sehr schlanke Konstruktion bedingte. Die Rakete wurde erstmals bei der Maiparade 1961 der Öffentlichkeit vorgeführt. Sie transportierte einen 1600 kg schweren 2.3 MT Sprengkopf.

Die SS-4 arbeitete als erste sowjetische Rakete mit den lagerfähigen Treibstoffen Kerosin und Salpetersäure. Das Erststufentriebwerk RD-214 hatte 4 Brennkammern mit einer gemeinsamen Turbopumpe. Wie bei der A-4 wurde der Gasgenerator noch mit Wasserstoffperoxid angetrieben, eine Technologie, die 1960 schon obsolet war. Der Schub betrug 635 kN am Boden und 730 kN im Vakuum bei einem Brennkammerdruck von 43.6 Bar. Sie war für Silostarts ausgelegt und auch die Satellitenstarts erfolgten teilweise aus Silos.

Die Zweitstufe wurde dagegen neu entwickelt. Wegen des schlechten spezifischen Impulses der Erststufe von 2255 m/s am Boden und 2590 m/s im Vakuum musste die Zweitstufe eine sehr hohe Leistung erreichen um die Nutzlastmasse nicht zu klein werden zu lassen. Als Zweitstufe wurde ein Triebwerk RD-119 mit der Mischung UDMH / Sauerstoff (LOX: englisch für Liquid Oxygen) gewählt. Diese Mischung hat einen etwas höheren Impuls als Sauerstoff / Kerosin, zudem wurde für die Zweitstufe ein Triebwerk mit sehr hohem Entspannungsverhältnis von 1350 gewählt, so das der Treibstoff sehr effizient genutzt werden konnte. Der spezifische Impuls ist sogar noch höher als bei der Treibstoffkombination LOX/Kerosin, doch wurde diese Technologie von Koroljow, dem führenden Raketenkonstrukteur der Sowjetunion abgelehnt, da UDMH stark toxisch ist. So ist die Kosmos B-1 die einzige Trägerrakete die UDMH/LOX einsetzte. Das RD-119 besitzt einen Schub von 105 kN und arbeitet bei einem Brennkammerdruck von 78.9 Bar. Der spezifische Impuls von 3450 m/s wurde bis zur Einführung der Zenit im Jahre 1985 von keinem anderen Triebwerk übertroffen, welches mit UDMH oder Kerosin als Brennstoff arbeitete.

RD-119 ZweitstufentriebwerkWie bei anderen russischen Raketen wählte man auch bei der Kosmos eine technisch sehr einfache Lösung. So wurden die Probleme der Zündung im Vakuum umgangen, indem die Oberstufe noch während des Betriebs der Unterstufe gezündet. Diese Vorgehensweise brachte aber auch einige Probleme mit sich. Bei einer zweistufigen Rakete mit der kurzen Brenndauer der Kosmos, muss normalerweise eine so genannte Freiflugphase eingeschoben werden, in der die Rakete antriebslos ist. Dies liegt darin, das die Rakete erst einmal die Orbithöhe erreichen muss, um dort auf Orbitalgeschwindigkeit zu beschleunigen. Dies war bei der Kosmos nicht möglich, was in der Praxis zu elliptischen Bahnen mit einem sehr niedrigen Perigäum führte. Die theoretische Nutzlast von 500 kg wurde so nie erreicht, sondern lag zwischen 280 und 420 kg. Getrennt werden beide Stufen durch einen Gitteradapter, wie er auch bei der Tsyklon zum Einsatz kommt.

Den Namen "Kosmos" erhielt die Rakete - wie bei anderen sowjetischen Raketen - von der ersten Nutzlast: Der Erdsatellit Kosmos-1. Inzwischen gibt es einige Tausend Kosmos Satelliten, aber nur wenige wurden von der Kosmos gestartet. Die russische Typenbezeichnung lautet Kosmos 11K63.

Nach Verfügbarkeit des Nachfolgemodells Kosmos C-1 wurde die Startrate langsam reduziert und seit 1977 fand kein Start mehr statt. Die Namensgebung für Raketen ist in der Sowjetunion unüblich, stattdessen besitzen die Raketen Erzeugniscodes. Für die Veröffentlichung von Startangaben wurde es daher üblich die Raketen nach den ersten gestarteten Nutzlasten zu benennen, da die Erzeugniscodes der Geheimhaltung unterlagen. Nachdem später unter gleichem Namen die zweite Version der Kosmos erschien, wurde es im Westen üblich die DoD Nomenklatur (mit angehängtem Buchstaben der pro neuer russischen Rakete erhöht wurde) zu übernehmen.

