21.03.2016 / Autor: Raumfahrer.net Redaktion Raumfahrt > Raketen

Die Trägerraketen des Typs ZENIT (Stand 2016)

Von Uwe Rätsch und Andreas Reichardt
Völlig überraschend für den Westen wurde in der Sowjetunion im Jahre 1985 mit den Testflügen einer neuartigen, leistungsstarken Trägerrakete begonnen.

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Wie seinerzeit üblich, veröffentlichte die Sowjetunion keine Typenbezeichnung des neuen Trägers, sodass die Rakete im Westen zunächst unter der Codebezeichnung SL-16 bekannt wurde (SL steht dabei für soviet launcher und bedeutet soviel wie sowjetischer Raumfahrtträger). Erst einige Jahre später wurde der Name der Rakete – ZENIT – öffentlich gemacht.

Bereits Anfang der 1970er Jahre hatte es Überlegungen gegeben, die bewährten Trägerraketen der R-7-Reihe durch Nachfolgemodelle zu ersetzen. Man beabsichtigte dabei, Trägerraketen für leichte, mittlere und schwere Nutzlasten zu schaffen, die sämtlich über eine einheitliche Erststufe verfügen sollten und unterschiedlich durch zusätzliche Booster bzw. Oberstufen ergänzt werden sollten. Für die neue Raketenfamilie hatte man die Codebezeichnungen 11K55, 11K77 und 11K37 vorgesehen. Die sowjetische Militärführung war aber nur an der Rakete für mittelschwere Nutzlasten 11K77 interessiert, und nur diese Variante wurde letztendlich unter der Typenbezeichnung Zenit im Konstruktionsbüro Jushnoje, welches in der ukrainischen Stadt Dnepropetrowsk beheimatet ist, verwirklicht.

Die Entwicklungsarbeiten an der Zenit begannen im März 1976. Dabei war man bestrebt, die neueste Technik zu verwenden, und man führte bei der Fertigung zahlreiche innovative Neuerungen ein. Die Rakete wurde so konzipiert, dass der Countdown auf der Startanlage weitgehend automatisch ablaufen konnte. Eine wichtige Forderung bei der Konstruktion war die Transportfähigkeit mittels Eisenbahn, was der Länge und dem Durchmesser der einzelnen Stufen gewisse Grenzen setzte.

Uwe Rätsch

Bild vergrößernEnergija-Booster ohne Triebwerke.
(Bild: Uwe Rätsch)
Als besonders schwierig stellte sich die Entwicklung des Erststufentriebwerkes RD-171 heraus, das über vier schwenkbare Brennkammern verfügt. Mit einem Bodenschub von immerhin 7.257 kN ist es noch leistungsstärker als das Erststufentriebwerk F-1 der amerikanischen Mondrakete Saturn V. Die Schwierigkeiten bei der Entwicklung des RD-171 verzögerten das gesamte Zenit-Programm, sodass erst am 13. April 1985 der erste Start der neuen Trägerrakete erfolgen konnte – rund fünf Jahre später, als die ursprünglichen Planungen es vorgesehen hatten.

Neben ihrer eigentlichen Aufgabe als Trägerrakete für mittelschwere Nutzlasten diente die Zenit auch noch einem weiteren Zweck: Die Erststufe der Rakete wurde in abgewandelter Form als Booster der superschweren Trägerrakete Energija verwendet. Jeweils vier dieser Booster gruppierten sich dabei um den zentralen Mittelblock der Energija.

Uwe Rätsch

Bild vergrößernZenit-Startrampe 45L in Baikonur.
(Bild: Uwe Rätsch)
Das für die Zenit-Rakete zuständige Unternehmen Jushnoje liegt, wie bereits erwähnt, auf dem Gebiet der Ukraine, somit für Russland im Ausland, wodurch nach der Auflösung der Sowjetunion der Einsatz und die Vermarktung der Rakete schwierig wurden. Nach dem Ende der Zenit-Fertigung war durch die Verwendung der Tanks und der Struktur der Zenit-Erststufe für die amerikanische Trägerrakete Antares zumindest eine teilweise Weiternutzung der hervorragenden Technologien und Fertigungsanlagen von Jushnoje gegeben. Bis Ende 2015 wurden acht Erststufen nach den USA geliefert, eine weitere komplette Stufe befindet sich derzeit noch im Herstellerwerk.

