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Sojus Varianten

Die folgenden Varianten der Sojus wurden als Projekte verfolgt oder vorgeschlagen. Keiner dieser Ansätze wird aktuell verfolgt.

Rus (Sojus-M)

Die Rus hatte das Ziel die Sojus zu ersetzen. Der Zentralblock sollte das Triebwerk RD-120 erhalten, das in der zweiten Stufe der Zenit eingesetzt wird. Eine Variante dieses Triebwerks, angepasst auf den Betrieb bei 1 bar Außendruck hätte die Zentralstufe angetrieben. Deren Durchmesser wäre auf durchgehende 2,95 m vergrößert worden. Block I hätte auch ein neues Triebwerk bekommen. Das RD-0124, welches nun die Sojus 2 antreibt. Die Fregat Oberstufe wäre als optionale vierte Stufe eingesetzt worden.

Im ersten Schritt hätte man nur das Triebwerk von Block I ersetzt. Dies hätte eine rund 800 kg höhere Nutzlast erbracht. Mit der Vergrößerung von Block A auf durchgehende 2,95 m und einem ebenfalls vergrößerten Block I hätte die Rus eine Nutzlast von rund 11 t aufgewiesen. 1994 war noch von einem Jungfernflug 1998 die Rede. Danach kam die Rus in Finanzierungsschwierigkeiten und wurde eingestellt. Die Rus sollte nicht verwechselt werden mit der Rus-M, einer Schwerlastrakete mit mindestens der vierfachen Nutzlast der Sojus.

Yamal

Unter der Bezeichnung Yamal (oder Geos) wurde das Konzept der Rus weiter verfolgt. Da die RUS zu teuer wurde, beschränkte man bei der Yamal die Änderungen und reduzierte die Zahl der neuen Elemente. So sollten die Tanks der Rakete nicht erweitert werden. Die vier Außenblocks wurden unverändert übernommen. Das zentrale Triebwerk in Block A aber durch wahlweise ein NK-33 oder ein RD-0120 ersetzt werden. Diese Idee wurde in der Folge bei verschiedenen Modifikationen wieder aufgegriffen. Neu war eine nicht genauer definierte Oberstufe namens „Taimyr“. Sie hätte den Block L der Molnija ersetzt und sollte das Triebwerk RD-0161 mit rund 20 kN Schub einsetzen.

Aurora

Eine zweite Sojus Variante war die Aurora. In ihr wären die RD-107 des Außenblocks durch RD-107A und das Zentraltriebwerk durch ein NK-33 ersetzt worden. Da das NK-33 über einen höheren Schub als das RD-108 verfügt, wäre der Durchmesser des LOX-Tanks der Zentralstufe auf 3,40 m vergrößert worden. Dies war auch wegen des veränderten Mischungsverhältnis notwendig. Block I wäre von einem RD-0155A als angetrieben worden. In beiden Fällen wäre die Treibstoffzuladung vergrößert worden.

Für geostationäre Missionen wäre eine verkleinerte Version von Block DM mit einem nahezu sphärischen Sauerstofftank und einer ausfahrbaren Düsenverlängerung eingesetzt worden. Er hätte nur etwa 8 t Treibstoff aufgenommen. Dazu kam eine große Nutzlastverkleidung von 4-5 m Durchmesser, welche der Große von modernen Kommunikationssatelliten angepasst sein sollte.

Als Startplatz waren die Weihnachtsinseln im Gespräch, die einen GTO-Orbit mit 11 Grad Bahnneigung ermöglichen. Von hier aus sollte die Aurora 12 t in einen ISS-Transferorbit bringen oder 4.500 kg in einen GTO-Orbit. Von Baikonur aus wären es noch etwa 10,6 t zur ISS gewesen. Der Jungfernflug sollte 2004 erfolgen, mit dem Ziel 2007 die ersten kommerziellen Flüge durchzuführen.

