Noch’n Vorschlag für die Ariane 6

Wer den Blog regelmäßig verfolgt weiß, dass ich nicht viel von der Ariane 6 halte. Aber wenn ich den Gedanken aufnehme, dass es besser wäre, eine Rakete nur für Einzelnutzlasten zu bauen, dann ist natürlich die Frage, ob man dafür eine neue Rakete braucht. Nun da Dudok die ESC-B auf der Ariane 6 einsetzen will, bin ich auf die Idee zu kommen mal zu sehen, was man sonst noch so verwenden könnte, und da die ESA ja inzwischen stark in Feststofftriebwerke als zentrales Element bei der Ariane 6 tendiert, kommt man dann auf die EAP.

Mal kurz überlegt: Vier EAP als erste Stufe rund um einen weiteren EAP ergäben eine zweistufige Rakete, dann noch eine ESC-B drauf, dann mal durchgerechnet und siehe da, wenn man 1600 m/s Verluste, die gleichen, wie bei der Vega ansetzt, so kommt man auf 6800 kg Nutzlast, wenn man die ESC-B Variante mit der geringsten Leermasse und höchsten Treibstoffzuladung nimmt, da ich auch die 950 kg schwere VEB übernommen habe, habe ich mir dies erlaubt. Sinnigerweise wird man die VEB und ESC-B wie bei vielen anderen Stufen verschmelzen um so Strukturgewicht zu sparen. Leider scheint das in Europa, weil man die Aufträge geopolitisch streuen muss, irgendwie nicht so gut zu klappen.

Das wäre schon mal ausreichend für die größten derzeitigen Satelliten. Man kann noch ein bisschen optimieren. Der EAP in der zweiten Stufe hat einen etwas zu hohen Startschub. Es würden 4000 kN reichen, die EAP haben aber 6040 kN am Boden, Im Vakuum wahrscheinlich etwas mehr. Bei einer Abbrandrate von 7,4 mm/s kann man so 4,4 s Brennzeit herausschlagen, oder 8 t mehr Treibstoff zuladen. Die verlängerte Brennzeit dürfte die Gravitationsverluste erniedrigen. Diese kleine Modifikation bringt weitere 150 kg. 7 t Nutzlast sollten bei Integration der VEB in die dritte Stufe und damit der Reduktion der Strukturmasse ohne Problem möglich sein. Denkbar wäre auch eine längere Düse, um so die Ausströmgeschwindigkeit zu erhöhen. Doch leitet das schon über zu substanziellen Modifikationen, die ich vermeiden wollte (inklusive CFK-EAP mit HTPB 1912 und Leistungsdaten des P80FW).

Die Frage ist: Lohnt es sich? Es ist schwer, die Kosten abzuschätzen. Die Kosten einer Ariane 5 kann man aus den jährlichen Einnahmen von Arianespace in einem Jahr ohne Sojus Starts auf 160 Millionen Euro abschätzen. Von MT Aerospace und Astrium Bremen wurden die Auftragssummen publiziert, doch diese fertigen nicht die ganzen Stufen. Beide Firmen fertigen rund 10% der Rakete nach den Auftragssummen. Bei Astrium Bremen fehlt noch das Vinci Triebwerk und bei MT Aerospace noch die ganze Düse und die Befüllung der Booster. Dafür ist die Firma auch an Teilen der EPC beteiligt und Astrium Bremen fertigt auch größere Teile der VEB. Rechnet man aufgrund dieser Daten mit 20% Anteil am Startpreis jeweils für die EAP und ESC-B so läge diese Version  bei 70% der Ariane 5 Startkosten (ohne VEB und Nutzlastverkleidung). Das wäre bei 7 t Nutzlast keine Kostensenkung zumal wie schon gesagt die VEB und Nutzlastverkleidung noch dazukommen.

Doch das ist nur ein Aspekt. Da es Einzelstarts gibt, wird diese Rakete öfters fliegen – 12-mal, wenn man genauso viele Satelliten transportiert, pro Jahr anstatt 6-mal. Pro Rakete braucht man fünf EAP anstatt nur zwei. Nimmt man die Regeln für die Erniedrigung der Kosten aufgrund höherer Stückzahl, (Steigerung in der Potenz 0,8) so kosten 12 produzierte EAP pro Jahr das 7,3-fache einer Einzelproduktion und 60 das 26,4 fache. Ein EAP in der höheren Stückzahl kostet also nur 72,9% eines Ariane 5 EAP – oder 11,6 anstatt 16 Millionen Euro. Damit kosten die fünf EAP 58 Millionen Euro.

Genau dasselbe haben wir auch bei der ESC-B: Hier werden 12 anstatt 6 Exemplare pro Jahr gefertigt. Das reduziert die Kosten pro Exemplar von 32 auf 18,4 Millionen Euro. Ohne VEB und Nutzlastverkleidung liegt man dann bei 76,4 Millionen Euro, was deutlich billiger pro Kilogramm als die Ariane 5 ESC A und etwas billiger als die ESC-B ist (von deren 12 t Nutzlast gehen mindestens 0,5 t für die Sylda weg). Die Rakete ist etwa 22% preiswerter als eine ESC-B pro Kilogramm.

Nun ist ja das Konzept der Ariane 6 modular, doch das ist auch kein Problem. Man könnte auch eine Variante 2 EAP – P80FW – ESC-B andenken, die liegt bei 4300 kg in den GTO. Bedingt durch geringere Leermasse und höheren spezifischen Impuls liegt die Variante 4 EAP – P80FW – ESC B mit 7000 kg sogar noch besser als ein EAP-Booster als zweite Stufe. Noch etwas niedriger liegen die Varianten 2 EAP – P80FW – Z23 (2,85 t) und 2 EAP – P80FW – Z23 – Z9 (3,8 t), womit dann auch die Vega im Preis deutlich attraktiver werden würde, da ihre Stufen höhere Produktionszahlen haben. Dazwischen würde eine 4 EAP – P80FW – Z23 – Z9 mit 5,4 t liegen. Diese Kombinationen kommen dann alle ohne kryogene Oberstufe aus.

Was braucht man? Eine Änderung der Befestigung der Hydraulik, die bisher an der EPC ist hin zu den EAP. Einen Stufenadapter, der von 3,05 auf 5,40 m vermittelt, eventuell eine gekürzte Düse beim Vinci, das sie sonst nicht in den unten nur 3 m breiten Düsenadapter reinpasst. Letzteres ist für die Vega schon untersucht worden und senkt die Leistung nur leicht ab. Die größten Investitionen dürfte eine neue Startbasis erfordern. Die fünf Booster passen nicht in die Aussparungen der bisherigen und auch das Vibrationsdämpfungssystem müsste man neu auslegen.. Als Nebeneffekt könnte man aber Ariane 5 und eine 4 Boostervariante der Ariane 5 (auch hier schon mal vorgerechnet: 16 t in GTO bei nur 20% höheren Kosten verglichen mit der ESC-B mit 12 t) betrieben, womit man mit sechs Versionen von 2.8, 3.8, 4.3, 5.4, 6.8, 12 und 16 t Nutzlast einen größeren Bereich abdecken könnte. Die Ariane 5 wäre nicht automatisch ausgemustert. Sie wäre noch geeignet für die Kombination zweier schwerer Satelliten oder schwere Transporte in den LEO. Weiterhin würde sie natürlich auch von einer höheren Stückzahl der Oberstufen und EAP profitieren, da deren Preis dann sinkt.

Was weitgehend überflüssig wäre, wäre die Sojus, doch der weine ich auch keine Träne nach.