Ariane 5
Die Ariane 5 ist eine europäische Trägerrakete aus der Ariane-Serie, die im Auftrag der ESA entwickelt wurde und seit 1996 im Einsatz ist. Sie ist die leistungsfähigste europäische Trägerrakete und ermöglicht es, schwere Nutzlasten in die Erdumlaufbahn zu befördern.
Konzept und Anwendungen
Während der Konferenz in Den Haag im November 1987 bewilligte der ESA-Ministerrat die Entwicklung eines ersten europäischen Schwerlastträgers, um für die immer größer werdenden Telekommunikationssatelliten gewappnet zu sein. Zu diesem Zeitpunkt konnte die ESA bereits auf einen langen, erfolgreichen Einsatz der Ariane-Reihe zurückblicken.
Das Ziel bei der Entwicklung der Ariane 5 war eine mit einem Gesamtgewicht von bis zu 6,8 Tonnen 60 % höhere Nutzlast für die geostationäre Transferbahn (GTO) bei nur 90 % der Kosten einer Ariane 44L. Dies entspricht einer Verringerung der Kosten pro Masse-Einheit um 44 %.
Einen weiteren Anwendungsbereich der Ariane 5 sollte der europäische Raumgleiter Hermes darstellen. Der Raumgleiter sollte mit einer eigenen europäischen Rakete gestartet werden können. Hermes wäre von der Rakete auf einer Parabelbahn ausgesetzt worden, welche die Raumfähre mit ihrem eigenen Antrieb in eine erdnahe Umlaufbahn angehoben hätte. Das Projekt wurde jedoch 1993 eingestellt. Während der Entwicklung des NASA X-38 Crew Return Vehicles war die Ariane 5 für eine weiterentwickelte Variante dieses Raumfahrzeugs im Gespräch.[1] 2014 kamen Überlegungen bei der ESA auf, den in der Entwicklung befindlichen US-Raumgleiter Dream Chaser mit der Ariane 5 zu starten.[2]
Durch den Aufbau der Ariane 5 mit einer bewusst sehr niedrig gehaltenen Anzahl von Triebwerken sollte eine sehr hohe Zuverlässigkeit erreicht werden. Obwohl Hermes nie gebaut wurde, wurde eine bemannte Nutzung der Ariane 5 nicht ausgeschlossen. Die angestrebte Zuverlässigkeit der Rakete lag mit 99 % für die einstufige Variante eine Größenordnung höher als bei der Ariane 4, die nur für Satellitenstarts entwickelt worden war und viele Triebwerke besaß. Für die zweistufige Variante waren 98,5 % anvisiert. Entsprechend groß war die Enttäuschung, als die Ariane 5 gleich beim Erstflug einen Fehlstart erlitt, während ihre Vorgängerin erfolgreich weiter flog.
Heute werden mit der Ariane 5 hauptsächlich Kommunikationssatelliten in den geostationären Orbit gestartet.
Entwicklung und Vertrieb
Die Ariane 5 wurde von Raumfahrtunternehmen aus den ESA-Mitgliedstaaten im Auftrag der ESA entwickelt. Dabei stellte jeder Mitgliedstaat, der sich an dem Projekt beteiligen wollte, finanzielle Mittel zur Verfügung. Die Industrie des jeweiligen Staates bekam dann Entwicklungsaufträge im Wert des von dem Staat gezahlten Entwicklungsbeitrages von der ESA. Die ESA ließ das Projekt von der französischen Raumfahrtbehörde CNES durchführen, welche die technische Leitung, das Finanzmanagement und die Verteilung der Aufträge an die einzelnen Unternehmen in den Partnerstaaten übernahm. Die Startgesellschaft Arianespace musste deshalb die Einzelteile der Rakete bei den von der ESA ausgewählten Unternehmen bestellen und auch von den dafür ausgewählten Unternehmen montieren lassen.
Nach dem Fehlstart beim ersten Flug der Ariane 5 ECA im Jahr 2002 wurde dieses komplizierte System abgeschafft und die EADS Space Transportation (später EADS-Tochter Astrium Space Transportation, heute Airbus Defence and Space) zum Hauptauftragnehmer ernannt. Die Airbus Defence and Space baut nun die Raketen komplett aus den von ihr und den Partnerfirmen hergestellten Einzelteilen zusammen und ist für die Funktionsfähigkeit der kompletten Raketen verantwortlich. Sie liefert die Raketen nach der Endabnahme an ihren Kunden Arianespace.
Für die ersten drei Starts waren ESA und CNES direkt verantwortlich, später übernahm Arianespace die Vermarktung. Die Rakete wird auch internationalen Kunden zum Start ihrer Satelliten gegen Entgelt (~ 180 Millionen Dollar) angeboten. Fast alle Starts entfallen auf diese Kunden, dagegen startet die ESA durchschnittlich nur etwa 1–2 mal pro Jahr Nutzlast(en) mit der Ariane 5.
Die Entwicklungskosten der Ariane 5 betrugen etwa 5,8 Milliarden Euro (6,7 Milliarden US-Dollar). Direktor des Ariane-Programms war der deutsche Raumfahrtingenieur Horst Holsten.
Technik
Die auf Hermes optimierte Grundausführung der Ariane 5 heißt Ariane 5G (générique). Sie besteht aus[3]:
- zwei Feststoffboostern (Bezeichnung EAP P238). Diese Booster bestehen jeweils aus drei Segmenten, sind etwa 30 m lang (24,75 m Segmentlänge), haben einen Durchmesser von 3,05 m, eine Wandstärke von 8,1 mm und fassen jeweils 238 Tonnen Festtreibstoff. Das oberste Segment der Booster ist das kürzeste und wird schon im italienischen Colleferro befüllt. Im Gegensatz zu den beiden anderen längeren Segmenten (die erst am Startplatz befüllt werden) ist es als Sterninnenbrenner ausgelegt. Es liefert daher beim Start besonders viel Schubkraft, die nach dem Abbrennen der Spitzen des Sterns stark zurückgeht. Das mittlere und das untere Segment sind dagegen als Innenbrenner ausgelegt. Ihr Schub steigt mit dem Abbrennen von innen nach außen langsam an, da die Abbrandfläche sich mit der Zeit vergrößert. Die Segmente wurden bis 2004 zusammengesteckt. Jede Verbindung wurde mit einem O-Ring abgedichtet und mit 180 Scherbolzen mit 24 mm Durchmesser gesichert. Heute (Ersteinsatz 2006) werden sie in einer Elektronenstrahlschweißanlage vakuumverschweißt. Die Booster haben ein vorgegebenes, sich laufend veränderndes Schubprofil mit durchschnittlich 4400 kN Schub, das auf maximal 6650 kN steigt. Die Brennzeit beträgt 130 Sekunden, danach werden sie abgeworfen. Der Treibstoff APCP besteht zu 14 % aus hydroxyl-terminiertem Polybutadien (HTPB), 18 % Aluminiumpulver und 68 % Ammoniumperchlorat. Die Boostergehäuse produziert die Firma MT Aerospace AG in Augsburg derzeit aus Stahl, jedoch hat sie auch Technologiedemonstratoren aus kohlenstofffaserverstärktem Verbundwerkstoff produziert, deren Einsatz eine deutliche Gewichts- und Kostenreduzierung bedeuten würde. Die Booster werden in einigen Fällen zur Qualitätskontrolle mit einem in der Nasenkappe befindlichen zweistufigen Fallschirmrückkehrsystem ausgerüstet, wodurch nach dem Einsatz eine Bergung aus dem Meer möglich ist.[4]
- einer sehr großen Hauptstufe (Bezeichnung EPC H158). Ihr Leergewicht beträgt dank extremer Aluminium-Leichtbauweise nur 12,5 Tonnen. Das Material ist so dünn, dass die Rakete unter ihrem eigenen Gewicht zusammenbrechen würde, falls man die Stufe leer aufrichtet. Stabilität erlangt sie erst durch den eingefüllten Treibstoff bzw. Druckgas. Sie ist 30,5 m hoch, hat 5,4 m Durchmesser und fasst 158 Tonnen Treibstoff. Diese Stufe hat nur ein Triebwerk, das durch die Verbrennung von flüssigem Wasserstoff und Sauerstoff 605 Sekunden lang einen Schub von 1180 kN liefert und damit nicht genug Schub erzeugt, um die Rakete ohne die Schubkraft der Booster abheben zu lassen. Die Hauptstufe wird von Airbus Defence and Space (vormals EADS Astrium-Space Transportation) in Les Mureaux, Frankreich produziert. Die Tanks der Hauptstufe werden aus der benachbarten Fabrik von Cryospace zugeliefert. Das Vulcain-Triebwerk der Hauptstufe wird von einem Konsortium Europäischer Triebwerksfirmen unter der Führung von SEP produziert.
