Original-URL des Artikels: https://www.golem.de/news/zukunftstechnologie-die-technik-von-gestern-in-der-raumfahrt-von-morgen-1606-121318.html    Veröffentlicht: 06.06.2016 13:18    Kurz-URL: https://glm.io/121318

Zukunftstechnologie

Die Technik von gestern in der Raumfahrt von morgen

Raumfahrt bemüht sich stets, nach Science-Fiction zu klingen. Dabei ist sie so konservativ wie kaum eine andere Branche. Private Unternehmen könnten da etwas ändern.

Kaum eine Industrie ist so konservativ wie das Geschäft der Trägerraketen und Satelliten. Doch nirgends auf der Internationalen Luftfahrtausstellung (Ila) wurde das Wort Zukunft derart überstrapaziert wie im Ausstellungsbereich für Raumfahrt. Aber das immer wieder aufpolierte, glänzende Hightech-Image wird der Raumfahrt immer mehr zur Last.


Wie etwa im Space Pavillon. Dort wird eine Reihe einfacher Satellitentriebwerke und Korrekturdüsen gezeigt - Technik der 60er Jahre. Zwei Ventile werden geöffnet, um den Treibstoff aus dem Tank in die Brennstoffkammer zu lassen. Der hypergolische Treibstoff entzündet sich dort durch bloßen Kontakt, eine Entdeckung der frühen 1930er Jahre. Davor steht stolz geschrieben: "Satellitentriebwerke - Zukunftstechnologien - Chemischer Antrieb".

Ionentriebwerke - keine Science-Fiction

Es ist ein extremes Beispiel, aber symptomatisch für die Branche. Auf das Wort Raumfahrt folgt zwanghaft das Wort Zukunft. Dabei ist die Branche tief in der Vergangenheit verhaftet. Selbst modern wirkende Technologien wie etwa Ionentriebwerke haben eine lange Geschichte hinter sich. Schon der Regisseur George Lucas verarbeitete das Konzept des Ionentriebwerks im Tie-Fighter von Star Wars. Kein Zufall, denn die ersten Ionentriebwerke wurden schon 1964 in einem Satelliten getestet. Sie brauchen je nach Bauart weniger als ein Zehntel des Treibstoffs eines chemischen Triebwerks. Die Technik ermöglicht die Halbierung der Startmasse eines typischen Nachrichtensatelliten. Eine Rakete kann dadurch zwei Satelliten anstatt von einem starten, womit auch die Startkosten halbiert werden.


In den 1990er Jahren wurde das Konzept serienreif gemacht. Triebwerke liefen auf Testständen konstant über Tausende Stunden. Raumsonden wurden seither mit Ionentriebwerken als Haupttriebwerk ausgestattet und sind zuverlässig zum Mond, zu Asteroiden und Kometen geflogen.

Seit den 2000er Jahren werden sie regelmäßig in Satelliten verbaut, aber nur als Korrekturtriebwerke, die den Satelliten ermöglichen, ihre Position im Orbit zu halten. Die Masse von Nachrichtensatelliten besteht aber immer noch zu mehr als der Hälfte aus Treibstoff für chemische Triebwerke. Der wird benötigt, um die Satelliten von einem Übergangsorbit in ihre endgültige Position im geostationären Orbit zu bringen, wo sie dann 10 bis 20 Jahre ihre Arbeit verrichten. Auch das können Ionentriebwerke tun und die Startmasse der Satelliten halbieren.

Aber erst 2015 wurden erstmals zwei kommerzielle Satelliten auf diese Weise in ihren Orbit gebracht, nächste Woche soll ein zweites Paar folgen. Die Zurückhaltung der Unternehmen wird mit der langen Transitzeit begründet. Statt sechs Wochen dauert es sechs Monate, bis der Satellit am Zielort angekommen ist. Dabei dürfte der Anbieter mehrere Monate auf eine passende Startgelegenheit für den zweiten Satelliten warten, von den Startkosten ganz abgesehen. Die zusätzliche Strahlenbelastung beim Durchflug des Van-Allen-Gürtels soll problematisch sein, dabei müssen Satelliten ohnehin der Strahlung von Sonnenstürmen standhalten, womit Satellitenbauer jahrzehntelange Erfahrung haben.

