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Die Geschichte der Ariane 4

Einführung

Dies ist die kurz gefasste Geschichte der europäischen Trägerrakete Ariane 4. Er schließt sich an den Teil über die Ariane 1-3 an. Ariane 5 wird in einem eigenen Artikel besprochen. Noch ein Wort zu den Nutzlasten. Wenn immer hier von Nutzlasten die Rede ist, sind es Nutzlasten in den geostationären Transfer Orbit. (GTO). Dies ist ein Orbit mit einem erdnächsten Punkt von 200 km und einem erdfernsten Punkt von 36000 km. Normalerweise zündet ein Satellit wenn er in 36000 km Höhe angekommen ist nochmals ein Triebwerk um den Orbit auf eine kreisförmige Bahn von 36000 km Höhe zu erweitern. Diese Bahn wird von Kommunikations- und Wettersatelliten genutzt, da sie dort über einem Ort der Erde still stehen und man so die Antennen auf sie ausrichten kann ohne sie dem Satelliten nachzuführen. 90 % der Nutzlasten von Ariane gehen in diesen Orbit. Die Nutzlastmasse für andere Orbits sind gesondert ausgewiesen.

Ariane 1-3

Ariane 1 hatte ihren Erstflug 1979. Schon vor dem Erststart war eine Erweiterung der Rakete geplant. Ariane 1 war ausgelegt mit einer Doppelstartvorrichtung namens Sylda zwei Satelliten einer Delta 2914 zu transportieren, das gab eine Forderung von einer Nutzlast von 1600 kg. Die Delta war Amerikas "Arbeitspferd" und transportierte die meisten Kommunikationssatelliten. Wenn die Ariane zwei dieser transportieren könnte, so dachte man sich, hätte man einen Vorteil und könnte deinen Start preiswerter als die Delta anbieten Mit der Einführung der Delta 3914 brauchte man eine Rakete die 2050 kg in Doppelstarts transportieren konnte. Dies erreichte man durch Verlängern der dritten Stufe. Es entstand die Ariane 2. Die Einführung der Delta 3920, die für Anfang der achtziger Jahre geplant war, erforderte ein Steigern der Nutzlast auf 2490 kg. Dies geschah durch Anbringung zweier Feststoffbooster, das entsprechende Modell hieß Ariane 3.

Nun zeigte es sich, dass Ariane 1-3 sehr erfolgreich sich im Markt platzieren konnten und man beschloss schon im Januar 1982 eine Erweiterung, die Ariane 4. Die Erweiterung sollte preiswert sein, aber doch einen großen Nutzlastbereich abdecken. Ziel war es die Nutzlast der Ariane 2 (2100 kg) um 90 % zu erhöhen. Die Weiterentwicklung von Ariane 2 und 3 zur Ariane 4 kostete 550 Millionen DM. (damals 462 MAU, 240 Millionen USD) etwa 24 % dessen was die Ariane 1 Entwicklung kostete. Der Erststart fand am 15.6.1988 mit V22 statt. Während die Entwicklung von der ESA finanziert wurde, wird die Ariane 4 von einer privaten Firma (Arianespace) auf dem Markt angeboten und gestartet. An dieser Firma sind die Länder, die Ariane entwickelt haben über Banken in gleichen Anteilen wie bei der Entwicklung der Rakete vertreten.

Das Konzept der Ariane 4

Machbar war dies nur, indem man die bisherige Ariane Technologie wieder verwendete. Die erste Stufe wurde gestreckt, so das sie nun 232 t Treibstoff mitführen konnte. Wo es ging, wurde an den Stufen modernere Materialien eingeführt, und so die Rakete etwas leichter gemacht. Die Triebwerke von Erst- und Zweitstufe wurden noch etwas im Schub gesteigert. Am stärksten wurde aber die Nutzlast durch Booster gesteigert. Als Booster stehen verlängerte Feststoffbooster der Ariane 3 und modifizierte zweite Stufen der Ariane 3 zur Verfügung. Erste wiegen 12.6 t (9.5 t Treibstoff, 650 kN Schub über 36 Sekunden), zweite wiegen 43.5 t (mit 39.6 t Treibstoff) und 700 kN Schub über 143 Sekunden.

Die erste Stufe

Die erste Trägerstufe heißt ganz unpoetisch L220, woraus man gleich erkennen kann, dass die flüssige Treibstoffe (L für Liquid) von 220 t Gewicht mitführt. (Zumindest nach der Planung, im Lauf der Entwicklung wurden es dann aber 232 t). Die Rakete verwendet vier Triebwerke des Typs Viking V. Sie sind aus den Viking 2 der Ariane 1 hervorgegangen. Jedes hat einen Schub von 678 kN auf Meereshöhe und 758 kN im Vakuum. Es wird mit den hypergolen Treibstoffen UH25 (Einer Mischung aus 75 Prozent UDMH (unsymmetrisches Dimethylhydrazin (CH₃)₂N-NH₂) und 25 Prozent Hydrazin (₂HN-NH₂)) und dem Oxidator NTO (Stickstofftetroxid, N₂O₄) betrieben. Diese Mischung wurde bei Ariane 2+3 eingeführt, nachdem bei Ariane 1 der zweite Start aufgrund von Verbrennungsinstabilitäten scheiterte. Das Mischungsverhältnis beträgt 1.70 Teile NTO zu 1 Teil UH25. Bei der ersten Stufe sind diese Tanks aus Edelstahl. Bei den oberen Stufen dagegen aus Aluminiumlegierungen. Die Tanks sind von identischer Größe und austauschbar.

Jedes Viking 5C Triebwerk ist 287.3 cm lang und hat einen Durchmesser von 99 cm. Es wiegt 826 kg und ist schwenkbar aufgehängt. Das Expansionsverhältnis von 10.5 zu 1 ist auf den Betrieb am Boden ausgelegt. Die Düse besteht aus einer Kupferlegierung und wird lediglich strahlungsgekühlt. Die Brennkammer wird durch UDMH filmgekühlt, da hier Temperaturen von 3000 Grad Celsius erreicht werden. Der spezifische Impuls am Boden beträgt 2730 m/s.

Diese Treibstoffkombination wird auch bei amerikanischen und russischen Trägerraketen verwendet, z.B. der Proton und der Titan. Vorteilhaft ist, dass der Treibstoff lagerfähig ist, so das er bei einer Startverschiebung nicht abgepumpt werden muss. Darüber hinaus zündet er bei Kontakt von selbst, dies erspart eine Zündung des Treibstoffes, von je her eine Fehlerquelle (auch Ursache der Fehlstarts bei der Ariane als die dritte Stufe bei Flug 15+18 nicht zündete).

Für den Betrieb des Gasgenerators hat man eine ungewöhnliche Lösung gewählt. Anstatt hier einen Überschuss von UDMH zu verwenden, um die Temperaturen niedrig zu halten, wird UDMH mit Stickstofftetroxid im gleichen Mischungsverhältnis wie beim Triebwerk verbrannt, dann aber Wasserdampf eingesprüht, um die Gastemperatur bei 600 Grad Celsius zu halten. Je 1 kg UDMH und 1 kg NTO werden mit 4 kg Wasser vermischt. So konnte man den Verbrauch an Treibstoff für den Gasgenerator auf 1.2 kg/sec pro Triebwerk begrenzen. Der heiße Dampf treibt die Turbopumpen für die Treibstoffe ein, die eine Leistung von 2500 kW bei 10.000 Umdrehungen pro Minute haben.

Über diese Technik hat man besonders in den USA geschmunzelt, dort wird das teure UDMH (Preis 1980: 24 USD/kg) im Überschuss im Gasgenerator verbrannt. Doch die Technik hatte den Vorteil, das sie einfach war und die Rakete zuverlässig machte. Das Wasser wird mit einer Pumpe von 50 kW Leistung gefördert. Der Wasserdampf wird nach Verlassen der Turbinen benutzt die Düsen um die Rollachse anzutreiben und den Tankdruck zu erhöhen.