Zum Start der Rakete zündet zunächst nur das Haupttriebwerk. Nachdem die Computer es auf Funktionsfähigkeit überprüft haben und das Triebwerk auf volle Leistung hochgefahren worden ist, werden nach sieben Sekunden die Feststoffbooster gezündet und die Rakete hebt ab. Sollten vor dem Abheben Probleme mit dem Haupttriebwerk festgestellt werden, kann es ohne jeglichen Schaden abgeschaltet werden. Dagegen können die Feststoffbooster nach dem Zünden prinzipbedingt nicht mehr abgeschaltet werden, was diese Zündungssequenz erklärt.
- Auf der Hauptstufe sitzt die in einer Ringstruktur untergebrachte Steuerungseinheit, die den Flug der Ariane 5 steuert und überwacht. Unmittelbar auf diesem Ring sollte ursprünglich der Raumgleiter Hermes sitzen und nach der Abtrennung von der Hauptstufe mit Hilfe seiner eigenen Triebwerke die Umlaufbahn erreichen.
- Damit die Ariane 5 auch Satelliten in den GTO (Geotransferorbit) bringen kann, wurde eine sehr kleine Oberstufe (Bezeichnung EPS L9.7) entwickelt, die im Ring der Steuerungseinheit angebracht wird. Diese Stufe fasst 9,7 Tonnen Treibstoff, der in vier kugelförmigen Tanks untergebracht ist. Sie besitzt ein druckgasgefördertes Triebwerk, das während einer Brennzeit von bis zu 1100 Sekunden Monomethylhydrazin mit Distickstofftetroxid verbrennt. Das Druckgas Helium ist in zwei kleineren kugelförmigen Tanks untergebracht. Sie wird ebenfalls von Airbus Defence and Space (vormals EADS-Astrium Space Transportation) in Bremen produziert. Das Aestus-Triebwerk wird vom Werk der Airbus Defence and Space (vormals EADS-Astrium Space Transportation) in Ottobrunn zugeliefert.
Nutzlastverkleidungen
Es stehen drei unterschiedlich lange Nutzlastverkleidungen zur Verfügung, die von RUAG Space in der Schweiz hergestellt werden. Durch ein pyrotechnisches Trennsystem spalten sich die Nutzlastverkleidungen längs wie auch entlang der Unterkante auf und werden abgeworfen, wenn der Luftwiderstand in ca. 110 km Höhe die Fracht nicht mehr beschädigen kann.
- Die kurze Nutzlastverkleidung ist 12,7 m lang. Ihr nutzbares Volumen beträgt 125 m³ und ist zusammen mit allen Doppelstartvorrichtungen einsetzbar.
- Die mittellange Nutzlastverkleidung ist 13,8 m lang. Ihr nutzbares Volumen beträgt 145 m³. Sie ist zusammen mit der Doppelstartvorrichtung SYLDA5 einsetzbar.
- Die lange Nutzlastverkleidung ist 17 m lang. Ihr nutzbares Volumen beträgt 200 m³. Sie ist zusammen mit der Doppelstartvorrichtung SYLDA5 einsetzbar.
- RUAG entwickelte eine noch längere Nutzlastverkleidung für die Ariane 5 ME mit 18,9 m Länge für einen Einsatz ab dem Jahr 2017.[5] Mit der Einstellung der Entwicklung der Ariane 5 ME im Dezember 2014 (s. u.) gibt es hierzu keinen Bedarf mehr.
- Wegen steigender Volumen der geostationären Satelliten hat Arianespace vorgeschlagen, die Nutzlastverkleidung der Ariane ECA zu verlängern.[5] Die Französische Regierung ist der Anregung gefolgt und bewilligte 25 Mio. € für die Entwicklung einer 2 Meter längeren Nutzlastverkleidung. Sie sollte ab 2015[veraltet] bereitstehen, eingesetzt wurde sie aber noch nicht.[6]
Daneben gibt es noch Distanzringe, die ebenfalls von RUAG Space gefertigt werden und zur Verlängerung aller zur Verfügung stehenden Verkleidungen eingesetzt werden können. Die Verlängerung beträgt 50 bis 200 cm, was einem Volumen von 8 bis 33 m³ entspricht. Diese Ringe werden unterhalb der Nutzlastverkleidung eingebaut und verbleiben auf der Rakete.
Doppelstartvorrichtungen
Um zwei größere Satelliten bei einem Start in die Umlaufbahnen befördern zu können, setzt Ariane 5 Doppelstartvorrichtungen ein, wobei zwei verschiedene Typen verwendet werden. Jeder der beiden Typen ist in mehreren Versionen erhältlich. Sie werden von Airbus Defence and Space (vormals EADS-Astrium Space Transportation) in Bremen hergestellt.
Der erste Typ namens Speltra ist ein unten offener Zylinder, der mit 5,4 m Durchmesser denselben Durchmesser wie die Rakete hat. Die Speltra wird über den bereits zuvor auf der Oberstufe der Ariane 5 befestigten Satelliten gestülpt. Danach wird auf der Speltra der zweite Satellit befestigt, über diesem wird die Nutzlastverkleidung angebracht. Die Nutzlastverkleidung sitzt damit auf der Speltra. Die Speltra ist für unterschiedlich große Satelliten in zwei verschiedenen Längen erhältlich.
- Die kurze Speltra ist 5,7 m lang und hat ein nutzbares Volumen von 75 m³.
- Die lange Speltra ist 7 m lang und hat ein nutzbares Volumen von 100 m³.
Der Vorteil der Speltra ist, dass die in ihr transportierten Satelliten die gleiche maximale Breite besitzen dürfen wie die Satelliten, die direkt unter der Nutzlastverkleidung transportiert werden.
Der zweite Typ namens SYLDA5 ist ein unten offener Zylinder mit 4,6 m Innendurchmesser, der sich innerhalb der Nutzlastverkleidung befindet. Er ist aus CFK und kann leicht gebaut sein, da er keine aerodynamischen Kräfte ertragen muss. Sechs unterschiedlich lange Versionen von 4,9 bis 6,4 m Länge und 50 bis 65 m³ nutzbarem Volumen sind verfügbar. Der zweite Satellit wird auf der SYLDA5 montiert und kann nur noch den restlichen in der Nutzlastverkleidung zur Verfügung stehenden Raum ausfüllen.
Auch die Vergrößerung der SYLDA5 wegen der steigenden Satellitenvolumen wurde von Arianespace angeregt.[5]
Die SYLDA5 wurde von einer ähnlichen Struktur in der Ariane 4 abgeleitet und eingeführt, weil die meisten Satelliten nicht so breit sind, dass die Speltra benötigt wird. Das gegenüber der Speltra eingesparte Gewicht kommt voll der Nutzlast zugute, weil die Doppelstartvorrichtung erst nach dem Aussetzen des oberen Satelliten in der Umlaufbahn abgestoßen wird. Da die SYLDA5 schwere Nutzlasten erlaubt, wird (seit dem Ende der Testflüge) nur noch diese verwendet.
