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Natürlich wäre es möglich gewesen, die schon im Einsatz befindlichen Jupiter-C und Vanguard mit leistungsfähigeren Oberstufen auszurüsten und so deren Nutzlast zu steigern. Aber die ersten Starts zeigten nicht nur Mängel in der Zuverlässigkeit, auch wären die Raketen im Vergleich zur Nutzlast zu teuer gewesen.
Auch das Verteidigungsministerium suchte nach einem Träger für kleine Satelliten und vor allem für Wiedereintrittsversuche. Es galt das richtige Material für den Schutzschild der Atomsprengköpfe zu finden und da reichte es, einen Sprengkopf im Miniaturformat zu starten und nicht einen teuren Start einer Atlas oder Titan durchzuführen. Die Rakete musste nur fähig sein, die erforderliche Geschwindigkeit einer Interkontinentalrakete zu erreichen.
So begann man, die Scout als Träger für kleine Satelliten zu entwickeln. Von Vorteil war, dass man Ende der fünfziger Jahre die heute noch angewandte Technologie der Festreibstoffherstellung entwickelt hatte, mit der man große Feststofftreibsätze aus einer Kunststoffmasse gießen konnte, ohne wie früher Pulver zu "stopfen", was ab und zu in einer Explosion endete. Zuletzt wiesen diese neuen Festtreibstoffe auf Basis von Kunststoffen mit Ammoniumperchlorat/Aluminium höhere spezifische Impulse auf, als die früheren auf Nitrat- bzw. Nitrobasis und lagen nur noch wenig unter denen von Flüssigkeitstriebwerken.
Man beschloss daher, eine Rakete nur mit Festtreibstoffen zu entwickeln, um Entwicklungskosten zu sparen und die Rakete preiswert zu halten. Erste Studien für die Scout gab es 1958. Die Entwicklung geschah im relativ kurzen Zeitraum vom 1.3.1959-1961. Alle Stufen haben Namen von Sternen und finden auch teilweise Verwendung in anderen Raketen. So die Castor II als Starthilfe für Deltas der 1000er- und 2000er-Serie und die Altair als Feststoffoberstufe für Deltas und Satelliten. Die Antares- und Algol-Stufen wurden nur bei der Scout eingesetzt.
Die schnelle Entwicklung gelang, weil die Scout eine "Patchwork"-Rakete ist: Man suchte nach verfügbaren Stufen bei verschiedenen Herstellern und kombinierte diese zu einer Rakete. So stammen:
Die Stabilisierung und Lenkung einer Feststoffrakete ist naturgemäß anders zu lösen als bei einer mit flüssigen Treibstoffen angetriebenen Rakete. Die Scout verwendet in der ersten Stufe Strahlruder aus Molybdän und aerodynamische Flossen aus Stahl. Bei der zweiten und dritten Stufe wird Wasserstoffperoxid in die Düse eingespritzt. Dazu dient ein System von Kidde, es setzt in der zweiten Stufe 4 Triebwerke von jeweils 2.226 N Schub, um 90 Grad versetzt um die Düse angeordnet, ein. Dazu kommen 4 Triebwerke mit jeweils 89 N Schub für die Rollsteuerung. Bei der dritten Stufe hat das System einen Schub von 4x 196 N zur Schubvektorkontrolle und 4x 9,8 N Schub für die Rollsteuerung.
Die vierte und fünfte Stufe werden durch Rotation auf 140-180 Umdrehungen pro Minute drallstabilisiert. Dies geschieht bei der Zündung der dritten Stufe.
Die erste Stufe wurde durch einen elektrischen Zündfunken der 37 V-Batterie gezündet. Bei den oberen Stufen übernahmen pyrotechnische Zünder diese Aufgabe. Parallel zur Zündung der Antares wurde die Nutzlastverkleidung pyrotechnisch abgetrennt und auch kleine Raketen gezündet, welche die Stufe in rasche Rotation versetzte.
