18.02.2011 / Autor: Stefan Heykes Raumfahrt > Raketen

Die Zukunft der Sojus

Obwohl die Sojus-Rakete seit den 60ern im Einsatz ist, ist ihre Entwicklung noch nicht am Ende. So gibt es in Russland zahlreiche Ideen, wie man die Sojus weiterentwickeln könnte.

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Nach der Sojus-2.1 zielt der nächste Schritt in die Zukunft nicht auf eine Leistungssteigerung der Sojus ab, sondern auf eine Verkleinerung. Die Sojus 1 (auch bekannt als Sojus 2.1v oder Sojus 2.1c), die 2007 zum ersten Mal vorgestellt wurde, soll im Gegensatz zu den bisherigen Versionen auf die vier äußeren Blöcke der ersten Stufe verzichten. Der Zentralblock erhält im unteren Bereich einen größeren Durchmesser von 2,66 statt 2,05 Meter und kann damit mehr Treibstoff aufnehmen. Damit ist der Durchmesser über die ganze Stufenlänge identisch. Die erste Stufe erhält auch ein neues Triebwerk. Das NK-33-1 ist eine verstärkte Version des NK-33, das für die Mondrakete N-1 geplant war. Es kam nie zum Einsatz, da diese eingestellt wurde, bevor das erste Exemplar mit diesem Triebwerk eingesetzt wurde. Die vier gescheiterten N-1 setzten das Vorgängermodell NK-15 ein.

Dazu kommt ein aus 4 Brennkammern bestehendes RD-0110R. Es dient zur Steuerung, da das NK-33-1 fest eingebaut wird und nur die um das Haupttriebwerk herum angeordneten Düsen des RD-0110R zur Steuerung schwenkbar gelagert sind. Die zweite Stufe wird unverändert von der Sojus 2.1b übernommen. In dieser Konfiguration erzielt die Sojus 1 eine Nutzlast von 2,8 Tonnen in einen niedrigen Erdorbit (LEO). Für andere Orbits wird aus dem Antriebsmodul von Satelliten des Herstellers TsSKB Progress die Oberstufe Wolga entwickelt. Sie erfüllt für die Sojus 1 die gleiche Aufgabe wie die Fregat bei den größeren Versionen, denn die Sojus kann nur durch eine Oberstufe andere Orbits als den LEO erreichen. Wenn der Geschwindigkeitsbedarf gering ist, kann die Wolga auch auf den großen Sojus-Modellen verwendet werden, sie soll nur ein Viertel der Fregat kosten und damit Kosten sparen.

Für die Entwicklung der Sojus 1 gibt es gleich mehrere Gründe. Für den Hersteller TsSKB Progress bietet sie die Möglichkeit, in einen neuen Nutzlastbereich vorzustoßen, der bislang anderen Anbietern überlassen werden muss. Im zukünftigen Trägerarsenal Russlands füllt sie mit 2,8 t Nutzlast die Lücke zwischen den leichten Angara-Versionen 1.1 mit 2 t und 1.2 mit 4 t. Außerdem ist sie eine Übergangsversion zur nächsten Version Sojus-2-3. Der Erststart der Sojus 1 könnte im Idealfall noch Ende 2011 durchgeführt werden, wird aber wahrscheinlich später erfolgen. Sie kann von Plessezk und Baikonur aus eingesetzt werden, da die ESA mit der Vega eine direkte Konkurrenz-Rakete entwickelt, ist ein Start von Kourou aus nicht anzunehmen.

Für die weitere Zukunft sind die Konzepte noch nicht exakt festgelegt, auch die Umsetzung ist fraglich. Ursprünglich ging es bei den Vorschlägen Sojus-2-3 und Sojus 3 um eine Trägerrakete für das nächste bemannte Raumschiff Russlands. Da man sich aber für die brandneue Entwicklung Rus-M entschieden hat, entfällt dieser Bedarf für eine Weiterentwicklung der Sojus. Wenn TsSKB Progress und die Partnerunternehmen überhaupt Kapazitäten für die Evolution der Sojus haben sollten, und nicht alle Entwickler an der Rus-M arbeiten lassen, wird die Entwicklung kaum so umfassend sein, wie ursprünglich geplant.