Die Rakete wurde im US Sheldon System als B-1 benannt (alle Raumfahrtträger erhielten in diesem System einen Buchstaben und eine Ziffer, die bei neuen Varianten erhöht wurde. In diesem System ist die Sojus Rakete die A-2e, die Proton die D-1). Erst später wurde der Name "Kosmos" für die Rakete von den Sowjets gewählt, weil diese Satelliten zuerst von dieser Rakete gestartet wurden. In Russland hat die Rakete nur einen Erzeugniscode 11K63.

Man kann in der Einsatzgeschichte 3 Versionen unterscheiden. Die erste Version 63S1 wurde 38 mal für suborbitale Starts und Satellitentransporte eingesetzt. Sie war von 1961-1967 in Dienst und hatte eine sehr schlechte Zuverlässigkeit, da 12 der Starts scheiterten. Die folgende Zwischenversion 63S1M wurde nur 5 mal zwischen 1965 und 1967 eingesetzt. Die letzte Version 11K63 wurde dagegen 122 mal von 1967 bis 1977 gestartet. Dabei gelangen 113 von 122 Starts.

Kosmos Trägerrakete vor dem Start

Kosmos B-1

Nutzlast: 420 kg in einen niedrigen Erdorbit
Erststart: 26.10.1961
Letzter Start: 18.6.1977
Starts: 166
Fehlstarts: 21
Zuverlässigkeit: 87.3 %
Startpreis: 7.5 Mill. USD

Stufe 1

Triebwerk: 1 × RD-214
Vollmasse: 39515 kg
Leermasse: 3150 kg.
Schub:635 kN (Meereshöhe)
Schub: 730 kN (Vakuum)
Spez. Impuls: 2255 m/s (Meereshöhe)
Spez. Impuls: 2590 m/s (Vakuum)
Durchmesser: 1.65 m
Länge: 18.0 m
Treibstoff: 98 % Salpetersäure / Kerosin
Brennzeit: 130 Sekunden

Stufe 2:

Triebwerk: 1 × RD-119
Vollmasse: 8595 kg
Leermasse: 840 kg.
Schub: 105 kN (Vakuum)
Spez. Impuls: 3450 m/s (Vakuum)
Durchmesser: 1.65 m
Länge: 7.80 m
Treibstoff: Sauerstoff / UDMH
Brennzeit: 260 Sekunden

Kosmos C-1

Stufe 1Die Kosmos B-1 hatte zwei sehr wichtige Nachteile:

Um diesem zu begegnen adaptierte man eine weitere, größere Mittelstreckenrakete als Orbitalträger, die auf der Mittelstreckenrakete R-14 (US Bezeichnung SS-5) basierte. Von der SS-4 und SS-5 wurden insgesamt 2300 Raketen gebaut, so dass man genügend Raketen für Satellitenstarts hatte, als die Raketen in den Jahren 1984-1987 aus dem Dienst ausschieden.

Die R-14 war eine im Jahre 1958-1961 entwickelte Mittelstreckenrakete mit 3600 km Reichweite, die in der Sowjetunion stationiert war und auf Westeuropa zielte. (Auf Thor Basen in der Türkei, Italien, England und Spanien). Die ersten Raketen wurden am 31.12.1961 stationiert und blieben über 25 Jahren im Dienst.

Sie stellte die erste Stufe. In der militärischen Version transportierte sie einen 680 kg schweren Sprengkopf mit einer Sprengkraft von 1 MT über eine Strecke von 3600-3700 km. Gegenüber der R-12, welche die erste Stufe der Kosmos B-1 stellte war die RS-12 fast doppelt so schwer. Dies erlaubte es eine wesentlich größere Zweitstufe mitzuführen. Die RS-12 wurde im Rekordtempo entwickelt: Im März 1958 genehmigt, stand das Konzept im Dezember 1958 und schon zwei Jahre später, am 28.3.1960 begannen die ersten Tests. Man verwandte nun als Treibstoff die Kombination UDMH mit Salpetersäure mit 27 % Stickstofftetroxid. Der spezifische Impuls des Triebwerks RD-216 stieg dabei von 2426 m/s am Boden und 2857 m/s im Vakuum. Der Brennkammerdruck liegt bei 73.5 Bar, was neben dem höheren Entspannungsverhältnis von 171 auch die Leistung steigerte Die erste Stufe verfügt über getrennte Tanks für Brennstoff und Oxidator. Die Lenkung der ersten Stufe erfolgt durch Strahlruder in den Düsen sowie Finnen an der Rakete. Das Haupttriebwerk RD-216 mit 4 Brennkammern, aber einer gemeinsamen Turbopumpe und Gasgenerator war fest eingebaut und nicht schwenkbar.