Im Jahre 1999 wurde die Konfiguration geändert: Nun sollten die Außenbooster unverändert von der Sojus übernommen werden. Anstelle eines schwenkbaren NK-33 sollte dieses nun fest in der Zentralstufe eingebaut werden. Ein RD-0124 sollte nun als Verniertriebwerk mit vier Brennkammern hinzugenommen werden. Block I sollte nun von dem RD-0124A (demselben wie in der Sojus 2) angetrieben werden. Dies erlaubte es, die unteren Elemente der Yamal zu übernehmen. Um die maximale Nutzlast von 12 t zu halten, wurde Treibstoffzuladung von Block DM von 8 auf 10 t erhöht.

Die Aurora war als kommerzielle Rakete gedacht, und nicht primär für den Start russischer Nutzlasten. Die Ende der neunziger Jahre stark sinkenden Startzahlen bei Transporten in den GTO und die Möglichkeit die Sojus von Kourou aus zu starten, führten zum Einstellen des Projektes.

Sojus 1

Sojus 1Eine neue Variation der Sojus ist die Sojus 1. (Andere Bezeichnungen "Sojus 2.1v" oder "Sojus 2.1 Volga"). Anders als die früheren Projekte handelt es sich nicht um eine leistungsstärkere Version, sondern um eine Trägerrakete im Nutzlastbereich der Rockot und Dnepr. Die Sojus 1 hat keine Booster. Der Block A wird von einem einzelnen NK-33 Triebwerk angetrieben. Dies ist notwendig, weil die RD-107/108 zu wenig Schub haben, um die Rakete sonst anzuheben. Die Rakete verliert somit ihr charakteristisches Aussehen und ähnelt mehr eine Dnepr oder Rockot.

Der Durchmesser der unteren Sektion verjüngt sich auf 2,05 m. Die erste und zweite Stufe sind die gleichen wie bei der Sojus 2-1b. Dazu kommt eine Verkleidung des Typs „Yantar“, die auch für militärische Starts der Sojus eingesetzt wird. Die Sojus 1 wiegt beim Start 136 t, hat eine Höhe von 44,00 m und einen Startschub von 1.550 kN. Die Nutzlast soll 2.850 kg in einen 200 km hohen Orbit von Baikonur aus betragen. Die Sojus 1 hat den Vorteil durch die weitgehende Übernahme der bisherigen Stufen kompatibel zu den Launchpads der Sojus 2 zu sein. Beim Jungfernflug sah man auch den typischen Nutzlastarm der Sojus mit den vielen Arbeitbühnen im oberen Bereich,

Lange Zeit blieb Sojus 1, wie andere hier vorgestellte Träger, ein Papierprojekt, doch in der Zwischenzeit hat sich dies geändert. 2007 vorgestellt, kam 2009 Bewegung in das Projekt und es begannen die Entwicklungsarbeiten. Die Produktion der NK-33 könnte neu aufgenommen werden (Bezeichnung nun NK-33AS) und im Dezember 2011 kam die erste Stufe einer Sojus 1 am Testgelände an. Nachdem zweimal die gesamte Vorgehensweise bis zur Zündung durchgespielt wurde, sollte am 16.8.2012 der erste Test des Triebwerks erfolgen. Er endete jedoch nach wenigen Sekunden mit einer Explosion der Turbopumpe und der Beschädigung des Teststandes. Ursache soll ein fehlerhaftes Signal des Steuertriebwerks RD-0110 sein, das zum Vorzeitigen abrupten Abschalten führte, wobei die Turbopumpe den NK-33 zerstört wurde.

Wie bei der Sojus 2 werden Verniertriebwerke eingesetzt. Das dafür eingesetzte RD-0110R hat vier bewegliche Düsen. Sein Schub ist mit rund 240 kN für ein Triebwerk nur für diesen Zweck relativ hoch. Wahrscheinlich ist daher das NK-33 starr (nicht schwenkbar) eingebaut. Beim Test wurden 33,8 t Kerosin und 85,2 t LOX zugeladen, dass dürfte die Treibstoffzuladung der ersten Stufe sein. Auf dem Foto unten sind die Verniertriebwerke rund um das NK-33 zu sehen.

