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Die NS-520 / SS-520-4 / SpaceSpark -2

Die NL-520 / SS-520-4 ist die jüngste japanische Trägerrakete und die kleinste jemals eingesetzte Trägerrakete.

Die NL-520 (NL : Nano Launcher) wird von IHI Aerospace Technologies gefertigt, einem japanischen Hersteller von Feststoffraketen. IHI fertigt sowohl die japanischen Höhenforschungsraketen und auch die Feststoffbooster für die Trägerraketen der L und My-Serie.

Die NL-520 stammt von den Raketen S-520 und SS-520 ab. Die S-520 ist eine einstufige Höhenforschungsrakete, die bei einer Masse von 2,1 t 70 kg auf eine Höhe von 430 km oder 150 kg auf eine Höhe von 350 kg transportiert. Sie wird seit 1980 eingesetzt. 24 Starts der S-520 erfolgten. Die S-520 hat eine Höhe von 8,0 m.

Die SS-520 ist das Nachfolgemodell bei dem die S-520 um eine weitere, zweite Stufe ergänzt wurde. Die zweite Stufe erhöht die Länge auf 9,65 m. Bei einer Startmasse von 2,6 transportiert sie 30 kg auf 1000 km Höhe und 60 kg auf 800 km Höhe. Der Erststart erfolgte 1998. Zwei Starts erfolgten seitdem. Ein dritter ist derzeit geplant.

Die Ziffer „-520“ verweist auf den durchgängigen Durchmesser von 520 mm der Rakete. Für die NS-520 wurde die SS-520 um weitere Stufen erweitert. Sowohl eine zusätzliche dritte Stufe wie auch eine zusätzliche erste Stufe. Der Antrieb hat daher auch die Bezeichnung „B0“ für nullte Stufe erhalten. In ähnlicher Weise hat man schon die Booster der Titan 3 als „Core 0“ bezeichnet. Die NS-520 ohne dritte Stufe, aber mit Booststufe B0 soll suborbital eingesetzt werden. Dann liegt die Nutzlast bei 250 kg auf eine Höhe von 275 km oder 125 kg auf 350 km Höhe. Ein Start dieser Version steht noch aus.

Für den Satellitenträger NL-520 wird die NS-520 um eine dritte Stufe ergänzt. Sie hat eine Treibstoffzuladung von 325 kg, die zweite Stufe eine von 670 kg. Dieser Träger ist dann insgesamt verstufig.

Die Rakete wird wie andere japanische Feststoffraketen schräg aufgehängt und unter einem Winkel von 80 Grad gestartet. Der Boostantrieb mit 445 kg Treibstoff B0 hat einen hohen Startschub und geringe Brennzeit. Nach dem Start sinkt der Schub laufend ab, sodass der Antrieb noch bei Unterschallgeschwindigkeit ausgebrannt ist. Er leistet mit dem kurz darauf gezündeten B1 Antrieb einen Großteil der vertikalen Beschleunigung, sodass nach Ausbrennen des B1 eine lange Freiflugphase eingeschoben wird, bis die NL-520 die Orbitalhöhe erreicht. Dort zünden dann kurz hintereinander die beiden oberen Stufen.

Die NL-520 hat bei einer Startmasse von 3,4 t eine LEO Nutzlast von 30 kg. Sie soll bis zu 6 Cubesats transportieren. Mit dem expandierenden Cubesatmarkt sollen bis zu 10 Starts pro Jahr erfolgen. Da die Rakete als Höhenforschungsrakete entwickelt wurde haben die Stufen nur sehr kurze Brennzeiten und es gibt sehr hohe Spitzenbeschleunigungen von bis zu 20 g. Das schränkt den Kundenkreis doch etwas ein. So verwundert nicht, das der für 2012 geplante Jungfernflug auch erst im Januar 2017 durchgeführt wurde.

Um die Nutzlast zu erhöhen sitzt die Avionik über zweiten Stufe. Sie wiegt 52 kg. Die Treibstoffzuladung der zweiten Stufe wird mit 325 und 670 kg angegeben.

Die neue dritte Stufe B3 wird vor Stufentrennung ausgerichtet und stabilisiert. Es scheint mehrere Versionen zu geben, da eine Treibstoffzuladung von 78 und 325 kg genannt werden. Sie hat eine maximale Treibstoffzuladung von 325 kg.

