Quo Vadis, Ariane?

BLOG: Go for Launch

Raumfahrt aus der Froschperspektive
Go for Launch

Arianespace, der europäische Anbieter für Raketenstarts ins Weltall, ist schon seit Jahren der Platzhirsch mit einem Marktanteil von mehr als 50% und scheint seine Rolle auch in den nächsten Jahren noch zu verteidigen.

Dennoch ist das Arianespace-Produktportfolio durchaus nicht als unproblematisch zu betrachten:

  • Es ist, um es mal vorsichtig auszudrücken, nicht jedem Beobachter unmittelbar einsichtig, in welcher Marktlücke sich die neue Kleinrakete VEGA positionieren will. VEGA ist ein vierstufiges Vehikel, das sich nur für Starts in annähernd kreisförmige, niedrige Bahnen eignet.
  • Zwischer der mittelgroßen und der großen Rakete im Programm, der Sojus-2.1b mit der Fregat-Oberstufe und der Ariane 5 ECA, klafft eine Lücke in der Nutzlastkapazität. Beide Raketen sind auslegungsbedingt wenig flexibel – sie können nicht, beispielsweise durch Variation der Zahl und Art der “Booster”, kleiner Zusatzraketen für die Anfangsphase des Starts – an die erforderliche Nutzlastkapazität angepasst werden. Da war die Vorgängerrakete Ariane 4 deutlich vorteilhafter, denn bei der ließ sich beispielsweise die Nutzmassenkapazität ins geostationäre Transferorbit allein über die Wahl der Booster zwischen 1900 und 4200 kg variieren. Die Sojus schafft in dieses Orbit gut 3 Tonnen, die ECA dagegen 10 Tonnen. Für den Betreiber eines geostationären Satelliten ist das nicht ganz so problematisch – es gibt der ECA immer noch die Option, mehrere Satelliten gleichzeitig zu starten. Will man jedoch in ein anderes Orbit, findet sich nicht unbedingt ein anderer Satellit, der auch dorthin will und mit dessen Besitzer man die Startkosten teilen kann. Wenn der Satellit dann nicht auf die Sojus passt, hat man Pech gehabt.
  • Die Flexibilität der ECA wird durch Besonderheiten ihrer kryogenen (d.h., mit flüssigem Wasserstoff und Sauerstoff betriebenen) Oberstufe namens ESC-A beeinträchtigt. Diese hat nicht nur eine vergleichsweise hohe Strukturmasse, schwerer wiegt die Tatsache, dass das von der Arianbe 4 übernommene HM7A-Triebwerk der Oberstufe nicht wiederzündbar ist – die Triebwerkszündung muss direkt im Anschluss an des Ausbrennen und Abtrennen der Zentralstufe EPC erfolgen. Kein Problem bei Starts in geostationäre Transferorbit, aber eine erhebliche Einschränkung bei den meisten anderen Zielbahnen. Frühere Versionen der Ariane 5, die eine nicht-kryogene Oberstufe mit dem wiederzündbaren Triebwerk Aestus verwenden, werden heute nicht kommerziell angeboten.
  • Auch die Wahl des Startortes Kourou in französisch Guayana stutzt den Ariane-Raketen, und zwar allen, die Flügel. Bei jedem Raketenstart ist ein freies Schussfeld über unbewohntes Gebiet, idealerweise den weiten Ozean, von Vorteil. Dies gilt nicht nur für die unmittelbare Umgebung des Startorts, sondern auch für Tausende von Kilometern “Downrange”, entlang der Flugrichtung, den dort muss Platz sein, um die Stufen sicher abwerfen zu können. Von Kourou aus sind sichere Bedingungen eigentlich nur fur eine Start genau nach Osten gegeben. Dann kommt man der südamerikanischen Küste nicht zu nah und vermeidet den Überflug Westafrikas. Allerdings ist man dann auf fast-äquatoriale Bahnen beschränkt – in der Praxis ist die geostationäre Bahn die einzige äquatoriale Bahn von Interesse. Will man auf Inklinationen von 50 Grad oder mehr, ist Europa im Weg. Will man auf eine Bahn von mehr als 90 Grad Inklination, wie es für Erdbeobachtungssatelliten der Fall ist, kreuzt man Nordamerika. Bei Licht betrachtet ist Kourou eigentlich nur bei Starts geostationärer Satelliten geeignet.