Zwischen Ausbrennen der Algol und Zündung der Castor gab es eine Freiflugphase von 18 Sekunden. Zwischen der Zündung der Antares und dem Ausbrennen der Castor eine weitere Freiflugphase von 5 Sekunden. Die Altair-Oberstufe wurde erst nach weiteren 30 Sekunden Freiflugphase gezündet.
Man behielt auch bei späteren Modellen die Steuerung von Honeywell bei. Sie war in der dritten Stufe untergebracht. Hätte man die Steuerung wie bei anderen Raketen auf der letzten Stufe untergebracht, so wäre die Nutzlast einer Scout minimal gewesen. Das Telemetriesystem der Scout ist zweigeteilt. Für Stufe 1-3 sendet ein Teledynamics TDD-1010A bei 225-260 MHz mit 10 Watt Sendeleistung die Daten von 54 Meßstellen. Das Telemetriesystem der dritten Stufe sendet bei 215-260 MHz mit 2 Watt Sendeleistung 10 Messparameter zum Boden.
Die Nutzlastverkleidung wurde im Laufe der Entwicklung stetig größer. Die ersten hatten nur ein für die Nutzlast verfügbares Volumen von 0,19 m³ bei einem Durchmesser von 0,63 m. Bei der Scout B ging man auf 0,88 m Durchmesser und ein Volumen von 0,5 m³ über. Die ab der D-Version eingesetzte Verkleidung von 1,07 m Durchmesser hatte dann schon ein Volumen von 1,1 m³. Alle Nutzlastverkleidungen umhüllten auch die letzte Stufe.
Von der Scout gibt es neben einigen Hauptvarianten noch zahlreiche Nebenvarianten, die durch kleine Verbesserungen an den Stufen herrühren. Darüber hinaus gab es Modifikationen seitens des Militärs für Hochgeschwindigkeitseintrittsköpfe oder Hochatmosphäresonden. Im folgenden werden nur die wesentlichen Entwicklungsschritte nachvollzogen. Alle Tabellen im Anhang umfassen nur orbitale Starts, nicht jedoch die bei der Scout auch häufigen Einsätze als "überdimensionierte" Höhenforschungsrakete.
Für die Scout gab es drei Startplätze: Wallops Island in Virginia (Flugazimut 90-129 Grad) für Bahnen von 30-69 Grad Neigung. Vandenberg Air Force Base (VAFB) mit einem Startazimut von 164-270 Grad für polare Bahnen (theoretisch auch retrograde Bahnen) und seit 1967 von der San Marco Plattform aus. Dies ist eine von Italien umgebaute Ölbohrplattform vor der Küste Kenias. Sie lässt bei Startazimuten von 82 bis 130 Grad Bahnen mit einer Inklination von 0-40 Grad zu.
Die erste Scout diente der NASA für eine Reihe von Forschungssonden in die Hochatmosphäre (suborbital) und für den Start einiger Explorer-Satelliten. Sie wurde bald von der ersten Serienversion Scout A abgelöst. Innerhalb der Scout X gab es vier Ausführungen, die sich in der stufenweisen Verbesserung der Stufen 1-4 unterschieden. Die Scout X4 startete mit den Stufen Algol 2, Castor 1, Antares 2 und Altair 2. Die Nutzlastmasse stieg von 68 auf 103 kg und die Startmasse von 16.240 auf 17.500 kg. Am längsten war die Scout X4 von 1963-1968 im Einsatz:
Die erste Version Scout X war ausgelegt, Nutzlasten von 150 Pfund (68 kg) in einen Erdorbit zu bringen und Nutzlasten bis zu 293 Pfund (133 kg) auf suborbitale Bahnen zu transportieren. Die Starts in Orbits mit niedriger Bahnneigung fanden von Wallops Islands aus statt, die Starts in polare Orbits von Vandenberg aus.
Castor 1 bestand aus der Stahllegierung SAE 4130 mit einer Wandstärke von 2,8 mm. Änderungen gegenüber dem Castor 1-Booster, der als Startunterstützung für die Delta benutzt wurde, bestanden in einer längeren Expansionsdüse für den Thiokol XM33-Antrieb.
