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Ares V

Einführung

Für das von Präsident Bush im Januar angekündigten „Constellation Programm“ werden zwei Trägerraketen entwickelt. Die für Mannschaftstransporte vorgesehene Ares I und die für den Frachttransport vorgesehene Ares V. Beide Entwürfe haben sich gravierend seit 2005 gewandelt.

Für die Ares I war ursprünglich ein normaler (4 Segment) Space Shuttle SRB-Booster als erste Stufe vorgesehen. Die zweite Stufe sollte ein einzelnes SSME antreiben, ebenfalls vom Space Shuttle entnommen. Die zweite Stufe sollte rund 180 t wiegen, die Ares I beim Start 810 t bei einer Nutzlast von 25 t für einen niedrigen Erdorbit.

Diese Pläne vom November 2005 wurden in der Folge mehrfach revidiert, das SSME war zu teuer. Stattdessen griff die NASA auf das J-2S zurück – entwickelt noch während des Apollo-Programms für zukünftige Saturn V-Oberstufen mit höherer Leistung. Das J-2S ist wie das J-2 in den Saturn IB „man rated“, genügt also höchsten Zuverlässigkeitsanforderungen. Verglichen mit dem J-2 hat es einige Vorteile. Es kann auch im Niedrigschubbereich angelassen werden, hat weniger Teile und kann mit einem variablen Mischungsverhältnis von Wasserstoff/Sauerstoff arbeiten. Weiterhin ist der spezifische Impuls höher als beim originalen J-2. Die NASA wird das J-2S überholen und mit neuen Turbopumpen ausstatten. Dieses nun J-2X genannte Triebwerk soll die zweite Stufe der Ares I und V antreiben. Da diese Stufe aber wegen des geringeren Schubs (verglichen mit dem SSME) kleiner sein muss, ist ein 5-Segment SRB für die erste Stufe notwendig.

Die gleichen Änderungen gab es auch bei der Ares V. Zuerst war hier die Rede von zwei 5-Segment SRB an einer Zentralstufe mit 5 SSME und einer Oberstufe mit zwei J-2S. Auch hier wurde das SSME gegen ein preiswerteres Triebwerk ausgetauscht. Nun treiben sechs RS-68, bekannt von der Delta IV, die erste Stufe an. Die zweite Stufe hat nur noch ein J-2S-Triebwerk. Dafür werden nun 5,5 Segment Booster die Zentralstufe unterstützen, die im Durchmesser von 8,18 auf 10,00 m vergrößert wurde.

Dieser Artikel beschreibt die Ares V in ihrer (sich laufend ändernden) Konfiguration. Die Geschichte, wie diese sich immer weider ändert und die Konzeption von Ares I+V kritisiert wird, finden sie in folgendem Artikel.

Ares V

Das zweite Element ist das Heavy-Lift System Ares V. Es ist nicht „man rated“ und dient dazu, Fracht zu befördern. Die Ares V befindet sich noch in der frühen Entwicklungsphase und wird ihren Erstflug nicht vor 2018 absolvieren. Die erste bemannte Landung auf dem Mond ist für 2020 vorgesehen. Derzeit laufen noch Definitionsstudien, die Konfiguration kann sich noch ändern. Der Ares V soll 188 t in einen 200 km hohen Erdorbit bringen und 71 t zum Mond. Die Ares V besteht aus 2 Stufen und zwei Boostern zur Startunterstützung. Die Booster sind verlängerte Shuttle-SRB mit 5,5 statt 4 Segmenten. Sie werden nach dem Start geborgen.

Die Zentralstufe setzt fünf RS-68B-Triebwerke ein. Das sind Abkömmlinge des RS-68, das die Delta IV antreibt. Es hat einen hohen Bodenschub, aber nur einen mäßigen spezifischen Impuls für ein Triebwerk mit der Kombination LOX/LH2. Das RS-68B hat einen etwa 2 % höheren Schub und 4 % höheren spezifischen Impuls als das RS-68. Die ablativ gekühlte Düse ist für längere Betriebszeiten ausgelegt und Helium spült die Leitungen vor dem Start frei, um Wasserstoff auszutreiben. Hauptargument für das Triebwerk war sein günstiger Herstellungspreis von 20 Millionen Dollar, vergleichen mit einem SSME, das rund 50-60 Millionen Dollar kostet. Die Zentralstufe hat 10,06 m Durchmesser und verwendet Tanks aus Aluminium-Lithiumlegierungen. Ein 14 m langer Stufenadapter verbindet sie mit der zweiten Stufe.