Uwe Rätsch

Bild vergrößernVon der Startrampe 45P blieben nach der Explosion einer Zenit-Rakete am 4. Oktober 1990 nur Trümmer übrig.
(Bild: Uwe Rätsch)
Startrampen für die Zenit
Auf dem östlichen Flügel des sowjetischen Kosmodroms Baikonur wurden in den 1980er Jahren auf Platz 45 zwei Startrampen für die Zenit errichtet. Zunächst ging im Jahre 1985 die Rampe 45L in Betrieb, gefolgt von der Rampe 45P im Jahre 1990. Der Buchstabe hinter der Platzbezeichnung weist dabei auf den linken Startplatz (L für lewuij) bzw. auf den rechten Startplatz (P für prawuij) hin.

Während die Startrampe 45L auch heute noch in Betrieb ist, wurde die Rampe 45P nach nur einem erfolgreichen Start bei der am 4. Oktober 1990 erfolgten Explosion einer Zenit-Rakete während des zweiten Starts von dieser Startrampe völlig zerstört. Ein Wiederaufbau der zerstörten Startrampe stand danach nie zur Debatte.

Uwe Rätsch

Bild vergrößernDer Wartungsturm der Startrampe 45P blieb unvollendet.
(Bild: Uwe Rätsch)
Eine dritte Zenit-Startrampe war auf dem nördlichen russischen Startgelände Plessezk im Bau, allerdings wurden die Arbeiten daran nach dem Ende der Sowjetunion eingestellt. Auf dem geplanten Zenit-Startplatz wurde später eine Startrampe für die neue russische Trägerrakete Angara errichtet.

Als weitere Zenit-Startanlage dient eine ausgediente schwimmende Ölförderplattform mit dem Namen „Odyssey“, die vom internationalen Konsortium Sea Launch betrieben wird. Die Starts von der Plattform erfolgen rund 2.200 km südlich der Hawaii-Inseln, etwa bei 154 Grad westlicher Länge in der Nähe des Äquators. Der äquatornahe Start brachte eine signifikante Steigerung der Nutzlastkapazität der nunmehr dreistufigen Zenit-Trägerrakete mit sich.

Zenit-Versionen
Zunächst kam ab 1985 das Modell Zenit-2 zum Einsatz. Die Ziffer „Zwei“ weist dabei auf die Anzahl der Raketenstufen hin. Analog dazu wird mitunter für die Booster der Trägerrakete Energija die Bezeichnung Zenit-1 gebraucht. Im Prinzip handelt es sich hierbei um die Erststufe einer Zenit-Rakete, von denen jeweils vier Stück seitlich an der Energija-Erststufe befestigt waren.

Für das Konsortium Sea Launch wurde ab 1999 die Version Zenit-3SL eingesetzt. Sie startet von der Plattform „Odyssey“ und verfügt über eine zusätzliche Drittstufe, den Block DM-SL. Mit geringfügigen Modifikationen wurde diese Rakete seit 2008 auch von Baikonur aus gestartet, und in dieser Konfiguration Zenit-3SLB genannt.

Anstelle des Block DM-SLB wurde bei bisher drei Einsätzen der Rakete von Baikonur aus die Oberstufe Fregat-SB verwendet, wobei die Rakete in dieser Konfiguration Zenit-3F (auch Zenit-3SLBF) genannt wird. Bei einem weiteren Flug dieser Rakete war die Fregat-SB integraler Bestandteil der aus zwei Marssonden bestehenden Nutzlast, sodass man von offizieller Seite von zwei Raketenstufen sprach, weshalb diese Version die Bezeichnung Zenit-2FG bekam.

Uwe Rätsch

Bild vergrößernIm MIK-45 von Baikonur lag im September 2000 diese Zenit-2.
(Bild: Uwe Rätsch)
Abweichend von den hier genannten offiziellen Bezeichnungen sind auch die Werksbezeichnungen der Zenit im Umlauf, bei denen die Ziffer nach dem Raketennamen im Gegensatz zu der sonst gängigen Praxis nicht auf die Anzahl der Stufen hinweist. Im Folgenden werden die offiziellen Bezeichnungen (erste Angabe) den Werksbezeichnungen (zweite Angabe) gegenübergestellt:
  • Zenit-2 / 11K77
  • Zenit-2M / 11K77M
  • Zenit-2FG / Zenit-2SB41
  • Zenit-3SL / Zenit-2S
  • Zenit-3SLB / Zenit-2SB60
  • Zenit-3F / Zenit-2SB80
Zenit-2 (11K77) / Zenit-2M (11K77M)
Bei der Zenit-2 handelt es sich um eine zweistufige Trägerrakete für mittelschwere Nutzlasten. Beide Raketenstufen haben einen einheitlichen Durchmesser von 3,90 Metern, ebenso die Nutzlastverkleidung, die wahlweise mit 11,15 Meter oder 13,65 Meter Baulänge verfügbar ist. In der ersten Stufe wird ein Triebwerk des Typs RD-171 (11D520) verwendet, welches über vier schwenkbare Brennkammern verfügt und nach dem Hauptstromverfahren arbeitet. Aufgrund der schwenkbaren Brennkammern kann auf zusätzliche Vernierdüsen zur Steuerung verzichtet werden.