Wer sich mit den Ausstellern und anderen Beschäftigen der Raumfahrt über die Technik unterhält, hört die Frustration über die konservative Branche. Hinter der Hightech-Fassade gilt die Regel: nur kein Risiko. Nur nichts Neues, wenn es sich irgendwie vermeiden lässt.

Politische Vorgaben machen konservative Technik nicht besser

Bei den Trägerraketen, mit denen Satelliten gestartet werden, kommen zu der konservativen Technik noch politische Vorgaben. In Europa kommen diese Vorgaben von der Europäischen Raumfahrtagentur Esa, die in detaillierten Dokumenten beschrieben hat, wie die Raketen zu bauen sind. Auf der Ila finden sich Auswirkungen dieser Politik. Sie stehen nicht auf Infotafeln und Monitoren, sondern in der Hintergrundgeschichte der Ausstellungsstücke und zeigen sich ganz besonders in den Stücken, die fehlen.

Neben dem großen Vulcain-2-Triebwerk, dem großen Wasserstofftriebwerk in der ersten Stufe der Ariane 5, steht das neue Vinci-Triebwerk. Das Vinci ist seit 1998 in Entwicklung und sollte seit 2006 in der zweiten Stufe verbaut werden. Es soll jetzt 2020 in der Ariane 6 zum Einsatz kommen. Stattdessen fliegt die Ariane 5 mit dem HM7B-Triebwerk. Das ist nicht ausgestellt. Es stammt aus den 70er Jahren und wird seit der ersten Ariane-Rakete fast unverändert eingesetzt. Es kann nur einmal gestartet werden und läuft dann bis zum Brennschluss mit vollem Schub. Eine pragmatische Lösung für die Welt von 1979, die heute völlig unzeitgemäß ist.


Selbstverständlich sollte schon die Ariane 5 das Vinci als neues Triebwerk für die Oberstufe bekommen. Aber als sie fertig war, hatte das noch niemand entwickelt. Stattdessen wurde eine Raketenstufe aus dem einfachen Aestus-Haupttriebwerk improvisiert. Damit hatte die Rakete aber nur eine Nutzlast von unter 7 Tonnen. Eigentlich sollte sie 12 Tonnen transportieren können.

Die Übergangslösung, der nie eine endgültige folgt

Also wurde eine Übergangslösung beschlossen, mit der die Nutzlast auf 10 Tonnen gesteigert wurde, bis die richtige Oberstufe fertig entwickelt wäre. Die alte Oberstufe der Ariane 4 sollte an die Ariane 5 angepasst werden. Mit vielen Verstrebungen wurde ein fast torusförmiger Wasserstofftank über einen vergrößerten Sauerstofftank der Ariane 4 montiert. Das sollte Entwicklungskosten sparen. Aber das Resultat ist die Ariane 5 ECA, die schwerste Oberstufe der Welt. Mit einem Leergewicht von 4,5 Tonnen nimmt sie nur 15 Tonnen Treibstoff auf. Zum Vergleich: Die Oberstufe der Ariane 4 hatte noch ein Leergewicht von 1,6 Tonnen, mit 10,7 Tonnen Treibstoff. Dabei ist jede Tonne zusätzliches Gewicht in der Oberstufe eine Tonne weniger Nutzlast.

Die richtige Oberstufe mit dem Vinci-Triebwerk sollte 2006 als Ariane 5 ECB fliegen. Aber das Geld dafür wurde noch während der Entwicklung gestrichen. Eine Raketenstufe für das Triebwerk gab es nie und auch das Triebwerk wurde nicht endgültig für den Einsatz qualifiziert.

Später wurde das gleiche Projekt unter dem Namen Ariane 5 ME wiederbelebt, die 2017 starten sollte. Aber für die Ariane 5 ME sollte das Vinci-Triebwerk 50 Prozent mehr Schub entwickeln. Es bestand die Hoffnung, dass das Triebwerk mit mehr Schub auch in der amerikanischen SLS-Schwerlastrakete verwendet würde. Damit musste das Triebwerk für diese Leistung nachentwickelt und qualifiziert werden.

Nachdem die Entwicklung der Ariane 6 beschlossen worden war, wurde auch die Ariane 5 ME gestrichen. Der erste Flug für das Vinci-Triebwerk wird damit nicht vor 2020 stattfinden.

