Raumfahrt: Wie die Ariane 5 zum Monument des Scheiterns der Esa wurde
Die 117. Mission ist die letzte: In der Nacht zum Donnerstag, dem 6. Juli, hat die europäische Trägerrakete Ariane 5 zum letzten Mal(öffnet im neuen Fenster) , Satelliten im Weltall abgesetzt. Die Sicherung des Zugangs zum Weltall ist die Hauptaufgabe und Existenzberechtigung der Esa,(öffnet im neuen Fenster) der heutige Tag markiert ihr Scheitern. Erstmals seit 1979 hat Europa keinen eigenständigen Zugang zum Weltraum mehr, nachdem auch die Vega C am Boden bleiben muss. Nach 117 Flügen ist die Ariane 5 kein Symbol des Erfolgs der Esa. Ihre Entwicklung ist eher eine Chronologie der Probleme, die zu ihrem heutigen Zustand geführt haben.
Die Esa entstand 1975 als Nachfolger der European Launcher Development Organisation (Eldo).(öffnet im neuen Fenster) Aber schon die Eldo wurde aufgelöst, weil sie an ihrer Hauptaufgabe scheiterte: der Sicherung des Zugangs zum Weltall für Europa. Europa hießen auch die Raketen der Eldo, die bei fünf von fünf Startversuchen scheiterten. Die ersten Raketen der Esa sollten vor allem zuverlässig und mit angemessener Nutzlast fliegen - und bis zur Ariane 5 wurde alles andere diesem Ziel untergeordnet.
Die heutigen Probleme begannen schon 1977 mit einer Studie der französischen Raumfahrtagentur CNES für ein kleines Spaceshuttle,(öffnet im neuen Fenster) das an der Spitze der Ariane 5 fliegen sollte. Mit 10 Tonnen (t) Startgewicht sollte eine fünfköpfige Crew darin Platz finden und es wie ein Flugzeug landen können. Es war zwei Jahre vor dem ersten Flug der Ariane 1, aber die Pläne für Raketen bis zur Ariane 4 standen längst fest. Zum Start des kleinen Spaceshuttles war aber eine größere Nachfolgerakete nötig, das war die Ariane 5.
Ariane war zum Erfolg verdammt
Eigentlich war diese Ariane 5 zum Start von kommerziellen Satelliten vorgesehen. 1977 war absehbar, dass Satelliten immer größer und schwerer würden. Die Industrie erwartete geostationäre Satelliten mit einem Gewicht von 5,5 t. Die Ariane 4 fand ihre technischen Grenzen aber bereits bei etwas mehr als 4,5 t. Ein Nachfolger mit etwas mehr Nutzlast war demnach ohnehin nötig und die neue Rakete sollte problemlos ein 10 t schweres Raumschiff in einen niedrigen Orbit bringen können.
Das kleine europäische Spaceshuttle wäre wohl nur eine Papierstudie geblieben, wäre die Ariane 4 nicht so ein unerwartet großer Erfolg geworden. Denn das überambitionierte US-amerikanische Spaceshuttle scheiterte spätestens 1986 mit der Explosion der Raumfähre Challenger. Aber zu diesem Zeitpunkt war die Produktion fast aller anderen Raketen schon beendet, weil das Spaceshuttle bekanntlich alle anderen Raketen ersetzen sollte. Die Ariane 4 war nun nicht nur eine gute Rakete, sondern die einzige Rakete ihrer Art. Ihr Erfolg war damit unvermeidlich.
Die Ariane war kein Hightech
Die Ariane 4 war das Anti-Shuttle. Sie verwendete kein Hightech, sondern pragmatische Technik - so einfach wie möglich, so fortgeschritten wie nötig. Es war eine verlängerte Ariane 1 mit Seitenboostern. Mit acht kleinen Triebwerken bestenfalls mittelmäßiger Effizienz in der ersten Stufe, statt wenigen großen Raketentriebwerken, ähnelte sie etwas der späteren Falcon 9. Einfache Technik kombiniert mit hohen Stückzahlen machte die Rakete kostengünstiger als alle früheren Raketen, während das Spaceshuttle immer teurer wurde.
