Airbus Defence and Space

Familiensache Ariane

Die Erfolgsgeschichte der Ariane basiert auf zwei Trägern, deren Konzepte solide sind und die schrittweise zu marktreifen Produkten weiterentwickelt wurden, um einen sich ständig wandelnden Markt zu bedienen. Die Ariane 4 hat die mit der Ariane 1, 2 und 3 gemachten Erfahrungen erfolgreich umgesetzt. Mit der Ariane 5 ist heute eine neue Familie am Start, deren jüngster Spross die Ariane 5 ME sein wird.

Europas neue Trägerrakete nimmt 1972 als Ersatz für die Europa-3-Rakete am Reißbrett der französischen Raumfahrtbehörde CNES Gestalt an. Der auf bestehenden Technologielösungen – einem im Labor für ballistische und aerodynamische Forschungen LRBA* erdachten Erststufenkonzept und von SEP** entwickelten Triebwerken – basierende Träger soll kostengünstigen Ersatz für die Rakete Europa 3 bieten, an deren Verwirklichung Europa und die European Launcher Development Organisation ELDO nach den Fehlschlägen der Raketen Europa 1 und 2 gescheitert ist. Um jegliche Reminiszenz an die Europa-Ära zu tilgen, ändert man die Bezeichnung „E-3S“ und gibt dem Träger, der später in „Ariane 1“ umbenannt werden sollte, den Codenamen „L-3S“.

Die erste Version beruht auf den Spezifikationen der Europa 3: Sie kann Nutzlasten bis zu 1,3 Tonnen in einen geostationären Transferorbit (GTO) bringen und zieht damit mit den Leistungen des US-Trägers Atlas Centaur gleich. Der Ersatz des kryogenen HM-4-Triebwerks der dritten Stufe durch einen HM-7-Motor steigert die Kapazität kurzerhand auf über 1,8 Tonnen, um die künftige Generation der Intelsat-5-Satelliten transportieren zu können.

Ariane-Programm, das am 1. August 1973 von der Ministerkonferenz in Brüssel in quasi letzter Minute zum europäischen Programm erklärt wird, macht in 1979 das Unmögliche möglich: Innerhalb des vereinbarten Budgets und Zeitrahmens von sechs Jahren wird ein völlig neuer Träger an den Start gebracht. Die Geburt der Ariane steht unter einem guten Stern. Ariane 1 hebt am Heiligabend 1979 erstmals ab und bringt mit einer 1.645 kg schweren Instrumentenkapsel die größte bislang von den Europäern gestartete Nutzlast ins All.

Doppelstarts und Modularität

 

Doch bereits vor diesem Erstflug werden 1978 Weiterentwicklungen des Trägers untersucht. Um konkurrenzfähig zu bleiben, soll die Ariane zwei Nutzlasten ins All befördern können. Mit der von Aerospatiale entwickelten SYLDA-Doppelstartstruktur kann die Ariane 1 zwei 700 kg schwere Satelliten transportieren, doch sind inzwischen Satelliten mit einer Masse von fast 1.200 kg in Planung. Eine verlängerte dritte kryotechnische Stufe macht aus der Ariane 1 die Ariane 2, diese wiederum wird durch zwei zusätzliche Feststoff-Booster zur Ariane 3. Mit ihrem Erstflug am 4. August 1984 entreißt die Ariane 3 den USA den Rekord für die größte jemals im Orbit platzierte Nutzlast: 2.576 kg.

Doch dies ist erst der Anfang. In den Konstruktionsabteilungen entstehen neue Trägerraketen mit einer verlängerten ersten Stufe, die eineinhalbmal mehr Treibstoff und zusätzliche Fest- oder Flüssigtreibstoff-Booster aufnehmen können. Dieser modulare Ariane-4-Träger soll in sechs Versionen erhältlich sein und Nutzlasten bis zu 4,4 Tonnen in den GTO bringen können. Der Bau wird 1982 beschlossen, am 15. Juni 1988 erfolgt der Erstflug. Inzwischen erleidet das US-Trägerprogramm einen schweren Rückschlag: am 28. Januar 1986 bricht die Challenger-Raumfähre kurz nach dem Start auseinander. Die Raumfähren-Flüge werden zwar fortgesetzt, doch bedeutet die Katastrophe das kommerzielle Aus für das Programm. Da die Produktionsketten der US-Träger Delta und Atlas unterbrochen sind, steht plötzlich einzig die Ariane für kommerzielle Nutzlaststarts zur Verfügung.

Das Auftragsbuch explodiert. Die Startfrequenz erhöht sich von jährlich drei bis vier Starts und fünf bis sechs Satellitentransporten auf sechs bis acht Starts mit zehn bis zwölf Nutzlasten. Dieser Erfolg ermöglicht den Anlauf einer ersten wirklichen Serienfertigung von Ariane-Trägern: Im Februar 1989 werden 50 Ariane-4-Träger (P9-Los) bestellt, was in den Jahren 1995 bis 2000 einen Starttakt von zehn bis zwölf Flügen pro Jahr erlaubt. 2003 wird die Ariane 4 außer Dienst gestellt, da sie zu teuer für den Markt geworden ist. Bis dahin wurde ihre Nutzlastkapazität für Transporte in den GTO auf knapp 5 Tonnen gesteigert und wurden im Rahmen des Produktionsloses P9 insgesamt 95 Träger gebaut.