Die zweite Stufe hat als einzige Stufe ein Schubvektor-Kontrollsystem. Die erste Stufe wird durch die Finnen stabilisiert, die an ihr angebracht sind. Dadurch stabilisieren sie auch die Flugphase mit der „nullten“ Stufe. Die Finnen bringen die Stufe durch Ablenkung der Luftströmung auch in eine schnelle Rotation die zu Brennschluss 120 U/Min erreicht. Bis zum Abtrennen der zweiten Stufe ist die Rakete daher ungelenkt und nur passiv stabilisiert. Danach reduziert ein Despinnsystem die Rotation auf Null und ein RCS-System verändert die Ausrichtung der Nick- und Gierachse. Es wird zur Gewichtsersparnis vor Zündung der zweiten Stufe abgetrennt. Die Lageänderungen werden durch ein Stickstoffdruckgassystem bewerkstelligt. Ein 5,7 l großer Tank mit einem Druck von 230 Bar befindet sich dazu an der stufe. Während der Freiflugphase wird dann auch die Nutzlastverkleidung abgeworfen.

Die zweite Stufe wird vom Boden aus gezündet, nachdem durch Bahnüberwachung und Telemetrie klar ist, das die Rakete sich auf dem richtigen Kurs befindet. Während des Betriebs der zweiten Stufe stabilisiert das Schubvektorkontrollsystem die Ausrichtung in der Nick- und Gierachse und reduziert die vom ungelenkten Flug stammenden Bahnabweichungen der ersten beiden Stufen. Vor Zündung der dritten Stufe wird diese in eine Rotation mit 60 Umdrehungen/s gebracht. Die nun folgenden Schritte werden von fest programmierten Zeitgebern ausgelöst. Die Abtrennung des Satelliten erfolgt erst zwei Minuten nach Brennschluss um den Restschub der letzten Stufe abklingen zulassen.

Eine Kooperation mit US-Unternehmen könnte die letzte Stufe durch eine leistungsfähigere ersetzen und so 30 kg in den SSO transportieren. Ein noch kleineres Modell wäre die NL-310, basierend auf der Höhenforschungsrakete SS-310 (mit 310 mm Durchmesser). Bei einer Masse von 1 t beträgt deren Nutzlast nur 3 kg. Durch den Abwurf von einem Flugzeug aus und neuen Stufen könnte die Nutzlast der NL-520 auf 50 kg in den SSO gesteigert werden. Die AL-520 (AL: Air Launched) soll von einer F-15D bei einer Geschwindigkeit von Mach 1,5 bis 2 in 14,8 bis 17,8 km Höhe abgeworfen werden. Die Nutzlast kann ohne neue Stufen so bis auf 41,4 kg gesteigert werden.

Die dreistufige Version wird auch als SpaceSpike-2 bezeichnet. Die SpaceSpike-1 besteht aus den oberen drei Stufen plus einer weiteren B4 mit 55 kg Treibstoffzuladung.

Die NL-520 kann derzeit zwei 2P-Racks aufnehmen, das heißt bis zu 6 Cuebsats transportieren. Die Zielnutzlast ist 20 kg in eine 250 x 500 km Bahn mit 31 Grad Bahnneigung.

Die Nutzlast beim Jungfernflug war TRICOM-1 ein 3 kg schwerer Satellit der in einen 180 x 1500 km Orbit mit einer Bahnneigung von 31 Grad gelangen sollte. Nach 20,5 s bekam man keine Telemetrie mehr von der NL-520. Daraufhin sandte man nicht mehr das Zündsignal für die zweite Stufe und die beiden oberen Stufen stürzten mit ihrer Nutzlast ins Meer. Der Jungfernflug erfolgte in dreistufiger Version, d. h. ohne Boostantrieb. Als wahrscheinlichste Ursache gilt ein Stromausfall.

Diese erste Version war deutlich kleiner als die endgültige Version so betrug die Startmasse nur 2.600 kg bei einer Länge von 9,54 m. Die zweite Stufe nahm nur 325 kg Treibstoff auf und die dritte nur 78 kg. Die gesamte Entwicklung der NS-520 hat nur 3,5 Millionen Dollar gekostet. Die Rakete wurde beim Start als SS-520-4 bezeichnet, wobei das -4 für die vierte Rakete steht. Es war jedoch der dritte Start, da ein weiterer Start einer Höhenforschungsversion verschoben wurde.

* : geschätzte Werte

Links

H-IIA Webpage

JAXA Space Transportation Programm

H2A Launch Vehicle

http://digitalcommons.usu.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1234&;context=smallsat

Startlisten Japanischer Trägerraketen

http://digitalcommons.usu.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1320&context=smallsat

https://forum.nasaspaceflight.com/index.php?action=dlattach;topic=40509.0;attach=1397696

http://digitalcommons.usu.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1051&context=smallsat

http://spaceflight101.com/ss-520-4-rocket-launches-on-experimental-mission/

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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