Adapter für Zusatznutzlasten
Zuletzt gibt es noch die ASAP-5 (engl. Ariane Structure for Auxiliary Payloads, dt. etwa ‚Ariane-Struktur für Zusatz-Nutzlast‘), eine von EADS ASTRIUM entwickelte und gebaute Vorrichtung für Mini- oder Mikrosatelliten. Sie basiert ebenfalls auf einer ähnlichen Struktur der Ariane 4, wird aber (wie bei der Ariane 4) eher selten benutzt (bisher bei den Flügen V135, V138, V165, V187 und ohne zu transportierende Satelliten als Ballast bei V193). Die Montage erfolgt bei Doppelstarts in oder über der Speltra/SYLDA5, ansonsten unterhalb der Primärnutzlast. Jedoch setzt Arianespace inzwischen die ASAP-5 nicht mehr ein, wahrscheinlich weil die Kunden der Hauptnutzlasten gegen den Transport zusätzlicher Kleinsatelliten sind.[7]
Versionen
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Vor dem Erstflug der Ariane 5 ging man davon aus, dass sie nur Satelliten starten würde. Die Ariane 4 beherrschte zu dem Zeitpunkt etwa die Hälfte des weltweiten kommerziellen Satellitenstartmarktes und man wollte diese Position mit der Ariane 5 weiter ausbauen. Daneben stieg die Masse der kommerziellen Kommunikationssatelliten kontinuierlich an, sodass man befürchtete, Ariane 5 werde bald nach ihrer Markteinführung keine Doppelstarts mehr durchführen können. Deshalb beschloss die ESA noch vor dem ersten Start ein Leistungssteigerungsprogramm. Zuerst war eine deutliche Vergrößerung der EPS-Oberstufe geplant, damit sie mehr Treibstoff aufnehmen könnte. Auch ein neues turbopumpengefördertes Triebwerk sollte diese veränderte Stufe erhalten. Jedoch scheiterte dieser Vorschlag an der Sperrung der Entwicklungskosten durch Deutschland.[8]
Während der ESA-Ministerratskonferenz im Oktober 1995 in Toulouse wurde das Erweiterungsprogramm Ariane-5E (Evolution) gebilligt, um den Markt für die größer werdenden Nutzlasten im Telekommunikationsbereich zu sichern. Darin waren die leistungsfähigeren Träger Ariane 5 ECA, Ariane 5 ECB und die Ariane 5 ES geplant.
Bis diese zur Verfügung standen, wurden mit der Ariane 5G+ und Ariane 5GS zwei leicht modifizierte Versionen entwickelt, die eine leicht gesteigerte Nutzlastkapazität hatten und stärker auf die Anforderungen von Raumsonden- und Satellitenstarts optimiert waren.
Ariane 5G+
Die Ariane 5G+ unterschied sich von der Ariane 5G nur dadurch, dass die EPS-Stufe leicht modifiziert wurde, um die Treibstoffmenge um 250 kg zu erhöhen. Außerdem wurden weitere Veränderungen vorgenommen, um die Stufe wiederzündbar zu machen und längere Freiflugphasen zu ermöglichen. Während der Freiflugphasen rotiert die neue, EPS L10 genannte Oberstufe mit der darauf befindlichen Nutzlast um ihre Längsachse und verteilt so die Sonnenstrahlung gleichmäßiger auf der Oberfläche. Dadurch wird die Überhitzung einer Seite der Stufe und der Nutzlast und das Auskühlen ihrer anderen Seite verhindert, da sonst ein Temperaturunterschied von 200 K zwischen den beiden Seiten hätte auftreten können. Dieses Verfahren wird in der Raumfahrt als „Barbecue-Mode“ bezeichnet (englisch für „Grill-Modus“).
Ariane 5GS
Die Ariane 5GS hatte neben der wiederzündbaren EPS-L10-Oberstufe auch neue Feststoffbooster. Diese wurden im Rahmen des Performance-2000-Programms im Auftrag (und auf Kosten) von Arianespace entwickelt. Das Programm hatte zum Ziel, die Nutzlastkapazität der Ariane 5 durch kleine Verbesserungen zu steigern, und lief schon vor dem Leistungssteigerungsprogramm der ESA an. Die EAP-P241-Booster haben eine um drei Tonnen erhöhte Treibstoffzuladung im obersten der drei Segmente und eine verlängerte Schubdüse aus leichterem Material, um die Schuberzeugung in großen Höhen zu verbessern und das Gewicht zu senken. Dadurch steigt der durchschnittliche Schub auf 5060 kN und der Maximalschub auf 7080 kN an.
Die aus dem Evolution-Programm adaptierte Hauptstufe war etwas schwerer[8] und verwendete ein Vulcain-1B-Triebwerk, eine modifizierte Version des Vulcain-1-Triebwerks der Ariane 5G und 5G+. Diese Kombination liefert allerdings so viel weniger Leistung als die alte Hauptstufe mit Vulcain 1, dass die verstärkten Booster diesen Leistungsverlust nicht voll ausgleichen können. Nach wirtschaftlichen Aspekten schien dies jedoch die „bessere“ Lösung zu sein, als weiterhin die alte Hauptstufe zu fertigen.
Ariane 5 ECA
Die Ariane 5 ECA kann mit 10,9 Tonnen (anfangs 9,6 Tonnen) deutlich schwerere Nutzlasten als ihre Vorläuferversionen befördern. Der Zusatz ECA steht für Evolution Cryotechnique Type A. Sie verfügt über eine modernisierte erste Stufe mit dem neuen Vulcain-2-Triebwerk und der neuen kryogenen Oberstufe ESC-A (Etage Supérieur Cryotechnique Type A – kryogene Oberstufe Typ A).
Die modernisierte Hauptstufe mit dem neukonstruierten schubgesteigerten Vulcain-2-Triebwerk enthält durch eine Verschiebung des Tankzwischenbodens nun 173 Tonnen Treibstoff und heißt EPC H173.
Die neue Oberstufe ESC-A H14,4 verwendet das in der dritten Stufe der Ariane 4 eingesetzte Triebwerk HM-7B, das einen höheren Schub als die bisherige Oberstufe liefert und nicht wiederzündbar ist. Dadurch können schwerere Nutzlasten und mehr Treibstoff mitgeführt werden. Die Treibstoffzuladung liegt jetzt bei 14,6 Tonnen. Durch die Verwendung von Wasserstoff als Verbrennungsträger liegt die Nutzlastkapazität der Ariane 5 ECA bei 9,6 Tonnen Nutzlast bei einem Einzelstart und 9,1 Tonnen bei einem Doppelstart. Sie ist damit erheblich höher als die der bisherigen Ariane 5, bei nur leicht angestiegenen Herstellungskosten. Die Ariane 5 ECA soll durch Leistungssteigerungen Ende 2010 bei Doppelstarts eine Nutzlast von 9,2 Tonnen und Ende 2011 von 9,5 Tonnen erreichen.[9] Der bis auf eine Verlängerung ebenfalls nahezu unverändert von der Ariane 4 übernommene Tank für den Oxidator (Sauerstoff) wird vom neuen, nahezu halbkugelförmigen Treibstofftank für den Wasserstoff umgeben. Dieser hat die Form einer dicken Kugelschale, so dass es zwischen ihm und dem Sauerstofftank einen Zwischenraum gibt.[10] Die Stufe hat einen Durchmesser von 5,4 Metern. Die Steuerungseinheit sitzt jetzt auf der Oberstufe und ist strukturell leichter als die bei den EPS-Oberstufen eingesetzte Version, weil sie nicht mehr die in ihr sitzende Stufe tragen muss. Zur ESC-A-Stufe gehört auch der Teil des Zwischenstufenadapters, der die Schubdüse des HM-7B-Triebwerks umschließt. Bei der Stufentrennung verbleibt dieser Teil der Oberstufe zur Gewichtsreduzierung auf der EPC und nur die eigentliche Oberstufe fliegt weiter.
Die Ariane 5 ECA wurde deshalb primär als Zwischenlösung bis zum Erscheinen der inzwischen gestrichenen Ariane 5 ECB für Starts in geostationäre Transferbahnen (GTO) entwickelt. Sie wird im Einsatz bleiben, bis die Ariane 6 sie nach einer Phase des parallelen Einsatzes komplett ersetzt.
