Raumschiffe: Russland entwickelt eine neue Sojus-Rakete
Keine Rakete steht so sehr für die russische Raumfahrt wie die Sojus. Sie wurde nach dem gleichnamigen Raumschiff benannt, aber Raketen der gleichen Bauform fliegen schon seit 60 Jahren im Auftrag der Sowjetunion beziehungsweise Russlands. Wie die russische Nachrichtenagentur Tass mitteilt, haben jetzt offiziell die Arbeiten an einem Nachfolger begonnen(öffnet im neuen Fenster) , der Sojus 5. Das wurde nötig, weil das aktuelle, sieben Tonnen schwere Sojus-MS-Raumschiff im Jahr 2024 durch das neue russische Vehikel Federazija(öffnet im neuen Fenster) abgelöst werden soll, das mit 16 Tonnen zu schwer für die aktuelle Sojus-2.1-Rakete ist.
Vor allem die Budgetprobleme der russischen Raumfahrt machen die Suche nach einer geeigneten Trägerrakete für Federazija schwierig. Jetzt wurde ein früher als Sunkar bekanntes Raketenkonzept(öffnet im neuen Fenster) in Sojus 5 umbenannt und soll das Problem endgültig lösen.
Ursprünglich sollte das Raumschiff mit der neuen Angara-5-Rakete fliegen. Aber die Entwicklung der dafür angedachten Variante für Personentransport, Angara 5P, wurde eingestellt. Die Angara-5-Raketen sollen vom neuen Kosmodrom Wostotschny aus starten, wo es durch Korruption und Geldmangel zu Streiks und immer weiteren Verzögerungen im Bau gekommen ist. Als Ersatz musste deshalb eine andere Rakete entwickelt werden, die wieder von Baikonur aus starten soll.
Die Technik der Sojus ist 60 Jahre alt
Da die neue Rakete mehr als die doppelte Nutzlast erreichen soll, muss die alte Bauform der Sojus endgültig aufgegeben werden. Ihre Tanks fassen nicht genug Treibstoff, um eine solche Nutzlast zu transportieren, und größere Tanks zu bauen, würde Investitionen in völlig neue Produktionsanlagen erfordern. Als die Rakete in den 1950er Jahren entwickelt wurde, war noch wenig über Flüge im Überschallbereich bekannt. Um mögliche Probleme mit aerodynamischen Kräften zu vermeiden, wurde ein fließender Übergang zwischen der zentralen Raketenstufe und den Boostern konstruiert.
Deshalb sind die Booster kegelförmig. Im Vergleich zur Oberfläche hat ein Kegel aber ein viel kleineres Volumen als die gebräuchlichen zylindrischen Tanks und wiegen mehr. Die Form kann aber nicht verändert werden, ohne die gesamte Rakete neu zu entwickeln. Auch die Anlagen und Maschinen zum Bau der Booster müssten neu gebaut, der Integrations- und Startprozess überarbeitet werden. Dazu kommt die Triebwerkstechnik. Die Sojus-Rakete basiert auf der erstmals 1956 gestarteten Interkontinentalrakete R-7. Das Potential der Technik ist weitgehend ausgeschöpft.
Moderne russische Technik gehört zur Weltspitze ...
Zur Verdopplung der Nutzlast muss die Rakete also in jedem Fall von Grund auf neu konstruiert werden. Die Technik dafür ist vorhanden. Die modernsten russischen Triebwerke sind äußerst effizient und schubstark. Das RD-171 ist heute das schubstärkste Triebwerk der Welt, abgesehen von den Feststoffboostern des Space Shuttles, die beim gleichen Schub 25 Prozent mehr Treibstoff verbrauchen. Das russische Triebwerk wird in der halb so starken RD-180 Variante in der amerikanischen Atlas-V-Rakete benutzt. Eine der wenigen Raketen, die auch nach 72 Flügen noch keinen Fehlstart hatte.
Das RD-171 wurde in der sowjetischen Zenit-Rakete verwendet. Es hätte damit auch genau die Leistung, die für den Start von Federazija nötig wäre. Aber abgesehen vom russischen Haupttriebwerk wurde der Rest der Rakete in Fabriken der heutigen Ukraine konstruiert. Ohne Kooperation zwischen Russland und der Ukraine kann die Rakete nicht gebaut werden. Die Technik für eine bessere Rakete ist also vorhanden, und die Atlas V zeigt, dass ihre grundsätzliche Zuverlässigkeit auch nicht in Frage steht. Die Rakete muss nur noch entwickelt werden.
