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ESA: Der neue Feststoffbooster der Ariane 6 ist da

Das erste Teil der nächsten Rakete der Esa ist erfolgreich getestet worden. Der P120C Feststoffbooster ist die erste Stufe der neuen Rakete. Sie wird gleichzeitig die Vega C antreiben. Der als Weltrekord angekündigte Test ist aber keiner.

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Die Feststoffbooster der Ariane 6 wurden erfolgreich getestet.
Die Feststoffbooster der Ariane 6 wurden erfolgreich getestet. (Bild: ESACNES JM Guillon)

Die Ariane-6-Rakete soll im Jahr 2020 erstmals fliegen und wird von einem neuen Feststoffbooster angetrieben. Im Gegensatz zu den alten P241-Boostern der Ariane 5 besteht der neue P120C-Booster nicht mehr aus drei Stahlsegmenten, sondern aus einem einzigen leichtgewichtigen Kohlenstofffasersegment. Neben der Ariane 6 soll auch die neue Vega C den neuen Feststoffbooster verwenden, die schon im Jahr 2019 ihren ersten Flug haben wird. Wie Arianespace-Chef Stephane Israël mitteilte, wurde der wegen schlechtem Wetter mehrfach verschobene Test heute erfolgreich durchgeführt. Inzwischen wurden von der Ariane Group Videos vom Test auf Twitter und Youtube veröffentlicht.

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Zuvor war schon ein Video von der Herstellung des P120C Boosters verfügbar.

Beim P120C handelt es sich um den Nachfolger des P80-Boosters der alten Vega-Rakete mit 88 Tonnen Treibstoff. Mit seinen 142 Tonnen Treibstoff ist der P120C-Booster der zurzeit größte Feststoffbooster, der nicht aus mehreren Segmenten besteht. Die Esa spricht sogar vom größten Feststoffbooster, der jemals aus einem Stück gefertigt wurde, geht mit dieser Behauptung aber zu weit.

Der größte Feststoffbooster der Welt war zehnmal so groß

1963 wurde das 260 Zoll Programm gestartet. Es wurde eine Feststoffrakete mit 6,60 Meter Durchmesser entwickelt und geplanten 1.480 Tonnen Treibstoff. Das Konzept von Feststoffboostern aus mehreren Segmenten galt damals noch als unausgereift. Der Booster sollte eine Alternative für die erste Stufe der Saturn-V-Rakete des Apollo Programms darstellen, falls die problematische Entwicklung der kerosinbetriebenen F-1 Triebwerke nicht rechtzeitig beendet wird.

Zwei Prototypen, AJ-260-1 und AJ-260-2, wurden in der halben Größe erfolgreich getestet, mit 740 Tonnen Treibstoff. Die vollständige Stufe, mit 1.480 Tonnen Treibstoff versagte beim Test 1969 erst kurz vor Brennschluss. Zu diesem Zeitpunkt war die Entwicklung der Saturn-V-Rakete aber längst erfolgreich abgeschlossen und eine Korrektur des Konstruktionsfehlers schlicht überflüssig.

Der Booster wird erst in Südamerika befüllt

Der Prototyp des P120C wurde vom Produktionsstandort in Italien nach Kourou in Französisch Guayana verschifft. Erst dort wurde er mit dem teigartigen festen Treibstoff befüllt, der anschließend aushärtet. Es handelt sich dabei, neben einigen Zuschlagstoffen, um eine Mischung aus 70 Prozent Ammoniumperchlorat, 15 Prozent Aluminiumpulver und 12 Prozent hydroxylterminiertes Polybutadien (HTPB).

Das gummiartige HTPB dient dabei als Bindemittel, wird aber auch als Treibstoff mit verbrannt. Den Sauerstoff für die Verbrennung liefert das Ammoniumperchlorat, das vor allem mit dem Aluminium stark reagiert. Dabei entsteht festes Aluminiumoxid. Das trägt zwar selbst nicht zum Schub der Rakete bei, heizt aber die restlichen Verbrennungsprodukte stark auf, wodurch mehr Druck entwickelt wird und der Schub steigt.

Einmal gestartet, ist die Reaktion nicht mehr steuerbar. Der Schubverlauf wird beim Bau durch die Geometrie im Inneren des Boosters festgelegt. Durch sternförmige Hohlräume kann die brennende Oberfläche des Treibstoffs beim Start vergrößert werden und damit der Schub. Nach einiger Zeit verbrennen aber die Zacken in den Sternen, wodurch die Oberfläche wieder kleiner wird und somit auch der Schub kleiner wird.

Dieses Schubprofil wird aber schon bei Entwurf, Konstruktion und Test eines Feststoffboosters festgelegt und kann später nicht mehr ohne weiteres an neue Missionen angepasst werden. Außerdem können Raketen, die ausschließlich aus Feststoffboostern bestehen, ohne die Möglichkeit den Schub zu drosseln oder gesteuert abzuschalten, einen Orbit nicht sehr genau anfliegen. Entweder muss die Nutzlast selbst anschließend Korrekturmanöver durchführen, oder die letzte Raketenstufe verwendet, wie bei der Vega, eine steuerbare Raketenstufe mit Flüssigtreibstoff. Hinzu kommen Probleme mit den starken Vibrationen durch leichte Unregelmäßigkeiten in der Verbrennung.

Die Esa hofft auf Einsparungen durch die Ariane 6

Feststoffbooster sind relativ einfach aufgebaut und auch im beladenen Zustand lange lagerfähig, weshalb sie vor allem beim Militär Verwendung finden. Obwohl durch die einfache Konstruktionsweise immer wieder Kosteneinsparungen versprochen werden, wurden diese Versprechen bisher noch nie realisiert. Die vergleichsweise hohe Leermasse, kombiniert mit schlechter Treibstoffeffizienz führt zu schlechter Leistung, die mit vielen Raketenstufen oder besonders effizienten und teuren Stufen kompensiert werden muss. Weder die Ariane 5 noch das Space Shuttle noch Raketen wie die Titan IV waren besonders kostengünstig, obwohl sie Feststoffbooster als erste und wichtigste Stufe ihres Antriebs verwendeten.

Aus den geplanten Startkosten der Ariane-6-Varianten mit zwei und vier Feststoffboostern in Höhe von 65 und 85 Millionen Euro lassen sich deren Kosten auf rund 10 Millionen Euro pro Stück schätzen. Von den geschätzten 3,2 Milliarden Euro Entwicklungskosten der Ariane 6 werden nur 400 Millionen von der Betreibergesellschaft Ariane Group gestellt, der Rest wird aus dem Esa-Budget finanziert. Darin sind die Kosten für die Entwicklung der Vega C noch nicht enthalten.

Die Esa hoffte bei Vertragsabschluss im Jahr 2015, mit der Ariane 6 die Startfrequenz von derzeit sechs Ariane-5-Starts pro Jahr auf zehn Starts jährlich zu steigern.



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Free Mind 13. Aug 2018 / Themenstart

Erfolgreiche Missionen SpaceX: LEO 2008 GTO 2013 HEO 2015 SSO 2016 GEO 2018 ESA Troll?

knabba 18. Jul 2018 / Themenstart

Nicht nur das Aluminium ist sehr schlecht für Lebewesen und hat dort eigentlich nichts zu...

Frank... 17. Jul 2018 / Themenstart

Da hat er schon den Twitteraccount @arianespaceceo und schafft man es immernoch, auf dem...

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