Die zweite Stufe verwendet ein einzelnes J-2X-Triebwerk. 327 Sekunden nach dem Start soll die zweite Stufe zünden. Sie brennt zuerst 445 Sekunden lang und erreicht einen Erdorbit. Dort wird das Orion Raumschiff angekoppelt, das separat mit einer Ares I gestartet wird. Danach wird sie erneut gezündet, um in einen Mondorbit einzuschwenken. Im Januar 2008 wurde bekannt, dass es Bedenken wegen der Vibrationen beim Start gibt. Vibrationen gehören zu allen Raketen und man versucht sie durch geeignete technische Maßnahmen zu reduzieren. Bei Feststoffraketen werden diese Vibrationen über das gesamte Gehäuse übertragen und sind viel stärker. Da die beiden Booster der HLV 25 % mehr Schub entwickeln als die SRB des Space Shuttles, sind die Vibrationen entsprechend stärker. Die NASA stuft das Risiko als hoch ein, ist aber optimistisch, das Problem bis zum Erstflug zu lösen, beim Space Shuttle gelang dies schließlich auch. Bis zum Dezember 2008 hatte die NASA 13,6 Milliarden Dollar für Entwicklungsarbeiten an beiden Trägern vergeben. Die Gesamtkosten des Constellation Programms werden auf 124-230 Milliarden Dollar geschätzt. Bislang ist die Definitionsphase noch nicht abgeschlossen und noch keine Entwicklungsaufträge wurden vergeben. So wird auch erwogen, den Binder der Booster durch HTPB zu ersetzen.

Nachdem die Augustinekomission das Constellation Programm als chronisch unterfinanziert befand und die Ziele als nicht erreichbar in dem vorgegebenen Zeitraum erachtete, stellte der neue Präsident Barack Obama das Programm 2010 ein. Gleichzeitig wird ein neues Programm aus der Traufe gehoben, das Technologien für zukünftige Schwerlastraketen enthält, aber keinen Bau einer solchen. Im Juni 2011 wurde Constellation offiziell eingestellt. Die NASA unterschrieb zahlreiche Terminierungsverträge.

Anders als die Ares I lebt das Referenzdesign der Ares V weiter. Im Januar 2011 wurde als Nachfolge das Space Launch System SLS vorgeschlagen. Das SLS ist eine Nummer kleiner als die Ares V. Es ist anders als bei der Ares V auch eine Entwicklung in zwei Stufen geplant. Die erste Version soll 70 bis 100 t in einen Erdorbit befördern. Es soll erweiterbar auf eine Nutzlast von 130 t, also die der Saturn V sein. Ein weiterer Unterschied ist, dass vorgesehen ist, damit die nun in MPCV (Multi-Purpose Crew Vehicle) umgetaufte Orion zu starten, während bei der Ares V kein bemannter Einsatz geplant war.

Die SLS in der ersten Stufe 11,7 Milliarden Dollar in der Entwicklung kosten. Die NASA beantragte für 2012 ein Budget von 1,5 Milliarden Dollar. Sie bekam aber 1,9 Milliarden vom Kongress, mit der Auflage innerhalb von 60 Tagen die Entwicklung zu starten. Eine erweiterte Version soll bis 2030 zur Verfügung stehen und dann (nach inoffiziellen NASA Schätzungen) rund 41 Milliarden Dollar kosten. Das SLS setzt in der ersten Version die 5-Segment SRB der Ares I ein, nicht die größeren der Ares V. Die Zentralstufe hat nun wieder den Durchmesser des Space Shuttletanks und setzt auch fünf RS-25 Triebwerke (die des Space Shuttles ein). Das ist eine Rückbesinnung auf die ersten Ares V Entwürfen, die genau diese Konfiguration vorhersahen. Eine Oberstufe ist erst bei der zweiten Version vorgesehen. Sie erreicht nur einen Erdorbit.

Die Oberstufe sollte das Triebwerk J-2X einsetzen. Da die NASA von Synergien mit der Herstellung der Ares I Oberstufe spricht, wird sie wohl kleiner als die der Ares V sein und nur ein Triebwerk einsetzen. Mit der Oberstufe steigt die Nutzlast auf 130 t an. Damit sind auch Flüge zum Mond möglich. Eine weitere Upgrademöglichkeit ist der Einsatz von Boostern mit flüssigen Treibstoffen mit einem noch zu entwickelten LOX/RP-1 Triebwerk der 9 MN Schubklasse. Die erste Version wird noch mit drei RS-25 auskommen. Spätere dann fünf Triebwerke. Die Oberstufe wird erst danach entwickelt werden. Die Rückbesinnung auf die RS-25 hat zwar den Vorteil, dass die Rakete nun „man rated“ ist, was die Ares V nicht war. Nur die kleine Variante ist allerdings für bemannte Flüge vorgesehen. Kritiker halten sie für unnötig teuer.

