Raketen die s geben könnte: die Falcon 9 Centaur und Taurus II Centaur

In meiner zweiten Serie über Raketen die technisch möglich sind, die es aber aus verschiedenen Gründen nicht gibt, mache ich heute einen Sprung von der Saturn IB zur heutigen Generation von Trägerraketen. Die Falcon 9 und Taurus II werden vor allem Fracht zur ISS bringen, jeweils mit von den Firmen entwickelten Raumschiffen. Dafür sind sie optimiert. Seitens OSC gibt es keinen anderen Kontrakt außer diesen Versorgungsflügen. Bei SpaceX stehen außer den Versorgungsflügen noch einige Missionen in andere niedrige Erdorbits an, aber nur 4 Flüge in den GTO Orbit. So verwundert es nicht, dass beide Träger auf den niedrigen Erdorbit optimiert sind.

Bei höherem Geschwindigkeitsbedarf, wie für GTO-Bahnen oder gar Fluchtgeschwindigkeit, nimmt bei nur zwei Stufen die Nutzlast stark ab. SpaceX hat gerade die GTO Nutzlast reduziert (oder genauer gesagt, eine um 50% größere Rakete hat dieselbe Nutzlast wie vorher eine 334 t schwere Rakete) und OSC will für Fluchtgeschwindigkeiten eine dritte Stufe einsetzen. Es gibt weltweit (außer der Falcon 9) keine zweistufige Trägerrakete, ohne mindestens eine kryogene Stufe, welche GTO Transporte durchführt, weil bei mittelenergetischen Treibstoffen bei nur zwei Stufen extrem hohe Voll/Leermasseverhältnisse vorliegen müssen.

Daher wäre es für höhere Energien sinnvoll, eine weitere kryogene Stufe einzusetzen. Innerhalb des US-Arsenals bleiben da nur zwei Stufen übrig: Die Delta 4 Zweistufe (4-m Version) und die Centaur V. Beide verwenden ein Pratt & Whitney RL-10 Triebwerk, aber unterschiedliche Subversionen und sind auch anders aufgebaut (die Centaur aus Edelstahl mit druckstabilisierten Tanks, die Delta IV Zweistufe aus Aluminium mit herkömmlichen Tanks). Beide Stufen wurden schon auf unterschiedlichen Trägern eingesetzt. Die Delta IV Zweistufe auf der Delta 3 und Delta 4, die Centaur auf Atlas in verschiedenen Versionen, Titan und Space Shuttle. Der Durchmesser der Centaur beträgt 3,05 m, der der Zweitstufe der Delta IV 4 m. Letztere hat damit einen größeren Durchmesser als die Erststufen der beiden Raketen (3,66 und 3,90 m). Das sieht dann etwas komisch aus, aber so was gibt es schon, z.B. bei der Delta 3.

Es gibt zwei Möglichkeiten: Die bisherige Zweitstufe zu ersetzen und der Einsatz als dritte Stufe. Bei der Taurus kommt wegen der kleinen Zweitstufe nur der erste Weg in Frage. Von der Taurus II liegen seitens OSC, ATK und NASA genügend Daten für eine Charakterisierung vor. Anders sieht es bei SpaceX aus, bei der ich die Daten anhand der Ergebnisse der letzten beiden Flüge und des Users-Guide rekonstruiert habe. Es gibt aber zu wenig für die irgendwann einmal kommenden Block II und Block III Designs.

Wie man sieht, ist der Nutzen offensichtlich: Die Nutzlast liegt erheblich höher als ohne die Stufe (nach meinen Berechnungen rund 1.300 kg bei der Taurus II in GTO und 1.700 kg bei der Falcon 9 in GTO). Beide Träger könnten mittelgroße Kommunikationssatelliten befördern. Es zeigt sich auch, dass die Delta IV Zweitstufe in allen Fällen um einige Hundert Kilogramm schlechter ist.

Warum wird’s nicht eingesetzt? Bei OSC will man sicherlich nicht in einen Bereich eintreten, in dem es schon genug Konkurrenz gibt. Kein US-Träger ist bei kommerziellen GTO-Transporten richtig erfolgreich und Ariane wird auch subventioniert und die USAF hat ja schon zwei Hauslieferanten für ihre Nutzlasten und SpaceX bewirbt sich ja da auch noch. Bei SpaceX ist es nicht ganz so offensichtlich, schließlich will die Firma ja den kommerziellen Markt umkrempeln. Eine Nutzlastverdoppelung wäre möglich. Also selbst wenn die Centaur keine billige Oberstufe wird, so ist doch schwer denkbar, dass sie teuer ist, wie sonst die ganze Falcon 9. Vor allem kommt man so in einen Bereich rein, der von der Falcon 9 und Heavy nicht abgedeckt wird.

Bei beiden Firmen scheint es nur einen Grund zu geben: Man will offensichtlich nur bei seinen bisherigen Lieferanten bleiben. Also OSC bei ATK und SpaceX will eben alles selbst machen.

Rakete: Falcon 9 Centaur V

Startmasse [kg]	Nutzlast [kg]	Verkleidung [kg]	Geschwindigkeit [m/s]	Verluste [m/s]
289045	3659	2000	10258	2095
Stufe	Name	Vollmasse [kg]	Leermasse [kg]	Spez.Impuls (Vakuum) [m/s]
1		260800	16800	2972
2		22586	1930	4415

Rakete: Falcon 9 Delta Zweitstufe

Startmasse [kg]	Nutzlast [kg]	Verkleidung [kg]	Geschwindigkeit [m/s]	Verluste [m/s]
290093	3123	2000	10258	2095
Stufe	Name	Vollmasse [kg]	Leermasse [kg]	Spez.Impuls (Vakuum) [m/s]
1		260800	16800	2972
2		24170	2850	4532

Rakete: Falcon 9 + Centaur V

Startmasse [kg]	Nutzlast [kg]	Verkleidung [kg]	Geschwindigkeit [m/s]	Verluste [m/s]
337131	5945	2000	10258	2095
Stufe	Name	Vollmasse [kg]	Leermasse [kg]	Spez.Impuls (Vakuum) [m/s]
1		260800	16800	2972
2		45800	2800	3295
3		22586	1930	4415

Rakete: Falcon 9 + Delta Zweistufe

Startmasse [kg]	Nutzlast [kg]	Verkleidung [kg]	Geschwindigkeit [m/s]	Verluste [m/s]
338205	5435	2000	10258	2095
Stufe	Name	Vollmasse [kg]	Leermasse [kg]	Spez.Impuls (Vakuum) [m/s]
1		260800	16800	2972
2		45800	2800	3295
3		24170	2850	4532

Rakete: Taurus II Centaur V

Startmasse [kg]	Nutzlast [kg]	Verkleidung [kg]	Geschwindigkeit [m/s]	Verluste [m/s]
288841	4567	972	10258	1961
Stufe	Name	Vollmasse [kg]	Leermasse [kg]	Spez.Impuls (Vakuum) [m/s]
1		260716	18715	3246
2		22586	1930	4415

Rakete: Taurus II Delta IV Zweistufe

Startmasse [kg]	Nutzlast [kg]	Verkleidung [kg]	Geschwindigkeit [m/s]	Verluste [m/s]
289923	4065	972	10258	1961
Stufe	Name	Vollmasse [kg]	Leermasse [kg]	Spez.Impuls (Vakuum) [m/s]
1		260716	18715	3246
2		24170	2850	4532