Sojus 2-1v HeckansichtDa die NK-33 nicht mehr produziert werden, hat NPO Energomash als Ersatz für das NK-33 das RD-193 vorgeschlagen. Das RD-193 ist ein Derivat des RD-191, das in der Angara eingesetzt wird (und das wiederum ein Viertel des RD-170/171 der Zenit Erststufe / Energija Booster). Es ist verkürzt (76 cm) und um 300 kg leichter. Das RD-191 hat einen Schub von 2040 kN im Vakuum, also fast 400 kN mehr als das NK-33. Daher war es möglich das Triebwerk zu verkürzen und so auf einen Teil des Schubs zu verzichten. Die Verkürzung ist wahrscheinlich durch die maximale Baulänge im Schubrahmen vorgegeben. Alternativ könnten die NK-33 erneut produziert werden. Daran hätte auch Aerojet für die Antares Interesse. Die Antares setzt auch NK-33 ein. Eine Entscheidung ist Mitte 2013 noch nicht gefallen, es ist auch offen wie viele NK-33 noch verfügbar sind . Aerojet sprach z.B. einmal von einem Dutzend und einmal von 30 bis 36 Triebwerken. Die Differenz könnte auch daher rühren, dass man nun weitere Triebwerke für die Sojus 1 braucht.

Über die dritte Stufe ist noch weniger bekannt. Sie soll Wolga (Volga) heißen und Missionen bis 24 Stunden erlauben. Sie soll eventuell auch auf der Sojus 2.1 die Fregat ersetzen. Aus diesen Daten kann man ableiten dass sie lagefähige Treibstoffe einsetzt und deutlich kleiner als die Fregat der Sojus ist. Die Treibstoffzuladung ist variabel zwischen 300 und 900 kg. diese kleine Zuladung spricht dafür dass sie nur eine Anhebung der Apogäums durchführt, das würde sonst den sehr energieaufwendigen direkten Aufstieg erfordern, Die Volga soll 1.400 kg in 1.500 km hohe Bahnen befördern. Warum man nicht die Fregat einsetzt, die in etwa die gleiche Leermasse bei wesentlich höhere Treibstoffzuladung hat (höhere Nutzlast) ist nicht bekannt.

Die zweite Stufe ist der modernere Block I wie er auch in der Sojus 2-1B eingesetzt wird mit dem Triebwerk RD-0124.

2010 wurde eine Startmasse von 156 bis 160 t (bisher 136 t) angegeben, was deutlich über dem Bodenschub eines NK-33 von 154 t liegt, eventuell verwechseln die Quellen Schub in Tonnen mit Startgewicht oder das RD-0110 wird zusätzlich benötigt, doch selbst dann gibt es für eine Trägerrakete geringe Beschleunigung von 11,1 m/s bei einem Startgewicht von 160 t.

Der Erststart ist für 2013 vorgesehen. Fünf Testflüge sollen bis 2014 abgeschlossen werden. Aufgrund der Nutzlastangaben für sonnensynchrone Bahnen wird die Sojus 1 wahrscheinlich nur von Plessezk aus starten. Von Baikonur aus finden nur die Starts zur ISS statt, und dafür ist die Sojus 1 zu klein.