Die beiden Oberstufen Antares und Altair bestanden zur Gewichtseinsparung aus gewebten Glasfasern, verbunden durch Epoxidharz. Die Wandstärke betrug bei der Antares 2,54 mm und bei der Altair 1,4 mm. Die Antares war zur Strukturverstärkung auch mit einem dünnen Aluminiumblech umhüllt.
Die Herstellungskosten einer Scout betrugen 1963 etwa 4.650.000 USD.
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Scout XScout X1Erststart: 18.4.1960, letzter Start: 1.3.1962 9 Starts, davon 4 Fehlstarts, Zuverlässigkeit 55,5 % Nutzlast: 59 kg in einen 185 km-Orbit, 27° Inklination
Scout X2
Scout X3
Scout X4
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Scout X1:
Stufe 1: Algol 1 Startmasse: 10.720 kg, Leermasse: 2.057 kg Schub: 471 kN über 44,2 sec. spez. Impuls: 2.099 m/s (Meereshöhe) spez. Impuls: 2.315 m/s (Vakuum) Durchmesser: 1,02 m, Länge: 9,1 m
Stufe 2: Castor 1
Stufe 3: Antares 1A
Stufe 4: Altair 1A
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Das Verteidigungsministerium setzte 1961 und 1962 für 6 Starts eine modifizierte Version der Scout ein, um Sonden in die Hochatmosphäre zu bringen. Gegenüber der Scout X1 kam eine verbesserte Castor 2 zum Einsatz. Die Rakete war ansonsten weitgehend identisch zur Scout X1. Wegen der Symbolfarbe der Air Force wurde diese Rakete "Blue Scout" genannt (es gab auch militärische Gemini- und Shuttle-Missionen, die unter der Bezeichnung Blue Gemini und Blue Shuttle liefen).
Bei der Blue Scout 1 wurde auf eine vierte Stufe verzichtet. Bei der folgenden Blue Scout 2 wurde dagegen die vierte Stufe Altair wieder eingesetzt.
Die Blue Scout Junior bestand nur aus den Stufen Castor und Antares, als dritte und vierte Stufe wurden die Alcor und Cestus eingesetzt. Die Blue Scout Junior war damit 3 mal leichter als eine normale Scout und wurde über ein Jahrzehnt als überdimensionierte Höhenforschungsrakete für Strahlung, Magnetosphäre, etc. eingesetzt. Eine Mission erreichte eine Rekordhöhe von 104.000-225.000 km (aus der Geschwindigkeit abgeleitet, da die Telemetrie nach einem Teil der Strecke verstummte).
Blue Scout junior |
Blue Scout 1+2/JuniorBlue Scout 1:Erststart: 7.1.1961, letzter Start: 12.4.1962 3 Starts, davon 1 Fehlstart Zuverlässigkeit: 66,65 % Nutzlast: 88 kg in 1.386 km Höhe
Blue Scout 2:
Blue Scout junior
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Blue Scout Junior
Stufe 1: Castor 2
Stufe 2: Antares 1A
Stufe 3:Alcor
Stufe 4: Cestus
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Die erste Serienversion verfügte nun in allen vier Stufen über die verbesserten "2er"-Varianten. Gegenüber der X-Variante betrug nun die Nutzlast schon 122 kg, also mehr als das doppelte der X1. Dies gelang bei nur geringer Steigerung der Startmasse durch bessere Treibstoffe und höhere spezifische Impulse. Die A-Version wurde über ein Jahrzehnt hauptsächlich für die Starts der Transit-Satelliten in 1.000 km hohe Kreisbahnen eingesetzt.
Die Herstellungskosten einer Scout A betrugen 1966 etwa 680.000 USD, die geschätzten Startkosten etwa 1 Million USD.
