Atlas 5 - Facelifting für einen Veteranen

24.08.2002 / Autor: Michael Stein

Die am 21. August 2002 um 18:05 Uhr (Ortszeit) erstmals gestartete Atlas 5 ist der jüngste Spross einer Raketenfamilie, deren Anfänge auf eine modifizierte Interkontinentalrakete aus den 1950er Jahren zurückgehen.

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Eine Atlas 5 während eines Testlaufs in der Vertical Integration Facility (VIF).
(Foto: Lockheed Martin)

Diese von Lockheed Martin Space Systems produzierte Rakete ist die stärkste Version aller bisherigen Atlas-Raketen und wurde entworfen, um den Anforderungen des Evolved Expendable Launch Vehicle-Programms der U.S. Air Force sowie des globalen kommerziellen Satellitenmarktes nach zuverlässigeren und kostengünstigeren Trägersystemen zu genügen. Um diese Ziele zu erreichen, wurde nicht nur ein neues Trägersystem entwickelt, auch die Produktions- und Startvorbereitungsabläufe wurden geändert und optimiert.

Aufbau der Rakete
Die Atlas 5 ist eine zweistufige Rakete, bestehend aus dem so genannten Common Core Booster sowie der Centaur-Oberstufe. Insgesamt existieren drei verschiedene Atlas 5-Grundtypen, die jeweils mit einer verschiedenen Anzahl von Feststoffboostern ausgestattet werden können und so eine Vielzahl von Variationen erlauben. Während der Common Core Booster eine Neuentwicklung darstellt, wurde die Centauer-Oberstufe unverändert von der Atlas 3-Rakete übernommen.

Die Atlas 5 wird den Kunden derzeit nur in den beiden Serien 400 und 500 angeboten. Die dritte, Heavy genannte Serie wird erst zu einem späteren Zeitpunkt verfügbar sein und als markantestes Merkmal über eine erste Raketenstufe verfügen, die aus drei gebündelten Common Core Boostern bestehenden wird. Die Typenbezeichnungen der beiden von Beginn an verfügbaren Serien lassen sich wie folgt aufschlüsseln: Die erste Ziffer gibt den Durchmesser der Nutzlastverkleidung in Metern an (vier oder fünf), die zweite Ziffer die Anzahl der an der ersten Stufe angebrachten Feststoffbooster (zwischen null und fünf), und die dritte Ziffer schließlich gibt an, mit wie vielen Triebwerken die eingesetzte Centaur-Oberstufe ausgerüstet ist (eins oder zwei).

Die Raketen der Serie 400 können Nutzlasten zwischen 4,6 und 7,6 Tonnen in einen geostationären Transferorbit und bis zu 12,5 Tonnen in einen niedrigen Erdorbit transportieren, während die Atlas 5-Raketen der Serie 500 Lasten mit einer Masse zwischen 4,0 und 8,7 Tonnen in einen geostationären Transferorbit und bis zu 20,5 Tonnen in einen niedrigen Erdorbit bringen können. Diese Vielfalt von mehr als zehn möglichen Raketenversionen mit den unterschiedlichsten Grenzen für Abmessungen und Masse der Nutzlasten erlaubt es, gezielt auf Basis der Kundenbedürfnisse eine passende Atlas 5 quasi im Baukastenverfahren zusammenzustellen - der Kunde bezahlt nur die Transportleistung, die er wirklich benötigt.