Das russische Raumfahrtbudget ist knapp
Das größte Problem bei der Entwicklung des Nachfolgers für die Sojus ist nicht die Kompetenz der Ingenieure oder das Niveau der Technik. Vielmehr ist durch gesunkene Erdölpreise und Sanktionen nach der Krim-Krise das Geld knapp geworden, und die Entwicklungsbudgets wurden stark gekürzt. Deshalb kann keine völlig neue Technik entwickelt werden, und es müssen so weit wie möglich vorhandene Anlagen für die Produktion und den Start der Rakete zum Einsatz kommen.
Es gab weitaus fortgeschrittenere Konzepte mit methanbetriebenen Triebwerken, die auch unter dem Arbeitstitel Sojus 5(öffnet im neuen Fenster) liefen. Aber das Budget für deren Entwicklung ist schlicht nicht mehr vorhanden. Der Beschreibung der Nachrichtenagentur Tass nach zu urteilen, zusammen mit schon zuvor bekannt gewordenen Daten, wird die Sojus 5 eine Kombination vorhandener Technik aus der Zenit- und Sojus-Rakete sein. Die erste Stufe soll von einer modernisierten und billiger herzustellenden Variante des Triebwerks, dem RD-171M(öffnet im neuen Fenster) , angetrieben werden, das zuvor für Flüge mit Menschen qualifiziert werden muss.
Die zweite Stufe benutzt wieder das alte Triebwerk
Beibehalten werden soll deshalb auch das schon qualifizierte, moderne Triebwerk der aktuellen Sojus-Oberstufe, das RD-0124. Davon sollen gleich zwei in der Sojus 5 verwendet werden, um ausreichend Schub zu erzeugen. Vor allem sind sie sehr kurz. Jedes der beiden Triebwerke hat vier Brennkammern und vier Düsen. Das hat den Vorteil, dass damit im Vergleich zu einem einzigen Triebwerk mit einer großen Brennkammer viel kürzere Düsen verwendet werden können, ohne dabei Effizienz zu verlieren.
Wichtig ist nur das Expansionsverhältnis, das Verhältnis der Flächen an der engsten und weitesten Stelle der Düse. Aber durch die nötige Glockenform werden Düsen von schubstarken Brennkammern mit großer Austrittsfläche sehr lang. Mit acht Brennkammern kann eine Raketenstufe effizent und trotzdem kompakt sein.
Die Rakete soll auch Satelliten starten
Die Rakete soll im Jahr 2022 zum ersten Mal fliegen. Der erste Flug eines Raumschiffs mit Besatzung soll aber erst nach einer Erprobungsphase zwei Jahre später stattfinden. Neben dem Raumschiff soll die Rakete auch kommerzielle Satelliten mit einer Masse bis zu fünf Tonnen in einen Übergangsorbit für geostationäre Satelliten bringen. Wegen der ähnlichen Technik soll die Sojus 5 auch kompatibel zu den Startrampen der Zenit-Raketen gebaut werden.
Dadurch kann die Rakete sowohl vom Kosmodrom Baikonur als auch auch von der Sea-Launch-Startplattform gestartet werden. Sea Launch war in den 1990ern ein russisch-ukrainisch-amerikanisch-norwegisches Unternehmen, das eine norwegische Ölbohrplattform zu einer Startrampe für Zenit Raketen umgebaut hat. Nach mehreren Wechseln ist Sea Launch jetzt ein rein russisches Unternehmen. Die Plattform macht es möglich, Raketen in internationalen Gewässern vom Äquator aus zu starten, was die Nutzlast bei Starts zum geostationären Orbit im Vergleich zu Baikonur um etwa 50 Prozent erhöhen kann.
Es muss sich zeigen, ob die Rakete mit einem geplanten Startpreis von 55 Millionen US-Dollar auch im Jahr 2022 noch konkurrenzfähig mit der Falcon-9-Rakete ist. Derzeit würde sie deren Startpreis von 62 Millionen US-Dollar knapp unterbieten. Die ersten konkreten Bilder und Baupläne der neuen Sojus 5 sollen im November veröffentlicht werden.