Airbus Defence and Space

Volle (Schub-)Kraft voraus!

Fünfter Testlauf

Beim fünften Testlauf im Rahmen des begleitenden F&T-Programms für die Ariane 5 (ARTA, Accompagnement de Recherche et de Technologie Ariane 5) wurde am Teststand des Raumfahrtzentrums in Französisch-Guayana  ein Ariane-5-Feststoffbooster (EAP, Etage à Accélération à Poudre) gezündet und etwa 550 Parameter für knapp 130 Sekunden überwacht. Das Hauptziel der Erprobung: Durch eine spürbare Verringerung der Schubschwankungen soll der „Reisekomfort“ für die Nutzlasten an Bord verbessert werden.

Im Raumfahrtzentrum in Französisch-Guayana ein Feststofftriebwerk (Moteur à Propergol Solide, MPS) für die Ariane-5-Feststoffbooster (Étages d’Accélération à Poudre, EAP) getestet.
Im Raumfahrtzentrum in Französisch-Guayana ein Feststofftriebwerk (Moteur à Propergol Solide, MPS) für die Ariane-5-Feststoffbooster (Étages d’Accélération à Poudre, EAP) getestet. © 2012 ESA-CNES-ARIANESPACE / Optique vidéo du CSG – S. MARTIN

 

Für die Erprobung reisten auch Franck Maloron aus dem Konstruktionsbüro für die Entwicklung des Ariane-5-Feststoffboosters und Brice Santerre, Projektleiter im Ariane-5-Entwicklungsprogramm von Airbus Defence and Space im französischen Aquitaine, an.

Wie lange dauert die Vorbereitung eines solchen Starts?

Brice Santerre: Man muss drei Jahre Vorbereitungszeit und ein Jahr für die Auswertung der Messungen einplanen. Für den Testlauf ARTA 5 haben wir Mitte 2009 mit der Festlegung der Versuchsziele sowie der Revalidierung der für ARTA 4 verwendeten Ausrüstung begonnen. Zurzeit werden bereits erste Vorbereitungen des für Mitte 2015 geplanten Projekts ARTA 6 getroffen. Kaum ist ein Test abgeschlossen, plant man auch schon den nächsten.
Es handelt sich dabei um einen recht langwierigen Prozess, besonders im Hinblick auf die Revalidierung der Testausrüstung. Einige Ausrüstungskomponenten sind teststandabhängig spezifiziert: Die vordere und hintere Verbindungsschürze (JAV und JAR) sowie die vordere und hintere Aufhängevorrichtung (DAAV bzw. DAAR) müssen bei jedem Testlauf erneut freigegeben werden. Diese Teile werden erst dann ausgetauscht, wenn sie nicht mehr verwendbar sind. Das ist nun bei der hinteren Verbindungsschürze der Fall: Diese kam seit der Ariane-5-Qualifizierung bei acht Tests zum Einsatz und muss daher für ARTA 6 erneuert werden.

Franck Maloron: Airbus Defence and Space verantwortet die Revalidierung und Instandsetzung der Verbindungsschürzen, der Bolzen für die vordere Aufhängevorrichtung, der Steuerstangen für die hintere Aufhängevorrichtung und des Großteils der Ausrüstung, die bei einem Versuch am ARTA-Teststand zum Einsatz kommt. Nach den Probeläufen auf dem Teststand werden diese Komponenten zurück nach Frankreich gebracht. Die Strukturen werden anhand geeigneter Methoden wie der Wirbelstrom-, Ultraschall- oder Magnetpulverprüfung untersucht. Schrauben, flexible Elemente und Verschleißteile werden gewechselt, große Teile hingegen werden, sofern sie revalidiert wurden, wiederverwendet.

Wie werden die Aufgaben verteilt?

B. S.: Auftraggeberin ist die Europäische Weltraumbehörde ESA, die Versuchsziele werden jedoch eher von Airbus Defence and Space und Europropulsion festgelegt. Jedes Unternehmen schlägt seine Ziele vor, die dann im Managementkomitee mit der ESA und Arianespace diskutiert werden. Die Strukturen hinsichtlich des Vertragswerks und der Produktion weichen voneinander ab. Die ESA vergibt je einen Direktauftrag an Europropulsion über den Feststoffmotor (MPS, Moteur à Propergol Solide), und an Airbus Defence and Space über die Ausrüstung sowie Systeme. Der Testlauf selbst erfolgt unter Verantwortung der Unterabteilung Boden (SDS, Sous-direction sol) der französischen Raumfahrtbehörde CNES, die ihrerseits ebenfalls einen Vertrag von der ESA erhält.