In der zweiten Stufe kommt ein Triebwerk des Typs RD-120 (11D123) sowie zusätzlich vier schwenkbare Steuerdüsen vom Typ RD-8 (11D513) zum Einsatz. Die Triebwerke werden alle mit der Treibstoffkombination Kerosin und flüssiger Sauerstoff betrieben. Während die Haupttriebwerke vom russischen Unternehmen NPO Energomash geliefert werden, stammen die Steuerdüsen RD-8 ebenso wie die Rakete selbst von der ukrainischen Firma Jushnoje. Während des Aufstiegs der Rakete kommt ein adaptives Lenksystem zum Einsatz, das im Fluge auftretende Störfaktoren ausgleichen kann und den Einschuss in unterschiedliche Orbits ermöglicht.

Im Jahre 1985 wurde in Baikonur mit der Flugerprobung der Zenit-2 begonnen. Da man mit der Rakete technologisches Neuland betrat, ging man dabei recht umsichtig vor. Von 1985 bis 1987 wurden zunächst elf Versuchsstarts durchgeführt, von denen zwei komplette Fehlschläge waren. Nur sieben Starts verliefen völlig ohne Probleme. Dennoch wurde die Zenit-2 danach für einsatzbereit erklärt und in die Bewaffnung der sowjetischen Streitkräfte übernommen; verfrüht, wie sich noch herausstellen sollte.

Hauptnutzlast der Zenit-2 waren von Anfang an Funkaufklärungssatelliten des Typs Zelina-2 (11F644), die in einem 850 Kilometer hohen Orbit mit 71 Grad Inklination ausgesetzt wurden. In den Jahren 1990 bis 1992 gab es beim Start derartiger Satelliten drei totale Fehlschläge in Folge, was der Zenit-2 zunächst einen ziemlich schlechten Ruf einbrachte. Nachdem die Fehlerquellen beseitigt waren, funktionierte die Rakete dann aber recht zuverlässig.

1997 ging allerdings ein weiterer Zelina-Satellit aufgrund des Versagens der Rakete beim Start verloren, und im September 1998 missglückte ein Start einer leicht modifizierten Zenit-2 (Variante 11K77.05) mit einem Dispenser für zwölf Globalstar-Satelliten, woraufhin die anderen beiden noch georderten Flüge von Globalstar-Satelliten mit dieser Rakete annulliert wurden. Für die internationale Vermarktung der Zenit-2 stellte dieser Fehlschlag einen herben Rückschlag dar.

Uwe Rätsch

Bild vergrößernAus den im MIK-112 eingelagerten Energija-Boostern hat man bereits die Triebwerke entnommen, damit sie nach der Überarbeitung als Erststufentriebwerke der Zenit verwendet werden können
(Bild: Uwe Rätsch)
Um die Globalstar-Starts in kurzer Zeit ausführen zu können, wurden für die Erststufe der Version 11K77.05 Triebwerke der in Baikonur eingelagerten Energija-Booster verwendet, die man den Boostern entnahm und in die erste Stufe der Zenit einbaute. Man versprach sich danach weitere lukrative Startaufträge, doch diese Hoffnung erfüllte sich nicht, was sicher auch am Fehlschlag der Globalstar-Mission lag. Modifikationen an der Zweitstufe der Version 11K77.05 ergaben sich durch das seitliche Ausstoßen der Globalstar-Satelliten aus dem Dispenser, weshalb ein Abbremsen der Stufe nach dem Abtrennen der Nutzlast unnötig war und man auf das Bremstriebwerk verzichten konnte.

Neben dem Start von Erdsatelliten war ursprünglich auch geplant, bemannte Raumschiffe mit der Zenit-2 in den Weltraum zu bringen, woraus aber letztendlich nichts wurde. Noch heute zeugen die mobilen Wartungstürme (einer davon unvollendet), die unweit der beiden Startrampen von Baikonur geparkt sind, von den bemannten Ambitionen mit der Zenit-Rakete.