In einem 310 kg schweren Tank werden nominal 6700 l Wasser mitgeführt. Das Tankvolumen beträgt 8200 l. Die Menge orientiert sich nach der Mission. Der Wassertank speist auch die Gasgeneratoren der flüssigen Booster. Man hat den Wassertank zwischen die beiden Treibstofftanks gelegt, nachdem es bei Ariane 1-3 noch 4 getrennte Tanks für jedes Triebwerk gab. Die neue Konstruktion reduziert den Aufwand beträchtlich uns spart Gewicht. Der Tank mit einer Wandstärke von stellenweise nur 1-3 mm Dicke wird von MAN gefertigt. Seine leichtgewichtige Konstruktion sparte 40 Prozent an Gewicht ein.

Beide Tanks für die Treibstoffe sind identisch und je 7.4 m hoch und werden durch einen 2.6 m hohes Verbindungsstück getrennt. Unten sitzt der UH25 Tank oben der NTO Tank. Dazwischen der 0.73 m hohe Wassertank. Jedes Triebwerk braucht pro Sekunde 101.9 kg UDMH und 173.3 kg NTO.

Der Treibstoff wird durch zwei je 16 cm weite Rohre an der tiefsten Stelle der Tanks zu den Triebwerken geleitet. Drei Turbopumpen befördern die Treibstoffe mit 58.5 Bar zum Triebwerk bzw. Gasgenerator. Die Pumpen erreichen 10000 Umdrehungen pro Minute bei einer Leistung von jeweils 2500 kW. Triebwerke, Gasgeneratoren und Turbinen befinden sich im unteren 2.3 m hohen Schubgerüst. Die Triebwerke sind vom Zentrum der Stufe nach außen hin versetzt, damit die Abgasstrahlen nicht zu einer Beschädigung des Nachbartriebwerkes führen können. Sie sind schwenkbar für Korrekturen der Nick- und Gierachse. Die Triebwerke arbeiten im Nebenstromverfahren. Die Abgase vom Gasgenerator werden an einem Abgasstutzen neben dem Triebwerk ins freie geleitet. Die Abgase der Turbine werden benutzt um die Tanks auf 3-5 Bar Innendruck zu bringen und zu versteifen. Die Abgase des Gasgenerators werden genutzt um die Rollachse zu stabilisieren.

Unten an der Stufe befinden sich bei den Versionen 42L und 44L vier kleine Flügel, so genannte Fins. Sie stabilisieren die Rakete während der ersten Flugphase in der dichten Atmosphäre. Raketen mit festen Treibstoffen sind diese Fins nicht nötig.

Die erste Stufe wiegt leer 18155 kg und hat eine Höhe von 25.1 m. Der Durchmesser beträgt 3.80 m. Der Startschub beträgt 2707 kN, er steigt bis zum Brennschluss auf 3032 kN an. Die Treibstoffzuladung und Brennzeit orientiert sich nach der Mission und der Ariane 4 Version. Bei einer Ariane 40 sind es 168-172 t. Bei einer Ariane 42 L 205-209 t, bei einer Ariane 42P 219-222 t und bei allen anderen Versionen 229-232 t. Die unterschiedliche Treibstoffmenge für verschiedene Versionen liegt an der Verlängerung der Stufe. Bei Ariane 1-3 wog diese Stufe noch 160 t. Die Triebwerke konnten die bis zu 210 t schwere Rakete ohne Problem "anheben". Bei Ariane 4 wurde die Stufe um 6.7 m verlängert. Eine voll betankte Ariane 4 kann ohne Booster bis zu 310 t wiegen, also mehr als der Startschub der vier Viking Triebwerke anheben kann. (Der einem Gewicht von 293 t entspricht). Daher müssen Typen ohne Booster, oder mit nur 2 Boostern auf einen Teil des Treibstoffs verzichten. Die maximale Brennzeit liegt bei 209 Sekunden. Die Ariane 40 brennt nur 150 Sekunden lang, eine Ariane 42L 181 Sekunden und eine Ariane 42P 196 Sekunden.

Verbunden ist die zweite Stufe mit der ersten Stufe mit einem Stufenadapter Dieser ist fest an der zweiten Stufe angebracht und verjüngt sich von 3.80 auf 2.60 m. Vier jeweils doppelt vorhandene Feststoffraketen zünden 1 Sekunde lang und trennen die erste Stufe von der zweiten ab. Danach zünden weitere Feststofftriebwerke für 5 Sekunden um den Treibstoff zu sammeln, während das Triebwerk gezündet wird. Danach werden diese Feststofftriebwerke abgeworfen. Der Adapter zur zweiten Stufe wiegt insgesamt 380 kg und wird durch eine Schneidschnur pyrotechnisch abgetrennt.

Die zweite Stufe L33

Die zweite Stufe L33 verwendet ein einzelnes Triebwerk Viking 4. Dies ist eine Variation des Erstufentriebwerks Viking 5. Die Ariane 4 verwendet das Triebwerk und die gesamte zweite Stufe unverändert von der Ariane 2+3.

Es hat eine längere Düse um im Vakuum einen höheren Schub und einen höheren spezifischen Impuls zu erreichen. Der Schub im Vakuum beträgt 806 kN anstatt 758 bei den Triebwerken der Erststufe. Das Entspannungsverhältnis von 30.8 ist stärker auf den Betrieb im Vakuum ausgerichtet. Daher ist der spezifische Impuls mit 2897 m/s auch höher als bei der Erststufe.

Die Länge beträgt 350.9 cm bei einem maximalen Durchmesser von 170 cm. Das 826 kg schwere Triebwerk sitzt in einem 260 kg schweren und 1.55 m langen Schubgerüst, welches auch die Pumpen, Turbinen und den Gasgenerator aufnimmt. Er ist mit 240 Schrauben am Tank befestigt. Verbunden sind alle Systeme durch Rohrleitungen von 5 bis 16 cm Durchmesser. Diese wiegen insgesamt 70 kg.

Die Treibstoffe UH25 und NTO befinden sich in einen 6.55 m langen Tank mit einem gemeinsamen Zwischenboden. Die Tanks aus Aluminium werden mit Helium druckbeaufschlagt. (Die leichte Aluminiumstruktur lässt eine Druckbeaufschlagung mit den heißen Turbinenabgasen nicht zu). Der leichte Tank mit gemeinsamen Zwischenboden war schwerer zu fertigen als die Erststufentanks, erlaubte aber eine Gewichtseinsparung von 600 kg, wodurch die Nutzlast um 39 kg ansteigt. Der Tank hat eine Wanddicke von 3.5 bis 4.7 mm und wiegt 900 kg. Das Helium befindet sich 3 je 65 cm großen Kugeltanks unter 320 Bar Druck und erzeugt einen Tankdruck von 5 Bar bis etwa 90 Sekunden nach der Zündung. Dann sinkt der Tankdruck auf 3 Bar ab. Zwei Pumpen mit je 2500 kW Leistung befördern die Treibstoffe mit 58.5 Bar in das Triebwerk. Pro Sekunde sind es 175 kg NTO und 103 kg UDMH. Das Mischungsverhältnis beträgt 1.7 zu 1.

Das Viking 4 ist in dem Schubgerüst kardanisch aufgehängt. Es ist um bis zu 4 Grad in der Nick- und Gierachse schwenkbar. Die Brennkammer des Triebwerks wird durch Filmkühlung gekühlt. Dazu strömen 15 kg UH25 pro Sekunde an der Seitenwand herab. Der Film reicht bis an den Düsenhals, der aus Kobalt mit phenolgetränktem Harz besteht. Die Düsen werden nicht gekühlt und erhitzen sich durch die Verbrennungsabgase auf über 1000 Grad Celsius und werden rot glühend, bis bei dieser Temperatur die abgegebene Strahlung der aufgenommenen Wärmemenge entspricht. Die rot glühenden Triebwerke sind auf dem Bild unten, das bei Abtrennung der Booster gemacht wurde, deutlich zu sehen.