 

 

Vom Hermes-Träger bis zum Marktführer

Schon 1978 hat Frankreichs Raumfahrtbehörde CNES eine ultimative Weiterentwicklung des ursprünglichen Ariane-Konzepts in der Schublade: Die erste Stufe der Ariane 4 soll durch eine kryogene Stufe von 40 bis 55 Tonnen, angetrieben von einem HM-60-Motor, ergänzt werden. Diese damals geplante Ariane 5, die an eine vergrößerte Version der Europa 3 erinnert, soll eine Nutzlast von 10 Tonnen in einen erdnahen Transferorbit und damit die Raumfähre Hermes ins All bringen können. Dieses Konzept wird jedoch Anfang der 1980er Jahre zugunsten einer neuen Architektur aufgegeben. Die Oberstufe wächst auf die dreifache Größe an und wird zur kryogenen Hauptstufe, die zunächst von einem HM-100-, später von einem Vulcain-Motor angetrieben wird. Das Ganze wird von zwei Feststoff-Boostern flankiert, die sechsmal größer sind als die Feststoffbooster der Ariane 4, und durch ein Zweiflüssigkeitstriebwerk für den Nutzlasteinschuss in den Orbit ergänzt. Die Spezifikationen der Ariane 5 müssen mehrmals revidiert werden, da die geschätzte Masse des Hermes-Transporters von 15 auf 20 Tonnen steigt.

1987 hat die ESA die Entwicklung einer Ariane 5 in einer Konfiguration für den Transport von Nutzlasten bis zu 6,5 Tonnen in den GTO beschlossen. Die Serienfertigung dieses riesigen Trägers erfordert den Bau entsprechender neuer Produktionsinfrastrukturen, wie etwa der Trägerraketen-Integrationseinrichtung SuperSIL in Les Mureaux oder des Treibstoffwerks UPG in Kourou.

Die Spezifikation des auf den Start der (1992 aufgegebenen) Hermes-Raumfähre ausgelegten Trägers galt zunächst als zu leistungsstark. Sie stellte sich jedoch als perfekt geeignet für den Markt heraus, den sie ab 1995/96 bedienen sollte – hätten nicht Unwägbarkeiten bei der Qualifizierung die kommerzielle Markteinführung bis 1999 verzögert. Zu diesem Zeitpunkt kann der Träger mühelos zwei Satelliten mit einer Masse von je 3 Tonnen ins All bringen, jedoch sind bereits Satelliten mit 3,7 bis 4 Tonnen Masse auf dem Markt und 4,5- bis 5-Tonnen-Satelliten in Planung. 1995 beschließt die ESA-Ministerratskonferenz in Toulouse, die Entwicklung einer kryogenen Oberstufe aufzuschieben, da Deutschland die Finanzlast der Wiedervereinigung zu bewältigen hat. 1999 fällt in Brüssel die Entscheidung für den Bau von zwei Stufen: Der vom HM7-Motor der Ariane 4 getriebenen ESC-A für GTO-Starts von bis zu 10 Tonnen schweren Nutzlasten, die sofort auf den Weg gebracht werden soll, sowie der entwicklungsintensiven ESC-B mit wiederzündbarem Vinci-Triebwerk mit 12 Tonnen Nutzlastkapazität.

Ein ausgereiftes Trägersystem

Angesichts des Einbruchs des Satellitenstartmarkts und der äußerst aggressiven Konkurrenz ist das Rennen um die Senkung der Produktionskosten eröffnet. Die Verhandlungen für das zweite Produktionslos (inklusive der ersten Ariane 5 ECA) sind hart. Und auch das Konfigurationsmanagement erweist sich als echte Herausforderung: mit diversen Nutzlastverkleidungen, SYLDA-Versionen, Segmenten und Adaptern sind über 600 Zusammenstellungen möglich. Opfer des eigenen Erfolgs, von dem jeder ein Stück für sich beansprucht, wird das Programm zur vielköpfigen Hydra. Neben der ESA als Auftraggeber im Namen der zwölf Mitgliedsstaaten, dem CNES (Entwicklungs-Hauptauftragnehmer und Zulassungsbehörde), Arianespace (Betreiber und Produktions-Hauptauftragnehmer) und Airbus Defence and Space (System-Architekt) sind eine Unmenge von Stufe-1- und Stufe-2-Zulieferern (darunter diverse Airbus Defence and Space-Tochterunternehmen) beteiligt. Eine Rationalisierung ist unumgänglich, soll die Ariane 5 nicht 30 Jahre nach der Europa-Rakete dasselbe Schicksal erleiden.