Eine Atlas 5 auf der neu gestalteten Startanlage Complex 41. Links im Hintergrund ist die Vertical Integration Facility (VIF) zu sehen.
(Foto: Lockheed Martin)

Der neu entwickelte Common Core Booster bildet die erste Stufe der Atlas 5 und verfügt über eine selbsttragende Struktur, während die ersten Stufen früherer Atlas-Versionen nur aufgrund eines erhöhten Innendrucks nach der Montage von Oberstufe und Nutzlast nicht in sich zusammenfielen. Dadurch ist es möglich, an dem Common Core Booster je nach Bedarf und Serie bis zu fünf Feststoffbooster anzubringen und so die Transportleistung in wohldosierten Schritten zu erhöhen. Der Common Core Booster ist rund 32,5 Meter lang und misst rund 3,80 Meter im Durchmesser. Dieses bei allen Atlas 5-Versionen für die erste Raketenstufe verwendete Modul verfügt über ein russisches Triebwerk des Typs RD-180 mit zwei Brennkammern, die durch Verbrennung von Kerosin und flüssigem Sauerstoff einen Schub von zusammen ca. 450 Tonnen entwickeln. Triebwerke dieses Typs sind in der Vergangenheit bereits in der Atlas 3 erfolgreich eingesetzt worden.

Jeder der bis zu fünf möglichen Feststoffbooster wiegt beim Start rund 46,5 Tonnen und entwickelt während seiner Brenndauer einen konstanten Schub von mehr als 48 Tonnen.

Die 12,7 Meter lange Centaur-Oberstufe mit einem Durchmesser von knapp 3,1 Meter wird bereits seit Jahrzehnten eingesetzt und ständig weiterentwickelt. Bei der Atlas 5 kommt eine schon in der Atlas 3 erprobte Version zum Einsatz, die mit bis zu zwei RL-10-Triebwerken von Pratt & Whitney ausgestattet ist. Diese mit flüssigem Sauerstoff und flüssigem Wasserstoff gespeisten Triebwerke sind mehrfach startbar und entwickeln einen Schub von jeweils rund 10 Tonnen. Weiterhin ist in der Centaur-Oberstufe auch das Navigationssystem der gesamten Rakete untergebracht, das während des Fluges die Atlas 5 steuert und bei Abweichungen vom vorgegebenen Kurs oder der vorgegebenen Lage automatisch korrigierend eingreift.

Die Startanlage
Wie zu Beginn des Artikels bereits erwähnt, hat der Vermarkter der Atlas 5, das amerikanisch-russische Joint Venture International Launch Services, zur Steigerung der Konkurrenzfähigkeit seiner neuesten Rakete auch die Abläufe in der Produktion sowie beim Zusammenbau und der unmittelbaren Startvorbereitung optimiert. So setzen sich die vielen verschiedenen Versionen der Atlas 5 aus einer geringen Anzahl standardisierter Komponenten zusammen, um die Produktionsabläufe möglichst einfach zu halten.

Die Atlas 5 beim Start zu ihrem erfolgreich verlaufenen Jungfernflug am 21. August 2002. Deutlich ist auf dieser Aufnahme die mobile Startplattform mit dem schlanken Turm zu erkennen.
(Foto: Lockheed Martin)

Der Atlas-Produzent Lockheed Martin hat zudem eine komplett neue Startanlage auf dem Gelände des amerikanischen Weltraumbahnhofs Cape Canaveral entstehen lassen. Zu diesem Zweck wurden zwei gigantische Turmkonstruktionen auf der in den 1960er Jahre errichteten Anlage Complex 41 (von der aus unter anderem auch die Viking- und Voyager-Missionen gestartet wurden) im Jahr 1999 gesprengt, um Platz für die moderne Atlas 5-Startanlage zu machen. Die um die alte Startplattform angeordneten vier großen Blitzschutzmasten sowie große Teile der Abgasschächte und Betonfundamente wurden jedoch stehen gelassen, da sie weiterhin Verwendung finden.

Das so genannte "Clean Pad"-Konzept sieht als wesentliche Neuerung (zumindest für amerikanische Verhältnisse, bei der Ariane 5 wird dies bereits praktiziert) keine Montage der Rakete auf der Startplattform vor, wie es bisher üblicherweise praktiziert worden ist. Somit entfallen die früher notwendigen gigantischen Montage- und Servicetürme auf den Startanlagen, da die Rakete vollständig montiert erst wenige Stunden vor dem Starttermin auf einer mobilen Startplattform zur Startanlage gerollt wird. Dieses Konzept soll vor allem schnellere Turn-Around-Zeiten zwischen den einzelnen Startterminen als bisher ermöglichen, zumal eine weniger komplexe Startanlage auch weniger störungsanfällig ist: Maximal fünfzehn Atlas 5-Starts pro Jahr sollen von dem neuen Complex 41 aus möglich sein.