Zweite StufeDie besseren Leistungen der ersten Stufe erlaubten es bei der zweiten Stufe ein Triebwerk mit schlechteren Leistungen als bei der Kosmos B-1 einzubauen. Das Triebwerk RD-219 verfügt über 2 Brennkammern mit einer gemeinsamen Turbopumpe. Der Schub beträgt 157 kN. Der Brennkammerdruck wurde im Laufe des Einsatzes von 73.6 auf 98.1 Bar erhöht. Der spezifische Impuls erhöhte sich dabei von 2875 m/s auf 2972 m/s. Die maximale Nutzlast steige dabei von 1300 auf 1500 kg.

Die zweite Stufe war nach der Stufentrennung zündbar, aber offensichtlich nicht im Vakuum wiederzündbar. Es verfügte über ein zentrales Triebwerk und 4 kleineren Steuerdüsen zur Lageregelung und für die Freiflugphasen. Oxidator und Brennstoff haben einen gemeinsamen Tank mit einem Zwischenboden. Um nun Kreisbahnen zu erreichen wurde das zentrale Triebwerk nach einer ersten Brennphase abgeschaltet sobald die Geschwindigkeit für das Perigäum erreicht war. Nun begann die Freiflugphase.

Schnittbild KosmosDie Lageregelungsdüsen arbeiteten mit 25 % des Schubes weiter, bis nach 500-3300 Sekunden die endgültige Position erreicht wurde, dann werden die Lageregelungsdüsen auf vollen Schub gefahren, was zum Sammeln des Treibstoffes und zum Zünden des Haupttriebwerkes ausreicht, welches dann die Bahn zirkularisiert. Der Nachteil dieser Vorgehensweise ist das dies zwischen 60 und 300 kg Treibstoff für den Betrieb der Lageregelungsdüsen erfordert, der nur wenig zur Bahn beiträgt. Bei einer kreisförmigen Bahn von 470 km Höhe wird die Nutzlast nach 1665 Sekunden in 465 km Höhe abgetrennt. Dabei arbeiten die Steuerdüsen 1170 Sekunden lang. Der Vorteil ist, dass man so die Wiederzündung in der Schwerelosigkeit vermeiden kann, denn durch den Betrieb der Lageregelungsdüsen herrscht immer noch eine geringe Schwerkraft bei der zweiten Zündung des Haupttriebwerkes. Die Lageregelungsdüsen erlauben eine Betriebsdauer von maximal 4310 Sekunden, das ermöglicht es bis zu 1700 km hohe Orbits zu erreichen.

Die Indienststellung der Kosmos C-1 (11K65) erfolgte erst 1971, 10 Jahre nach der ersten Kosmos Trägerrakete. Dies deutet darauf hin, dass diese nun nicht mehr der den Anforderungen genügte, Nutzlasten also schwerer wurden oder höhere Bahnen erforderten. Die Starts der ersten Kosmos Trägerrakete wurden dann nach und nach eingestellt und im Jahre 1977 flog die letzte Kosmos B-1.