Auch der Erstflug der Ariane 5 ECA am 11. Dezember 2002 scheiterte. Als Ursache wurde ein strukturelles Versagen der Düse des Vulcain-2-Triebwerks festgestellt. Eine Folge des Fehlschlags war, dass der für den 13. Januar 2003 geplante Start der Rosetta-Mission verschoben werden musste, da das Risiko eines Totalverlustes nun als zu hoch eingeschätzt wurde. In der nach dem Fehlstart modifizierten Ariane 5 ECA wird ein verbessertes Vulcain-2-Triebwerk verwendet, bei dem die Düse verstärkt und etwas verkürzt wurde. Zusätzlich wurde der Kühlmitteldurchsatz erhöht und sie erhielt einen speziellen Wärmeschutz aus Zirkoniumoxid. Die verbesserten Triebwerke wurden – auch wegen der Fehlfunktion beim Erstflug – in einer neuen Vakuumkammer des DLR in Lampoldshausen getestet. Ein großer Teil des für die Requalifizierung der Ariane 5 ECA benötigten Geldes soll für die Errichtung dieser Prüfstände ausgegeben worden sein.
Ein Rahmenvertrag über 30 Ariane 5 (Produktionslos PA) im Gesamtwert von drei Milliarden Euro wurde im Mai 2004 abgeschlossen. Er sollte es ermöglichen, die Produktion zu rationalisieren und die Ariane 5 ECA gegenüber der russischen Konkurrenz zu stärken. Der erfolgreiche zweite Start der Ariane 5 ECA erfolgte am 12. Februar 2005. Einer Absichtserklärung von der Paris Air Show 2007 folgend bestellte Arianespace im Januar 2009 weitere 35 Ariane 5 ECA (Produktionslos PB) für über 4 Milliarden Euro beim Hauptauftragnehmer EADS-Astrium. Diese wurden ab Ende 2010 eingesetzt, nachdem die Ariane 5 des Produktionsloses PA verbraucht waren.[11] Die Lieferung weiterer 18 Ariane 5 ECA wurde im Dezember 2013 mit dem EADS-Astrium vereinbart. Diese sollten von 2017 bis 2019 eingesetzt werden. Der Auftragswert der Vereinbarung lag bei über 2 Milliarden Euro.[12][veraltet]
Ariane 5 ES ATV
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Diese Version der Ariane 5 diente zum Transport des europäischen Versorgungsschiffs Automated Transfer Vehicle (ATV) zur ISS. Das unter Druck stehende ATV lieferte Fracht, Wasser, Stickstoff, Sauerstoff und Treibstoff. Außerdem hob es die Raumstation an, um dem Absinken durch den Bremseffekt der Atmosphäre entgegenzuwirken, und transportierte Abfall ab.
Insgesamt konnte die Ariane 5 ES ATV bis zu 21 Tonnen Nutzlast in einen erdnahen Orbit transportieren. Die Rakete hatte als erste Stufe die EPC H173 mit dem verbesserten Vulcain-2-Triebwerk und als zweite Stufe eine speziell für die Einsätze mit dem ATV modifizierte Version der wiederzündbaren EPS-Oberstufe – die EPS-V –, auf der das ATV angebracht wurde.
Die EPS-V-Oberstufe wurde bei einem typischen Flug insgesamt dreimal gezündet. Die erste Zündung erfolgte nach dem Ausbrennen der ersten Stufe. Danach wurde die zweite Stufe abgeschaltet und es begann eine ballistische Flugphase im elliptischen Transferorbit. Im Apogäum wurde das Triebwerk ein zweites Mal gezündet, um in dieser Höhe auf einen annähernd kreisförmigen niedrigen Erdorbit zu wechseln. Mit der dritten Zündung wurde die Stufe nach der Abtrennung des ATV so weit abgebremst, dass sie in eine elliptische Erdumlaufbahn eintrat, deren Perigäum in der Atmosphäre lag. Beim Durchgang durch das Perigäum verglühte sie dann in der Erdatmosphäre.
Das ATV hob nach der Abtrennung von der EPS-V-Oberstufe seine Bahn mit seinen eigenen Triebwerken bis zum ISS-Orbit an.
Ariane 5 ES Galileo
Diese Version war eine für den Transport von Satelliten in mittelhohe Kreisbahnen angepasste Version der Ariane 5 ES ATV. Sie brachte jeweils vier Satelliten des Europäischen Satellitennavigationssystems Galileo auf einmal[13] in ihre 23.616 km hohen Kreisbahn mit 56° Inklination zum Äquator.[14] Die Ariane 5 ES Galileo bestand aus der EPC-H173-Erststufe mit einem Vulcain-2-Triebwerk, zwei EAP-241-Boostern und einer speziell für die Missionen mit Galileo-Satelliten angepassten wiederzündbaren EPS-Oberstufe mit dem AESTUS-Triebwerk.[15]
Die vier Satelliten wurden für den Transport an einer Starthalterung montiert. Dabei befanden sich alle Satelliten in der gleichen Ebene in Winkeln von 90° zueinander an vier Seiten der Halterung.[16] Nach Erreichen der Umlaufbahn wurden sie paarweise zur Seite hin abgestoßen, ehe die Oberstufe deaktiviert wurde.
EADS-Astrium wurde am 2. Februar 2012 mit der Entwicklung der Ariane 5 ES Galileo beauftragt.[13] Ursprünglich 2014 geplant, erfolgte der Erstflug mit der Flugnummer VA233 am 17. November 2016.
Planung einer Ariane 5 ME (Ariane 5 ECB)
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Die Kosten für einen zweiten Testflug der Ariane 5 ECA und die Nachbesserung der Trägerrakete führten dazu, dass die Entwicklung der noch stärkeren Oberstufe ESC-B für die Version Ariane 5 ECB im Jahr 2003 vorerst nicht weiter betrieben wurde. Nach dem erfolgreichen zweiten Testflug der Ariane 5 ECA im Februar 2005 wollte die EADS die Entwicklung der Ariane 5 ECB aufgeben, da sie schätzte, dass die nach den damaligen Planungen bei 12 Tonnen liegende GTO-Nutzlastkapazität der Ariane 5 ECB die Anforderungen des kommerziellen Satellitenstartmarktes übersteigen würde und deshalb die relativ hohen Entwicklungskosten wirtschaftlich nicht zu rechtfertigen wären. Diese Meinung revidierte die EADS im Februar 2006, und der Chef der EADS Space Transportation sprach in einem Interview mit der FTD von einem Fehler. Da jedoch die ESA die Entwicklung der Ariane 5 finanzierte, wurde die endgültige Entscheidung über diese Vorschläge vom Ministerrat der ESA getroffen. Bei der Tagung des ESA-Ministerrates im Dezember 2005 fiel keine offizielle Entscheidung über die Ariane 5 ECB. So ruhte die Entwicklung der ESC-B-Oberstufe. Stattdessen wurden Projektstudien über ein zukünftiges europäisches Trägersystem beschlossen. Damals wurde vermutet, dass diese Studien zur Entwicklung eines neuen Trägersystems, mit dem Zwischenschritt der ESC-B-Oberstufe für die Ariane 5, führen. Auch beim Treffen des ESA-Ministerrates im Dezember 2008 fiel keine Entscheidung zur Ariane 5 ECB, das Vinci-Triebwerk wurde jedoch weiterentwickelt. Endgültig sollte beim Ministerratstreffen 2011 über die Ariane 5 ECB entschieden werden.[17][18][19][20]