Der weitere Erfolg von Arianespace scheint also zumindest kein Selbstläufer zu sein. Er hängt zum einen davon ab, wie sich der Markt entwickelt. Geostationäre Satelliten wird es sicher auch in der Zukunft noch geben. Auch wenn ihre Bedeutung für die Telefonie in dem Maße nachlässt, wie die Kapazität von Breitband-Glasfaserbackbones wächst, so bleiben doch Satellitenrundfunk und die breitbandige Datenübetragung von Standorten ohne Zugang zu einem terrestrischen Netzwerk auf absehbare Zeit bedeutsam.

Es ist aber auch abzusehen, dass neben der Kernanwendung Erdbeobachtung von niedrigen, meist sonnensynchronen Bahnen auch kreisförmige oder elliptische Bahnen mittlerer Höhe an Wichtigkeit gewinnen. Zum einen für die Satellitennavigation, aber auch für Kommunikationsanwendungen.

Zum anderen hängt die Zukunft von Arianespace davon ab, dass es gelingt, ihr Produktportfolio flexibler und preiswerter zu gestalten, ohne an Zuverlässigkeit zu verlieren. Es muss jetzt mit der Entwicklung des Nachfolgers der Ariane 5 begonnen werden. Die Ariane 6 wird mit Sicherheit ein viel flexibleres Design haben und damit das aufgreifen, was die Ariane 4 bereits aufwies. Sie muss aber auch deutlich billiger werden, um konkurrenzfähig zu bleiben.

Genau dies ist eines der heißen Themen bei der aktuellen Ministerratstagung in Neapel, neben dem europäischen Beitrag zum verlängerten Betrieb der ISS.

Dass die Ariane 6 kommen soll, dass sie flexibler, wahrscheinlich kleiner und deutlich kostengünstiger ausfällt als die Ariane 5 – darüber herrscht Einigkeit. Nicht aber über den Zeitplan. Die Franzosen wollen das Projekt Ariane 6 sofort auf den Weg schicken, die Deutschen wollen dagegen die Ariane 5 zwar flexibler, aber auch noch leistungsfähiger machen. Dies soll im Wesentliche mittels einer neuen Oberstufe geschehen, die mit einem wiederzündbaren Triebwerk namens Vinci ausgestattet ist und damit der Rakete ermöglichen wird, das zu machen, was die Konkurrenz schon lange kann. Zudem wird die Nutzlastkapazität weiter wachsen, auf 12 Tonnen ins geostationäre Transferorbit.

Elon Musk, der Gründer der US-Firma SpaceX, deren Raketen vom Typ Falcon 9 deutlich preiswerter angeboten als die Konkurrenz, nimmt kein Blatt vor den Mund: In einem Interview mit der BBC bezeichnet er die Ariane 5 ME als chancenlos.

Ganz von der Hand zu weisen ist diese Behauptung nicht, wenn man sie auch mit einem Körnchen Salz nehmen muss. Musk ist ja kein unbeteiligter Beobachter. Dass er der Meinung ist, das eigene Projekt sei besser als das der Konkurrenz, ist erst einmal nicht besonders verwunderlich.

Andere Kommentatoren, hier Chris Bergin von nasaspaceflight.com, weisen dagegen darauf hin, dass für Satellitenbetreiber die Startkosten nur eines von vielen Kriterien für die Auswahl eines Anbieters sind. Ganz vorne steht, so Bergin, die Zuverlässigkeit. Da hat Arianespace zwar die Nase vorn, verglichen mit SpaceX, allerdings auch mit einem wesentlich ausgereifteren Produkt. Die Frühphase des Programms Ariane 5 kann man auch nicht anders als holprig nennen. Sowohl die allererste Ariane 5 als auch die allereste Ariane 5 ECA legten lupenreine Fehlstarts hin, beide Male mit echter Nutzlast an Bord. Trotzdem ist die Ariane 5 eine zuverlässige Rakete, die mittlerweile 52 erfolgreiche Starts in Forlge absolviert hat. Dass eine komplexe Maschine in der Anfangsphase versagt, ist normal. das gilt auch für die Falcon 9. Da sollte man der mannschaft fairerweise die Chance geben, die Kinderkrankheiten in den Griff zu bekommen.

Es liegen interessante Jahre vor uns. Ein Markt im Prozess der Umwälzung, neue Anbieter, mehr Konkurrenz, bessere Technik. 

Ein weiterer Aspekt ist wichtig, kommt aber in der Presse gar nicht zur Sprache: Selbst wenn die Ariane 6 sich kommerziell durchsetzen kann, gibt es ja in Europa auch die wissenschaftliche Raumfahrt. Die Ariane 5 ECA ist für wissenschaftliche Mission nur begrenzt geeignet, für interplanetare Missionen fast gar nicht. Jede interplanetare Mission, die von der Ariane gestartet wird, steht vor dem Problem, dass man alles um die Unzulänglichkeiten des Startgeräts herum entwickeln muss.