Die Motivation die in der Entwicklung der Sojus 1 steckt ist unklar. Die Nutzlast liegt zwischen der Dnjepr und Rockot. Die Dnepr ist zwar eine ukrainische Trägerrakete, doch wird sie auch von Jasny in Russland aus gestartet und der Launch Service Provider ISC Kosmotras hat seinen Sitz in Moskau. Da es in letzter Zeit Berichte gibt, das die noch verfügbaren eingelagerten ICBM das Ende ihrer "Lebensdauer" erreichen und dann nicht mehr als Trägerrakete genutzt werden können, würde ein Ersetzen dieser ICBM Sinn machen. Das betrifft vor allem die Rockot, die auch von Russland intensiver genutzt wird als die Dnepr. Sie liegt auch genau in der Mitte der Nutzlast der Angara 1.1 und 1.2. Da die Angara eigentlich mit dem Anspruch gebaut wurde, alle russischen Träger zu ersetzen macht es keinen Sinn einen Jahr vor dem Jungfernflug der kleinsten Version der Angara einen neuen Träger in Dienst zu stellen.

Eines scheint aber sicher zu sein. die Rockot wird durch die Sojus 2 und Angara ab 2016 abgelöst. Das kündigte Roskosmos im August 2014 an. Da die normale Sojus 2-1 a/b dafür eine viel zu große Nutzlast hat dürfte damit die Sojus 2.1 Volga gemeint sein.

 

Datenblatt Sojus 1 / Sojus 2.1v / Sojus 2.1 Volga

Einsatzzeitraum:

Starts:

Zuverlässigkeit:

Abmessungen:


Startgewicht:

Maximale Nutzlast:


Nutzlasthülle:

Startphoto2013 - (Jungfernflug: 28.12.2013)

1

100 %

44,00 m Höhe
2,95 m Durchmesser

156.000 kg

3.000 kg in eine Umlaufbahn in 200 km Höhe, 62 Grad Neigung.
1.400 kg in eine 1500 km hohe sonnensynchrone Umlaufbahn mit Volga Oberstufe

 ? m Höhe, 3,08 m Durchmesser.


Erste Stufe

Block I

Volga

Länge:

28,75 m

6,70 m

1,05 m

Durchmesser:

2,95 m

2,66 m

3,02 m

Startgewicht:

127.100 kg

28.155 kg? Treibstoff offloading?

1.740 kg

Trockengewicht:

8.100 kg

2.755 kg

840 kg

Schub Meereshöhe:

1.540 kN + 239 kN

-

-

Schub Vakuum:

1.680 kN + 273 kN

297,9 kN

3 kN

Triebwerke:

1 × NK-33 + 1 x RD-0110

1 × RD-0124

 

Spezifischer Impuls
(Meereshöhe):

2923 m/s

-

-

Spezifischer Impuls
(Vakuum):

3247 m/s

3520 m/s

3011 m/s

Brenndauer:

202 s

290 s

300 - 900 s

Treibstoff:

LOX / Kerosin

LOX / Kerosin

NTO / UDMH

Sojus 2-3

Ersetzt man dagegen in der Sojus 2-1b in der Zentralstufe das RD-108A durch ein NK-33, so erhält man die Sojus 2-3. Das schwenkbare, neu produzierte, NK-33-1 macht auch die vier Vernierdüsen überflüssig. Sein um rund 80 t höherer Schub erlaubt es, Block-A auf einen Durchmesser von durchgehend 2,66 m zu erweitern. Die Startmasse der Sojus 3 liegt bei rund 335,5 – 340 t. Dies sind rund 25 t mehr als bei der Sojus 2-1b. Bei einer Höhe von 47,00 m bringt die Sojus 2-3 zwischen 10 und 10,7 t in einen erdnahen Orbit (verglichen mit 8,3-9,2 t bei der Sojus 2) und 2,48-3,9 t in den GTO Orbit (mit der Fregat Oberstufe). Die Leistung liegt so um rund 20 % höher als bei der Sojus 2-1b.

Das NK-33-1 ist eine leistungsgesteigerte Version des NK-33 mit rund 200 t Bodenschub, verglichen mit den 158 t des Originals.

Das Ersetzen der RD-107A in den Boostern durch die Hochdrucktriebwerke RD-0155 mit etwa gleichem Schub (912 kN), aber höherem spezifischem Impuls, sowie weitere Optimierungen sollen schließlich die Nutzlast auf 11-12 t anheben. Auch die Sojus 2-3 existiert bisher nur auf dem Papier.