Die ESA vergab jedoch schon im Dezember 2009 einen Auftrag für Vorentwicklungsarbeiten an der neuen Oberstufe und anderen Modernisierungen an EADS-Astrium. Diese Arbeiten liefen unter der Bezeichnung „Ariane 5 Midlife Evolution (Ariane 5 ME)“.[21][22] Als Folge der mehrjährigen Verzögerungen stiegen die Kosten für die Entwicklung der ESC-B-Oberstufe stark an. Als die Entwicklung 2003 angehalten wurde, waren dafür noch 699 Millionen Euro vorgesehen. Der Entwurf für die Wiederaufnahme ging von 1,1 Mrd. Euro aus. Dazu wären noch die Mittel gekommen, die zwischen 2003 und 2011 aufgewendet wurden.[23] Tatsächlich wurde beim Treffen des ESA-Ministerrates am 20.–21. November 2012 jedoch nur beschlossen, die Entwicklung der Ariane 5 ME fortzusetzen und mit Studien der Ariane 6 abzugleichen, um möglichst viele der Entwicklungen für beide Träger nutzen zu können. 2014 sollte dann das Ariane-5-ME- und Ariane-6-Programm endgültig gemeinsam gestartet werden.[24] Dazu erhielt EADS-Astrium von der ESA im Januar 2013 einen Auftrag über 108 Millionen Euro zur Festlegung der genauen Bauweise der Ariane 6 und zur Fortsetzung der Arbeiten an der Ariane 5 ME.[25] Beim Ministerratstreffen der ESA Anfang Dezember 2014 wurde die Entwicklung einer Ariane 6 bewilligt,[26] die vom Konzept her zwischen der Ariane 5 ME und der bisher vorgesehenen Ariane 6 gelegen hätte.[27]
Vergleichstabelle
| Raketentyp | Ariane 5G | Ariane 5G+ | Ariane 5GS | Ariane 5ES | Ariane 5ECA | Ariane 5ME | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Status | ausgemustert | aktiv | gestrichen | ||||
| Entwicklungszeitraum | von | 1987 | 1995 | 1995 | 1995 | 1995 | 1995 |
| bis | 1996 | 2003 | 2005 | 2007 | 2002 | Abbruch 2014 | |
| Länge | 54 m | 54 m | 54 m | 59 m | 53 m | 62 m | |
| Durchmesser | 5,4 m | 5,4 m | 5,4 m | 5,4 m | 5,4 m | 5,4 m | |
| Startmasse | 750 t | 750 t | 753 t | 775 t | 777 t | 798 t | |
| Startschub | 11.500 kN | 11.500 kN | 11.629 kN | 11.800 kN | 11.800 kN | 11.800 kN | |
| Startbeschleunigung | 5,55 m/s² | 5,55 m/s² | 5,66 m/s² | 5,45 m/s² | 5,41 m/s² | 5,01 m/s² | |
| Max. Nutzlast[Ar5 2] | LEO | 18.000 kg | 19.000 kg | 20.000 kg | 20.250 kg | 16.000 kg | 21.000 kg |
| GTO | 6.100 kg | 6.300 kg | 6.500 kg | 8.000 kg | 10.900 kg[Ar5 3] | 12.500 kg | |
| Booster[Ar5 4] | 2 P | 2 P | 2 P | 2 P | 2 P | 2 P | |
| Erster Start | 4. Juni 1996 | 2. März 2004 | 11. Aug. 2005 | 9. März 2008 | 11. Dez. 2002 | (kein Start) | |
| Letzter Start | 27. Sep. 2003 | 18. Dez. 2004 | 18. Dez. 2009 | 25. Juli 2018 | im Einsatz | (kein Start) | |
| Flüge | 16 | 3 | 6 | 8 | 74 | 0 | |
| Fehlstarts | 1 + 2 Teilerfolge | 0 | 0 | 0 | 1 + 1 Teilerfolg | 0 | |
| Zuverlässigkeit | 81 % | 100 % | 100 % | 100 % | 97 % | - | |
Anmerkung:
- Daten Ariane 5
- LEO = Erdnahe Umlaufbahn, GTO = Transferbahn zur geostationären Umlaufbahn
- Arianespace: Flight VA237: On mission that boosts global connectivity for ViaSat and Eutelsat, the 79th successful launch by Arianespace’s Ariane 5 sets a new performance record and orbits its first all-electric satellite, 1. Juni 2017, abgerufen am 7. Juni 2017 (englisch)
- P = Feststoffbooster
| Raketentyp | Ariane 5G | Ariane 5G+ | Ariane 5GS | Ariane 5ES | Ariane 5ECA | Ariane 5ME |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Status | ausgemustert | aktiv | gestrichen | |||
| Feststoffbooster | ||||||
| Stufenname | EAP P238 | EAP P241 | ||||
| Triebwerk | P238 | P241 | ||||
| Länge (m) | 31 | 31 | ||||
| Durchmesser (m) | 3 | 3 | ||||
| Masse (t) | 270 | 273 | ||||
| Schub Ø (max.) (kN) | 4400 (6650) | 5060 (7080) | ||||
| Brennzeit (s) | 130 | 140 | ||||
| Treibstoff | NH4ClO4 / Al, HTPB (Feststoff) | NH4ClO4 / Al, HTPB (Feststoff) | ||||
| Hauptstufe | ||||||
| Stufenname | EPC H158 | EPC H158 modifiziert | EPC H173 | |||
| Triebwerk | Vulcain 1 | Vulcain 1B | Vulcain 2 | |||
| Länge (m) | 30,5 | 30,5 | 30,5 | |||
| Durchmesser (m) | 5,4 | 5,4 | 5,4 | |||
| Masse (t) | 170,5 (leer 12,2) | 170,5 (leer 12,5) | 185,5 (leer 14,1) | |||
| Schub am Boden (kN) | 815 | 815 | 960 | |||
| Schub Vakuum (kN) | 1180 | 1180 | 1350 | |||
| Brennzeit (s) | 605 | 605 | 540 | |||
| Treibstoff | LOX / LH2 | LOX / LH2 | LOX / LH2 | |||
| Oberstufe | ||||||
| Stufenname | EPS L9.7 | EPS L10 | ESC-A H14,4 | ESC-B H28,2 | ||
| Triebwerk | Aestus | Aestus | HM-7B | Vinci | ||
| Länge (m) | 3,4 | 3,4 | 4,7 | ? | ||
| Durchmesser (m) | 3,96 * | 3,96 * | 5,4 | 5,4 | ||
| Masse (t) | 10,9 (leer 1,2) | 11,2 (leer 1,2) | ca. 19,2 (leer ca. 4,6) | (Treibstoff 28,2) | ||
| Schub max. (kN) | 27 | 27 | 64,8 | 180 | ||
| Brennzeit (s) | 1100 | 1170 | 970 | 610 (+30 bei 130 kN Schub)[28] | ||
| Treibstoff | N2O4 / CH6N2 | N2O4 / CH6N2 | LOX / LH2 | LOX / LH2 | ||
| Verwendung für: | Für Hermes optimierte Grundversion beschränkte Freiflugphasen, beschränkt wiederzündbar. | Verbesserte Oberstufe kann jetzt lange Freiflugphasen und ist wiederzündbar. Dadurch u. a. Raumsondenstarts möglich. | Modifizierte leistungsschwächere Hauptstufe, gleicher Oberstufentyp, modernere stärkere Booster. | Verstärkte Struktur für das schwere ATV. Optimiert für langen Einsatz und viele Zündungen. | Neue Oberstufe nicht wiederzündbar, keine Freiflugphasen. Entwickelt als Übergangslösung bis zum Erscheinen der Ariane ECB. Optimiert für Starts in den GTO. | Neue Oberstufe, modernstes Triebwerk, lange Freiflugphasen, wiederzündbar. Für alle Einsätze bis 5 Stunden Dauer. |
* Sitzt in der Instrumenteneinheit von 5,4 m Durchmesser
- ELA-3 = L'Ensemble de Lancement Ariane = Dritter Startplatz der Ariane
- EAP = Étage d'Accélération à Poudre = Feststoffbooster
- EPC = Étage Principal Cryotechnique = Kryogene Hauptstufe
- EPS = Étage à Propergols Stockables = Oberstufe mit lagerbarem Treibstoff
- ESC-A = Étage Supérieur Cryotechnique de type A = Kryogene Oberstufe des Typs A
- ESC-B = Étage Supérieur Cryotechnique de type B = Kryogene Oberstufe des Typs B
Starteinrichtungen
Alle Starts der Ariane 5 finden vom Centre Spatial Guyanais in Kourou, Französisch-Guayana, statt. Für den Start der Ariane 5 wurde ein eigener Startplatz – ELA-3 – mit dazugehörigen Einrichtungen für die Startvorbereitungen eingerichtet, um bis zu zehn Starts pro Jahr zu ermöglichen. Die gesamten Startvorbereitungen dauern 21 Tage. Um den Aufwand am Startplatz gering zu halten, wird – im Gegensatz zur Ariane 4 – die Nutzlast bereits sechs Tage vor dem Start in die Rakete eingebaut. Die Rakete wird ungefähr 30 Stunden vor dem Start zur Rampe befördert.
