Ariane-5-Start: DirecTV 15 und Sky Mexico 1 im All

Am 27. Mai 2015 startete um 23:16 Uhr MESZ zu Beginn eines eine Stunde und 24 Minuten langen Startfensters vom Raumfahrtgelände Kourou in Französisch-Guayana eine Ariane-5-Trägerrakete mit zwei Kommunikationssatelliten zur Direktausstrahlung von Fernsehprogrammen an Bord. Die Erdtrabanten für den US-amerikanischen Betreiber DirecTV und den mexikanischen Betreiber SKY México wurden nach rund einer halben Stunde Flug erfolgreich ausgesetzt.

Erstellt von Axel Nantes. Quelle: Airbus Defence and Space, Arianespace, DirecTV, IHI, Orbital ATK, SAFT

Verwendet wurde eine Ariane-5-ECA, die von der Startrampe ELA-3 zum zweiten Flug einer Ariane 5 im Jahr 2015 abhob. Transportiert wurden bei der Mission VA223 der US-amerikanische Kommunikationssatellit DirecTV 15 (Masse beim Start 6.205 kg) und der mexikanische Kommunikationssatellit Sky Mexico 1 alias SKYM 1 und DIRECTV KU-79W (Startmasse 2.962 kg, unbetankt 1.250 kg).

Beide Satelliten waren zusammen unter einer 17 Meter hohen Nutzlastverkleidung mit einem Durchmesser von 5,4 Metern untergebracht. DirecTV 15 wurde als erster der Satelliten etwa 28 Minuten nach dem Start ausgesetzt, er saß zuoberst auf der 6,1 Meter hohen Nutzlasttragstruktur SYLDA 5 B (SYLDA ist die Abkürzung von “Système de Lancement Double Ariane”, Ariane-Doppelstartvorrichtung). Nach Abstoßen der SYLDA 5 B wurde Sky Mexico 1 rund 38 Minuten nach dem Start freigegeben.

Die zwei Satelliten werden aus dem Geotransferorbit mit einem geplanten Perigäum von 249,57 km über der Erde und einem geplanten Apogäum von 35.786 km über der Erde mit eigenen Antrieben den Geostationären Orbit ansteuern. Die Antriebe müssen auch den Abbau der Rest-Inklination, der verbliebenen Neigung der Bahn gegen den Erdäquator, von geplanten 4,4 Grad bewerkstelligen.

DirecTV 15 ist eine Konstruktion von Airbus Defence and Space aus Toulouse in Frankreich und basiert auf der Satellitenplattform Eurostar E3000. Der Satellit wird vom US-amerikanischen Betreiber von Kommunikationssatelliten DirecTV aus El Segundo, Kalifornien, insbesondere zur Verbreitung von hochaufgelösten Fernsehprogrammen (auch in 4K Ultra HD) eingesetzt werden. Nach Angaben seines Herstellers, der im Herbst 2011 beauftragt worden war, ist DirecTV 15 mit über 150 Verstärkereinheiten der jetzt leistungsstärkste Fernsehsatellit der USA, und gleichzeitig der 100. Kommunikationssatellit, den Airbus Defence and Space bzw. dessen Vorgängerunternehmungen baute.

DirecTVs neuer Satellit soll im geostationären Orbit eine Position im Bereich von 103 Grad West beziehen, um von dort Empfänger in den USA mit Alaska und Hawaii (wo DirecTV nach eigenen Angaben zusammen über 20 Millionen Kunden hat) sowie in Puerto-Rico zu versorgen. Dafür ist er mit 25 K_a-, 32 K_u– und 18 Reverse-Band-Transpondern ausgerüstet. (Als Reverse-Band wird eine Nutzungsvariante des elektromagnetischen Spektrums bezeichnet, bei der der Band-Bereich für den Uplink verwendet wird, der woanders dem Downlink dient, und der für den Downlink, der woanders für den Uplink zum Einsatz kommt.)