Der Außenseiter machen's anders

Der Bau von Raketen gilt bis heute als rein staatliches Geschäft. Private Firmen gab es immer wieder und sie verschwanden auch immer wieder. Kaum jemand erinnert sich an die deutsche Orbitaltransport und Raketen AG oder die Conestoga-Rakete, die unter anderem von dem Mercury-Astronauten Deke Slayton entwickelt wurde.

Das änderte sich mit SpaceX. Nach 30 Raketenstarts ist das private Raumfahrtunternehmen von Elon Musk etabliert und zeigt die Schwächen des alten Modells auf. SpaceX entscheidet selbst, wie die Rakete gebaut wird und optimiert sie konsequent auf niedrige Kosten. Denn Raumfahrt ist zu einem großen Teil einfache, alte Technik. Das Hightech-Image ist eher hinderlich.

Kaum soll ein einfaches Bauteil in einer Rakete verbaut werden, wird es zum Hightech-Produkt. Eine berühmte Anekdote aus der Frühzeit von SpaceX beim Bau der Falcon 1 war der Versuch, elektrische Aktuatoren für ihre Rakete zu bestellen. Der Hersteller machte ein Angebot von 120.000 US Dollar. Elon Musk sagte daraufhin einem seiner Ingenieure: "Das Teil ist nicht komplizierter als ein Garagentoröffner. Dein Budget ist 5.000 Dollar. Mach es." Am Ende hat der Aktuator 3.900 Dollar gekostet und wie gewünscht funktioniert.

Neue Techniken und Bauteile werden im Einsatz stufenweise getestet und dann schnellstmöglich zum Einsatz gebracht. Der Unterschied zu anderen Firmen könnte kaum krasser sein. Der übervorsichtige, konservative Ansatz etablierter Firmen hat sich nicht einmal in einer höheren Zuverlässigkeit ausgezahlt. Trotz aller Befürchtungen, dass die vielen Triebwerke und die ständigen Veränderungen zu einer unzuverlässigen Rakete führen würden.

Von den ersten 25 Starts der Falcon 9 ist nur einer gescheitert. Bei einem weiteren Start ging ein kleiner Satellit verloren, weil die Nasa den Neustart der zweiten Stufe nahe dem ISS-Orbit untersagte. Die Ariane 5 hatte nach 25 Starts bereits zwei gesprengte Raketen zu verzeichnen und zwei weitere, deren endgültige Orbits zu niedrig waren. Aus den zu niedrigen Orbits konnte sich 2001 nur der Testsatellit Artemis mit seinen Ionentriebwerken in die geplante Umlaufbahn retten. Die erfolgreiche Demonstration einer Technologie, die erst 2015 mit einem kommerziellen Satelliten wiederholt wurde.

Gelegenheit zum politischen Neustart

Das hat Eindruck hinterlassen. Für die Entwicklung der Ariane 6 wurden dem Hersteller, Airbus-Safran Launchers, von der Esa keine detaillierten technischen Vorgaben mehr gemacht. Stattdessen werden allgemeine Ziele definiert, die umgesetzt werden sollen. Auf der Ila sprach der Generalsekretär von Airbus-Safran Launchers, Jürgen Ackermann, von einer einmaligen politischen Gelegenheit zur Neustrukturierung und Vereinfachung der Produktion.

Die neue Ariane-6-Rakete soll in ihrer größten Ausbaustufe, mit vier Feststoffboostern, die gleiche Leistung wie die Ariane 5 haben, aber nur noch halb so viel kosten. Sie würde damit die heutigen Preise der Falcon 9 noch etwas unterbieten. Es sollen jedes Jahr doppelt so viele Raketen gebaut und die Fabriken besser ausgelastet werden. Dafür soll die gesamte Produktion der Trägerraketen umgestaltet werden, ein Prozess, der mit Kosten von 4 Milliarden Euro einhergeht, von denen die Esa 2,4 Milliarden bezahlt.

Das Jahr 2020 wird zeigen, ob das Vorhaben gelingt. Dazu gehört auch die kommerzielle Konkurrenzfähigkeit der Ariane 6 ohne Subventionen. Vier sanfte Landungen der ersten Stufe einer Falcon 9 lassen befürchten, dass dieses Ziel im Jahr 2020 schwer zu erreichen sein wird. Aber egal wie das Ergebnis aussehen wird, auch in der Raumfahrt belebt Konkurrenz das Geschäft. Vielleicht wird die Branche so eines Tages wieder dem Bild gerecht, hinter dem sie sich derzeit nur versteckt.  (fwp)


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