Mit dem Erfolg der Ariane-Raketen wurde die Entwicklung des kleinen Spaceshuttles möglich, das den Namen Hermes erhielt. Schnell wurde aber klar, dass die Pläne mit nur 10 t Gewicht technisch unmöglich durchführbar waren. Die Ariane 5 musste größer werden - und niemand wusste, wie groß genau. Alle Pläne für kleinere Modifikationen der Ariane 4, etwa durch ein zusätzliches Triebwerk in der ersten Stufe, waren damit vom Tisch. Das Konzept der Ariane 5 musste ständig vergrößert werden, das ging am einfachsten mit Feststoffboostern.
Spaceshuttle Hermes bestimmte das Design der Ariane 5
Das Ziel, einfach nur die Anforderungen der kommerziellen Satellitenbauer zu erfüllen, war zu diesem Zeitpunkt längst vergessen. Hermes wurde immer schwerer und die technischen Probleme für die Esa unlösbar. Als das Projekt 1993 eingestellt wurde, wog Hermes 20 Tonnen. Am Ende sah die Ariane 5 aus wie das US-amerikanische Spaceshuttle. Sie bestand aus zwei mächtigen Feststoffboostern mit einem großen Wasserstofftank und einem kleinen Triebwerk in der Mitte.
Eigentlich sollte für die Entwicklung der Ariane 5 so weit wie möglich die Technik der Ariane 4 übernommen werden. Tatsächlich war sie nun eine völlig andere Rakete und doppelt so groß wie ursprünglich geplant. Aber ausgerechnet die Steuerungscomputer und die alte Steuerungssoftware wurden übernommen. Beim ersten Flug geriet die nun völlig überdimensionierte Ariane 5 außer Kontrolle. Die Rakete wurde gesprengt und vier Satelliten zur Beobachtung des Erdmagnetfeldes gingen verloren.
Die Ariane 5 war viel zu groß für den Satellitenmarkt. Aber niemand wollte sie wieder kleiner machen, obwohl es ohne Hermes keine Verwendung für eine so große Rakete gab. Dabei war inzwischen alles an der Ariane 5 nur noch für Hermes ausgelegt. Satelliten spielten fast keine Rolle mehr. Das ging soweit, dass niemand eine adäquate Raketenstufe für den Start von Satelliten entwickelt hatte, die damals fast ausschließlich in den geostationären Orbit flogen.
Eine Übergangslösung ersetzt eine Übergangslösung
Die kleine EPS-Oberstufe für die Ariane 5 sollte eigentlich nur den Hermes in den niedrigen Orbit bringen, während die wasserstoffbetriebene Oberstufe der Ariane 4 für Ariane 5 viel zu klein war. Mit einer angemessen dimensionierten Oberstufe hätte die Ariane 5 eine Nutzlast von etwa 13 bis 14 Tonnen in den geostationären Übergangsorbit (GTO) gehabt. Als Übergangslösung wurde aber dennoch die kleine EPS-Stufe genutzt, mit einer Nutzlast von nur noch 6 bis 7 Tonnen. Von 1996 bis 2004 flog die Ariane 5 fast ausschließlich damit.
So erreichte sie zwar ungefähr die Leistung, die sie nach den Plänen von 1977 erreichen sollte, war aber doppelt so groß und viel zu teuer. Erst jetzt wurde eilig eine etwas bessere Oberstufe als Übergangslösung zum Ersatz der Übergangslösung entwickelt - die ECA-Oberstufe, die 2006 von der ECB abgelöst werden sollte. Die groteske Konstruktion der ECA nutzte Teile der Oberstufe der Ariane 4 mit dem unterdimensionierten HM-7B Triebwerk und eine große Zahl schwerer Verstrebungen, um einen verlängerten Sauerstofftank der Ariane 4 mit einem unförmigen Wasserstofftank zu verbinden.