Durch das vereinfachte Startkonzept werden große Startrampen zur Versorgung der Rakete mit Treibstoff nicht benötigt. Daneben verringert sich die Anfälligkeit für Störungen vor dem Start.
Im für die Startvorbereitungen vorgesehenen Bereich befinden sich vier Hauptgebäude:
- Im Bâtiment d’Intégration Propulseur (BIP) werden die Feststoffbooster montiert und überprüft;
- im Bâtiment d’Intégration Lanceur (BIL) wird die Hauptstufe auf dem beweglichen Starttisch aufgerichtet und die Booster angebracht;
- im Bâtiment d’Assemblage Final (BAF) werden die Nutzlastvorrichtungen montiert und aufgerichtet, die Tanks der Oberstufe befüllt (nicht bei kryogenen Oberstufen) und die letzten elektrischen Überprüfungen durchgeführt;
- im Startzentrum Centre de Lancement n°3 (CDL-3) finden die Startoperationen statt.
Im Jahr 2000 wurde ein zweiter beweglicher Starttisch dem Startkomplex hinzugefügt. 2001 wurde auf 3.000 m² eine neue Anlage (S5) zur Abfertigung von bis zu vier Nutzlasten gleichzeitig errichtet. Envisat war der erste Satellit, der sie nutzte.
Startvorbereitungen und Start in die Geostationäre Transferbahn (GTO)
Die Startvorbereitungen beginnen damit, dass etwa 1–2 Monate vor dem geplanten Start die Hauptstufe, die Oberstufe und die Nutzlastverkleidung, in übergroße Container verpackt, per Schiff im Hafen von Kourou ankommen. Von dort werden sie in ihren Transportcontainern auf Tiefladern in den Weltraumbahnhof gebracht.
Am nächsten Tag beginnt die Montage. Die Hauptstufe wird aus ihrem Transportcontainer gehoben. Vertikal am Kran hängend wird sie über den Starttisch gefahren. Am nächsten Tag werden die bereits montierten Feststoffbooster herangefahren und links und rechts an der Hauptstufe befestigt.
Die beiden in Transportcontainern verpackten Satelliten, die bei diesem Start transportiert werden sollen, werden jeweils in einem eigenen Großraum-Transportflugzeug (meistens Antonow An-124) auf dem Flughafen von Cayenne angeliefert. Von dort werden sie zum Weltraumbahnhof gebracht. Hier werden die Satelliten entladen, technisch überprüft und zum Schluss meistens mit Treibstoff betankt.
Währenddessen gehen die Montagearbeiten an der Rakete weiter.
- Bei der Ariane 5GS wurde als nächster Schritt der Ring mit der Steuerungseinheit auf der Hauptstufe montiert. Am nächsten Tag folgte die EPS-Oberstufe, die im Instrumentenring befestigt wurde.
- Bei der Ariane 5 ECA wurde vor Flug V179 als nächster Schritt die ESC-A-Oberstufe auf der Hauptstufe montiert und am nächsten Tag auf ihr die Instrumenteneinheit. Seit Flug V179 wird die ESC-A-Oberstufe und die Instrumenteneinheit bereits zu einer Einheit zusammenmontiert von Astrium in Bremen angeliefert und auf die Hauptstufe montiert, sodass die Montage der Ariane 5 ECA beschleunigt und vereinfacht wird.
Dann wird die Rakete vom BIL ins BAF überführt, wo die kombinierten Vorbereitungen von Rakete und Nutzlast beginnen. Der erste Satellit wird auf der Doppelstartvorrichtung montiert. Über ihn wird die Nutzlastverkleidung montiert. Danach wird der zweite Satellit auf der Oberstufe montiert. Über ihn wird die Kombination aus Nutzlastverkleidung, Satellit und Doppelstartvorrichtung gestülpt. Nun wird noch – wenn vorhanden – die EPS-Oberstufe mit 10 Tonnen lagerfähigem Treibstoff betankt. Anschließend rollt die Rakete aus dem BAF zur Startrampe und der etwa 11 Stunden dauernde Countdown kann beginnen.
Der Countdown dient hauptsächlich dazu, die Hauptstufe, und – wenn vorhanden – die ESC-A-Oberstufe mit flüssigem Sauerstoff und Wasserstoff zu betanken und alle wichtigen Systeme nochmals zu testen. 7 Minuten vor dem Start übernimmt der Computer die Kontrolle. Wenn der Countdown Null erreicht, zündet das Triebwerk der Hauptstufe und wird auf maximalen Schub hochgefahren. Nachdem es die volle Schubkraft erreicht hat, wird es vom Computersystem auf korrekte Funktion überprüft. Wenn alles OK ist, zünden die Feststoffbooster und erreichen innerhalb von 0,3 Sekunden ihre volle Schubkraft. Die Rakete hebt ab. Wenige Sekunden nach dem Abheben geht die Rakete vom senkrechten Aufstieg in einen schrägen Aufstieg in Richtung Atlantik über. Etwa 120 Sekunden nach dem Abheben sind die Feststoffbooster ausgebrannt und werden abgesprengt. Etwa 180 Sekunden nach dem Start ist die Rakete über 100 km hoch und die Nutzlastverkleidung wird abgeworfen. Sie fällt in den Atlantik. Die Rakete steigt durch den Schwung, den sie durch ihre starken Feststoffbooster erfahren hat, weiter auf eine Gipfelhöhe von etwa 130 km. Nun sinkt sie, fast parallel zur Erdoberfläche beschleunigend, wieder auf etwa 115 km ab, weil ihre Geschwindigkeit noch suborbital ist. Nach 605 Sekunden ist die Hauptstufe der Ariane 5 GS ausgebrannt und wird abgetrennt. Sie umkreist fast einmal die Erde, tritt vor der Westküste Südamerikas wieder in die Erdatmosphäre ein und verglüht. Bei der Ariane 5 ECA und ESV ist dagegen die Hauptstufe schon nach 590 Sekunden ausgebrannt und wird abgetrennt, fliegt auf einer parabelförmigen Bahn nur über einen Teil des Atlantiks und verglüht bereits vor der Westküste Afrikas.
Nach der Abtrennung der Hauptstufe zündet die EPS- oder ESC-A-Oberstufe und beschleunigt weiter. Bei der Ariane 5 GS erreicht nach weiteren über 1100 Sekunden Brennzeit die EPS-Oberstufe samt ihrer Nutzlast in etwa 1000 Kilometern Höhe die geostationäre Transferbahn. Bei der Ariane 5 ECA erreicht die ESC-A-Oberstufe mit ihrer Nutzlast nach weiteren etwa 970 Sekunden Brennzeit in etwa 600–700 Kilometern Höhe die geostationäre Transferbahn. Bei beiden wird dann das Triebwerk vom Navigationssystem abgeschaltet. Nun wird die Oberstufe mit der auf ihr sitzenden Nutzlast neu ausgerichtet und der oben auf der Doppelstartvorrichtung sitzende Satellit sanft abgestoßen. Nach einigen Minuten, wenn sich der Satellit aus dem Schwenkbereich der Oberstufe entfernt hat, wird diese wiederum neu ausgerichtet und stößt die Doppelstartvorrichtung ab. Einige Minuten später wird die Oberstufe erneut ausgerichtet und stößt den zweiten, meist kleineren und leichteren, Satelliten sanft ab.