Uwe Rätsch

Bild vergrößernIm Hintergrund der Startrampe 45L wurde der für bemannte Flüge vorgesehene Wartungsturm geparkt. Da es keine bemannten Zenit-Starts gab, wurde er nie genutzt.
(Bild: Uwe Rätsch)
Insgesamt wurden in Baikonur 37 Raketen des Typs Zenit-2 gestartet. Darunter waren sieben totale Fehlschläge und mehrere Starts, die man nur als Teilerfolg werten konnte. Die letzte Rakete dieser Serie startete im Juni 2007 unter der Bezeichnung Zenit-2M. Bei ihr wurden bereits einige kleine Modifikationen umgesetzt. Unter anderem kam in der Erststufe ein modifiziertes Triebwerk mit der Bezeichnung RD-171M zum Einsatz. Die Rakete war ein Überbleibsel des Globalstar-Startauftrages, die nach der Annullierung des Vertrages im Herstellerwerk modernisiert und anschließend zurück nach Baikonur gebracht wurde.

Zenit-3SL (Zenit-2S + DM-SL)
Zur internationalen Vermarktung der Zenit-Rakete wurde von den Unternehmen Boeing (USA, Anteil 40 %), RKK Energija (Russland, Anteil 25 %), dem Konstruktionsbüro Jushnoje/Juschmash (Ukraine, Anteil 15 %) sowie Aker Kvaerner (Norwegen, Anteil 20 %) im Jahre 1995 das Konsortium Sea Launch gegründet. Ziel des Konsortiums war es, mit modifizierten Zenit-Raketen von einer umgebauten Ölförderplattform, welche den Namen „Odyssey“ bekam, Satelliten auf einen geostationären Transferorbit (GTO) zu befördern. Den geostationären Orbit sollten die Satelliten dann mit eigenem Antrieb erreichen.

Für das Unternehmen Sea Launch wurde bis Ende der 1990er Jahre die dreistufige Rakete Zenit-3SL entwickelt. Die ersten beiden Stufen sind bis auf kleinere Modifikationen mit denen der Zenit-2 identisch. Bei ihnen werden auch die Triebwerke der Zenit-2 verwendet. Ab dem Jahr 2003 wurde das Erststufentriebwerk zum Modell RD-171M modifiziert.

Die erste Rakete mit dem neuen Triebwerk flog am 15. Februar 2006. Die dritte Stufe wird als Block DM-SL bezeichnet. Sie wurde vom Block DM, der vierten Stufe der Proton-Rakete, abgeleitet und von der RKK Energija hergestellt. Der Block DM-SL verfügt über ein Triebwerk RD-58Z, das ebenfalls von Energija gefertigt wird, einen Vakuumschub von 79,38 kN erzeugen kann und bei einer Gesamtbrenndauer von 700 Sekunden mehrmals zündbar ist. Das Triebwerk der dritten Stufe verwendet, ebenso wie die beiden unteren Stufen, die Treibstoffkombination Kerosin und flüssigen Sauerstoff. Das Fairing der Zenit-3SL stammt vom Boeing-Konzern und ist bei einer Länge von 11,39 Metern und einem Durchmesser von 4,15 Metern etwas voluminöser als diejenige des Basismodells.

Von der Zenit-3SL wurden insgesamt 38 Raketen gefertigt (Seriennummern SL1 bis SL38), davon wurde das Exemplar SL32 im Jahre 2011 zur Version Zenit-2SB60 umgebaut. Bis zur Einstellung der Aktivitäten des Sea-Launch-Konsortiums im Jahre 2014 starteten von der „Odyssey“-Plattform 36 Zenit-3SL-Raketen, drei davon endeten als Fehlschlag. Nutzlast war jeweils ein Nachrichtensatellit, welcher von der dritten Stufe in einem geostationären Transferorbit ausgesetzt wurde. Die letzte gefertigte Rakete mit der Seriennummer SL38 wurde nach der Insolvenz von Sea Launch bei der Herstellerfirma Jushnoje eingelagert und wird wohl nicht mehr zum Einsatz kommen.

Roskosmos

Bild vergrößernZenit-3SLB mit dem israelischen Kommunikationssatellit Amos 4 auf dem Launchpad 45L.
(Bild: Roskosmos)
Zenit-3SLB (Zenit-2SB60 + DM-SLB)
Ab dem Jahre 2008 ging für das Sea-Launch-Tochterunternehmen Land Launch die Modifikation Zenit-3SLB an den Start. Anstelle der Hochseeplattform „Odyssey“ wird für die Startaktivitäten von Land Launch die Startrampe 45L von Baikonur genutzt. Durch den weiter nördlich gelegenen Startort verminderte sich die Nutzlastkapazität des Trägers erheblich, dafür waren aber die Startvorbereitungen der Rakete wesentlich einfacher und kostengünstiger zu bewerkstelligen.