Die komplette Neustrukturierung erfolgt nach dem fehlgeschlagenen Erstflug der Ariane 5 ECA am 11. Dezember 2002, der die Grenzen der Programm-Managementstruktur drastisch vor Augen geführt hat. Binnen weniger Monate wird eine Konzentrierung der Verantwortlichkeiten beschlossen und im Mai 2003 von der ESA-Ministerkonferenz in Paris bestätigt. Airbus Defence and Space ist nunmehr als industrieller Hauptauftragnehmer für die Produktion und Entwicklung des Trägersystems verantwortlich. Die neue Aufgabenverteilung tritt mit der Produktion des im Mai 2004 georderten PA-Loses über 30 Trägerraketen in Kraft. Der erste dieser Träger (L527) geht im März 2006 ins All.

„Das war eine wirkliche Revolution“, erinnert sich Pierre Verzat, der bis Juli 2009 Leiter des Kompetenzzentrums von Airbus Defence and Space war. Denn der lang erwartete Verantwortungstransfer kam zum ungünstigsten Zeitpunkt: „Damit alles funktionierte, mussten wir gleichzeitig die Einsatzbereitschaft der Ariane 5 ECA wieder herstellen, was uns gelungen ist.“

Die neue Programmorganisation trägt bereits Früchte: „Nachdem wir uns einer überkommenen und ineffizienten Struktur entledigt haben, verfügen wir nun über eine solide Träger-Produktionsstruktur. Anstelle der bisher drei mit Verspätung gelieferten Trägerraketen pro Jahr gewährleisten wir heute eine Startfrequenz von sieben Trägern pro Jahr, die sämtlich pünktlich ausgeliefert werden“, berichtet Michel Freuchet, Leiter der Business Division Trägerraketen bei Airbus Defence and Space. „Dies ist uns trotz schwieriger Vertragsbedingungen, die nur einen minimalen Spielraum zuließen, gelungen. Was das derzeitige PB-Los angeht, so werden wir noch besser und effizienter arbeiten“, verspricht Verzat.

Mit diesem neuen Produktionslos dürfte die Ariane 5 auch ohne Unterstützung durch das bis 2010 laufende Betriebsförderprogramm EGAS (European Guaranteed Access to Space) schwarze Zahlen schreiben. „Vorausgesetzt, die Mitgliedsstaaten finanzieren weiterhin die Instandhaltung der Infrastrukturen“, relativiert Freuchet. „Denn wie immer man es dreht und wendet: Die Ariane 5 ist kein kommerzielles System, genauso wenig wie jede andere Trägerrakete auf dieser Welt; doch ermöglicht ihre kommerzielle Nutzung die Sicherung der Einsatzbereitschaft eines Systems von strategischer Bedeutung für Europa.“

Die mit dem Träger gewonnene Erfahrung wird außerdem bis 2011 eine Steigerung der Nutzlast um weitere 400 kg ermöglichen und dies lediglich durch eine Optimierung der technischen Margen.

 

Die nächste Ariane

Die nächste Herausforderung ist die Entwicklung der Version Ariane 5 ME („Mid-life Evolution“). Die Entwicklungsphase für diesen Typ wurde im November 2008 anlässlich der Ministerkonferenz in Den Haag beschlossen. Mit Airbus Defence and Space ist erstmals ein Industrieunternehmen Hauptauftragnehmer der Entwicklung.

„Die Ariane 5 ECA war ursprünglich ein Provisorium und ist nicht optimal ausgelegt. Bei bestimmten Komponenten, insbesondere dem HM-7-Antrieb, wird es Probleme mit der Veralterung von Ausrüstungen geben“, merkt Freuchet dazu an. 

Äußerlich ähnelt die Ariane 5 ME stark der vor zehn Jahren konzipierten Ariane 5 ECB. Sie wird jedoch von den technischen Fortschritten des letzten Jahrzehnts profitieren, namentlich im Werkstoff- und Elektronikbereich. 1999 noch im Konzeptstadium, befindet sich das Vinci-Triebwerk heute bereits in der Erprobung.

Für die Vorbereitung der Ariane 5 ME wird Airbus Defence and Space zudem auf neue Technologien, Entwicklungsverfahren und das Konzept der „virtuellen Plattformen“ zurückgreifen, die Ingenieuren durch die Nutzung digitaler Modelle eine Zusammenarbeit über große Distanzen ermöglichen. „Deutschland wird einen größeren Beitrag zu dieser Version leisten, was eine entsprechende Produktionsumverteilung nötig macht“, erklärt Verzat. „Innerhalb eines Jahres muss diese erfolgt sein.“

„Unser Ziel ist es nicht, einen neuen Prototyp zu konstruieren und ins All zu bringen. Vielmehr wollen wir eine einsatzfähige Rakete mit einer wesentlich solideren Produktionsstruktur als bei der Ariane 5 ECA entwickeln; geringere Kosten bei qualitativ höherer Leistung haben dabei oberste Priorität“, schließt Freuchet.

 

* LRBA : Laboratoire de Recherches Balistiques et Aérodynamiques / Labor für ballistische und aerodynamische Forschungen

** Société Européenne de Propulsion

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