Ob für geostationäre Satelliten wirklich die von Deutschland vorgeschlagene Weiterentwicklung Ariane 5 ME sinnvoll ist, kann ich nicht beurteilen. das ist eher eine komerzielle als eine technische Frage. Für wissenschaftliche Missionen aber wäre die Ariane 5 ME ein sehr großer Vorteil. Diese Rakete würde Europa endlich dieselben Arten von Missionen erlauben, wie sie die Atlas V den Amerikanern erlaubt.

Eine Ariane 5 ME wäre zweifelsohne beim Start von JWST oder JUICE extrem nützlich. Andersherum wird aber auch ein Schuh aus dieser Frage: Was bleiben den den Europäern überhaupt für Optionen in bei großen Forschungsmissionen, wenn sie keine Großrakete mehr zur Verfügung haben? Wenn die Ariane 6, wie jetzt kolportiert wird, nur etwa 6 Tonnen ins GTO schaffen soll, dann wäre sie imstande, Marsmissionen von etwa 3 Tonnen Masse zu starten. Mehr nicht. Reicht uns das?   

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.

8 Kommentare

  1. Mit Falcon Heavy zum Mond und zum Mars

    (Zitat)” Falcon Heavy can be used to send a crewed Dragon spacecraft on lunar orbiting missions – such as the Apollo 8 mission; or be used to send a modified unpiloted Dragon on a Mars landing mission. Musk has stated that his intention for the company is to help in the creation of a permanent human presence on Mars.”
    Die Falcon Heavy wäre nach der Saturn V die grösste und mächtigste Rakete mit folgenden Nutzlastmöglichkeiten:
    “Multiple variants are planned with payloads of 53,000 kg to low Earth orbit (LEO), and 12,000 kg to geostationary transfer orbit (GTO).”

    Die Nasa will die Heavy für ihre Red Dragon Mars-Mission einsetzen.

    Doch SpaceX begnügt sich nicht mit der Falcon Heay. Musk sprach bereits von einer neuen Rakete namens MCT, “which will be “several times” as powerful as the 1 Merlin series, and won’t use Merlin’s RP-1 fuel.” Mit einer Nutzlast von 150 bis 200 Tonnen bis LEO würde sie auch Nasa’s geplantes Space Launch System übertreffen.

  2. Gegenfrage: Wie viele große wissenschaftliche Missionen startet die Esa denn in den nächsten zehn Jahren, für die eine “Ariane 5 ME” erforderlich wäre und für die sich die Entwicklung lohnen würde (zumal man ja auch mit US-Raketen starten könnte)? Schon heute machen die institutionellen Starts – von den wissenschaftlichen ganz zu schweigen – ja nur einen kleinen Teil der Ariane-5-Starts aus.

  3. Ob sich die Entwicklung “lohnt” ….

    Ich sehe in der Debatte den zentralen Punkt, ob Europa mittel- und langfristig überhaupt noch eine Schwerlastrakete haben von der Proton- oder Atlas-V-Klasse haben wird.

    Wenn man die gar nicht braucht, ist es einigermaßen verwunderlich, dass die anderen großen raumfahrttreibenden Nationen allesamt Raketen dieser Größenordnung haben oder an der Entwicklung solcher bzw. noch größerer Startsysteme arbeiten.

    Wissenschaftliche Missionen, die die ESA konkret plant und für die eine Ariane 5 ME nützlich oder unumgänglich wäre, sind z.B. der ExoMars Trace Gas orbiter (2016), das James Webb Space Telescope, für das der Start mit einer Ariane 5 ECA vorgesehen ist, Probenrückführungsmissionen von den Mars-Monden oder gar von der Mars-Oberfläche, die Mission JUICE zum Jupitersystem und mögliche weitere Missionen ins äßere Sonnensystem. Für eine nennenswerte Landemission zum Mond, allemal mit Probenrückführung auch.

    Die Annahme, dass es für alles und jedes eine Rakete der Amerikaner gibt, ist naiv. Die gibt es meist dann, wenn man das projekt in Partnerschaft durchführt, aber die Erfahrung der letzten Jahre zeigt, dass man genau hierauf nicht hoffen sollte.