Mit der ersten Stufe ist die zweite Stufe durch einen 2.6 m langen Stufenadapter verbunden, der sich von 3.80 m (dem Durchmesser der ersten Stufe) auf 2.60 m verjüngt. Nach der Stufentrennung zünden kleine Feststofftriebwerke 5 Sekunden lang, während das Triebwerk gestartet wird um die Treibstoffe am Boden der Tanks zu sammeln. Dieser Stufenadapter wiegt 380 kg.

Die zweite Stufe ist mit dem Stufenadapter zur dritten Stufe 11.5 m lang und hat einen Durchmesser von 2.60 m. Die Leermasse liegt bei 3.243 t, es kommt aber noch wie bei der ersten Stufe 560 kg Wasser in einem toroidalen Tank für den Gasgenerator hinzu. Der Tank fasst maximal 620 l Wasser und hat 0.34 m Höhe und 2.60 m Durchmesser bei 62 kg Eigengewicht. Er befindet sich in einem Ring rund um das Triebwerk. Betankt wird die zweite Stufe mit bis zu 33 t Treibstoff.

Mit diesem Wassertank wiegt die Stufe zwischen 3.6 und 3.8 t. Betankt wird sie mit bis etwa 34-35 t Treibstoff. Die Menge orientiert sich nach dem Raketenmodell. So sind es bei einer Ariane 40 minimal 34392 kg und bei einer Ariane 44 L bis zu 35545 kg. Die maximale Brenndauer beträgt 126 Sekunden. Zwei 50 Newton Triebwerke korrigieren (ungewollte) Bewegungen um die Rollachse.

Voll betankt wiegt die Stufe 37.13 t. Die Brenndauer beträgt 126-135 Sekunden. Zwei 50 Newton Triebwerke korrigieren (unerwünschte) Bewegungen um die Rollachse. Die zweite Stufe ist von einigen Isolationselementen umgeben, die ein Verdampfen des NTO (bei 21 Grad Celsius) beim tropischen Klima von Südamerika verhindern sollen. Bei der ersten Stufe ist dies aufgrund der hohen Masse nicht nötig und bei der dritten Stufe wird bis wenige Sekunden vor dem Start verdampfter Treibstoff nachgetankt. Die Isolationselemente aus 12 cm dicken Styropor werden beim Start abgeworfen.

Gesteuert wird die Stufe durch den Bordcomputer. Sie verfügt aber auch über eigene Systeme z.B. zur Selbstzerstörung. Insgesamt verlaufen 1800 m Kabel und 167 Stecker mit einem Gesamtgewicht von 60 kg durch die Stufe. Das Telemetriesystem kann maximal 250 Messwerte über den Bordcomputer zur Erde senden. Man hat im Laufe der Missionen die Zahl der übermittelten Werte immer weiter reduziert, bis es bei der Ariane 4 nur noch 101 sind. 20 Sekunden nach Abtrennung der zweiten Stufe von der dritten Stufe werden Sprengschnüre aktiviert, welche die Außenwand der Tanks öffnet, damit diese im Meer untergehen.

Die deutsche Firma ERNO war Systemintegrator für die zweite Stufe, die bei allen Starts der Ariane 1-4 (144 Stück) ohne Ausfall arbeitete! Die zweite Stufe war auch die einzige die im Verlauf der Entwicklung von Ariane 1 bis 4 kaum modifiziert wurde.

Die Viking Triebwerke

Das Viking Triebwerk ist ein Mitteldruck Triebwerk welches nah dem Nebenstromverfahren arbeitet. Die Treibstoffe werden durch ein Einwellen Turbopumpenaggregat gefördert (Auf einer Welle sind die Pumpen für Stickstofftetroxid und Hydrazin angeordnet ).Die Kühlung der Brennkammer erfolgt durch einen Film an der Brennkammerwand. Der Düsenhals ist aus hochtemperaturfesten faserverstärktem Graphit und die Düse wird strahlengekühlt. Die Strahlungsenergie beträgt 1 MW, dadurch werden die Düsen rotglühend. (Man kann dies auf den Bildern die bei der Abtrennung der Feststoffbooster gemacht werden sehen).

Die Regelung erfolgt durch ein Regelsystem, welchen den Brennkammerdruck mit einem vorgegebenen Druckverlauf vergleicht und danach den Durchsatz der Treibstoffe für den Gasgenerator regelt. Die Einspritzung des Brennstoffs erfolgt radial durch 4 Reihen über den Brennkammerumfang von jeweils 720 Bohrungen für Oxidator und Brennstoff. Beim zweiten Flug 1980 zeigte sich, dass diese Anordnung bei höheren Drucken zu Verbrennungsinstabilitäten neigt. Man vergrößerte daraufhin die Bohrungen.

Bei der Ariane 4 kommen 3 Variationen ein und desselben Triebwerks zum Einsatz:

• Das Viking V Triebwerk (genau Bezeichnung Viking VC) ist eine Abwandlung des bei Ariane 1 eingesetzten Viking II Triebwerks. Für Ariane 2+3 entstand daraus das Viking V. Es arbeitet mit einem höheren Brennkammerdruck und ist auf die Mischung von UH25 anstatt Hydrazin umgestellt. 4 Viking V Triebwerke sind in der Zentralstufe angebracht.
• Das Viking IV Triebwerk in der zweiten Stufe ist dagegen eine Weiterentwicklung des Viking IV Triebwerks der Ariane 2. Es hat keine neue Nummer bekommen. Der wesentliche Unterschied zum Viking V Triebwerk ist die Düse für den Höheneinsatz und einem niedrigeren Düsenmündungsdruck. Weiterhin ist die Aufhängung eine frei kardanische anstatt in einem festen Schubrahmen wie beim Viking V.
• Das Viking VI Triebwerk der Booster PAL geht nicht auf das Viking V Triebwerk zurück, sondern ist eine abgewandelte Form des Viking IV Triebwerk. Die Änderung ist vor allem die abgewinkelte Düse, die von der Rakete weg zeigt.

Hier die technischen Daten des Viking IV und II der Ariane 1. Sie sind weitgehend identisch mit denen des Viking IV und V.

Die dritte Stufe

Der Adapter zur dritten Stufe wiegt 210 kg und hat eine Länge von 1.25 m. Die dritte Stufe H10 verwendet eine andere Treibstoffkombination, die hochenergetische Kombination Wasserstoff und Sauerstoff. Diese werden im Verhältnis 5-6:1 verbrannt, d.h. mit Wasserstoffüberschuss (das stöchiometrische Verhältnis liegt bei 8:1). Es wurde aus dem Triebwerk HM-7 entwickelt indem dieses einen höheren Brennkammerdruck und eine längere Düse bekam.

Die dritte Stufe verwendet das gleiche Triebwerk wie die Ariane 2+3. Die Stufe wurde aber verlängert um mehr Treibstoff mitzuführen.

Das Triebwerk HM-7B hat einen Schub von 62.3 - 63.8 kN und brennt zwischen 720 und 780 Sekunden lang. Es hat eine Masse von 155 kg und arbeitet mit einem Verbrennungsdruck von 35 Bar. Das Expansionsverhältnis liegt bei 83.1 (Vorgänger HM-7 nur 62.7). Das Triebwerk ist 2.03 m lang und hat einen maximalen Durchmesser von 0.94 m. Der Treibstoff tritt über eine Frontplatte von 180 mm Durchmesser mit 90 Bohrungen in die Brennkammer ein. Die vielen Bohrungen führen zum Vermischen des Treibstoffs und zu einer gleichmäßigen Verbrennung, Der Brennkammerdruck beträgt 35 Bar (Vorgänger HM-7: 30 Bar).

Die Brennkammer wird von 7 % der Wasserstoffmenge gekühlt. Dabei strömt der Wasserstoff mit 200 m/s durch 128 Kanälchen um die Brennkammer und erwärmt sich um 110 Grad Celsius (auf -150 Grad Celsius). Er kühlt die Brennkammer aus Kupfer auf einer Nickelstruktur von 2.5 mm Dicke so auf 550 K. Diese Technologie wurde vom Space Shuttle unter Lizenz verwendet.

Die Düse besteht aus 242 einzelnen Röhrchen aus Incotel 600, die schraubenförmig aneinandergeschweißt sind. Die Düse wird von 150 g Wasserstoff/Sekunde gekühlt. Die Temperaturen ereichen so maximal 1080 K am Düsenhals. Während der Wasserstoff der Brennkammerkühlung mit dem restlichen Wasserstoff verbrannt wird, tritt der Wasserstoff der die Düse kühlt, an deren Ende durch die offenen Röhrchen aus. Dies erzeugt einen kleinen zusätzlichen Schub.

HM-7 ist nicht wiederzündbar, sondern wird über eine (einmal vorhandene) Feststoffkartusche gestartet. Sie bringt die Sauerstoffturbine in 1 Sekunde auf die halbe nominelle Drehzahl. Der Gasgenerator verbrennt Wasserstoff und Sauerstoff im Verhältnis 0.9:1. Die 800.900 K heißen Gase des Gasgenerators treiben dann die Turbinen an. Die Sauerstoffpumpe hat eine Drehzahl von 13000 U/min und die Wasserstoffpumpe eine von 60800 U/min. Ihre Leistung von 380 kW erhöhen den Druck des Wasserstoffs von 3 auf 55 bar und den des Sauerstoffs von 2.5 auf 50 Bar. Dazu verbrennen Sie pro Sekunde 0.25 kg Treibstoff. 10 Sekunden lang beschleunigen bei der Zündung 4 kleine Feststofftriebwerke die Stufe, bis die Stufe ihre volle Leistung erreicht hat. Dann werden sie abgesprengt. Die Zündung der Stufe erfolgt durch 2 Flammen im 45 Grad Winkel die in die Brennkammer geleitet werden.

Nominell sollte das Triebwerk HM-7 einen spezifischen Impuls von 4225 m/s erreichen. In der Praxis waren es trotz des Nebenstromverfahrens ein spezifischer Impuls von 4315 m/s - 4375 m/s. Dies war eine höhere Energieausbeute als das RL-10 Triebwerk der Atlas Centaur (zu dieser Zeit). Es wurde im Auftrag der französischen Firma SEP von Messerschmidt-Bölkow-Blohm (MBB) entwickelt und gebaut.

Die dritte Stufe hat einen Durchmesser von 2.60 m und eine Länge von (je nach Version 10.7 und 11.05 m) Die Masse beträgt leer 1.24 t. Die Treibstoffzuladung beträgt je nach Version 10.7, 11.05 und 11.7 t.. Die Tanks bestehen aus einer Aluminiumlegierung. Die Länge liegt bei der Basisversion 7.895 m. Der Zwischenraum zwischen oben liegendem Wasserstofftank und tiefer liegendem Sauerstofftanks ist besonders isoliert um ein Frieren des Sauerstoffs zu Eis zu verhindern. Die Druckbeaufschlagung erfolgt beim Wasserstofftank mit gasförmigen Wasserstoff und beim Sauerstofftank mit Helium. Die gesamte Stufe sind von einer 2 cm dicken Isolationsschicht umgeben,. Trotzdem werden die Treibstoffe bis 5 Sekunden vor dem Start nachgefüllt, da laufend kleine Mengen verdampfen. Das Einfüllen erfolgt von unten her um eine Schichtung unterschiedlicher Wärmegrade zu verhindern.

Das Triebwerk ist in 2 Achsen schwenkbar. Rollbewegungen werden durch zwei seitlich angebrachte Düsen bewerkstelligt, die Wasserstoff ausstoßen.

Das HM-7 war das erste mit Wasserstoff angetriebene Triebwerk von Europa und das dritte weltweit (nach dem Triebwerk RL-10 in der Centaur und dem J-1 in der Saturn). Allerdings musste man auch hier Erfahrungen mit Fehlschlägen sammeln. Von 7 Fehlstarts von Ariane 1-4 gingen 5 auf Probleme mit dem HM-7 Triebwerk zurück. Ähnliche Erfahrungen mussten die Amerikaner bei der Centaur Oberstufe sammeln.

Ursprünglich verwandte die Ariane 4 die Oberstufe von Ariane 2+3. Diese Stufe H10 hatte einen Schub von 62.3 kN, ein Mischungsverhältnis O:h von 4.76 und einen spezifischen Impuls von 4373 m/s. Diese Stufe brannte 720 Sekunden lang.

Mit Flug 50 (dem 22.sten Start einer Ariane 4) wurde eine verlängerte Oberstufe eingeführt, bei der die Treibstofftanks um 32 cm verlängert wurden. Anstatt 10.7 t konnte diese Stufe 11.1 t Treibstoff mitführen. Die Brenndauer stieg dabei von 720 auf 750 Sekunden an. Diese neue Stufe hieß nun "H10 Plus" um sie von der normalen H10 unterscheiden zu können und ersetzte bald die H10. Das Mischungsverhältnis sank leicht auf 4.66. Der spezifische Impuls lag mit 4374 m/s fast gleich hoch. Die letzte H10 flog mit V65. Insgesamt wurde die H10 27 mal eingesetzt.

Schon mit Flug V-70 kam eine neue Variante, die H10-III zum Einsatz. Bei dieser Stufe wurde im Tank der Zwischenboden verschoben, das die Mixtur nun sauerstoffreicher ist. Da Sauerstoff 16 mal schwerer als Wasserstoff ist, konnte man so weitere 800 kg Treibstoff mitführen, so dass nun 11.9 t Treibstoff mitgeführt werden konnten. Die Brenndauer kletterte auf 780 Sekunden. Das Mischungsverhältnis steigt auf 5.40 zu 1. Der Schub stieg ebenfalls leicht an von 62.3 auf 63.8 kN. Der spezifische Impuls sank dafür leicht auf 4364 m/s.

Dieses Modell wurde am häufigsten eingesetzt und war nach dem letzten Flug einer H10 Plus mit V72 die einzige Oberstufe für die Ariane 4. Die H10 Plus wurde nur 16 mal eingesetzt, die H10-III dagegen 63 mal. Spätere Steigerungen der Nutzlast bis auf 4950 kg kamen vor allem durch die Reduktion der Margen zustande, da man inzwischen den Träger recht gut kannte. Zum Teil wurden auch Aluminiumteile durch Composite Werkstoffe ersetzt um Gewicht zu sparen.

Die Feststoffbooster

Die Feststoffbooster PAP sind von Ariane 3 übernommen worden, aber verlängert worden. Ihre Masse ist im Vergleich zur Rakete sehr gering. Ihr Hauptzweck liegt darin, dass sie über kurze Zeit sehr viel Schub erzeugen und die Rakete daher sehr schnell aus der dichten Atmosphäre bringen. Dadurch verringern sie die Luftreibung. Gleichzeitig erlauben sie es der Rakete mehr Treibstoff in der ersten Stufe mitzuführen, da der hohe Schub diese zusätzliche Last ermöglicht.

Die Feststoffbooster haben eine Länge von 12.2 t bei einem Durchmesser von 1.07 m. Bei einer Leermasse von 3.01 t nehmen sie 9.5 Treibstoff auf. Der Schub beträgt 650 kN. Die Booster sind massiver als die mit flüssigem Treibstoff angetriebenen Raketenstufen aufgebaut. Die Wandstärke beträgt 5 mm, da im innern ein Druck von 60 bar herrscht. Die Feststoffbooster sind nach 42 Sekunden ausgebrannt. Sie werden dann durch 4 Federn mit Schubkräften von 59 und 66 kN von der Rakete abgetrennt. Dies allerdings nicht sofort, weil die Rakete zu diesem Zeitpunkt sich noch über bewohntem Gebiet befindet. Hier werden die ausgebrannten Booster noch etwa 30 Sekunden mitgeschleppt und dann erst über dem Meer ausgeklinkt. Aufgrund der nicht aerodynamischen Form müssen sie vor Erreichen der Schallgeschwindigkeit abgetrennt werden, da sonst der Treibstoffverbrauch der Rakete zu stark ansteigt. Insgesamt wurden 142 Feststoffbooster bei Ariane 4 eingesetzt.

Die Flüssigtreibstoffbooster

Die Booster mit flüssigem Treibstoff basieren auf der Technologie der ersten und zweiten Stufe der Ariane. Verwendet wird das Triebwerk Viking 6. Es basiert auf dem Viking 5, welches in der ersten Stufe eingesetzt wird. Verwendet wird wie in der ersten Stufe die Kombination UH25 und NTO als Treibstoff. Gegenüber dem Viking 5 Triebwerk ist die Treibstoffmischung etwas verändert : Verbrannt werden pro Sekunde 173.7 kg NRO und 101.5 kg UDMH (Viking 5 : 173.3 / 101.9 kg) so dass das Mischungsverhältnis 1.71 beträgt (Viking 5 1.70).

Die Booster haben eine Länge von 19 m und einen Durchmesser von 2.21 m. Sie wiegen leer je 4.1 t und führen bis zu 40 t Treibstoff mit. Die Wasserversorgung erfolgt durch die erste Stufe. Der Startschub liegt bei 750 kN und die Brenndauer bei 135-143 Sekunden , je nach Zuladung an Treibstoff. Die Booster werden nach dem Ausbrennen pyrotechnisch von der Rakete getrennt und aktivieren dann ein eigenes Feststofftriebwerk, welche sie von der ersten Stufe entfernt.

Da die Booster eine eigene flüssig angetriebene Rakete sind, kann man mit Ihnen effektiv nur die Kosten verringern, wenn man sie so einfach wie möglich konstruiert. Daher haben die Booster keine schwenkbaren Triebwerke und das Wasser für den Gasgenerator liefert die erste Stufe. Wie die erste Stufe verwenden die Booster zwei getrennte, identische Tanks für UH25 und NTO von je 6.62 m Länge und 17 m³ Volumen. Der obere Tank enthält 20 t NTO, der untere 17 t UH25. Dazwischen liegt ein 1.63 m langer Zwischenbereich, der unter anderem die Abtrennungsraketen enthält. In dem 1.95 m hohen Triebwerksträger sitzt ein Triebwerk vom Typ Viking VI. Dies ist eine Modifikation des Triebwerks Viking V der zweiten Stufe mit einer verkürzten Düse. Es hat einen Schub von 752 kN und ist um 10 Grad gegenüber der Senkrechten geneigt. Die Brenndauer beträgt nominal 148 Sekunden. Bei einer Ariane 44LP werden die Booster in einer Höhe von 40 km bei einer Geschwindigkeit von 1330 m/s abgetrennt. 5 Sekunden nach der Abtrennung trennen Sprengschnüre die Tanks auf, damit die Booster im Meer versinken und nicht als Treibgut eine Gefahr für die Schifffahrt sind. Insgesamt wurden 238 Booster in Bremen gefertigt.

Steuerung

Die VEB (Träger Equipment Bay) enthält alle Systeme um die Rakete zu steuern. Dies sind Ringlaserkreisel, Bordcomputer (weiterentwickelt aus dem des SPOT Satelliten), Telemetrie, Batterien und Hydrazin für die Ausrichtung der Satelliten vor dem Aussetzen. Die VEB wiegt 520 kg, hat eine Höhe 93.5 cm und einen Durchmesser von 400 cm.

Nutzlastverkleidung und Doppelstartvorrichtung

Schon Ariane 1 führte eine für damalige Verhältnisse riesige Nutzlastverkleidung von 8.6 m Höhe und 3.2 m Breite. Grund war, dass man zwei Satelliten gleichzeitig transportieren wollte und damit rechnete, das Satelliten größer werden, weil der Space Shuttle mehr Platz für Nutzlasten zur Verfügung stellte. Für Ariane 4 stehen zwei Standlängen von 8.6 und 9.6 m zur Verfügung. Die Breite ist mit 4.0 m sogar noch größer, so dass die Verkleidung ein Volumen von 60 bzw. 70 m³ hat. Auf Kundenwunsch ist eine Verlängerung bis zu 11.1 m Länge möglich. Die Nutzlastverkleidung ist so groß, weil sie in der Regel zwei Satelliten mit der Doppelstartvorrichtung SPELDA aufnehmen muss.

Die Verkleidung wiegt 750 in der kleinen und 810 kg in der langen Version. Sie wird nach 285 Sekunden, während des Betriebs der zweiten Stufe abgesprengt, wenn die Rakete eine Höhe von 100 km erreicht hat und die dünne Restatmosphäre die Satelliten auch bei hoher Geschwindigkeit nicht mehr beschädigen kann. Die von Oerlikon Contraves gefertigte Nutzlastverkleidung besteht aus zwei Schalen, die durch einen Ballon voneinander separiert werden. Abgeworfen wird die Verkleidung wenn die Wärme durch Reibung an der Restatmosphäre nicht höher ist als die Hitze durch die Sonneneinstrahlung, d.h. die Reibungswärme bei 1130 w/m² oder darunter liegt. Dies ist in einer Höhe von 100-110 km der Fall.

Das finanziell interessante an Ariane 4 ist die Möglichkeit, dass die Rakete zwei Satelliten auf einmal transportieren kann. Dies konnte während die Ariane 4 eingesetzt wurde sonst nur die Commercial Titan, die dazu auch eine Vorrichtung von der DASA orderte, die auch die Vorrichtung für die Ariane 4 herstellt. Die Doppelstartvorrichtung SPELDA besteht aus einem unteren Teil, der auf die dritte Stufe montiert wird und die Wände von 2 m Höhe. Dieser Teil hat bei der Befestigung an der dritten Stufe einen Durchmesser von 2.60 m, wird dann 4 m breit und ist 2 m hoch. Der obere Teil ist ein abtrennbarer Deckel von 0.8 m (kurze SPELDA) bzw. 1.8 m Länge (lange SPELDA). Er verjüngt sich bis zu einem Durchmesser von 1.92 m, dort wird ein Standard Nutzlastadapter angebracht.

In der 2.8 bzw. 3.8 m langen SPELDA wird ein Satellit untergebracht. Der zweite sitzt auf dem Deckel und wird von der Nutzlasthülle umgeben. Da diese ein größeres Volumen zur Verfügung stellt, kommt dort meist der größere Satellit hin. Die Nutzlastverkleidung ist dann etwas kürzer, weil man auf den unteren Teil, der an die dritte Stufe anschließt, verzichtet. Für beide Nutzlasten gibt es so ein Gesamtvolumen von maximal 91 m³. Mehr ist aus strukturellen Gründen nicht möglich, die maximale Höhe von Ariane muss unter 60 m bleiben.

Die 380 kg (kurze SPELDA) bzw. 410 kg (lange SPELDA) schweren Doppelstartvorrichtungen werden mit der Nutzlast in einen Orbit gebracht und reduzieren daher die Nutzlast um diese Masse. Dort wird nach Brennschluss der Rakete zuerst mittels kleiner Düsen in der VEB die Drittstufe mit Nutzlast für eine optimale Orientierung des ersten Satelliten ausgerichtet. Bi spinnstabilisierten Satelliten wird vor dem Abtrennen auch die Stufe in Rotation versetzt. Dann wird der obere Satellit ausgesetzt. Die dritte Stufe dreht sich vom Satelliten weg und sprengt den oberen Deckel der SPELDA ab. Nun wird wieder die dritte Stufe neu ausgerichtet für das Aussetzen des unteren Satelliten und dieser dann ausgesetzt. Zuletzt bremst die Stufe sich selbst ab, damit sie nicht mit dem Satellit kollidiert und schneller verglüht. Zuletzt werden die Treibstoffe aus den Tanks entlassen, um eine Explosion der Stufe zu verhindern.

Kleine Nutzlasten

Zur Mitführung von kleineren Satelliten gibt es die ASAP-4 Plattform. Dies ist ein 4 cm dicker, 2.90 m breiter Ring, der auf halber Höhe auf dem konischen Teil der VEB angebracht ist. Die VEB verjüngt sich nach oben, so dass auf dem Ring Nutzlasten von bis zu 450 × 450 mm Breite und 600 mm Höhe und maximal 60 kg Gewicht mitgeführt werden können. Die ASAP wiegt 55 kg und kann maximal 240 kg transportieren. Man hat von der ASAP selten Gebrauch gemacht, das liegt daran, dass die meisten Starts von Ariane in den geostationären Orbit gehen, die meisten Passagiere die relativ kostengünstig so eine Mitfluggelegenheit bekamen, aber einen niedrigeren Erdorbit bevorzugten.

Ariane 4: Eine Familie mit 6 netten Mitgliedern

Je nachdem welche Booster und wie viele man mitführt kann man 6 Modelle der Ariane 4 unterscheiden:

• Ohne Booster: Ariane 40
• Mit zwei Feststoffboostern: Ariane 42 P (P: Poudre, französisch für Pulver)
• Mit vier Feststoffboostern: Ariane 44 P
• Mit zwei Boostern mit flüssigen Treibstoff: Ariane 42L (L: Liquide, französisch für flüssig)
• Mit vier Boostern mit flüssigen Treibstoff: Ariane 44L
• Mit zwei Boostern mit flüssigen Treibstoff und zwei Feststoffboostern: Ariane 44LP

Da es auch noch Änderungen in den dritten Stufen gab, muss man zudem noch die Versionen "Plus" und "-III" je nach verwendeter H10 Oberstufe unterscheiden. Die folgende Tabelle informiert über die maximalen Nutzlastmassen der einzelnen Subversionen.

Einige gemeinsame Zahlen:

Gesamthöhe ohne Nutzlastverkleidung: 43.62 m
Höhe kleine Nutzlastverkleidung 54.9 m
Höhe große Nutzlastverkleidung 55.9 m
Höhe kleine Nutzlastverkleidung und kleine SPELDA: 57.7 m
Höhe große Nutzlastverkleidung und kleine SPELDA: 58.7 m
Höhe kleine Nutzlastverkleidung und große SPELDA: 58.7 m

• Die Ariane 40 transportierte ausschließlich Nutzlasten in einen erdnahen Orbit wie die ERS 1+2 Erdbeobachtungssatelliten oder auch die Helios Spionagesatelliten. Hier kam auch am häufigsten die Plattform ASAP für Sekundärnutzlasten zum Einsatz. Die typische Startmasse einer Ariane 40 liegt bei 240-245 t.
• Die Ariane 42P kam vorwiegen bei einzelnen Starts schwerer Kommunikationssatelliten zum Einsatz für die sich kein leichter zweiter Passagier fand, daneben auch für Flüge in den erdnahen Orbit. Die Startmasse lag bei 318-323 t.
• Die Ariane 44P kam wie alle folgenden Modell bei Einzel- und Doppelstarts in den geostationären Orbit zum Einsatz. Ihre Startmasse betrug 355-358 t.
• Die Ariane 42L wurde sehr selten eingesetzt (Nur 7 Flüge). Das lag daran, dass die Nutzlastmasse nahe beim Modell 44P lag, welches günstiger ist. Die Startmasse lag bei 361-381 t.
• Die Ariane 44LP war in der Anfangszeit das populärste Modell, wurde dann aber von der Ariane 44L überholt, als die Nutzlastmassen für geostationäre Satelliten ansteigen. Die Startmasse lag bei 417-421 t.
• Die stärkste Version Ariane 44L wurde mit Abstand am häufigsten eingesetzt, ganz einfach weil es am ökonomischsten ist, eine große Rakete zu nutzen, als eine kleinere. Die Startmasse lag bei 475-482 t.

Eine europäische Erfolgsstory

Wichtig für den Erfolg war aber nicht nur die Rakete, sondern das ganze Umfeld. So war der Startplatz von Ariane 1 (ELA 1) auf maximal 6 Starts pro Jahr ausgelegt, eine Zahl die nie erreicht wurde, obwohl es Kunden genug gab. Der Grund: Es konnte nur immer eine Rakete auf einmal vorbereitet werden. Auf der Startrampe wurde die Rakete zuerst montiert, dann die Nutzlast integriert und zuletzt die Checks durchgeführt und die Rakete gestartet. Gab es Verzögerungen durch einen Kunden so hielt dies den ganzen Flugplan auf. Man hatte bei Ariane 1 nicht mit dem Zulauf gerechnet, den die Rakete hatte, sondern hoffte 50 Starts in 20 Jahren zu absolvieren. Die Startrampe ELA 1 mit maximal 6 Starts pro Jahr reichte dafür vollkommen aus.

Ariane bekam mit der Startrampe ELA 2 eine neue Rampe mit einem flexiblen Konzept. Bei Ariane 4 wird in einer Montagehalle eine Rakete zusammengebaut, während eine andere 950 m entfernt am Startplatz auf den Start vorbereitet wird. Beide Plätze sind durch eine Schienenstrecke mit Drehteller in der Mitte verbunden. Dies verdoppelt nicht nur die Zahl der Starts, es macht auch Ariane unabhängiger von Verzögerungen. So wurden 1997 als es Probleme mit dem Start eines Satelliten gab, dieser mit der Rakete von der Startrampe weggefahren und der nächste Start vorgezogen. Auch die Zeit die für eine Startkampagne benötigt wird, konnte von 28 auf 18 Tage reduziert werden, so das theoretisch maximal 20 Ariane 4 pro Jahr starten könnten. Teilweise hat Arianespace schon 3 Raketen innerhalb von 30 Tagen gestartet. Dazu gibt es eine mobile Werkshalle, das größte bewegliche Gebäude der Welt. Sie wird vor dem Start um 400 m von der Rakete weggefahren (Im Bild links neben der Starttrampe). Die neue Startrampe ELA machte mit 102 MAU (146 Millionen USD) alleine ein Viertel der Ariane 4 Entwicklungskosten aus. ELA 2 wurde schon vor dem Erststart einer Ariane 4 mit Flug V17 am 28.3.1986 eingeweiht, als eine Ariane 3 von einem dafür extra erhöhten Starttisch abhob (Da deren erste Stufe kürzer war). Der Startplatz ELA-1 sollte eigentlich nach dem Erststart der Ariane 4 am 15.6.1988 außer Dienst gestellt werden, doch die zahlreichen Aufträge die nun Arianespace nach der Challengerktastrophe hatte machten es notwendig möglichst schnell die Startrate zu erhöhen und so starteten noch ein Jahr lang Ariane 2+3 von ELA-1. Der letzte Flug war am 12.7.1989 der von Olympus mit V32-

Schon 1989 war Arianespace so überzeugt von der Ariane 4, dass die einen Großauftrag von 50 Trägern und 116 Flüssigboostern an die europäische Industrie vergab. Die hohe Stückzahl erlaubte es die Kosten pro Träger zu senken. Man glaubte dieses Los würde über die 90 er Jahre reichen, bis die Ariane 5 in den Dienst gestellt würde. Doch der Ansturm auf den Träger, nachdem der Space Shuttle keine kommerziellen Starts mehr durchführen dürfte, verbrauchten das Los innerhalb von 6 Jahren.

Ariane 4 ist insgesamt erfolgreicher gewesen als ihre Vorgängermodelle. Nur 3 Fehlstarts gab es bei insgesamt 116 Starts, also weit über den anvisierten 90 % Zuverlässigkeit. Der ersten Fehlstart (V36, 7 Start einer Ariane 4) verursachte Aufregung, den Ursache war ein Lumpen in einer Treibstoffleitung in der Erststufe. Er verstopfte den Zufluss für ein Triebwerk. Man vermutete Sabotage, weil in der ganzen Produktion keine Lumpen verwendet wurden. Man konnte aber keinen Verursacher dingfest machen. Seitdem überwacht aber die Fremdenlegion Kourou bei Starts und Lumpen hat man seitdem auch keine mehr in den Raketen gefunden. Man untersucht seitdem auch alle Leitungen endoskopisch.

Bei Flug 63 und 70 (35 und 42 Start einer Ariane 4) kam es wieder zu Fehlstarts, weil die Treibstoffpumpe der dritten Stufe zu wenig Leistung erbrachte. Dieses Problem wurde gefunden und eliminiert. Seitdem gab es keinen Fehlstart mehr. Ariane 4 hält dadurch den Rekord an erfolgreichen Starts in Folge: 74 am Stück. Mit verantwortlich für den Erfolg von Ariane 4 waren auch andere Gründe:

• Große Flexibilität und Hinwendung zum Kunden seitens Arianespace. So konnte Arianespace schon Kunden gewinnen, weil man sehr kurzfristig einen Träger bereitstellte. Der bisherige Rekord war der Start von GE-4 mit V123, der innerhalb von 3½ Monaten nach Vertragsunterzeichnung erfolgte. Angesichts der normalen Fristen von 2 Jahren zwischen Vertragsunterzeichnung und Start ist dies sehr schnell. Auch bei Problemen durch Kunden hat es Arianespace immer geschafft den Startplan innerhalb eines Jahres wieder aufzuholen, auch wenn zum Schluss die Träger im 20 Tage Abstand starteten.
• Die Position des Startgeländes: Kourou liegt bei 5.2 Grad nördlicher Breite, während Cape Canaveral bei 28.8 Grad und Baikonur bei 46 Grad liegt. Die geostationären Satelliten die Ariane transportiert müssen aber in eine Bahn um den Äquator kommen, also bei 0 Grad Breite. Ariane kann nun zum einen mehr Nutzlast transportieren, da die Erde am Äquator schneller rotiert als in höheren Breiten, aber auch die Satelliten, welche später die Neigung der Bahn auf 0 Grad anpassen müssen, benötigen dazu weniger Treibstoff. Dies schlägt sich in einer um ein halbes Jahr verlängerten Lebensdauer nieder.
• Solange die Ariane zwei Nutzlasten auf einmal transportieren kann sind die Kosten für einen Kunden wesentlich geringer als bei anderen Trägern (vor allem der Atlas und Delta), wo immer ein fester Fixpreis bezahlt werden muss, egal ob man die Kapazität voll ausnutzt oder nicht. Leider sind die Satelliten schwerer geworden, so das Arianespace in den letzten 2 Jahren der Einsatzzeit der Ariane 4 vermehrt Einzelstarts ansetzten musste.
• Ariane ist ein sehr präziser Träger. Die vorher festgelegte Bahn wird meistens mit sehr hoher Präzision erreicht. Dadurch sind weniger Korrekturen seitens des Satellitenbetreibers notwendig, was ebenso der Lebensdauer des Satelliten (die vom mitgeführten Treibstoff bestimmt wird) zugute kommt.

Ursprünglich sollte Ariane 71 Starts absolvieren und dann durch die Ariane 5 ersetzt werden. Schon vor dem ersten Start der Ariane 5 zeigte sich das Ariane 5 später starten würde und es wurden 7 neue Ariane bestellt (nun 78 Träger). Nach dem fehlgeschlagenen Erststart der Ariane 5 kamen dann weitere Order von zuerst 14 dann weiteren 20 Raketen. Zuletzt wurden es 116 Trägerraketen. Ariane 4 konnte so auch den hohen Marktanteil bei kommerziellen Start von Arianespace halten, als sich die Einführung der Ariane 5 verzögerte. Er liegt trotz höherer Konkurrenz seit mehreren Jahren bei 55-60 % aller frei ausgeschriebenen Starts. In ein um so tieferes Loch fiel Arianespace, als der Erststart der Ariane 5 EAC missglückte und man nur noch 2 Ariane 4 und 4 normale Ariane 5 hatte.

Typenblatt Ariane-4
Länge: maximaler Durchmesser: Startgewicht:	54,90 - 58,70 m 3,80 m 245 - 484 t
Einsatzzeitraum: Starts: Fehlstarts: Zuverlässigkeit:	1988 - 2003 116 3 97,4 %
Nutzlast:	2.130 - 4.950 kg (in einen GTO-Orbit) 2,600 - 7,000 kg (in einen SSO Orbit)
Stufe 1 L220
Länge: Durchmesser: Startgewicht: Leergewicht: Triebwerk: Schub: Brenndauer: Treibstoff: spezifischer Impuls:	28,39 m 3,80 m 251.200 kg (max.) 17.510 kg 4 Triebwerke Viking IVB 4 x 680 kN (Meereshöhe) 4 x 758 kN (Vakuum) 205 s NTO / UH25 2432 m/s (Meereshöhe), 2747 m/s (Vakuum)
Feststoffbooster PAP
Länge: Durchmesser: Startgewicht: Leergewicht: Triebwerk: Schub: Brenndauer: Treibstoff: spezifischer Impuls:	12,20 m 1,10 m 12.511 kg 3.011 kg MPS 9.6 650 kN (Meereshöhe), 700 kN (maximal) 42 s CTPB/HTPB 2304 m/s (Meereshöhe)
Flüssigbooster PAL
Länge: Durchmesser: Leergewicht: Startgewicht: Triebwerk: Schub: Brenndauer: Treibstoff: Spezifischer Impuls:	19,00 m 2,22 m 4.550 kg (max.), 4.100 - 4.400 kg (typ.) 44.650 kg (max.), 43.550 kg (typ.) 1 x Viking VI 670 kN (Meereshöhe), 750 kN (maximal) 142 s NTO / UH25 2484 m/s (Meereshöhe), 2727 m/s (Vakuum)
Stufe 2 L33
Länge: Durchmesser: Startgewicht: Trockengewicht: Triebwerk: Schub: Brenndauer: Treibstoff: spezifischer Impuls:	11,61 m 2,60 m 39.391 kg (max.) 3.400 kg 1 x Viking VB 798 kN (Vakuum) 125 s NTO / UH25 2904 m/s (Vakuum)
Stufe 3 H-10 III
Länge: Durchmesser: Startgewicht: Leergewicht: Triebwerke: Schub: Brenndauer: Treibstoff: spezifischer Impuls	11,14 m (max.) 2,60 m 13.140 kg 1.240 kg 1 x HM-7B 64,8 kN (Vakuum) 780 s LOX / LH2 4373 m/s (Vakuum)
VEB
Länge: Durchmesser: Gewicht:	1,04 m 4,00 m 520 kg
Nutzlasthülle (3 Varianten)
Länge: Volumen: Durchmesser: Gewicht:	8,60 / 9,60 / 11,10 m 60 m³ / 70 m³ / 86 m³ 4,00 m 750 / 810 kg
Spelda (4 Varianten)
Volumen: Durchmesser: Höhe: Gewicht:	23 m³ / 26 m³ / 32 m³ / 42 m³ 4,00 m 1,80 m / 2,10 m / 2,80 / 3,80 m 300 kg / 350 kg / 380 kg / 410 kg
Sylda
Volumen: Durchmesser: Höhe: Gewicht:	14 m³ 2.90 m 3,90 m 190 kg

Die Gesamtbilanz

Die 116 Starts der Ariane 4 schlüsseln sich so auf:

• Ariane 40: 7 Starts
• Ariane 42P: 15 Starts
• Ariane 42L: 7 Starts
• Ariane 44 P: 14 Starts
• Ariane 44LP: 27 Starts
• Ariane 44L: 41 Starts
• Insgesamt wurden 186 Satelliten (inkl. Sekundärnutzlasten) gestartet
• Die Gesamtmasse aller Nutzlasten beträgt 415967 kg oder 3585 kg im Durchschnitt pro Start.

Mit Ariane 4 erreichte Europa einen Marktanteil von über 50 % bei den frei ausgeschriebenen Starts, zumeist Kommunikationssatelliten. Für jede in Ariane 1-4 investierte Mark gab es 4 Mark an Aufträgen für die europäische Industrie. Ariane 4 ist der kommerziell erfolgreichste Träger der Welt!

Möglich ist dies durch ein schon früh eingeführtes Qualitätsmanagement. Der Vorgänger Europa scheiterte unter anderem daran, das jeder Staat vor sich hin werkelte. Bei Ariane deren Einzelteile in einem Dutzend europäischer Länder entstehen, ist dies anders. Auf jeder Ebene werden Einzelteile, Komponenten und Stufen getestet und mit den Spezifikationen verglichen. Es gibt strenge Verfahrensvorschriften für alles - bis hin zum Anziehen von Schrauben. Als Lohn ist Ariane 4 der zuverlässigste kommerzielle Träger, für Kunden bedeutet dies eine Reduktion der Versicherungsprämie um 2 % (entsprechend 15 % der Versicherungssumme). Es könnten mehr sein, wenn Versicherungen die Prämien nach den Trägern berechnen würden. Deswegen bietet Arianespace auch eine Rückversicherung an, die günstiger kalkuliert ist, da Ariane 4 in den letzten 11 Jahren keinen Fehlstart zu verzeichnen hatte.

Die neue Ariane 5 ist aus Platzgründen Thema zweiter separater Aufsätze: Ariane 5: über die Rakete selbst und die neue Rakete Vega und Ariane 5 Evolution über eine genauere Beschreibung des Programms zur Steigerung der Rakete auf 12 t Nutzlast.

Eine Anmerkung zu den technischen Daten: Wer sich etwas intensiver mit Raketen befasst wird bald feststellen, das hier technische Angaben je nach Quelle etwas unterschiedlich sind. Ich habe mich bemüht die am häufigsten genannten Daten oder deren Mittelwerte zu verwenden. Für Ariane 4 und 5 gibt es sehr gute Informationen bei Arianespace (http://www.arianespace.com). Allgemeine Informationen zur Raumfahrt bietet die Enzyklopädie der Raumfahrt.

Die Ariane Starts werden in der Regel in Spacenight - Dem Programm von Bayern 3 nach Sendeschluss um 1:00-1:15 live oder zeitversetzt übertragen. Dazu am besten auf Videotextseite 306 vorab informieren oder Start bei Arianespace.com feststellen - bei letzterem aufpassen: Ariane startet in der Regel zwischen ab 22:30 GMT, alle Startdaten beziehen sich auf GMT, das bedeutet in der Regel, das es in der Nacht auf den nächsten Tag ist (ab etwa um 1:30), es können aber auch die frühen Morgenstunden desselben Tages sein, wenn man dann abends Spacenight anschaut ist der Start natürlich schon gelaufen und wird nicht gezeigt.

Musste man die Ariane 4 einstellen?

Der Abschied von der Ariane 4 fiel vielen, so auch dem Autor dieser Zeilen schwer. War Ariane doch eine 15 jährige europäische Erfolgsstory. Ariane 5 mochte größer sein und später auch billiger (für die ersten Batches gilt dies nicht) als Ariane 4. Aber sie ist auch nicht so eingeführt, flexibel und zuletzt bedeutet ein neuer Träger auch wieder, dass man erst alle Kinderkrankheiten finden muss und Fehlstarts treten wieder vermehrt auf. Und seien wir mal ehrlich. Die Ariane 4 sieht einfach besser aus. (Obwohl ich Ariane 1 für die schönere Rakete halte, (nach der Saturn 5)). Da man praktisch nach der Ariane 4 begonnen hat mit einem dreistelligen Millionenbetrag einen Startplatz für die Sojus im CSG zu errichten habe ich inzwischen selbst von ESA Mitarbeitern gehört, dass die Einstellung der Ariane 4 eine politische und nicht eine wirtschaftliche Entscheidung war. Natürlich kann die Ariane 4 nicht die 5 t Satelliten der Ariane 5 transportieren. doch sie wäre geeignet gewesen für die ESA Planetensonden, für Erderkundungssatelliten. Auch kleinere geostationäre Satelliten hätte man weiterhin mit der Ariane 4 transportieren können - mit einem flexibleren System als die Sojus die 2.7 t (Sojus 2A) und 3 t (Sojus 2B) in die GTO Bahn transportiert.

Links

Starts der Ariane 1-4

Die Ariane 1-3

Die Ariane 5G

Die Ariane 5E

Ariane 5 Midlife Evolution

Ariane 5 Starts

Ariane 4 XXL (hypothetische Version)

Ariane 5 XXL (hypothetische Versionen)

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 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 404 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 144 Seiten starken Buch "OTRAG-Diamant - Black Arrow" besprochen. Die Technologie der Raketen, ihre Entwicklungs- und Einsatzgeschichte, sowie alle Starts werden besprochen. Die zweite, 2014 erschienene Auflage enthält ein Kapitel über die deutsche OTRAG-Rakete. (Black Arrow - Diamant - OTRAG: Die nationalen europäischen Trägerraketen)

• 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 172 Seiten starken Buch "Ariane 1-4: Geschichte und Technik der europäischen Erfolgsrakete" besprochen. Die Technologie der Rakete, ihre Entwicklungs- und Einsatzgeschichte, ihre Konkurrenten sowie alle Starts werden besprochen. Neu in der 2014 erschienenen zweiten Auflage ist ein Kapitel über mögliche Erweiterungen der Ariane 4 und ein Abkürzungsverzeichnis, das in der ersten Auflage noch fehlte.

Die aktuellen Trägerraketen - Ariane 5 und Vega werden in einem zweiten Band in der gleichen Ausführlichkeit besprochen. "Europäische Trägerraketen 2: Ariane 5, 6 und Vega". Auch hier liegt das Hauptaugenmerk auf der Technik der Träger. Auch die Investitionen in den Weltraumbahnhof Kourou und die Konkurrenten auf dem kommerziellen Markt werden angesprochen.

Nachdem im Februar 2012 der Jungfernflug der Vega erfolgte, habe ich das Kapitel über die Vega ausgekoppelt. Das Buch wurde um die Entwicklungen in den letzten Jahren und eine ausführliche Beschreibung der Starts bis 2016 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.

Hier geht's zur Gesamtübersicht meiner Bücher mit direkten Links zum BOD-Buchshop. Die Bücher sind aber auch direkt im Buchhandel bestellbar (da ich über sehr spezielle Themen schreibe, wird man sie wohl kaum in der Auslage finden) und sie sind natürlich in den gängigen Online-Plattformen wie Amazon, Libri, Buecher.de erhältlich.

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

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