Sojus 3

Das neueste Konzept die Sojus zu erweitern, ist die Sojus 3. Die Booster verwenden jeweils ein Triebwerk des Typs RD-120F. Das RD-120F ist eine an Bodenbetrieb angepasste Version des RD-120. Dieses Hochdrucktriebwerk ist bisher noch nicht getestet worden, verspricht aber einen höheren spezifischen Impuls als die RD-107A. Die mittlere Stufe wird von einem NK-33-1 angetrieben. Dieses ist jedoch fest eingebaut und nicht schwenkbar. Die Lageregelung erfolgt durch ein RD-0110 Triebwerk, dessen vier Brennkammern als Verniertriebwerke eingesetzt werden.

Durch den durchgängigen zylindrischen Durchmesser des Blocks A, fasst dieser rund 40 t mehr Treibstoff. Soweit ähnelt das Konzept weitgehend dem der Sojus 2-3. Die gravierendste Änderung liegt in der neuen, dritten Stufe, mit vier RD-0146 Triebwerken. Diese Triebwerke verbrennen Wasserstoff und Sauerstoff und sollen die Nutzlast auf rund 14 t anheben, bei einem Startgewicht von 392 t.

Die Sojus 3 wäre eine Alternative oder eine zweite Ausbaustufe der Sojus 2-3. Sie wurde 2005 vorgeschlagen und soll fähig sein, den Raumgleiter Kliper in eine Erdumlaufbahn zu befördern.

Onega

Eine weitere Sojus Variante wurde von RSC Energija vorgeschlagen. Anders als bei den bisherigen Varianten sollen dabei die Booster und der Block A unverändert übernommen werden. Block I wird dagegen durch zwei kryogene Oberstufen ersetzt. Die zweite Stufe hat die Bezeichnung Block E (mit vier RD-0146E Triebwerken zu je 98 kN Schub). Ihr folgt die dritte Stufe genannt „Yastreb“ (mit einem RD-0126 mit 39 kN Schub). Der Start dieser nun „Onega“ genannten Sojus soll von Plessezk aus erfolgen. Die Nutzlast soll 11 t in einen LEO-Orbit, aber nur 2,3 t in den GTO-Orbit betragen. Dieser Unterschied ist bedingt durch die sehr ungünstige geographische Lage von Plessezk.

Variante Außenblocks Zentralstufe Oberstufe Nutzlast
Rus RD-120 RD-120 RD-124A 7850 kg
Yamal RD-107 RD-120/NK-33 RD-110 -
Aurora RD-107A NK-33 RD-0155 12.000 kg
Sojus 1 - NK-33-1 RD-124A 2.850 kg
Sojus 2-3 NK-33-1 / RD-0155-1 NK-33-1 RD-124A 10.000 kg
Sojus 3 RD-120F NK-33-1 RD-0146 14.000 kg

Büchertipps

Von mir gibt es mehrere Bücher zum Thema Trägerraketen. Zum einen zwei Werke über alle Trägerraketen der Welt und zum Zweiten Bücher über die europäische Trägerraketenentwicklung.

Mein bisher umfassendstes Werk ist ein zweibändiges Lexikon über Trägerraketen mit 700 bzw. 600 Seiten Umfang. In ein Buch passten schlichtweg nicht alle Träger in ihren Subversionen so gibt es einen Band nur für US-Träger, einen zweiten für "internationale" Trägerraketen, sprich alle anderen Nationen. Beide Bände haben denselben Aufbau:

Nach einem einleitenden Kapitel über die Arbeitsweise von Raketen kommt ein einführendes Kapitel über die Raumfahrtbestrebungen des Landes und der Weltraumbahnhöfe, bei den USA ist dies natürlich nun eines. Danach kommen die Träger geordnet nach Familien mit gleicher Technologie in der historischen Entwicklung. Zuerst wird die Technologie und Entwicklungsgeschichte beim ersten Exemplar einer Familie beschrieben, dann folgt bei den einzelnen Mitgliedern nur noch die Veränderungen dieses Modells und dessen Einsatz.