Der nächste Schritt wäre die Sojus-2-3. Sie verwendet die gleichen Stufen wie die Sojus 1, allerdings bekommt sie wieder Booster. Die zweite Stufe Block A (also bei der Sojus 1 die erste) soll statt des RD-0110R vorraussichtlich ein Gelenk für das NK-33-1 bekommen, so dass dieses schwenkbar gelagert wird und damit die Steuerung ermöglicht. Die zweite Stufe Block I wird wohl von der Sojus 1 übernommen werden, auch wenn es andere Überlegungen gab. Für die Booster waren brandneue Triebwerke vom Typ RD-0155 statt der alten RD-107A geplant. Es ist allerdings sehr fraglich, ob Mittel für dieses Triebwerk bereitgestellt werden, so dass es auch gut sein kann, dass das RD-107A weiter verwendet wird. Die Schubkraft der beiden Triebwerke ist vergleichbar, allerdings ist das RD-0155 deutlich effizienter und damit leistungsfähiger.

Die wahrscheinlichste Variante für die Sojus-2-3, wenn es sie denn überhaupt gibt, ist die Übernahme der ersten (Block B, W, G, D) und dritten (Block I) Stufe der Sojus 2.1b, während die Zentralstufe (Block A) von der Sojus 1 übernommen wird, wenn auch wahrscheinlich in modifizierter Form ohne RD-0110R, aber mit schwenkbarem NK-33-1. Je nach realisierter Variante käme die Sojus-2-3 auf eine LEO-Nutzlast von 11 bis 12,5 Tonnen. Damit läge diese zwischen der der Sojus 2.1b und der Angara 3. Sie könnte von allen Startplätzen, also Baikonur, Plessezk und Kourou, aus eingesetzt werden.

Die ultimative Sojus wäre die Sojus 3. Ihre wichtigste Neuerung soll eine dritte Stufe mit dem Brennstoff Flüssigwasserstoff sein. Diese Stufe soll vier Triebwerke vom Typ RD-0146E bekommen, das in den 1990ern in Russland in Kooperation mit dem US-amerikanischen Unternehmen Pratt & Whitney Rocketdyne entwickelt wurde. Die zweite Stufe wird von der Sojus-2-3 unverändert übernommen werden. Für die erste Stufe will man das Triebwerk RD-120.10F verwenden. Dieses wird derzeit in der zweiten Stufe der Zenit-Rakete verwendet. Es übertrifft in seiner Schubkraft das RD-107A oder RD-0155 leicht und ist in dieser Klasse das effizienteste Triebwerk überhaupt. Da es bereits im Einsatz ist, ist seine Integration in die Sojus wahrscheinlicher als beim RD-0155.

Technisch wäre die Sojus 3 eine absolute Revolution. Die jahrzehntelang verwendeten Triebwerke RD-107, RD-108 und RD-0110 sind nicht unbedingt effizient. Die vorgeschlagenen Triebwerke RD-0124 (seit der Sojus 2.1b im Einsatz), RD-120.10F, NK-33-1 und RD-0146E sind in ihren Klassen hingegen die absolut effizientesten Triebwerke der Welt. Damit könnte die Sojus 3 bei 392 Tonnen Startmasse bis zu 17 Tonnen in den LEO schaffen. Sie läge damit zwischen der Angara 3 und der Rus-MP sowie der Angara 5. Zum Vergleich kam die Ur-Sojus bei 308 Tonnen Startmasse auf 6,5 Tonnen Nutzlast.

Die Aussichten dieser Entwicklungen sind unterschiedlich. Die Sojus 1 hat durchaus gute Chancen, zum Einsatz zu kommen, da sie bereits entwickelt wird und fertig sein sollte, bevor man alle Ressourcen für die Rus-M braucht. Die Sojus-2-3 wird man, wenn überhaupt, nur in der Minimalversion entwickeln können. Wenn diese kommt, kann in einem weiteren Schritt allerdings auch hier schon das RD-120.10F verbaut werden. Die neue Drittstufe der Sojus 3 ähnelt stark der zweiten Stufe der Rus-M. Es könnte daher relativ einfach sein, diese zu verkürzen und an die Sojus anzupassen. Wenn die Entwicklung der Sojus-2-3 durchgeführt wird, sollte auch dieser Schritt vergleichsweise einfach sein, definitiv einfacher, als wenn man die Stufe ohne Grundlage entwickeln muss. Diese Schwierigkeit liegt nun beim Rus-M-Projekt. Die Nutzlasten werden Lücken im Angebot der neuen Träger Angara und Rus-M füllen, so dass die Weiterentwicklung tatsächlich sinnvoll sein könnte. Ob es aber tatsächlich den Willen dazu geben wird, kann man derzeit nicht vorhersehen.

Weil alle diese Versionen das NK-33 verwenden, das auch von der amerikanischen Taurus II verwendet werden soll, investiert Russland in den Aufbau einer neuen Produktion für dieses Triebwerk. Es sind zwar noch etwa 60 Exemplare aus dem Mondprogramm der Sowjetunion übrig, allerdings wären diese schnell aufgebraucht, wenn diese Raketen regelmäßig starten.

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