Franck Maloron im Mai 2012 vor dem Feststoffbooster-Teststand (BEAP, Banc d’Essais des Accélérateurs à Poudre)   F. M.: Wir bei Airbus Defence and Space sind gleichermaßen zuständig für die Festlegung der Versuchsmodalitäten. Wir bereiten die Definitionsunterlagen (DID, Dossier Industriel de Définition) sowie die Spezifikationen für die Umsetzung (SMO, Spécification de Mise en Œuvre) vor, sozusagen das „Benutzerhandbuch“ für den Testlauf. Wir kennen den Booster daher in seiner gesamten Definition, darunter sämtliche Messgeräte, Kabelbäume für den Testlauf und für Messungen etc. Zudem sind wir für die gesamten Belegunterlagen verantwortlich (Menge an Festbrennstoff für die Testzündung, Sicherheitsgrenzwerte der Strukturen, Schraubverbindungen usw.). Die Belegunterlagen der für ARTA 5 verwendeten Materialien, für die Airbus Defence and Space verantwortlich zeichnet, umfassen beispielsweise 300 Seiten.

Wie sonst auch in der Produktion üblich, wird der Feststoffmotor im Triebwerksintegrationsgebäude (BIP, Bâtiment d’Intégration des Propulseurs) unter Aufsicht von Europropulsion montiert. Das Exemplar für den ARTA-Test hingegen wird nicht an Airbus Defence and Space geliefert, sondern direkt an die ESA, die es dann zum Start der Testkampagne am Prüfstand an das CNES/SDS weitergibt.

Welche Erfahrungen haben Sie in diesem Programm gesammelt?

B. S.: Für mich war dies der erste Testlauf im Rahmen dieses Programms. Ich konnte dabei in relativ kurzer Zeit einen umfassenden Einblick in allerlei Aspekte unseres Berufs gewinnen. Dies war sowohl in technischer Hinsicht als auch für mich persönlich ein einzigartiges Erlebnis, da ich so mit der ESA, dem CNES und Europropulsion, aber auch mit Kollegen anderer Aufgabenbereiche zusammenarbeiten konnte.

Aus mehreren Kilometern Entfernung kann man die zweiminütige Schubphase bewundern und empfängt dabei direkt einen Teil der Messdaten. Die Arbeit von drei Jahren geht in nur zwei Minuten in Rauch auf, aber trotzdem bereut man es keinen Moment lang. Ist der Test abgelaufen und hat alles offensichtlich reibungslos geklappt, macht sich Erleichterung, vor allem aber auch Spannung auf den nächsten Schritt bemerkbar: die Auswertung der Messdaten. Wir sind etwa eine Woche in Kourou geblieben, um eine erste Aufstellung der Messergebnisse anzufertigen und zu untersuchen, ob diese den Erwartungen entsprechen.

Verstärkung zur Unterstützung der Teams vor Ort kam aus Aquitaine und Les Mureaux. Bei der Aktion ist praktisch die ganze Zeit ein Beobachter anwesend, aber bei den Vorbereitungen, dem Start und zur Auswertung auf Level 0 wurde unser Team auf sechs Personen aufgestockt. Die üblichen Produktionsteams aus Kourou wurden ebenfalls eingebunden. Während der Integrationsphase war ein Airbus Defence and Space-Team sowohl im BIP als auch am BEAP anwesend.

Testlauf ARTA 5: Knapp 130 Sekunden – so lange ist auch ein Feststoffbooster bei einem Ariane-5-Flug in Betrieb – wurde das Triebwerk getestet und lieferte dabei eine Schubkraft von 650 Tonnen. (© ESA-CNES-Arianespace / Optique vidéo du CSG – S. Martin)
Testlauf ARTA 5: Knapp 130 Sekunden – so lange ist auch ein Feststoffbooster bei einem Ariane-5-Flug in Betrieb – wurde das Triebwerk getestet und lieferte dabei eine Schubkraft von 650 Tonnen. (© ESA-CNES-Arianespace / Optique vidéo du CSG – S. Martin)

 

F. M.: Während des Versuchs war ich in einem Gebäude gegenüber der Endmontagehalle (BAF, Bâtiment d’Assemblage Final), in dem beispielsweise der Schub und der Ausschlag der Düse direkt gemessen werden. Ein Airbus Defence and Space-Mitarbeiter befand sich im PCE-Bunker knapp 600 m vom Teststand entfernt, um die Servosteuerung zu überwachen. Es schien so, als hätte er – obwohl wesentlich näher am Geschehen als wir – die Zündung auch nicht gehört. Die anschließende Rauchentwicklung war hingegen beeindruckend.

