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OmegA

Nicht nur ULA entwickelt mit der Vulcan eine neue Trägerrakete, auch Orbital ATK wurde von der Air Force gefördert und hat ein Konzept entwickelt.

Die Firma Orbital/ATK hat schon über 70 Trägerraketen gestartet, allerdings bisher vor allem kleine. Die Orbital/ATK entstand 2015 aus Fusion von Orbital Science Corporation und ATK Aerospace and Defense. Orbital betrieb vor der Fusion schon die Trägerraketen Pegasus, die verschiedenen Versionen der Minotaur (auch wenn die Raketen teilweise aus ICBM-Stufen bestehen, werden sie von Orbital umgerüstet, mit Avionik und Oberstufen versehen und von Orbital der Start durchgeführt) und die Antares. ATK war unter dem früheren Firmennamen Alliant für die Produktion der Space Shuttle Feststoffraketen und der Booster für die Titan Raketen verantwortlich. Orbital ATK fertigt zudem für zahlreiche militärische Raketen von ICBM bis hin zu Flugabwehrraketen die Raketen oder deren Antriebe.

Die Kompetenz der Firma liegt daher auf dem Gebiet von Feststoffraketen. Einzige Rakete mit flüssigen Treibstoffen im Arsenal ist die Antares und diese besteht vornehmlich aus Teilen anderer Träger, so dem RD-191 Triebwerk der Angara und den Tanks der Zenit. Auch bei ihr setzt Orbital in der einzigen selbst entwickelten Stufe, der Oberstufe, einen Castor 30 Feststoffantrieb ein.

So verwundert es nicht, das Orbitals Vorschlag eines NGL (Next Generation Launcher) vornehmlich feststoffbetrieben ist. Es gibt zwei Versionen, die anfänglich NGL Intermediate und NGL Heavy hießen. Sie wurden seit 2014 in einem von der USAF geförderten Programm entwickelt. Bis April 2017 wurde das Konzept perfektioniert, sodass nun eine Entscheidung über die eigentliche, deutlich kostenintensivere Entwicklung gefällt werden kann. Am 17.4.2017 wurde die NGL in OmegA umbenannt. Die kleinere Version NGL Intermediate, heißt nun „Omega 500“ und die NGL Heavy „Omega 500XL“. Der Name OmegA mit dem großen „A“ erinnert sowohl an das Alpha und Omega, also den ersten und letzten Buchstaben des griechischen Alphabets, wie auch an die beiden Anfangsbuchstaben der Firma Orbital ATK die durch die Fusion entstand.

Beide Versionen setzen eine kryogene Oberstufe ein, für die Orbital am 17.4.2017 das RL-10C als Triebwerk selektierte. Ebenso untersuchte die Firma den Einsatz des BE-3 von Blue Origin, das diese bisher in ihrer suborbitalen Rakete „New Shepard“ einsetzte und inzwischen auch für die zweite Stufe ihrer Trägerrakete New Glenn selektiert hat. Orbital bekam im Januar 2016 sogar einen Auftrag der USAF für das BE-3 eine ausfahrbare Düse zu entwickeln. Beide Triebwerke unterscheiden sich stark. Das BE-3 ist ein Triebwerk mit klassischem Nebenstromverfahren und 490 kN Vakuumschub, der auf 670 kN gesteigert werden soll. Das RL-10C ist eine Mischform von Rl10A und B und soll beide Varianten in der Atlas und Vulcan ersetzen. Sein Schub beträgt nur 106,3 kN. Wahrscheinlich war das BE-3 einfach zu schubkräftig für die Oberstufe. Noch 2017 sah es so aus, als würde das BE-3 das Rennen machen. Offiziell fiel die Wahl auf das RL10C wegen seiner Ausgereiftheit und seiner Flughistorie, die sich über 50 Jahre erstreckt. Zeitlich auffällig ist, dass die Entscheidung nur zwei Wochen nach der Bekanntgabe von Blue Origin kam, das BE-3 in der Oberstufe der New Glenn einzusetzen, nachdem vorher dort das nächstgrößere Triebwerk BE-4 vorgesehen war. Die Oberstufe hat nach den Diagrammen denselben Durchmesser wie die Nutzlasthülle, also 5,25 m, setzt zwei Triebwerke ein und hat getrennte Tanks für Sauerstoff (unten) und Wasserstoff (oben). Aufgrund der Größe des Wasserstofftanks kann anhand von Schnittdiagrammen die Treibstoffzuladung auf etwa 32 t geschätzt werden. Zwei Triebwerke sind bei dieser Treibstoffzuladung nötig, weil die Stufentrennung zumindest bei der Omega 500 wahrscheinlich bei niedriger Geschwindigkeit stattfinden wird. Mit nur einem Triebwerk wäre die Brenndauer zu lange. Verwendet wird eine neue Version, das RL10C-X, das vor allem in der Fertigung durch neue Technologien wesentlich preiswerter ist.