Mit elektrischer Energie versorgt wird die Kommunikationsnutzlast von DirecTV 15 durch zwei Solarzellenausleger, die dem Raumfahrzeug mit einem Hauptkörper von 2,9 x 2,3 x 5,9 Meter zusammen eine Spannweite von insgesamt 45 Metern geben und maximal über 20 Kilowatt elektische Leistung bereitstellen. Die vorgesehene Standzeit des dreiachsstabilisierten, mit zwei Lithium-Ionen-Akkumulatorensätzen ausgestatteten Satelliten im Orbit beträgt mindestens 15 Jahre, bei Einsatzende sollen die Solarzellenausleger immer noch 18 Kilowatt liefern können.

Der mit Monomethylhydrazin (MMH) und einer Mischung von Stickstoffoxiden (MON-3, Stickstofftetroxid mit 3% Stickstoffmonooxid) betriebene Apogäumsmotor von DirecTV 15 besitzt einen Nominalschub von 445 Newton. Für die Lageregelung sowie das Halten oder Verändern der Position des Satelliten besitzt der Satellit außerdem eine Anzahl von 10 Newton starken, MMH und MON-3 verwendenden Zweistofftriebwerken sowie elektrische Triebwerke des Typs SPT-100 (SPT steht für stationary plasma thruster) bzw. SPD-100 (СПД-100) vom russischen Konstruktionsbüro Fackel bzw. Fakel aus Kaliningrad. Die elektrischen Triebwerke verwenden das Edelgas Xenon als auszustoßende Stützmasse. Sie haben einen Schub von jeweils nur 83 Millinewton (80 Millinewton bei 1,5 kW Leistungseingang), lassen sich jedoch sehr ausdauernd einsetzen.

Bei Sky Mexico 1 handelt es sich um ein von Orbital ATK auf Basis des Satellitenbus’ GEOStar 2.4E entworfenes und in Dulles im Bundesstaat Virginia in den Vereinigten Staaten von Amerika innerhalb von 20 Monaten (4 Monate schneller als ursprünglich vorgesehen) gebautes Raumfahrzeug, dessen Grundkörper Maße von rund 4,7 auf 3 auf 2,5 Meter aufweist. Der dreiachsstabilisierte Satellit ist dazu gedacht, Empfänger in Mexiko, Zentralamerika und der Karibik von einer Position bei 78,8 Grad West im Geostationären Orbit mit einer Bandbreite von Programmen zu versorgen. Dementsprechend ist die maximal rund 5.000 Watt leistende Kommunikationsnutzlast von Sky Mexico 1 mit 24 K_u-Band-Transpondern und 2 Reverse-Band-Transpondern ausgestattet. Sie enthält 32 Wanderfeldröhren (Travelling Wave Tubes, TWTs).

Die Energieversorgung der Satellitensysteme von Sky Mexico 1 erfolgt durch zwei Solarzellenausleger, die sich aus jeweils vier Segmenten zusammensetzen und dem Raumfahrzeug eine Spannweite von rund 15,50 Metern geben. Am Ende der projektierten Einsatzdauer von 15 Jahren sollen die Solarzellenausleger von Sky Mexico 1 noch rund 6.000 Watt elektrische Leistung bereitstellen können. Für die Stromspeicherung besitzt der Satellit zwei Lithium-Ionen-Akkumulatorensätze vom Typ 4P9S von SAFT aus Poitiers und Bordeaux in Frankreich.

Der mit MMH und MON-3 betriebene Apogäumsmotor des Typs BT-4 von der IHI AEROSPACE CO., LTD. aus Japan an Bord von Sky Mexico 1 besitzt einen Nominalschub von 450 Newton. Für die Lageregelung sowie das Halten oder Verändern der Position des Satelliten wurde der Satellit außerdem mit einer Anzahl von kleinen, Hydrazin katalytisch zersetzenden Einstofftriebwerken ausgerüstet.

Nach Angaben von Orbital ATK wurden initiale Tests nach dem Aussetzen des Satelliten bereits abgeschlossen. Der Satellit ist für die kommenden Bahnanhebungsmanöver und die anschließend anstehende Testphase bereit.