Links
NASA Ares Website

Bücher des Autors über Trägerraketen

Wie man an dem Umfang der Website sieht, sind Trägerraketen eines meiner Hauptinteressen. Es gibt inzwischen eine Reihe von Büchern von mir, auch weil ich in den letzten Jahren aufgrund neuer Träger oder weiterer Informationen über alte Projekte die Bücher neu aufgelegt habe. Sie finden eine Gesamtübersicht aller Bücher von mir bei Amazon und hier beim Verlag.

Ich beschränke mich in diesem Abschnitt auf die aktuellen Werke. Für die in Europa entwickelten Trägerraketen gibt es von mir zwei Werke:

Europäische Trägerraketen 1 behandelt die Vergangenheit (also bei Drucklegung): Das sind die nationalen Raketen Diamant, OTRAG und Black Arrow und die europäischen Träger Ariane 1 bis 4 und Europarakete.

Europäische Trägerraketen 2 behandelt die zur Drucklegung 2015 aktuellen Träger: Ariane 5, Vega und die damaligen Pläne für Vega C und Ariane 6.

Wer sich nur für einen der in den beiden besprochenen Träger interessiert, findet auch jeweils eine Monografie, die inhaltlich identisch mit dem Kapitel in den Sammelbänden ist, nur eben als Auskopplung.

Weiter gehend, alle Raketen die es weltweit gibt, behandelnd, gehen zwei Bände:

US-Trägerraketen

und

Internationale Trägerraketen (im Sinne von allen anderen Raketen weltweit)

Auch hier habe ich 2023 begonnen, die Bände aufzusplitten, einfach weil der Umfang für eine Aktualisierung sonst weder handelbar wäre bzw. an die Seitengrenze stößt, die der Verlag setzt. Ich habe auch bei den Einzelbänden nochmals recherchiert und den Umfang erweitert. Bisher sind erschienen:

US Trägerraketen 1 mit den frühen, kleinen Trägern (Vanguard, Juno, Scout)

US Trägerraketen 2 mit der Titan-Familie

2023 wird noch die erste Auskopplung aus den internationalen Raketen über russische Träger erscheinen. Nach und nach werden alle Raketen dann in einzelnen Monografien geordnet nach Trägerfamilien oder Nationen dann aktualisiert auf den aktuellen Stand, so besprochen.

Für die Saturns gibt es noch einen Sonderband, den ersten in der Reihe über das Apolloprogramm.

Alle bisherigen Bücher sind gerichtet an Leute, die wie ich sich nicht mit oberflächlichen Informationen oder Zusammenfassung der Wikipedia zufriedengeben. Wenn sie sich nicht für Technik interessieren, sondern nette Anekdoten hören wollen, dann sind die bisherigen Bücher nichts für Sie. Für dieses Publikum gibt es das Buch „Fotosafari durch den Raketenwald“ bei dem jeder Träger genau eine Doppelseite mit einem Foto und einer Beschreibung hat. (Also etwa ein Zehntel der Seitenzahl auf den ich ihn bei den beiden obigen Bänden abhandelte). Das Buch ist anders als die anderen Bände in Farbe. Ab und an macht BOD als Print on Demand Dienstleister Mist und verschickt es nur in Schwarz-Weiß, bitte reklamieren sie dann, ich als Autor kann dies nicht beeinflussen.

Als Autor würde ich mich freuen, wenn sie direkt beim Verlag bestellen, da ich da eine etwas größere Marge erhalte. Dank Buchpreisbindung und kostenlosem Versand ist das genauso teuer wie bei Amazon, Libri und iTunes oder im Buchhandel. Über eine ehrliche Kritik würde ich mich freuen.

Alle Bücher sind auch als E-Book erschienen, üblicherweise zu ²/₃ des Preises der Printausgabe – ich würde sie gerne billiger anbieten, doch da der Gesetzgeber E-Books mit 19 Prozent Mehrwertsteuer besteuert, Bücher aber mit nur 7 Prozent, geht das leider nicht. Ein Vorteil der E-Books - neben dem einfacher recherchierbaren Text ist, das alle Abbildungen, die im Originalmanuskript in Farbe, sind auch in Farbe sind, während ich sonst - um Druckkosten zu sparen - meist auf Farbe verzichte. Sie brauchen einen pdf-fähigen Reader um die Bücher zu lesen. Sofern der Verlag nicht weiter für bestimmte Geräte (Kindle) konvertiert ist das Standardformat der E-Books ein DRM-geschütztes PDF.

Mehr über meine Bücher finden sie auf der Website Raumfahrtbuecher.de und eine Liste aller Veröffentlichungen findet sich auch bei meinem Wikipediaeintrag.

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

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