Die drei Stufen der Zenit-3SLB entsprechen weitgehend denen der Zenit-3SL, nur bei der verwendeten Nutzlastverkleidung gibt es Unterschiede; statt der Boeing-Nutzlastverkleidung wird bei der Zenit-3SLB eine von einer Proton-Nutzlastverkleidung (Modell 17S72) abgeleitete Verkleidung der Firma NPO Lawotschkin mit 10,40 Meter Länge und 4,10 Meter Durchmesser (Herstellerbezeichnung 465GK) verwendet.

Die Zenit-3SLB-Raketen trugen die Seriennummern SLB60.1 bis SLB60.6, wobei das Exemplar SLB60.4 ursprünglich als Variante SB80 (Seriennummer SLB80.2) geplant war, aber noch während des Fertigungsprozesses in das Modell SB60 umgebaut wurde.

In den Jahren 2008 bis 2013 wurden alle sechs gebauten Zenit-3SLB erfolgreich gestartet. Beim ersten Start transportierte die dritte Stufe den Nachrichtensatellit Amos 3 direkt in einen geostationären Orbit, bei den anderen fünf Flügen gelangte jeweils ein Nachrichtensatellit zunächst auf eine geostationäre Transferbahn, von der aus der Satellit mit eigenem Antrieb in den geostationären Orbit einsteuerte.

Roskosmos

Bild vergrößernZenit-3F für Elektrol-L 2 wird auf den Start vorbereitet.
(Bild: Roskosmos)
Zenit-3F (Zenit-2SB80 + Fregat-SB)
Von 2011 bis 2015 wurden in Baikonur drei Exemplare der Modifikation Zenit-3F (auch Zenit-3SLBF genannt) gestartet. Anstelle des Blocks DM-SLB der Zenit-3SLB kommt als Drittstufe bei der Zenit-3F die Fregat-SB zum Einsatz, die von der Fregat-Oberstufe der Sojus-Trägerrakete abgeleitet wurde, im Gegensatz zu dieser aber einen zusätzlichen ringförmigen Treibstofftank besitzt, wodurch gegenüber dem Basismodell eine wesentlich längere Brenndauer gegeben ist.

Die Fregat-SB besitzt ein vom russischen Konstruktionsbüro Chimmash (ex Isajew) hergestelltes Triebwerk mit der Bezeichnung S5.92, welches mit der Treibstoffkombination UDMH / Stickstofftetroxid arbeitet und bei einer Gesamtbrenndauer von bis zu 1.635 Sekunden einen Vakuumschub von 20,01 kN erzeugen kann. Bei der Zenit-3F wird eine von der Proton-Rakete abgeleitete Nutzlastverkleidung von NPO Lawotschkin mit der Werksbezeichnung AMG verwendet, die auch die Fregat-Oberstufe umhüllt und an die jeweilige Mission speziell angepasst wird. Sie ist 10,70 Meter lang und hat einen Durchmesser von 4,10 Meter.

Hergestellt wurden bei Jushnoje die Exemplare SLB80.1 bis SLB80.6, wobei die Rakete SLB80.2 noch vor der Fertigstellung zur Version SB60 (Seriennummer SLB60.4) umgebaut wurde.

Roskosmos

Bild vergrößernDie einzige gebaute Zenit-2FG wird auf dem Launchpad aufgerichtet. Sie sollte die Sonden Fobos-Grunt und Yinghuo Richtung Mars transportieren, was leider fehlschlug.
(Bild: Roskosmos)
Mit der Zenit-3F gelangten bisher die meteorologischen Satelliten Elektro-L1 und Elektro-L2 sowie der Forschungssatellit Spektr-R in den Orbit. Vermarktet wird die Zenit-3F nicht vom Unternehmen Land Launch, sondern vom Hersteller der Rakete, dem KB Jushnoje.

Derzeit sind noch zwei Exemplare dieser Zenit-Version mit den Seriennummern SLB80.5 und SLB80.6 vorhanden, die in den Jahren 2016/2017 zum Start der Forschungssatelliten Spektr-RG und Lybid verwendet werden sollen. Allerdings ist die Finanzierung noch nicht gesichert, sodass es fraglich ist, ob man die beiden letzten Raketen des einzigen noch verfügbaren Zenit-Modells überhaupt wird starten können.

Roskosmos

Bild vergrößernFobos-Grunt verschwindet unter der Nutzlastverkleidung der Zenit-2FG
(Bild: Roskosmos)
Zenit-2FG (Zenit-2SB41)
Bei der Zenit-2FG handelt es sich um eine Sonderausführung der Zenit-3F. