Tag: 15. April 2009

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 1200 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. 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 7500 kg, das sind 2600 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 4 Booster sein müssen? Technisch können 8 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 4 weiteren Booster haben mehr Treibstoff. 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 8000 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!) Des weiteren gäbe es natürlich die Möglichkeit die Technik zu erneuern, z.B. eine dritte Stufe mit dem Vinci Triebwerk.