Sky Mexico 1 wurde zum 1. Satelliten für den im Besitz von DirecTV und der Grupo Televisa S.A.B. befindlichen Betreibers SKY México, der mit einer europäischen Ariane-Rakete ins All gelangte. Vor DirecTV 15 besorgte Arianespace den Transport von 7 anderen für DirecTV gebauten Satelliten in den Weltraum. VA223 mit DirecTV 15 und Sky Mexico 1 auf der Rakete L577 aus dem Produktionslos PB war die 65. erfolgreiche Ariane-5-Mission in Folge.

Bei der Mission VA223 wurde laut Arianespace bei einer Gesamtstartmasse von rund 780 Tonnen (laut Airbus Space and Defence rund 775 Tonnen beim Abheben) eine Gesamtnutzlast von 9.960 kg transportiert (laut Airbus Defence and Space 9.954 kg), von denen nach Angaben von Arianespace 9.200 kg auf die beiden Satelliten entfielen.

DirecTV 15 wird voraussichtlich katalogisiert mit der NORAD Nr. 40.663 bzw. als COSPAR-Objekt Nr. 2015-026A, Sky Mexico 1 mit der NORAD Nr. 40.664 bzw. als COSPAR-Objekt Nr. 2015-026B.

Neben dem Transport der beiden Satelliten hatte die Rakete, genauer ihre Oberstufe, eine zusätzliche Aufgabe zu erfüllen. Geplant war eine Flugdemonstration namens DEMOFLIGHT, in deren Rahmen die ESC-A-Oberstufe mit 62,7 kN starkem HM7b-Haupttriebwerk eine Reihe Manöver durchzuführen hatte. Ihr Beginn war für die Flugminute 43 angesetzt.

Wegen der im Vergleich gegenüber anderen Missionen insgesamt längeren aktiven Flugphasen der Oberstufe befindet sich ein zusätzlicher Helium-Tank an Bord, dessen Inhalt zur Bedrückung der Tanks der Oberstufe und zur Ventilsteuerung verwendet wurde.

Im Rahmen des rund 50 Minuten dauernden Flugprogramms sollte ermittelt werden, ob und in wie weit thermodynamische Modelle über das Verhalten der Treibstoffe in den Tanks der Oberstufe zutreffen, wie effizient das Herunterkühlen des Haupttriebswerks vor einer Zündung desselben ist und wie zuverlässig und schnell sich die Tankinhalte am jeweiligen Tankboden sammeln, bevor das Haupttriebwerk gezündet wird.

Ein neuerliches Herunterkühlen des Haupttriebwerks war laut Plan 63 Minuten nach dem Start in Kourou abzuschließen. 77 Minuten nach dem Start war das experimentelle Ablassen einer gewissen Menge Sauerstoff durch die Düse des Haupttriebwerks laut Plan zu Ende, gleiches war anschließend für flüssigen Wasserstoff vorgesehen. Beim Ausstoß der getrennten Treibstoffkomponeten ergibt sich jeweils ein geringer Schub. Mit einem gemeinsamen Ablassen beider Komponeten bis Flugminute 83 sollte DEMOFLIGHT eine Bahn mit einem durch die Manöver abgesenktem Perigäum erreichen.

Rund 1,5 Stunden nach dem Start endete DEMOFLIGHT, und die ESC-A wurde wie bei früheren Ariane-Missionen passiviert. Die Tests mit der Oberstufe erfolgten nach Angaben von Airbus Defence and Space im Kontext mit einer zukünftigen Nutzung eines Triebwerks namens VINCI auf Ariane-Raketen.

Im Rahmen von DEMOFLIGHT stand neben den üblichen Bahnverfolgungsstationen Kourou (Französisch-Guayana), Galliot (Französisch-Guayana), Natal (Brasilien), Ascension Island (Himmelfahrtsinsel), Libreville (Gabun) und Malindi (Kenia) zusätzlich eine bei Perth in Australien bereit, um Daten vom Fluggerät aufzunehmen.

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