Die erreichte Geostationäre Transferbahn hat normalerweise bei der Ariane 5 GS eine geplante Höhe von etwa 570–35890 km und eine Bahnneigung von 7°. Jedoch ist auch eine Abweichung von ± 10 km beim Perigäum und ± ca. 80–100 km im Apogäum und ± 0,5° Bahnneigung noch erlaubt. Die Ariane 5 schafft es meistens, die geplanten Bahnhöhen bis auf wenige km genau zu erreichen und die Bahnneigung zum Äquator auf nur wenige hundertstel bis zehntel Grad.
Die Geostationäre Transferbahn mit der höchsten Nutzlast hat bei der Ariane 5 ECA ungefähr eine geplante Höhe von etwa 250–35890 km und eine Bahnneigung von 7°. Weil jedoch bei vielen Starts die Nutzlast nicht die volle Nutzlastkapazität der Ariane 5 ECA ausnutzt, wird dann die noch zur Verfügung stehende Kapazität dazu genutzt, um einen GTO mit weniger als 7° Inklination anzufliegen (hinunter bis zu 2°). Von diesen benötigen die Satelliten weniger Treibstoff, um die Geostationäre Umlaufbahn zu erreichen. Das kommt ihrer Lebensdauer zugute. Wie bei der Ariane 5 GS ist jedoch auch bei der Ariane 5 ECA eine Abweichung von ± 10 km beim Perigäum und ± ca. 80–100 km im Apogäum und ± 0,5° Bahnneigung noch erlaubt. Auch die Ariane 5 ECA schafft es meist, die geplanten Bahnhöhen bis auf wenige Kilometer genau zu erreichen und die Bahnneigung zum Äquator auf nur wenige hundertstel bis zehntel Grad.
Bisherige Starts
- Für eine komplette Liste aller erfolgten und einiger geplanten Ariane-5-Starts siehe den Artikel Liste der Ariane-5-Raketenstarts.
Seit 1996 ist die Ariane 5 im Einsatz. Die ersten Jahre wurde die Ariane 5 parallel zu der älteren Ariane 4 verwendet. Nach dem letzten Start der Ariane 4 am 15. Februar 2003 war die Ariane 5 bis zum Start der Vega 2012 die einzige aktive Trägerrakete Europas. Die meisten Nutzlasten sind Kommunikationssatelliten, die in Geostationäre Transferbahnen abgesetzt werden.
Fehlgeschlagener Erstflug
Die Ariane 5 startete am 4. Juni 1996 zu ihrem Erstflug V88 mit den vier Cluster-Satelliten als Nutzlast. Nach 37 Sekunden stellte sich die Rakete plötzlich quer, brach durch die Luftkräfte auseinander und sprengte sich selbst. Dabei kamen keine Menschen ums Leben, doch der materielle Schaden belief sich auf etwa 370 Millionen US-Dollar. Verkürzte Darstellungen nennen den Fehlstart einen der teuersten Softwarefehler der Geschichte.
In der Untersuchung wurden jedoch mehrere Fehler auch im Entwicklungsprozess gefunden, von denen jeder einzelne, wäre er nicht gemacht worden, den Verlust verhindert hätte. So stellte sich heraus, dass Teile der Software von der Ariane 4 übernommen worden waren, ohne die Gültigkeit der Anforderungen zu überprüfen und ohne das System zu testen. Es handelte sich um Code zur Kalibrierung der Trägheitsnavigationsplattformen vor dem Start. Das Weiterlaufen nach dem Start für 40 Sekunden verhalf dem System bei Ariane 4 zu schnellerer Verfügbarkeit nach Unterbrechungen der Startprozedur, war aber für Ariane 5 überhaupt unnötig, jedenfalls zu lang bemessen. Da Ariane 5 sich dynamischer bewegen konnte, nahm die Fehlerschätzung der Odometrie schneller zu, was einen Überlauf verursachte, für den eine angemessene Ausnahmebehandlung als nicht notwendig erachtet worden war. Die unbehandelte Ausnahme führte anforderungsgemäß in einen Zustand, in dem weder Sensorsignale noch weiterhin korrekt berechnete Lagedaten an den Steuerungsrechner weitergeleitet wurden.
Der erste erfolgreiche Start erfolgte am 30. Oktober 1997.
Weitere Fehlschläge
Abgesehen vom Erststart gab es einen weiteren Fehlschlag und drei Teilerfolge; dabei schlug zwischen dem 11. Dezember 2002 und dem 25. Januar 2018 keine Mission fehl.
| Seriennummer | Typ | Startdatum (UTC) | Nutzlasten | Grund |
|---|---|---|---|---|
| V-88 | 5 G | 4. Juni 1996, 12:34 Uhr | 4 Cluster-Satelliten | 36 s nach dem Start kam die Rakete bedingt durch einen Softwarefehler vom Kurs ab. Sie sprengte sich bei 37,3 s. |
| V-101 | 5 G | 30. Okt. 1997, 13:43 Uhr | Maqsat-H, TEAMSAT, YES, Maqsat-B | Orbit zu niedrig durch Minderleistung der Unterstufe |
| V-142 | 5 G | 12. Juli 2001, 22:58 Uhr | Artemis, BSAT-2b | Orbit zu niedrig durch Minderleistung der Oberstufe |
| V-157 | 5 ECA | 11. Dez. 2002, 22:22 Uhr | Hot Bird 7, Stentor | Absturz auf Grund von Fehler im Haupttriebwerk |
| VA-241 | 5 ECA | 25. Jan. 2018, 22:20 Uhr | SES-14/GOLD, Al Yah 3 | Orbit mit zu hoher Inklination durch falsche Startrichtung |
Beim Start in der Nacht vom 25. auf 26. Januar 2018 vom Weltraumbahnhof Kourou ging die Kommunikation zur Rakete wenige Sekunden nach dem Zünden der Oberstufe verloren.[29]
Wichtige Nutzlasten
Am 28. Februar 2002 startete eine Ariane 5 G den 8,2 Tonnen schweren Umweltsatelliten Envisat der ESA in eine sonnensynchrone Umlaufbahn.
Am 27. September 2003 startete eine Ariane 5 G SMART-1 zum Mond.
Am 2. März 2004 startete eine Ariane 5 G+ Rosetta zum Kometen Tschurjumow-Gerassimenko.
Am 14. Mai 2009 startete eine Ariane 5 ECA die Weltraumteleskope Herschel und Planck in eine hochexzentrische Umlaufbahn zwischen 270 und 1.197.080 km Höhe, die 5,99° zum Äquator geneigt ist. Vom erdfernsten Punkt dieser Umlaufbahn manövrierten sich die Teleskope in ihre Umlaufbahnen um den Lagrange-Punkt L2.[30]
Am 1. Juli 2009 startete eine Ariane 5 ECA den, mit 6,9 Tonnen bis dahin schwersten, zivilen Kommunikationssatelliten TerreStar 1 erfolgreich auf eine Geostationäre Transferbahn.
Am 7. Februar 2013 startete eine Ariane 5 ECA die 10,317 Tonnen schweren Satelliten Amazonas 3 und Azerspace/Africasat-1a. Dies stellt den bisherigen GTO-Rekord (Gesamtmasse pro Flug) dar.[31]
Am 5. Juni 2013 startete eine Ariane 5 ES das ESA-Versorgungsraumschiff ATV-4 zur Internationalen Raumstation in eine 51,6° zum Äquator geneigten Umlaufbahn in etwa 260 km Höhe. Mit 19,887 Tonnen Startgewicht stellt dies die bisher massereichste Nutzlast dar.[32][33]
Am 20. Oktober 2018 startete eine Ariane 5 ECA BepiColombo zum Merkur.