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Scout AErststart: 22.12.1965, letzter Start: 30.10.197312 Starts, davon kein Fehlstart, Zuverlässigkeit: 100 % Nutzlast: 122 kg in einen 185 km-Orbit, 27° Inklination
Scout A:
Stufe 2: Castor 2
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Stufe 3: Antares 2
Startmasse: 1.400 kg, Leermasse: 300 kg Schub: 93 kN über 36 sec. spez. Impuls: 2.285 m/s (Meereshöhe) spez. Impuls: 2.874 m/s (Vakuum) Durchmesser: 0,79 m, Länge: 2,8 m
Stufe 4: Altair 2
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Die Scout B wurde erstaunlicherweise noch vor der A eingesetzt. Wie in anderen Raketenprogrammen der USA gibt es auch bei der Scout einige Ungereimtheiten in der Nummerierung. So wurde z.B. nie die C-Version der Scout eingesetzt.
Einzige Änderung zur A-Version war die etwas leistungsfähigere vierte Stufe Altair 3. Die Nutzlast stieg dadurch um 20 kg auf 143 kg. Die wesentlicheren Änderungen bestanden aber mehr im Einsatz. Die B-Version wurde universeller für zahlreiche Explorer-Satelliten und die ersten ESRO-Sonden eingesetzt, während die A-Version nur Transit-Satelliten auf hohe Polarbahnen beförderte.
Der Algol 2B-Antrieb hat zwar in etwa dieselbe Masse wie der Algol 2, man hat jedoch das Abbrandverhalten zugunsten eines längeren Betriebs verändert. Der Algol 2B-Antrieb setzt als organische Komponente des Treibstoffs Polyurethan ein. Der Schub ist progressiv ansteigend von 445 auf einen Maximalwert von 520 kN nach 53 Sekunden. Die Brenndauer beträgt 80 Sekunden. Der Gesamtimpuls beträgt 2,48 Millionen kg*s, das entspricht einem mittleren spezifischen Impuls von 2.560 m/s. Das Flächenverhältnis der Düse betrug 7,36.
Von den 1.650 kg Leermasse des Algol IIB-Antriebs entfallen nur 1.190 kg auf das Triebwerksgehäuse. 420 kg entfallen auf das Lageregelungssystem und die Steuerung. Je nach Autor werden die Treibstoffe des Lageregelungssystems nicht bei der Stufenmasse berücksichtigt.
Dasselbe gilt auch für den Castor II-Antrieb. Von den 1.039 kg Leermasse entfallen nur 690 kg auf das Gehäuse, 359 kg auf die Lageregelung, Treibstoffe und Elektronik. Der Castor II-Antrieb setzt Polybutadien-Acrylsäure-Acrylnitril (PBAA) als Binder ein. Der mittlere Schub beträgt 269,5 kN bei einem Gesamtimpuls von 1.052.000 kg*s. Dies entspricht einem mittleren spezifischen Impuls von 2.766 m/s. Das Flächenverhältnis der Düse betrug 20,95.
Bei der Antares II ist das Missverhältnis von Triebwerksgewicht und Trockenmasse noch größer. Von den 347 kg ohne Treibstoffzuladung entfallen nur 100 kg auf das Triebwerksgehäuse aber 247 kg auf die Lageregelung und Steuerung (die gesamte Telemetrie und der Autopilot sind in dieser Stufe untergebracht). Das Triebwerksgehäuse besteht, anders als bei den unteren Stufen, nicht aus Stahl, sondern aus glasfaserverstärktem Kunststoff mit einem Düsenflächenverhältnis von 16,2. Der Gesamtimpuls des doppelbasischen Treibstoffs beträgt 324.500 kg*s. Die Antares-Stufe setzte den Feststoffmotor X259-A3 ein.