Ich habe soweit möglich technische Daten zum schnelleren Nachschlagen in Tabellen ausgelagert, Querschnittsdiagramme, Grafiken über den Einsatz und bei den US-Trägerraketen auch komplette Startlisten komplettieren dann jedes Kapitel. Dazu gibt es von jedem Träger ein Startfoto.

In jedem Buch stecken so über 100 Subtypen, was den Umfang bei dieser ausführlichen Besprechung auf 600 Seiten (internationale Trägerraketen) bzw. 700 Seiten (US-Trägerraketen getrieben hat). Ich denke sie sind mit 34,99 und 39,99 Euro für den gebotenen Inhalt trotzdem sehr günstig.

Speziell mit der Geschichte der Trägerraketenentwicklung in Europa beschäftigt sich das zweibändige Werk Europäische Trägerraketen 1+2. Band 1 (Europäische Trägerraketen 1: Von der Diamant zur Ariane 4) behandelt die nationalen Trägerprogramme (Black Arrow und Diamant sowie die deutsche OTRAG), das OTRAG-Projekt, die glücklose Europa-Rakete und die Ariane 1-4. Band 2: die aktuellen Projekte Ariane 5 und Vega. Sowie die Weiterentwicklungen Ariane 6 und Vega C. Beide Bücher sind voll mit technischen Daten, Details zur Entwicklungsgeschichte und zu den Trägern. Diese Bücher sind gedacht für Personen, die wirklich alles über die Träger wissen wollen. Der nur an allgemeinen Infos interessierte, wird mit dem Buch internationale Trägerraketen besser fahren das sich auf die wichtigen Daten beschränkt.

Es gibt von den europäischen Trägerraketen, da die Programme weitestgehend unabhängig voneinander sind, auch die Möglichkeit, sich nur über einen Träger zu informieren so gibt es die gleiche Information auch in vier Einzelbänden:

Auf einen eigenen Band für Ariane 5 und 6 habe ich verzichtet, weil dieser nur wenig billiger als Band 2 der europäischen Trägerraketen wäre, da Ariane 5+6 rund 2/3 des Buches ausmachen. Aber vielleicht erscheint ein eigener Band über die Ariane 6 wenn diese mal einsatzbereit ist und es mehr Informationen über sie gibt,

Meine Bücher sind alle in Schwarz-Weiß. Das hat vor allem Kostengründe. Bei BOD kostet jede Farbseite 10 ct Aufpreis. Es gibt jedoch ein Buch, das für Einsteiger gedacht ist und jeden Trägertyp nur auf zwei Seiten, davon eine Seite mit einem meist farbigen Foto abhandelt: es ist das Buch "Fotosafari durch den Raketenwald". Es ist weniger für den typischen Leser meiner Webseite gerichtet, die ja auch in die Tiefe geht, als vielmehr für Einsteiger und als Geschenk um andere mit der Raumfahrt zu infizieren. Etwa 70 TZrägerraketen die sich äußerlich voneinander unterscheiden werden in diesem Buch kurz vorgestellt - auf je einer Doppelseite.

Sie erhalten alle meine Bücher über den Buchhandel (allerdings nur auf Bestellung), aber auch auf Buchshops wie Amazon, Libri, Buecher.de und ITunes. Sie können die Bücher aber auch direkt bei BOD bestellen.

Mehr über diese Bücher und weitere des Autors zum Themenkreis Raumfahrt, finden sie auf der Website Raumfahrtbucher.de.



Aufsatz erstellt 11.11.2009
Aufsatz zuletzt geändert: 30.8.2014



© des Textes: Bernd Leitenberger. Jede Veröffentlichung dieses Textes im Ganzen oder in Auszügen darf nur mit Zustimmung des Urhebers erfolgen.
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