Quo vadis, ATV Evolution?

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Raumfahrt aus der Froschperspektive
Go for Launch

Fünf Stück des europäischen Versorgungsfrachters ATV sollen insgesamt gebaut werden. Das dritte wurde im März 2012 gestartet und ist aktuell an der ISS angedockt. Jedes Jahr wird ein weiteres ATV gestartet, sodass ATV-5 im Jahr 2014 dran ist. Die ISS bleibt bis 2020 operationell und die ESA ist vertraglich verpflichtet, 8% der Betriebskosten zu schultern. Mit den fünf ATVs ist der finanzielle Beitrag bis 2017 abgedeckt. Für den Zeitraum 2017 bis 2020 kommen aber nochmals 600 Millionen Dollar (etwa 450 Millionen Euro) hinzu.

Die ESA kann, wie u.a. dieser Artikel auf spaceflightnow.com berichtet, entweder diese Summe berappen oder sie kann eine “contribution in kind” leisten, also einen Beitrag in Form von Hardware oder Dienstleistungen, dessen finanzieller Aufwand besagten 450 Millionen Euronen entspricht. Dieser Beitrag muss auch zeitnah im Kontext der bemannten internationalen Weltraumoperationen anfallen.

450 Millionen Euro – das ist natürlich für Sie und mich ein Haufen Geld, aber für ein größeres Hochtechnologieprojekt ist das nicht gar so viel. Das ist weniger als anderthalb Mal so viel, wie jede ATV-Mission ohnehin gekostet haben wird, inklusive Umlage der Entwicklungskosten.

So richtig große Sprünge kann man mit der Summe nicht machen.

Das europäische Unternehmen EADS Astrium als Hauptauftragnehmer für die bisherigen bemannten Aktivitäten hat nun den Auftrag für Studien zu möglichen Weiterentwicklungen unter Nutzung der ATV-Technik bekommen. Zwei Möglichkeiten stehen zur Auswahl:

  1. Ein Versorgungsmodul für das Orion-CEV (aka MPCV) der NASA. Die Amerikaner würden dann die bemannte Kapsel bauen, die Europäer das Modul, das Antrieb, Lagesteuerung und Energieversorgung leistet.
  2. Eine Art Raumschlepper, der in verschiedenen Rollen im niedrigen Erdorbit betrieben werden kann, um bemannte Raumstationen anzufliegen und dort anzudocken, oder auch nicht-permanent bemannte orbitale Labors. Ein solcher Raumschlepper könnte auch zum Deorbit ausgebrannter Oberstufen oder alter bzw. defekter Satelliten verwendet werden.

Der ganz große Wurf, ein bemanntes europäisches Raumschiff oder zumindest eine bemannte europäische Rückkehrkapsel, zunächst ohne die Fähigkeit zu bemannten Starts, bleibt außen vor. Angesichts des gesteckten Budgetrahmens ist das auch nicht verwunderlich.

Ich betätige mich mal als Orakel.

Der Option des Versorgungsmoduls für das Orion-Raumschiff messe ich keine Erfolgsaussichten bei. Ich sehe nicht, was von der ATV-Technik für einen solchen Einsatz brauchbar ist. Weder die Stromversorgung noch der Antrieb des rein für Flüge zur ISS zugeschnittenen ATV ist angemessen für ein bemanntes Raumschiff wie Orion, das ausdrücklich auch zu Missionen zum Mond, zu den Lagrange-Punkten und zu Asteroiden eingesetzt werden soll. Insbesondere beim Antrieb hapert es. Die vier kleinen Orbitalmanövertriebwerke von je 490 Newton Schub reichen zwar für Flüge zur ISS, aber für alles Andere wären sie hoffnungslos unterdimensioniert Und selbst diese Triebwerke sind auch nur von einem amerikanische Zulieferer, der Firma Aerojet, gekauft.

Für alles, was man mit dem Orion-Raumschiff vor hat, braucht man aber ein richtiges Triebwerk. Man schaue sich einfach mal das Versorgungsmodul der Apollo-Raumschiffe an, oder auch das, was eigentlich für das Orion-Schiff geplant war. 91 kN bzw. 33 kN Schub, das sind die Größenordnungen, die man einfach braucht, wenn man nicht nur den Minimalfall des erdnahen Orbits abdecken will. Der ATV-Technik nun so ein Triebwerk aufzupfropfen, das macht keinen Sinn. Nicht nur deswegen, weil man in Europa gar kein solches Triebwerk hat und es erst entwickeln müsste, etwa durch Ableitung aus Triebwerken für Raketenoberstufen. Sondern auch, weil man dann das Lageregelungssystem neu auslegen müsste, denn ein Schiff bei 2 kN Schub stabil zu halten ist lange nicht dasselbe, wie wenn man es bei 30, 50 oder mehr kN Schub stabil halten wollte.