Die Altair 3 nutzt den Antrieb FW-4S, der auch bei der Delta E+L eingesetzt wurde. Sein Feststoffmotor XSR-57-UT-1 stammt von United Alliant. Von den 30 kg Leermasse entfallen nur 3,4 kg auf die Ausrüstung und 27 kg auf das GFK-Gehäuse. Die Düse hat eine Anpassung an das Vakuum und ein Flächenverhältnis von 52,8. Der Gesamtimpuls des PBAA-Treibstoffs beträgt 79.000 kg*s
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Scout BErststart: 10.8.1965, letzter Start: 22.5.197630 Starts, davon 4 Fehlstarts Zuverlässigkeit: 86,7 % Nutzlast: 143 kg in einen 185 km-Orbit, 27° Inklination
Stufe 1: Algol 2B
Stufe 2: Castor 2
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Stufe 3: Antares 2
Startmasse: 1.525 kg Leermasse: 347 kg mittlerer Schub: 100,5 kN Brennzeit: 32,8 sec. spez. Impuls 22.85 m/s (Meereshöhe) spez. Impuls: 2.734 m/s (Vakuum) Durchmesser: 0,765 m Länge: 2,91 m
Stufe 4: Altair 3
Nutzlastverkleidung:
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Die nun folgende D-Version wurde zur Startrakete für zahlreiche europäische Nutzlasten, unter anderem auch des ersten Satelliten der BRD. Die Algol 3-Erststufe mit zirka 3 t mehr Startmasse erhöhte die Nutzlast auf 186 kg bei einem Start von Wallops Islands aus. Der Durchmesser stieg dabei von 1,02 auf 1,14 m. Diese Rakete wurde aber auch von einer umgebauten Ölplattform vor der Küste Kenias (San Marco, fast direkt am Äquator) aus gestartet, wo die Nutzlast zirka 10 % größer war.
Die Versionen E und F unterscheiden sich von der D durch die Antares 2B-Stufe (E+F) und eine fünfte Stufe Alcyone 1A (Scout E). Im folgenden ist die Scout E aufgeführt, die Scout D verwendet dagegen noch die in Antares 2A (siehe B-Version) und die F verzichtet auf die fünfte Stufe. Die Nutzlast der E+F stieg nur unwesentlich um 7 kg auf 193 kg. Da die E und F zusammen nur 3 Starts durchführten, sind sie hier mit der D-Version zusammen aufgeführt.
Scout D |
Scout D,E,FScout DErststart: 13.8.1972, letzter Start: 27.6.1983 18 Starts, davon 1 Fehlstart, Zuverlässigkeit: 93,7 % Nutzlast: 186 kg in einen 185 km-Orbit, 27° Inklination 125 kg in eine 500 km polare Kreisbahn 75 kg GTO-Orbit (mit Alcyone) 50 kg Fluchtgeschwindigkeit (mit Alcyone) 35 kg GEO-Orbit (mit Alcyone und Kickstufe)
Scout E
Scout F
Stufe 1: Algol 3A
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Stufe 2: Castor 2A
Startmasse: 4.847 kg, Leermasse: 1.047 kg Schub: 271,66 kN über 35,9 sec. spez. Impuls: 2.275 m/s (Meereshöhe) spez. Impuls: 2.765 m/s (Vakuum) Durchmesser: 0,79 m, Länge: 6,19 m
Stufe 3: Antares 2B
Stufe 4: Altair 3A
Stufe 4: Alcyone 1A
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Die letzte Version der Scout konnte die Nutzlast durch die modifizierte Antares 3A-Drittstufe nur noch unwesentlich auf 210 kg steigern. Die Rakete flog nun auch nur noch selten. Fanden zwischen 1970 und 1980 34 Starts statt, so waren es zwischen 1980 und dem letzten Start 1994 nur noch 17. Insgesamt absolvierten die Scout mit den Blue Scouts zusammen 148 Flüge in 34 Jahren ihres Einsatzes. Von den 101 Flügen, die in den Orbit gingen, gelangen 89, das entspricht einer Erfolgsquote von 88,1 %
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Scout GErststart: 30.10.1979, letzter Start: 9.5.199417 Starts, davon kein Fehlstart, Zuverlässigkeit 100 % Nutzlast: 210 kg in einen 185 km-Orbit, 27° Inklination