Vorahnung der Ariane-6-Probleme
Die ECA-Oberstufe, die 2002 erstmals flog, wog zwei- bis dreimal so viel wie alle vergleichbaren Raketenstufen und hatte dabei zu wenig Schub und zu wenig Treibstoff, was einen Verlust von wenigstens 3 bis 4 Tonnen Nutzlast bedeutete. Solche Kompromisse können kurzfristig akzeptabel sein. Aber 21 Jahre später flog die letzte Ariane 5 noch immer damit.
Das ist keine Anekdote, um die Ariane 5 schlecht aussehen zu lassen. Denn die eigentlich geplante größere ECB-Oberstufe ist heute die geplante Oberstufe der Ariane 6. Ihre Entwicklung begann 1998 und sie ist immer noch nicht fertig. Sie soll mit 31 t statt nur 14 t Treibstoff und einem größeren Wasserstofftriebwerk fliegen. Dabei soll das neue Triebwerk namens Vinci nicht einfach nur größer sein, sondern Weltspitze.
Wie Vinci zum großen Problem der Ariane 6 wurde
Angetrieben im geschlossenen Expanderzyklus wäre es 5 Prozent effizienter als herkömmliche Triebwerke im Gasgeneratorzyklus, was einer Ariane 5 oder 6 rund eine Tonne mehr Nutzlast bringt. Dabei ist die ECB mit 6 Tonnen Leergewicht etwa 2 bis 3 Tonnen schwerer als vergleichbare Oberstufen anderer Raketen, besserer Leichtbau hätte mehr gebracht als ein Weltspitzentriebwerk. Denn Vinci benötigt einen Schub von 18 t (in der Raumfahrt sind Schubangaben in Tonnen üblich), während technisch vergleichbare Triebwerke wie das RL-10 aus gutem Grund nur 12 t Schub haben.
Vinci reizt mit dem Konstruktionsprinzip die Grenzen des technisch Machbaren aus, was die Entwicklung immer wieder verzögert hat. Dazu kam, dass 2003 die Entwicklung weitgehend eingestellt wurde, als ein Flug der Ariane 5 wegen Problemen mit dem neuen Vulcan-2-Triebwerk in der ersten Raketenstufe scheiterte und ungeplant mehr Budget zur Lösung dieses Problems benötigt wurde. 2008 wurde die Entwicklung einer Oberstufe mit Vinci wieder aufgenommen. 2012 wurde die ECB-Oberstufe ein Teil der geplanten Ariane 5 ME, deren Entwicklung aber 2014 gestrichen wurde.
Der Grund dafür waren die politischen Probleme der Ariane 6. Bis 2012 war der Plan für die Ariane 6,(öffnet im neuen Fenster) , zunächst eine weitere Ariane 5 mit einer neuen Oberstufe und anderen Verbesserungen einzuführen. Die Oberstufe dieser Ariane 5 ME (für: midlife evolution) sollte anschließend auch die Oberstufe der Ariane 6 werden. Ansonsten sollte die Ariane 6 mit drei P120 Feststoffboostern in der ersten Stufe und einem P120 in der zweiten Stufe fliegen, der eine verlängerte Variante des P80-Feststoffbosters in der ersten Stufe der kleinen Vega-Rakete ist.
Farce statt Rückkehr zum Pragmatismus
Die damalige Ariane 6 wäre eine Rückkehr zum alten Konzept der Ariane 4 gewesen - eine pragmatische Rakete, die mit 6,5 t Nutzlast den Anforderungen der Satellitenbauern entsprach und in hohen Stückzahlen zu akzeptablen Preisen hergestellt würde. Das Konzept war schlüssig, galt aber schon damals mit Blick auf die ersten Flüge der Falcon 9 als veraltet. Das größere Problem war aber, dass in Frankreich die Produktion der großen zentralen Wasserstoffstufe stattfand, die in dieser Ariane 6 nicht mehr existieren würde.