Wenn man aber nicht nur das Antriebssystem (das sowieso), sondern auch noch das Lageregelungssystem neu entwickeln muss, was bleibt denn dann noch übrig vom ATV? Genau. Und dann reckt auch gleich wieder die unangenehme Frage ihr Haupt: Wie weit kommt man da mit 450 Millionen?

Wenn man aber kein neues Antriebssystem entwickelt, dann hätte man damit das Orion-Raumschiff sauber kastriert – man könnte damit gerade das machen, was die SpaceX Dragon und das Boeing CST-100 heute schon bzw. sehr bald weitaus billiger können, aber auch keinen Deut mehr – also keine Explorationsmissionen. Darauf werden sich die Amerikaner nie einlassen. Warum sollten sie unseren Unwillen zu angemessener Investition zu ihrem Problem werden lassen?

Also bleibt nur die Option des multifunktionalen Raumschleppers. Wenn es um die Versorgung bestehender oder vorgesehener Raumstationen geht, dann ist es wohl nicht unrealistisch, wenn man voraussetzt, dass das klappt. Wenn das ATV es bei der ISS kann, dann wird auch ein ATV-Derivat es bei der ISS oder bei einer ähnlichen Station können. Dazu müsste man es noch nicht einmal groß umbauen.

Anders ist das aber bei der angesprochenen Funktionalität eines orbitalen Müllräumers. Das Herannavigieren an ein unkooperatives Stück Weltraumschrott ist ein vollkommen anders gelagertes Problem als das Rendezvous und Andocken mit einem kooperativen Ziel wie einer Raumstation. Es ist, um es kurz zu machen, etwas ganz Anderes als alles, was die bisher entwickelte ATV-Technik kann.

Zudem ist gar nicht klar, wie man denn überhaupt das Deorbit bewerkstelligen will. Ein so risikobehaftetes Verfahren wie das aktive Andocken ist nicht unbedingt die richtige Methode. Im Gegenteil, es kann sehr wohl sein, dass man sich damit ein großes Risiko einhandelt, eine riesige Trümmerwolke zu erzeugen – also genau das, was man mit der Müllbeseitigung ja eigentlich verhindern will.  

Aktuell studiert man eher solche Verfahren zur Müllbeseitigung, die einen direkten Kontakt vermeiden. Beispielsweise, indem man eine Sonde mit zwei Ionentriebwerken ausstattet und diese ko-orbital direkt vor dem Zielobjekt positioniert, das eine Ionentriebwerk ist auf das Zielobjekt gerichtet, sodass der Plasmastrahl eine schwache, aber konstante Bremswirkung ausübt und dem Ziel orbitale Energie entzieht. Das andere Ionentriebwerk feuert in die Gegenrichtung und dient dazu, die Müllbeseitigungssonde in der richtigen Relativposition vor dem Ziel zu halten.

Für so eine Anwendung ist jedoch nichts der ATV-Technik von Nutzen. Man bräuchte dazu viel mehr elektrische Leistung, orientierbare Ionentriebwerke und ein relatives Bahnregelungssystem mittels eines abtastenden LIDAR  – Gut, zumindest in diesem Punkt könnte man zumindest etwas vom ATV übernehmen, immerhin! – aber das ganze Gefährt wäre ein ganz anderes als das Versorgungsschiff für Raumstationen, sodass es wenig Sinn machen würde, beides über einen Kamm zu scheren. So etwas entwickelt man lieber auf Satellitenbasis. Dann kostet jeder einzelne Start auch schon einmal deutlich weniger, das System selbst sowieso.

Was also bleibt, ist, dass aus dem ATV mit hoher Wahrscheinlichkeit kein Versorgungsmodul für das Orion-Raumschiff entwickelt werden wird und auch kein Entsorgungsvehikel für Weltraumschrott – weil beides auf ATV-Basis keinerlei Sinn machen würde – sondern allenfalls ein unbemanntes Versorgungsschiff für bemannte Raumstationen.

Das aber ist das ATV doch bereits! Also ist die “Evolution” doch wohl eher nur ein Evolutiönchen. Die Chance, zur Weltspitze aufzuschließen und Europa einen eigenen bemannten Zugang zum Weltraum zu verschaffen, wird nicht genutzt. Sie wird noch nicht einmal angesprochen.