    Es ist eher andersherum: Die Ariane 6 ist maximal etwa so gro&szlig wir zwei Sojus. Mit der wird mal allso allenfalls Missionen machen können, die doppelt so groß sind wie eien Sojus-Mission, also rund zwei mal Mars Express. Das ist nicht sehr viel und erlegt jeglichem wissenschaftlichen Ehrgeiz bereits deutliche Grenzen auf.

    Dass die ESA, wenn sie nicht mehr kann und nicht mehr anstrebt als irgendwie mittelgroß, aber nie ordentlich groß, überhaupt noch als möglicher Partner für anspruchsvolle Missionen wahrgenommen wird, mag glauben, wer will. Für einen idealistischen Außenstehenden mag so ein Szenario ja plausibel erscheinen. Mir erscheint es beliebig unwahrscheinlich.

    Nein, es “lohnt” sich natürlich nicht, betriebswirtschaftlich gerechnet und in Euro und Cent ausgedrückt, eine solche Rakete (genauer gesagt: Eigentlich geht es fast nur um die neue Oberstufe) nur für wissenschaftliche Missionen zu entwickeln. Aber betriebswirtschaftlich gerechnet lohnt sich die ganze planetare und astronomische Weltraumforschung eh nicht.

  4. Wenn Europa sagt, es will möglichst in jeder Größenklasse einen eigenen Zugang zum All haben, ist das sicherlich ein verständlicher Ansatz. Aber dann muss auch das Geld dafür und für die entsprechenden Missionen bereitgestellt werden.
    Schon heute schaffen es die Europäer ja nicht einmal, eine Mission wie “Exomars” aus eigener Kraft zu stemmen. Auch für “Juice” wurde in Neapel bereits der Ruf nach russischer Hilfe (und dem Start mit einer Proton) laut. Eine Probenrückführung aus dem Mars-System in europäischer Eigenregie scheint mir genauso utopisch. Und was die Esa-Länder vom Mond halten, haben wir ja gerade erst gesehen.
    Also entweder Raketen bauen und auch nutzen oder kooperieren und das gesparte Geld in vernünftige Missionen stecken.

  5. Ich habe fast das Gefühl, die Europäische Politik weis nicht wirklich, was sie bei der Raumfahrt will, bzw. haben sie Angst vor der wirklichen Unabhängigkeit von Amerika und Russland. Oder, und das ist jetzt reine Spekulation, weil es nicht beweisbar ist, weil sie sehr wahrscheinlich viele elektronische Komponenten aus Amerika, bzw. von amerikanischen Firmen beziehen, steht da eine Boykottdrohung von Seiten der US-Politik im Raum, wonach die US-Firmen nicht mehr liefern werden, wenn Europa versuchen sollte, sich auf dem Gebiet von US-Firmen unabhängig zu machen. Und eigene Entwicklungs- und Produktionskapazitäten hat man ja (fast) keine mehr, da man die heimische Industrie in den letzten Jahren ja systematisch dazu ermuntert hat, diese abzubauen, oder nach Fernost zu verlagern. Letzteres ist dabei zwar das kleinere Problem, aber Ersteres lässt sich nicht innerhalb von ein oder zwei Jahren wieder hinkriegen, selbst, wenn die Politik sich jetzt dazu entscheiden sollte.

    Und selbst wenn diese Boykottdrohung nur eine Verschwörungstheorie sein sollte, so halte ich es für unwahrscheinlich, das Europa es innerhalb von 5 bis 10 Jahren schafft, die Raumfahrtindustrie auf ein Niveau zu bringen, das sämtliche von europäischen Staaten und Firmen gewünschten Satellitenstarts, Raumstationen und Versorgungsflüge von Europa allein durchgeführt werden könnten.
    Was mir da so vorschwebt, wäre:

    ForschungsSatelliten um alle 7 anderen Planeten.
    Lande- oder Ballonmissionen (Venus) zu den 3 anderen Gesteinsplaneten und zum Mond.
    Atmosphärensonden zu den Gasplaneten.
    Satelliten um die grossen Monde der Gasplaneten, evtl. mit weiteren Landern.
    später auch mit Probenrückführung von überall, wo man landen kann.
    Ein Satellitennetzwerk zur permanenten Sonnenbobachtung, wobei auch zwei oder drei Satelliten auf polaren Bahnen um die Sonne kreisen; (und dabei innerhalb der Erdbahn bleiben, nachdem sie mit Hilfe von Jupiter-SwingBy’s die Inklination der Bahn geändert haben. Die Herausforderung wäre dabei ein Swingby an der Sonne um das Apogäum zu ändern. Wenn das klappen sollte, könnte man sich evtl. auch den Umweg über Jupiter sparen…)
    Eine europäische Raumstation, die langfristig durchaus auch auf die Grösse der ISS anwachsen kann.
    Eine permanent besetzte Station auf dem Mond, inklusive der Versorgung des Personals dort.
    Diverse Weltraumteleskope in allen Spektralbereichen.
    Weitere Sonden à la Dawn in den Asteroidengürtel, und schliesslich
    Sonden zu Pluto, die anschliessend den Kuipergürtel, sowie Heliosheath (wie spricht man das eigentlich aus?) und Heliopause (in bewegungsrichtung der Sonne) weiter erforschen.