Um dieses Ziel zu erreichen wurden die Abläufe im Vorfeld eines Starts grundlegend geändert. Zunächst werden die Common Core Booster sowie die Centaur-Oberstufen im klimatisierten Atlas 5 Spaceflight Operations Center (ASOC) gelagert, wo gleichzeitig auch erste Tests dieser Komponenten durchgeführt werden können. Beim ASOC handelt es sich um ein rund 6,5 Kilometer von der Startplattform entferntes Gebäude, das ursprünglich für die Montage von Feststoffboostern der Titan 4-Raketen gebaut worden ist und nun vollständig umgebaut und erweitert wurde. Bis zu sechs Atlas 5-Raketen können hier lagern, bevor erste und zweite Stufe zur Montage transportiert werden. Gleichzeitig ist im ASOC das Startkontrollzentrum untergebracht, von dem aus der gesamte Startvorgang überwacht und gesteuert wird. Auch Räume für Gäste und Kunden, die den Start verfolgen möchten, sind hier untergebracht.

In der 89 Meter hohen Vertical Integration Facility (VIF) werden die vom ASOC kommenden Raketenstufen montiert. Zu diesem Zweck wird die mobile Startplattform in das gut einen halben Kilometer vom Startpunkt entfernte, neu errichtete Montagegebäude gefahren, wo dann ein 60-Tonnen-Kran die einzelnen Segmente der Atlas 5 aufeinander setzt. Von sieben verschiedenen Arbeitsplattformen aus kann jeder Punkt der Rakete erreicht werden. Auch die Feststoffbooster werden in der VIF an die erste Stufe der Rakete montiert. Die bereits mit Treibstoff betankten Satelliten werden hier in die Nutzlastverkleidung eingekapselt und anschließend auf die Rakete montiert, bevor ausführliche Tests des gesamten Trägersystems durchgeführt werden.

Der letzte Schritt vor dem eigentlichen Start ist dann die Fahrt der (fast schon) startbereiten Rakete auf der mobilen Startplattform zum Startpunkt. Diesen rund 550 Meter langen Weg legt die mobile Startplattform auf Schienen zurück, gezogen von zwei so genannten Trackmobiles. Die Plattform versorgt die Rakete mit Treibstoff und Strom und stellt die Datenverbindung zum Startkontrollzentrum her. Der bis zur Spitze 56 Meter messende Turm auf der Startplattform dient dem Windschutz für die Rakete nach Verlassen des VIF, außerdem werden durch ihn Treibstoffleitungen zur Centaur-Oberstufe sowie Leitungen mit klimatisierter Luft zur Nutzlast in der Raketenspitze geführt. Nach etwa einer halben Stunde hat die Plattform den Startpunkt erreicht, wo sie abgesenkt und auf dem Betonfundament gesichert wird. Nach der Ankunft der mobilen Startplattform beim Startpunkt werden die erste Stufe der Rakete sowie die Centaur-Oberstufe automatisch auf mögliche Lecks hin getestet und anschließend betankt. Danach ist die Atlas 5 startbereit.

Ausblick
Die Atlas 5 soll bis zum Jahr 2020 eingesetzt und in dieser Zeit natürlich ständig verbessert werden. Aufgrund des Designs der Rakete und der neu konzipierten, eine effiziente und flexible Arbeitsweise ermöglichenden Startanlage dürfte die Atlas 5 gute Chancen haben, sich im internationalen Satellitengeschäft zu behaupten. Der Nachfolger der Atlas 5 wird wahrscheinlich ein wiederverwendbares Startsystem sein, denn das Konzept der "Einmal-Raketen" scheint zunehmend ausgereizt.