Am 25. Dezember 2021 startete eine Ariane 5 ECA James-Webb-Weltraumteleskop zum Lagrange-Punkt L2. Die Ariane 5 setzte die Sonde dabei auf eine hochakkurate Flugbahn, wodurch signifikante Treibstoffeinsparungen realisiert werden konnten. Da ein Teil des Treibstoffes anbord des Teleskops nicht für Kurskorrekturen verwendet werden muss, hat sich die Lebensdauer des Teleskops von den anvisierten zehn Jahren auf zwanzig Jahre verdoppelt, was die Mission insgesamt nutzbringender macht. Eric Berger, Weltraumkorrespondent des Magazins Ars Technica würdigt die Leistung und Sorgfalt der Ingenieure der Ariane 5, die diesen Erfolg ermöglicht haben.[34]
Ariane-5-Weiterentwicklungsstudien
Die Ariane 5 Heavy Lift Derivates ist eine Studie der CNES aus dem Jahre 1991. Es wird die mögliche Leistungssteigerung der Trägerrakete erörtert. Die erste Stufe (engl. cryogenic lower stage) hat einen Durchmesser von 8,2 Metern und ist mit fünf Vulcain-II-Triebwerken ausgestattet. Die zweite Stufe (engl. cryogenic upper stage) hat einen Durchmesser von 5,4 Metern und ist mit einem wiederzündbaren Vulcain-Triebwerk mit 700 kN Schub ausgestattet. Die mögliche Nutzlastkapazität beträgt 90 Tonnen in den LEO und 35 Tonnen in den Mondorbit. In der Studie wird angemerkt, dass die Entwicklung der Ariane 5 Heavy Lift Derivates trotz des Einsatzes erprobter Technologien mit hohen Kosten verbunden wäre.[19]
Einzelnachweise
- X-38. NASA, 6. Februar 2002, abgerufen am 7. Januar 2019 (englisch).
- Stephen Clark: Europe eyes cooperation on Dream Chaser space plane. In: Spaceflight Now, 8. Januar 2014. Archiviert vom Original am 9. Januar 2014. Abgerufen am 9. Januar 2014.
- arianespace: Ariane 5 overview. Abgerufen am 17. November 2016 (englisch).
- Deutsche Booster für Europa. In: FliegerRevue. März 2009, S. 46–49.
- http://www.spaceflightnow.com/news/n1306/16ariane5/ Stephen Clark: Ariane 5 rocket upgrades could be accelerated, Datum: 16. Juni 2013, Abgerufen: 17. Juni 2013
- France’s Investment Program for the Future allocates €25 million for Ariane 5 upgrade. ArianeSpace, 4. September 2013, abgerufen am 6. Januar 2016 (englisch).
- Klaus Donath: Perfekter VEGA-Jungfernflug … und nun? in Raumfahrer.net Datum: 13. Februar 2012, Abgerufen: 16. Februar 2012
- Ariane 5 Evolution bei Bernd Leitenberger
- Arianespace: Arianespace hosts meeting of launch system manufacturers, Datum: 11. Oktober 2010, Abgerufen: 16. Oktober 2010
- http://spaceinimages.esa.int/var/esa/storage/images/esa_multimedia/images/2011/06/ariane_5_eca/10218416-2-eng-GB/Ariane_5_ECA.jpg Siehe Bild
- Arianespace orders 35 Ariane 5 ECA launchers from Astrium
- Astrium baut 18 neue Trägerraketen vom Typ Ariane 5 ECA für Arianespace. In: airbusgroup. (online [abgerufen am 19. März 2017]). Astrium baut 18 neue Trägerraketen vom Typ Ariane 5 ECA für Arianespace (Memento vom 20. März 2017 im Internet Archive)
- ESA: Eight more Galileo navsats agreed, Datum: 2. Februar 2012, Abgerufen: 4. Februar 2012
- Gunter's Space Page: Galileo-IOV PFM, FM2, FM3, FM4. (Nicht mehr online verfügbar.) Archiviert vom Original am 25. Januar 2012; abgerufen am 21. Mai 2018.
- Arianespace Launch Kit , Abgerufen: 17. November 2016
- Galileo-Satelliten auf Dispenser Archivlink (Memento vom 18. November 2016 im Internet Archive), Abgerufen: 18. November 2016
- Ministerratstagung zur Festlegung der Rolle der Raumfahrt bei der Verwirklichung globaler Ziele
- Europäische Minister verleihen der Raumfahrt neue Dynamik und stärken ihre Rolle
- Die Weiterentwicklung der Ariane 5.
- Flashespace.com – Bourget 2009: L'ESA signe le contrat de développement du démonstrateur High Thrust Engine
- European Space Agency (ESA) awards development contract for Ariane 5 Midlife Evolution (ME) to Astrium (Memento vom 15. Juli 2010 im Internet Archive)
- ESA signs contract for Ariane 5 rocket enhancements
- Bernd Leitenberger: Europäische Trägerraketen Band 2 – Ariane 5 und Vega. S. 296, 340.
- ESA: Minister beschließen Investitionen in die Raumfahrt zur Förderung von Europas Wettbewerbsfähigkeit und Wachstum, Datum: 21. November 2012, Abgerufen 22. November 2012
- EADS-Astrium: Astrium wins ESA contracts to design Ariane 6 and continue development of Ariane 5 ME, Datum: 30. Januar 2013, Abgerufen: 5. Februar 2013 (Memento vom 22. Februar 2014 im Internet Archive)
- ESA: Successful conclusion of ESA Council at Ministerial level Datum: 2. Dezember 2014.
- Alexander Stirn: Raumfahrt: Der Kuhhandel um Europas neue Rakete Ariane 6 Spiegel Online, 24. November 2014.
- ESA: Brennzeit
- Problem bei Satellitenstart orf.at, 26. Januar 2018, abgerufen 26. Januar 2018.
- http://www.arianespace.com/news-mission-update/2009/594.asp
- Ariane 5 bringt mit Rekordflug zwei Satelliten ins All. 8. Februar 2013, abgerufen am 8. Februar 2013.
- Data relating to Flight VA213 by Florence Hauss (Memento vom 3. Mai 2015 im Internet Archive) EADS Astrium Launch Kit VA 213
- Europe s heaviest cargo ship launched to Space Station, Datum: 6. Juni 2013, Abgerufen: 7. Juni 2013
- Eric Berger: All hail the Ariane 5 rocket, which doubled the Webb telescope’s lifetime. In: www.arstechnica.com. Ars Technica, 10. Januar 2022, abgerufen am 11. Januar 2022 (amerikanisches Englisch).
Literatur
- William Huon: Ariane, une épopée européenne. ETAI 2007, ISBN 978-2-7268-8709-7.
- Andrew Wilson: ESA Achievements, 3rd edition. ESA Publications Division, Noordwijk 2005, ISSN 0250-1589.
- Bernd Leitenberger: Europäische Trägerraketen, Band 2: Ariane 5 und Vega, Norderstedt 2010, ISBN 978-3-8391-0165-0.
- Ariane 5. In: Bernd Leitenberger: Internationale Trägerraketen: Die Trägerraketen Russlands, Asiens und Europas, Edition Raumfahrt, 2016, ISBN 978-3-7386-5252-9, S. 334–359
- Bernd Leitenberger: Europäische Trägerrakten 2: Ariane 5, 6 und Vega, Edition Raumfahrt, 2. Auflage von 2015, ISBN 978-3-7386-4296-4
Weblinks
- ESA: Ariane 5 (englisch)
- Astrium: Ariane 5
- Arianespace: Ariane 5 (englisch)
- Berichte über Startvorbereitungen und Starts auf der Seite von Arianespace (englisch)
- Arianespace Missions Archive (englisch)
- Bericht über den misslungenen ersten Start der neuen Ariane 5 ECA
- Bernd Leitenberger: Die Ariane 5
- Ariane Launch kits der Herstellerfirma Astrium (englisch)
- Arianespace e-space Newsletter April 2000 (Memento vom 27. September 2007 im Internet Archive) (enthält u. a. eine Beschreibung der verschiedenen Nutzlastverkleidungen und Doppelstartvorrichtungen, PDF)
- Usermanual (PDF; 13,7 MB)
- CAPCOM ESPACE: ARIANE 5 (französisch)
- CAPCOM ESPACE: ARIANE 5 E/CA (französisch)
- ESA Deutschland: Die Versionen der Ariane 5
- Tabelle des DLR (Januar 2014) Ariane 5 Versionen (PDF; 1,3 MB)
- Sendung mit der Maus, Rakete anhand der Ariane 5 erklärt