    Ich glaube, das ist so ziemlich das volle Programm, wovon Astronomen und Raumfahrer zur Zeit so träumen, wenn man mal von der Idee absieht, Menschen zum Mars zu schicken.
    Prinipiell wäre Europa ja dazu in der Lage, das alles zu machen, wie an anderer Stelle ja schon mal festgestellt wurde. Aber ob sich die Politik dazu durchringen kann, das auch alles zu wollen und die Mittel dafür bereit stellt, darf bis jetzt noch stark bezweifelt werden.

  6. List-Tags

    Ah ja, ich stelle fest, das die List-Tags von HTML hier bei den Kommentaren nicht untestützt werden. – Oder es liegt daran, dass ich die einzelnen List-Elemente nicht mit abgeschlossen habe. Mal sehen…

    E1
    E2

    Hier jetzt mit abschliessenden List-Tag; im vorherigen Beitrag ohne.

  7. @Alexander Stirn

    Um kooperieren zu können, braucht man Kooperationspartner, die willens sind, mit der ESA zu kooperieren, weil sie sich von der Kooperation einen Vorteil versprechen. Um ein attraktiver Kooperationspartner zu sein, braucht die europäische Raumfahrt aber Erfahrung und eigene Infrastruktur. Ansonsten wird die Kooperation über Kleinprojekte wie Jason und Grace nie hinaus kommen.

    Wahrscheinlich ist es wenig erfolgversprechend, eine eigene Rakete zu bauen, die nur “groß” kann. Der Ansatz eines modularen, skalierbaren Systems ist richtig. Das wahrscheinlich modernste Konkurenzsystem, die Atlas V, geht denselben Weg, und die russische Angara, die allerdings offenbar nicht so recht vorankommt, auch. Ich bezweifele allerdings, dass es sinnvoll ist, das System so auszulegen, dass bei etwa 2 x der Nutzlast der Sojus schon Schluss ist.

  8. @Hans: US-Abhängigkeit?

    In den letzten Jahren hat die US-Regierung es mittels einer zunehmend paranoid anmutenden Ausfuhrbeschränkung für Technologiegüter, die auch nur irgendwie den Anschein erwecken, von irgend einem militärischen Nutzen für irgendwen auf der Welt sein zu können, geschafft, die Bedeutung von US-Satellitentechnik auf dem Weltmarkt kräftig zusammenschnurren zu lassen.

    Ich kann ja verstehen, dass die nicht wollen, dass Hochtechnologie im Rüstungsbereich einfach so x-beliebig vertickt wird. Aber wenn schon Funkanlagen, mit denen Rover per UHF mit Mars-Orbitern kommunizieren, ausfuhrbeschränkt sind und zumindest einen endlosen Papierkrieg erfordern, bis sie doch jemand kaufen darf, selbst wenn sie nur im Rahmen eines Kooperationsprojekts mit der NASA verwendet werden sollen, dann ist das ein Zeichen dafür, dass da ein System vollkommen außer Kontrolle geraten ist.

    Dass die US-Politik darauf hinwirken würde, die Exportstärke von US-Unternehmen zu erhalten, ist absolut unzutreffend. Das Gegenteil ist der Fall. Alles, was die erreicht haben, ist, dass die US-Unternehmen vom Exportmarkt ferngehalten werden. Ein potenzieller ausländischer Kunde wird alles tun, um von vorneherein den Papierkrieg zu vermeiden, den es immer mit sich bringt, wenn man Technologiegüter im Raumfahrtsektor aus den USA kauft. Dieser Kunde wird sogar dann, wenn er mit seinem Antrag, etwas kaufen zu dürfen, Erfolg hat, immer noch zwei Mal überlegen. Was, wenn die Genehmigung wieder entzogen wird?

    Also, ihre Verschwörungstheorie klingt mir wenig stichhaltig.

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