Ich arbeite nun seit sechs Jahren beim EAP-Konstruktionsbüro in Aquitaine. Ich habe damals die Messdaten von ARTA 4 ausgewertet und aktiv am gesamten ARTA-5-Projekt mitgewirkt. Unser Team umfasst rund 15 Mitarbeiter aus den Programmteams, den verschiedenen Konstruktionsbüros und der Produktion und zeigte stets große Einsatzbereitschaft. Meiner Ansicht nach war dies sowohl beruflich als auch persönlich und zwischenmenschlich eine sehr lehrreiche und wertvolle Erfahrung.

Liegen Ihnen bereits Ergebnisse vor?

B. S.: Im Rahmen von ARTA 5 haben wir einen weiterentwickelten Hitzeschutz auf Herz und Nieren geprüft, um Druckschwankungen zu verringern. Es handelt sich dabei um einen scheibenförmigen Schutzschild zwischen dem Festtreibstoff der Segmente S2 und S3, der beim Verbrennen des Treibstoffs nach und nach freigelegt wird und somit das Ausströmen beeinflusst. Diese Schwankungen sind sehr komplexer Natur und daher schwierig darstellbar – sie haben in Anschluss an die Weiterentwicklung des Ariane-5-Konzepts zugenommen und wir müssen sie daher nun reduzieren, um die Belastung auf die Strukturen und die Nutzlasten zu senken, sodass die Grenzwerte wieder eingehalten werden können.

Für das Obsoleszenzmanagement und zur Reduzierung von Kosten und Durchlaufzeiten haben wir außerdem verschiedene Modifikationen an der Schubdüse sowie den Ringen getestet.

Das Managementkomitee demonstrierte Ende Juni 2012, dass wir bei den Messungen, die wir auf Level 0 durchgeführt haben, alle festgelegten Ziele erreichen konnten. Die Resultate fielen wirklich sehr gut aus. Einige werden mittels einer Materialprüfung bestätigt werden. Das Triebwerk wurde bis Ende Juli unter der Aufsicht von Airbus Defence and Space am Teststand abgebaut. Anschließend erfolgte bei Europropulsion in Kourou eine weitere Demontage in Verbindung mit einer einleitenden Begutachtung, bevor die Ausrüstungsteile nach Europa zurücktransportiert wurden. Weiterführende Untersuchungen werden bis Oktober 2012 bei den Unternehmen in Europa durchgeführt. Da schon ungeduldig auf die Einführung einiger bestimmter Modifikationen gewartet wird, erfolgt die Prüfung der Auswertung auf Level 1 zwischen Ende 2012 und Anfang 2013. Wie schnell die im Rahmen von ARTA 5 getesteten Modifikationen Einzug in die Produktion halten können, hängt von deren Komplexität ab. Die Unternehmen stehen bereits in den Startlöchern, um diese im Anschluss an die Auswertungen schnellstmöglich umzusetzen.

F. M.: Die Ergebnisse sind vielversprechend, doch es müssen noch Analysen durchgeführt und deren Ergebnisse bestätigt werden. Hinsichtlich der schwankenden Schubkraft konnten wir erfreuliche Ergebnisse erzielen. Dies bestätigt, dass wir immer mehr Kenntnisse zum Verhalten des Hitzeschutzes während des Starts sammeln und unser Wissensstand sich sehen lassen kann. Das stellt einen großen Schritt für uns dar. Was die für Airbus Defence and Space wichtigen Ergebnisse angeht, hat sich ein Team aus Les Mureaux mit Systemen (Schwankungen, Ballistik, Antrieb, Servosteuerung) und ein Team mit Produkten (dynamisches, thermisches und statisches Verhalten der Strukturen) befasst. Wir haben 76 Punkte am Booster gemessen, 73 davon mit rundum zufriedenstellendem Ergebnis. Zweifellos ein voller Erfolg für den Feststoffbooster, das Ariane-5-System, aber auch all jene, die seit 2009 an der Durchführung dieses Tests mitgewirkt haben.

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