Weitere Information

Artikel auf spaceflightnow.com vom 21.6.2012: “ATV evolution studies look at exploration, debris removal”

Kosmologs-Artikel vom 31.5.2009: “Der Weg zum europäischen Raumschiff”

 

Ich bin Luft- und Raumfahrtingenieur und arbeite bei einer Raumfahrtagentur als Missionsanalytiker. Alle in meinen Artikeln geäußerten Meinungen sind aber meine eigenen und geben nicht notwendigerweise die Sichtweise meines Arbeitgebers wieder.

5 Kommentare

  1. Leadership

    Haarscharf analysiert! Die Frage ist, was steht konkret im Vorschlag für die Ratsversammlung auf Ministerebene drin? Ich denke, das ist mal wieder ein Fall für echtes Leadership: entweder wir gehen den Weg und nutzen die ATV-Technologie für zukünftige Projekte, etwa den automatischen Aufbau einer Raumstation im Erd-Mond Librationspunkt, oder wir lassen es und zahlen die 450M€ als Abschlusszahlung in der bemannten Raumfahrt, so traurig wie das wäre.

    Ad Astra!

  2. Trauerspiel

    Vielen Dank, Michael, dass Du Dich des Themas annimmst. Ich mag es gar nicht anfassen, so ein Trauerspiel ist das. Die Sicherheit, dass man – wie in Europa üblich – entweder zu gar keinem Resultat oder zur lauwärmsten aller möglichen Lösungen kommen wird geht fast gegen unendlich. Wenn denn was rauskommt, wird das sicher irgendwas mit „nachhaltig“ und „ökologisch“ sein. Vielleicht wird man dann in acht oder zehn Jahren, nach langer und windungsreicher Entwicklungszeit, den alten Envisat damit abschleppen und sich danach feiern lassen.

    Es ist bezeichnend, dass ausgerechnet der Einsatzzweck, für den es mit viel gutem Willen noch am ehesten geeignet wäre, nämlich der Einsatz als Service- und Antriebsmodul für ein bemanntes europäisches Transportsystem, gar nicht erst untersucht werden darf. Ich frage mich wirklich, warum man hier den Begriff „bemanntes Raumtransportsystem“ meidet, als würde augenblicklich der Schwarze Tod über Europa kommen, täte man es dennoch.
    Aber vielleicht ist es auch gut so. Das Ding ist ohnehin byzantinisch komplex und geradezu grotesk teuer geworden. Ein gutes Service- und Antriebsmodul für ein bemanntes Raumtransportsystem mit einer gradlinigen Architektur kann man da wahrscheinlich eh nicht mehr draus machen.
    Das Vernünftigste wäre es somit einfach, für die 450 Millionen im „Barter-Topf“ noch eine ATV-Mission Nummer 6 durchzuführen und es dann gut sein zu lassen.

  3. Erschwerend kommt ja noch hinzu, dass Franzosen und Italiener gern den Raumschlepper mit dem schönen Namen “Versatile Autonomous Concept” hätten, die Deutschen aber das “Orion”-Servicemodul bevorzugen. Dass sich die Partner nicht einigen können und – typisch europäisch – einfach mal beide Konzepte studieren lassen (man hat ja das Geld und die Zeit …), verheißt für den Ministerrat wenig Gutes.

    Eine definitive Entscheidung im November sehe ich allenfalls als Teil eines Kuhhandels: Also Frankreich kriegt den Raumschlepper, dafür Deutschland seine Mondmission. Oder die Deutschen beteiligen sich an “Exomars”, bekommen dafür ihr “Orion”-Servicemodul. Oder es läuft, wie von DLR-Chef Wörner angedeutet, auf einen Kompromiss aus Raumschlepper und Servicemodul hinaus, mit dem dann überhaupt niemand etwas anfangen kann.

    Sinnvoll oder gar wegweisend ist das alles nicht.

  4. @Alexander Stirn: Servicemodul

    In punkto Servicemodul sollten die Amerikaner aber auch ein Wörtchen mitzureden haben. Ein solches Modul, das wirklich auf ATV-Technik aufsetzt, also im Wesentlichen aus dem unteren Drittel des ATV besteht, ohne das druckbelüftete Segment mit der Luftschleuse und dem Andockmechanismus, halte ich für unbrauchbar angesichts des anvisierten Missionsprofils des MPCV.

    Mit so etwas wäre doch, meine ich, von vorneherein das MPCV zum MPCV-light degradiert, das nichts kann als im LEO herumgurken – warum sollten sich die Amerikaner auf so etwas einlassen?

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