Die Nutzlasthülle hat einen Durchmesser von 5,25 m und ist in 15 und 20 m Länge verfügbar. Die Heavy Version (Omega 500 XL) wird die 20 m und 15 m lange Version einsetzen, die kleinere Version nur die Nutzlasthülle von 15 m Länge.

Ebenso gemeinsam ist die zweite Stufe. Die „Castor 300“ getaufte Stufe ist nichts anderes als ein Segment eines Space Shuttle SRB, der aus vier Segmenten besteht. Gegenüber dem Vorbild wurde das Gehäuse aber aus Kohlefaserverbundwerkstoffen anstatt Stahl gefertigt, was das Leergewicht deutlich absenkt. Wahrscheinlich kommt auch eine neue Treibstoffmischung zum Einsatz. Die Space Shuttle SRB setzen als Binder Polybutadienactylnitril (PBAN) ein. Heute wird als Binder meist Hydroxyterminiertes Polybutadien eingesetzt (HTPB). HTPB erlaubt einen höheren Aluminiumanteil in der Mischung. Er beträgt heute meist 19 %, bei den Shuttle-SRM sind es 16 %. Als Folge kann man den spezifischen Impuls steigern. Zudem erlaubt das CFK-Gehäuse einen höheren Brennkammerdruck. Die Shuttle SRM arbeiten mit 43 bis 55 bar, je nach Segmentzahl. Der P120C als neu entwickelter Feststoffbooster für die Vega C/Ariane 6 dagegen mit bis zu 105 bar. Mit einem Kohlefasergehäuse kann daher nicht nur die Trockenmasse um mindestens ein Drittel gesenkt werden, daneben steigt auch der spezifische Impuls an.

Die Unterstufen unterscheiden sich. Bei der Intermediate Version ist es ein Castor 600, das ist ein Shuttle-SRB mit zwei Segmenten, wie der Castor 300 modernisiert und bei der Heavy Version dann ein Castor 1200, ein modernisierter Space Shuttle SRB, wie dieser besteht er aus vier Segmenten.

Beide Versionen können dann noch von zwei bis sechs GEM 63XL, den Boostern der Vulcain ergänzt werden. Die GEM 63XL bleiben bei der Castor 600 verbunden bis zu deren Brennschluss, bei der Castor 1200, die doppelt so viel Treibstoff, aber nur 50 % mehr Schub als die Castor 600 Stufe hat, werden sie dagegen nach Brennschluss der GEM 63XL abgeworfen. Eine Bergung oder Wiederverwendung ist nicht vorgesehen, obwohl die Shuttle SRB dafür qualifiziert sind und dies bei 135 Shuttle Flügen auch 134-mal klappte (einmal ging einer von zwei Boostern verloren). Ebenso ist nach Firmenangaben eine Wiederverwendung nicht vorgesehen.

Die OmegA 500 soll so je nach Boosterzahl zwischen 4.900 und 10.100 kg in einen GTO bringen. Das ist in etwa die Performance der Atlas V oder Falcon 9 und auch der Bereich, in dem der Großteil der kommerziell gestarteten Kommunikationssatelliten liegt.

Die Omega 500XL hat eine noch höhere Nutzlast, die derzeit viel zu hoch erscheint. Sie kann 5.250 bis 7.800 kg direkt in einen geostationären Orbit bringen. 250 Millionen Dollar haben bisher USAF und Orbital in die Rakete gemeinsam investiert. Die genaue Aufteilung ist unbekannt, doch die USAF erwartet bei dem Programm, das die Firma mindestens ein Drittel der Kosten selbst trägt und Orbitals Anteil soll höher als dieses Minimum sein. Würde die USAF das Projekt weiter fördern, so könnte die OmegA 500 im Frühjahr 2021 ihren Erstflug absolvierten und nach zwei Testflügen Ende 2021 von der Air Force zertifiziert werden. Die 500 XL Version soll 2024 zum ersten Mal zum Einsatz kommen. Erste Tests der Booster könnten schon 2019 erfolgen.

Die Startrate wurde bewusst niedrig mit drei bis vier Einsätzen angesetzt. Orbital hofft zum einen auf Regierungsaufträge, zum anderen hebt die Firma hervor, dass sie Kunden ein integriertes Paket anbieten kann: Orbitals ist diversifiziert und baut nicht nur Feststoffbooster, sondern auch Antriebssysteme mit lagerfähigen Treibstoffen, Satellitenbusse und ganze Kommunikationssatelliten, allerdings bisher vor allem kleinere Kommunikationssatelliten. Für diese ist die Omega zu groß. Wahrscheinlich will die Firma einem Kunden alles aus einer Hand verkaufen: Satellitenbau und Start von derselben Firma.

Die OmegA nutzt im Kennedy Space Center den Startisch Nummer 3 der Saturn Trägerraketen und wird wie diese im VAB, ebenfalls errichtet für die Saturn V, vertikal integriert. Die Starts sollen vom Startplatz 39B erfolgen, einem früheren Startplatz der Saturn V und des Space Shuttles, der nun gemeinsam von SLS und Orbital genutzt wird. Das ist bei nur einem Start einer SLS alle zwei Jahre problemlos möglich.

Für Starts von Vandenberg aus soll entweder der Delta 2 Startplatz SLC 2 West oder der Delta 4 Heavy Startplatz SLC 6 umgerüstet werden. Die Delta 2 hat ihren letzten Start 2018 von Vandenberg aus. Die Delta 4 Heavy wird in den frühen 2020-ern zum letzten Mal abheben. Allerdings wird von Vandenberg aus meist in niedrige, sonnensynchrone Umlaufbahnen gestartet, für die meisten Nutzlasten in diesen Orbit ist selbst die kleinere Version der OmegA zu groß.

Es ist nicht der erste Vorstoß Orbitals für eine Trägerrakete. Wenige Jahre zuvor schlug die Firma die Liberty als Ares I Ersatz, ebenfalls auf Basis der SRB des Space Shuttles vor. Das fand keinen Anklang bei der NASA. Von 2014 bis 2017 fördert die USAF vier Firmen, die alle an größeren Trägerraketen entwickeln. ULA mit der Vulcan die den Bereich der Atlas bis etwa zur doppelten Nutzlast der Atlas V abdeckt, Blue Origin mit der New Glenn, die im Bereich der Falcon Heavy also etwa 50 t in einen LEO und 13 t in einen GTO liegt, SpaceX mit den Plänen für eine Rakete mit 150 t Nutzlast (BFR: Big Falcon Rocket) und eben Orbital.

Die Beteiligung der Air Force ist bisher weit gestreut aber mit geringem Budget, es reicht in allen Fällen nur zum Design der Rakete oder es wird technische Hilfe geboten wie im Falle SpaceX Tests des Raptor Triebwerks im Stennis-Testcenter der NASA. Mit Sicherheit wird die USAF nicht alle vier Projekte weiter fördern. Orbital hat in diesem Zusammenhang die schlechtesten Karten. Blue Origin und SpaceX werden ihre Träger auch ohne Fremdmittel bauen, das haben die Firmeneigner, die anders als bei börsennotierten Unternehmen ULA und Orbital die Anteile selbst halten und keinen Gewinn ausweisen müssen, schon angekündigt. ULA und Orbital setzen dagegen darauf, dass die USAF den Großteil der Kosten übernimmt. ULAs Vulcan setzt aber schon erprobte Komponenten ein: Die Centaur wird unverändert übernommen, die GEM 63XL existieren bereits und Blue Origin wird das Zentraltriebwerk BE-4 auch ohne ULAs Finanzspritze für seine eigene Trägerrakete New Glenn fertig entwickeln. Dagegen muss Orbital die Oberstufe neu entwickeln und die gekürzten SRB erst qualifizieren, zumal diese durch den Übergang von Stahl auf CFK-Materialien auch als Neukonstruktionen anzusehen sind. Einen Synergieeffekt mit der SLS, die ebenfalls SRB einsetzt, gibt es dadurch nicht.

Im April 2017 arbeiteten 200 Personen an der OmegA. Modelle des Castor 300 wurden fertiggestellt. Bis Ende 2019 soll die Zahl der Beschäftigten auf 1.000 ansteigen.

Die folgende Tabellen enthalten die Werte für RSRM Motoren auf Basis der Shuttle-SRB, die ATK schon 2008 veröffentlichte. Die Castor 300, 600 und 1200 dürften durch die CFK-Werkstoffe eine kleinere Trockenmasse und höheren Brennkammerdruck aufweisen. Ob Orbital noch die alte PBAN-Mischung einsetzt oder auf das neuere HTPB wechselt, ist nicht bekannt, aber wahrscheinlich. Alleine durch den höheren bekannten Schub von Castor 600 (2,1 Mlbf) und Castor 1200 (3,1 Mlbf) dürften sich die Booster in Brennzeit, Gesamtimpuls und spezifischem Impuls deutlich von den Shuttle-RSRM unterscheiden. Anders wäre mit einer rund 870 t schweren Rakete wie der Omega 500 keine GTO-Nutzlast von 10,1 t möglich.

Am 23.10.2018 vergab die US-Air Force Fördergelder an ULA, ATK/Grumman und Blue Origin. Für die Entwicklung der OmegA erhielt ATK/Grumman (nach der Fusion mit Grumman) 792 Millionen Dollar. Weniger als ULA für die Vulkan (967 Millionen Dollar) aber mehr als Blue Origin für die NewGlenn. Allerdings wird sie von den drei Raketen nur zwei mit Aufträgen versehen, die dritte Firma muss die Gelder zurückzahlen. In diesem Trio ist die OmegA der schwächste Mitbewerber. ULA hat schon Gelder für die Vulkan bekommen und kann auf der Atlas V aufbauen, die erste Version wird keine neue Oberstufe einführen. Blue Origin ist weiter in der Entwicklung mit der New Glenn und hat schon kommerzielle Startaufträge erhalten.

Wie zu erwarten vergab am 4.8.2020 dann die endgültigen Entwicklungsaufträge an die beiden Träger die schon im Einsatz sind bzw. eine Fortentwicklung von existierenden sind. 60 % der "Phase-2" genannten nationale Starts für sicherheitsrelevante Systeme entfallen auf ULA mit der Vulcan, 40 % auf SpaceX mit der Falcon Heavy. Northrop/Grumman wie nun die Firma wieder hieß hatte 792 Millionen Dollar von der USAF erhalten und 300 Millionen Dollar eigenes Kapital in die entwicklung gesteckt. Am 4.9.2020 kündigte die Firma an keinen Protest gegen die Entscheidung einzulegen und beendete am 14.9.2020 die Entwicklung der OmegA und damit des zweiten Konzepts bei der eine flüssige Oberatusfe auf einem Shuttle-SRB gestartet wird, nach der Liberty.

Datenblatt OmegA 500
Einsatzzeitraum: Starts: Zuverlässigkeit: Abmessungen: Startgewicht: Max. Nutzlast: Nutzlasthülle: Startkosten:	– – – 59,83 m Höhe, 5,25 m maximaler Durchmesser 550 – 870 t 4.900 – 10.100 kg in einen GTO (0/6 GEM 63 Booster) 15 m Länge, 5,25 m Durchmesser
	GEM 63XL	Castor 600	Castor 300	Oberstufe
Länge:	21,95 m	21,84 m?	12,87 m?	~ 9 m
Durchmesser:	1,60 m	3,71 m	3,71 m	5,25 m
Startgewicht:	53.400 kg	326.442 kg?	183.527 kg?	~ 38 t
Trockengewicht:	5.400 kg	45.662 kg?	31.011 kg?	~ 6 t
Schub Meereshöhe:	1.353 kN?	6.662 kN (Mittel)?	3.570 kN (Mittel)?	–
Schub Vakuum:	2.000 kN (Max)	9.300 kN (Max)	–	2 x 106,3 kN
Triebwerke:	1-6 × GEM-63 XL	2-Segment SRM	1-Segment SRM	2 x RL10C
Spezifischer Impuls (Meereshöhe):	2427 m/s	–	–	–
Spezifischer Impuls (Vakuum):	2697 m/s	2706	2717 m/s	4411 m/s
Brenndauer:	90 s?	114,1 s	115,8 s	663 s
Treibstoff:	HTPB / Aluminium / Ammoniumperchlorat	HTPB oder PBAN / Aluminium / Ammoniumperchlorat	HTPB oder PBAN / Aluminium / Ammoniumperchlorat	LOX/LH2

Datenblatt OmegA 500 XL
Einsatzzeitraum: Starts: Zuverlässigkeit: Abmessungen: Startgewicht: Max. Nutzlast: Nutzlasthülle: Startkosten:	– – – 68,4 m Höhe, 5,25 m maximaler Durchmesser 813 – 1.132 t 5.250 –7.800 kg in einen GEO (0/6 GEM 63 Booster) 15 m oder 20 m Länge, 5,25 m Durchmesser
	GEM 63XL	Castor 600	Castor 300	Oberstufe
Länge:	21,95 m	37,84 m?	12,87 m?	~ 9 m
Durchmesser:	1,60 m	3,71 m	3,71 m	5,25 m
Startgewicht:	53.400 kg	589.420 kg?	183.527 kg?	~ 38 t
Trockengewicht:	5.400 kg	67.712 kg?	31.011 kg?	~ 6 t
Schub Meereshöhe:	1.353 kN?	6.662 kN (Mittel)?	3.570 kN (Mittel)?	–
Schub Vakuum:	2.000 kN (Max)	13.800 kN (Max)	–	2 x 106,3 kN
Triebwerke:	1-6 × GEM-63 XL	4-Segment SRM	1-Segment SRM	2 x RL10C
Spezifischer Impuls (Meereshöhe):	2427 m/s	–	–	–
Spezifischer Impuls (Vakuum):	2697 m/s	2706	2717 m/s	4411 m/s
Brenndauer:	90 s?	122,2 s	115,8 s	663 s
Treibstoff:	HTPB / Aluminium / Ammoniumperchlorat	HTPB oder PBAN / Aluminium / Ammoniumperchlorat	HTPB oder PBAN / Aluminium / Ammoniumperchlorat	LOX/LH2

Quellen:

https://spaceflightnow.com/2018/04/12/orbital-atk-confident-new-rocket-will-win-air-force-support/

https://www.orbitalatk.com/flight-systems/space-launch-vehicles/NGL/docs/NGL_Factsheet.pdf

http://spacenews.com/orbital-atk-selects-aerojet-rocketdynes-rl10c-for-newly-christened-omega-rocket/

https://spacenews.com/air-force-funding-three-new-rockets-to-compete-with-spacex-but-only-intends-to-buy-launch-services-from-two-providers/

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.

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