Deshalb setzte sich Frankreich für die Entwicklung der Ariane 5 ME vor der Ariane 6 ein. Aber DLR-Chef Jan Wörner, der die alte Form der Ariane 6 befürwortete, war 2014 gegen die Entwicklung der Ariane 5 ME, aus Kostengründen, wie er sagte. Das war für Frankreich inakzeptabel. So wurde die Entscheidung über die Ariane 6 im Jahr 2014 zur Farce.
Die neue Ariane 6 war nun eine Ariane 5 ME, aber mit vier kleinen statt zwei großen Feststoffboostern. Sie sollte aber nur halb so viel kosten. Niemand glaubte diese Angaben. Geld sollte durch eine Vereinfachung des Wasserstofftanks und des Triebwerks der ersten Stufe gespart werden, gleichzeitig wurde die zweite Stufe viel komplexer.
Ein Eiffelturm auf Rollen für die Ariane 6
Jenseits der Außendarstellung fällt es schwer, der Esa eine Kultur der europäischen Kooperation und des gegenseitigen Respekts zu attestieren. Zentraler Punkt aller Finanzierungsentscheidungen ist die Vergabe der Produktionsaufträge an die Mitgliedsländer. Lobbyisten von Zulieferunternehmen in einzelnen Esa-Staaten, die mit ihrer Zuteilung der Aufträge nicht zufrieden sind, entscheiden deshalb oft über die gesamte Raumfahrtstrategie Europas. Den Schaden tragen alle Europäer und Esa-Mitglieder.
Die Ariane 6 sollte angeblich wie die Falcon 9 horizontal montiert werden, um die teure vertikale Montage zu vermeiden. Aber tatsächlich wurde ein neues rollendes Gebäude für die vertikale Montage konstruiert, das schwerer ist als der Eiffelturm, wie man in Frankreich stolz sagt. Und wieder fehlte der neuen Rakete eine fertig entwickelte Oberstufe. Die sollte eigentlich seit 2018 Teil der Ariane 5 ME sein, gegen deren Entwicklung sich Jan Wörner beim DLR einsetzte.(öffnet im neuen Fenster) Die Entwicklung der Ariane 6 wurde ein großes Problem für die Esa unter deren neuem Chef, Jan Wörner.
Es ist noch schlimmer, als es aussieht
Anders als 1996 bei der Ariane 5 gibt es keinen Kompromiss als Übergangslösung für die Ariane 6, nicht einmal eine unterdimensionierte, aber wenigstens funktionierende Oberstufe für die ersten Flüge. Und so steht Europa nun ohne Zugang zum Weltall da, und zwar schon seit Jahren. Denn das Problem ist wesentlich schlimmer, als es zunächst aussieht. Seit Jahren kann kein Hersteller mehr zuverlässig neue Satellitenstarts in Europa buchen und durch das Ende der europäischen Sojus ist auch diese Option Geschichte. Die Zukunft sieht nicht besser aus.
Die Ariane 6 ist für geostationäre Satelliten optimiert, die seit 2014 stark an Bedeutung verloren haben, und ihr erster Flug findet nicht vor 2024 statt. Frühestens 2026 wird die Phase der ersten Entwicklungsflüge abgeschlossen sein und eine nennenswerte Serienproduktion beginnen, falls alle Flüge problemlos verlaufen. Aber in den letzten fünf Jahren hatte Arianespace drei Fehlstarts der Vega zu verzeichnen, darunter ein Fehlstart wegen zweier vertauschter Kabel. Hinzu kam der Start einer Ariane 5 in die falsche Flugrichtung, mit ernsthaften Problemen für einen der Satelliten an Bord.
Es ist deshalb nicht realistisch, von Arianespace vollkommen fehlerfreie Starts einer völlig neuen Rakete zu erwarten, zumal schon die Erststarts der Ariane 5 und der überarbeiteten Ariane 5 ECA scheiterten. Es ist zu einer deutlich wahrnehmbaren Qualitätsverschlechterung in der Arbeit von Arianespace gekommen, die in eine realistische Einschätzung der Tatsachen einbezogen werden muss.
Ariane Next wird nicht 2030 kommen
Auch die Entwicklung des Nachfolgers der Ariane 6 stockt. Eigentlich sollte die wiederverwendbare Testrakete Themis schon 2023 ein volles fortgeschrittenes Testprogramm, ähnlich des Grasshopper von SpaceX demonstrieren. Stattdessen ist das dafür vorgesehene Prometheus-Triebwerk noch in Entwicklung. Es wurde bisher nur wenige Sekunden getestet. Die Entwicklung soll erst Ende 2023 in Lampholdshausen fortgesetzt werden. Für den geplanten Start einer Ariane Next im Jahr 2030 sieht es damit schlecht aus.
Es ist dabei auffällig, dass alle wichtigen Kennzahlen des Prometheus-Triebwerks wie Schub, Brennkammerdruck und spezifischer Impuls ohne jede technische Notwendigkeit 5 bis 10 Prozent höher liegen als die Kennzahlen des Merlin-1D-Triebwerks von SpaceX. Eine konservativere Auslegung des Triebwerks, mit Plänen zur späteren Verbesserung wie bei früheren Triebwerken auch, hätte die Entwicklung mit Sicherheit beschleunigt.
Doch anstatt sich nun wenigstens auf die Entwicklung von Prometheus zu konzentrieren, wird bereits an dessen zukünftiger Umstellung von Methan auf Wasserstoff gearbeitet. Als mythologisch passender Name würde sich für dieses Triebwerk vielleicht der Bruder von Prometheus, Epimetheus,(öffnet im neuen Fenster) anbieten. Anders als Prometheus war der zumindest nicht an die Erde gefesselt.
Der Autor meint:
Ich beobachte Raumfahrt seit über 20 Jahren und das Wort, das sich mir aufdrängt ist Arroganz, die in Pressemitteilungen und Gesprächen mit Vertretern der Esa besonders in Bezug zu SpaceX immer wieder durchklang - unerschütterlich bis zur Realitätsleugnung. Im Gedächtnis blieben etwa Anmerkungen wie, dass SpaceX einen Traum verkaufe(öffnet im neuen Fenster) und man sie schlafen lassen solle. Und das, nachdem die Falcon 9 längst erfolgreich flog. Oder dass man in Europa einen Mercedes baue und bei SpaceX einen Tata(öffnet im neuen Fenster) .
Die Esa scheint kaum in der Lage zu sein, eigene Grenzen und Fehler zu erkennen. Das führt dann zu unerklärlichen Plänen wie den Aufbau einer interplanetaren Weltaumlogistik durch europäische Raumschiffe mit nuklearen Raketenantrieben bis 2035. Während die Esa 2023 keinerlei startbereite Raketen mehr hat, wähnt sie sich an der Spitze der Raumfahrt. Es ist, als lebe die Esa in einer Parallelwelt, die Kritik kaum noch zulässt.
Der Erfolg der Esa beruhte einst auf pragmatischer, zielorientierter Kooperation, ganz ohne Privatunternehmen wie SpaceX. Der untaugliche Kompromiss bei der Ariane 6 ist - ebenso wie das Scheitern der Esa an ihrer Hauptaufgabe insgesamt - vor allem auf egoistische, politische Alleingänge zurückzuführen.
Für die Zukunft der Esa gibt es nur zwei Wege: Den Weg zurück in die Welt der Tatsachen oder den Weg ihrer Vorgängerorganisation Eldo.