In dieser Form ist die Rakete nach einigen Modernisierungen noch heute im Einsatz. In Russland wurde die Rakete auch zeitweise als "Interkosmos" bezeichnet, da alle Satelliten dieses Programms mit dieser Rakete gestartet wurden. Der russische Erzeugniscode ist 11K65. Heute spricht man auch nur von der Kosmos, wenn man diese Rakete meint, da die alte Kosmos nicht mehr im Dienst ist. Man muss 3 Versionen unterscheiden, die 11K65 von der nur 8 Exemplare starteten. Sie diente zur Erprobung. Die Serienversion 11K65M war von 1971-1999 im Einsatz, eine leicht modifizierte Version die 11K65MP ist seit 1973 im Einsatz. Die beiden letzten Versionen werden oft unter Kosmos 3M zusammengefasst. Neben den über 400 Starts in den Orbit gab es 300 suborbitale Einsätze. Darunter die Erprobung von Buran mit einem verkleinerten Modell. Als Höhenforschungsrakete konnte die Rakete 560 kg auf 1500 km Höhe und 860 kg auf 500 km Höhe transportieren. Als Höhenforschungsrakete wurde nur die erste Stufe verwendet und so ausgemusterte Mittelstreckenraketen nutzbringend "entsorgen".

Die Kosmos C-1 ist heute noch im Einsatz für kleine militärische Satelliten, aber seit einigen Jahren auch für westliche Nutzlasten. Die deutsche Firma OHB vermarktet die Kosmos. Die Zahl der Starts ist aber im Vergleich zur Zenit, Proton oder Sojus, da die Produktion der Kosmos 1995 eingestellt wurde und nun noch 15 überzählige Raketen gestartet werden. Es erfolgten bereits einige Starts mit ausländischen Nutzlasten so den deutschen Satelliten Abrixas und Champ. Russland verfügt durch die Abrüstungsverhandlung nun über zahlreiche ausgediente Interkontinentalraketen wie die Dnepr, Start oder Rockot, die erheblich mehr Nutzlast als die Kosmos transportieren können. Dabei kosten diese in etwa das gleiche (eine Rockot mit 1900 kg Nutzlast z.B. auch nur 13.5 Millionen USD). Für die Nutzlast steht eine 5.72 m lange Verkleidung mit einem Durchmesser von 2.2 m zur Verfügung. Sie wird relativ früh in 75 km Höhe abgetrennt. Dies bedeutet eine höhere aerodynamische Belastung als bei den meisten Starts mit westlichen Trägerraketen.

Die Kosmos 3M startet heute von Kapustin Yar aus (48 Grad Neigung) oder Plesetsk, 800 km nordöstlich von Moskaus aus (66 - 98.5 Grad Neigung). Je nach Bahnhöhe ist eine Nutzlast von bis 1300 kg möglich. Der höchste Orbit der erreicht werden kann liegt in 1700 km Höhe. Die Rakete wird nicht mehr produziert, es wurden nur die verbliebenen Restexemplare "verbraucht". Sie wird durch die Rockot ersetzt. Der letzte Start fand 2010 statt, sodass man wegen der verstrichenen Zeit davon ausgehen kann dass keine weiteen Einsätze mehr erfolgen.

Alle Starts der Kosmos Trägerraketen finden Sie hier.

Interkosmos Trägerrakete

Kosmos C-1 (Kosmos 3M)

Starts: 448
Fehlstarts 21
Zuverlässigkeit 95.3 %
Erststart 15.5.1967
Letzter Start: 27.8.2003
Nutzlast:
1300 kg in 400 km Orbit mit 66.7 Grad Neigung
730 kg in einen 800 km SSO Orbit mit 98.5 Grad Neigung
Startpreis: 13 Mill. USD

Stufe 1
Triebwerk: 1 × RD-216
Vollmasse: 87300 kg
Leermasse: 5300 kg
Schub: 1485.6 kN Boden,
Schub: 1744.5 kN Vakuum.
Spez. Impuls: 2355-2462 m/s Boden,
Spez. Impuls: 2765-2857 m/s Vakuum
Treibstoff:
Salpetersäure mit 27 % N2O4 / UDMH
Brenndauer: 130 sec.
Durchmesser: 2.4 m
Länge: 23.5 m

Stufe 2
Triebwerk: 1 × RD-219
Vollmasse: 20434 kg
Leermasse: 1434 kg
Schub: 157 kN Vakuum + 1.4-1.8 kN Steuerdüsen
Spez. Impuls: 2875-2972 m/s (Vakuum)
Treibstoff
Salpetersäure mit 27 % N2O4 / UDMH
Brenndauer: 325-343 sec.
Durchmesser: 2.40 m
Länge: 6.585 m

Links

Encyclopedia Astronautica C-1

Encyclopedia Astronautica B-1

United Start

Puskovie

Fuchs Gruppe

Startübersicht der Kosmos



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