Stufe 1: Algol 3A
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Stufe 2: Castor 2A
Startmasse: 4.424 kg, Leermasse: 695 kg Schub: 281,04 kN über 35,9 sec. spez. Impuls: 2.275 m/s (Meereshöhe) spez. Impuls: 2.707 m/s (Vakuum) Durchmesser: 0,79 m, Länge: 6,19 m
Stufe 3: Antares 3
Stufe 4: Altair 3A
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Dass die Scout schließlich Mitte
der neunziger Jahre zum letzten Mal flog, hatte mehrere Gründe. Der wichtigste war sicherlich die Kostensteigerung. 1977 kostete ein
Start 2 Millionen USD, die letzten Scout kosteten schon 12 Mill. USD. Der Grund war eine ab Anfang der achtziger Jahre ständig
sinkende Startrate. Es gab immer weniger Nutzlasten im Bereich unter 200 kg. Auch die europäischen Länder, die ihre ersten Schritte
in den Weltraum mit kleinen Satelliten gemacht hatten, bauten nun größere Satelliten. Seitens der NASA liefen die Explorer-Satelliten
aus, die Grundlagenforschung betreiben sollten. Sie wurden ersetzt durch größere Satelliten, die mehr Erkenntnisse liefern sollten.
Die Scout litt auch darunter, dass nun die Zeit knapper Mittel anbrach. Das führte paradoxerweise zu größeren Missionen. Aus
wirtschaftlichen Gründen ist meist ein größerer Satellit sinnvoller, denn er kann bessere und größere Experimente tragen. Erst die
fortschreitende Miniaturisierung und Fortschritte in der Mikroelektronik führten Anfang der neunziger Jahre zu einem Umdenken, doch
da war es für die Scout schon zu spät. Auch Pläne Italiens mit den zwei Feststoffboostern der Ariane 4 als
zusätzliche Startstufe und einer Mage- anstatt Antares-Drittstufe eine "Advanced Scout" mit 520 kg Nutzlast bei zirka 40 t
Startgewicht zu entwickeln, scheiterten.
Ab 1990 hatte die Scout Konkurrenz: Die vom Flugzeug aus startende Pegasus-Trägerrakete. Obgleich auch eine Feststoffrakete, war sie billiger als die Scout und transportierte die doppelte Nutzlast. Die größere Nutzlast bei nur wenig größerer Startmasse resultierte aus zwei Effekten: Die neueren Feststofftriebwerken mit höheren spezifischen Impulsen und geringeren Leermassen und dem Start in 12 km Höhe bei 900 km/h, wodurch etwa 600 m/s gegenüber dem Start am Boden eingespart werden. Die besseren Stufen erlaubten auch eine Reduktion von 4 auf 3 Stufen und der Start vom Flugzeug aus spart die Kosten für eine Startanlage am Boden. So konnten die Kosten auf anfangs 7 Mill. USD gesenkt werden. Inzwischen hat sich aber auch die Pegasus mit 12 Mill. USD auf das Niveau der Scout verteuert.
Ursprünglich nur für Satelliten der Air Force entwickelt, wird heute die Pegasus mehr für die neuen Small Explorer der NASA und kleinere Satelliten von Drittstaaten eingesetzt. Dazu kommen andere kleine Trägerraketen, wie die Athena oder die Minotaur, die heute in einem wieder neu belebten Markt von Kleinsatelliten tätig sind. Die europäischen Nutzlasten, die früher auf der Scout flogen, werden heute von der Kosmos-Rakete gestartet und ab 2007 von der europäischen Trägerrakete VEGA.
Stufen der Scout fanden jedoch auch ihren Einsatz in anderen Programmen. So setzte die Thor-Rakete die Oberstufen Castor 1+2 als Startbooster und die Altair-Oberstufe ein. Die Altair Oberstufe wurde auch auf der Atlas genutzt, um Wettersatelliten zu starten.
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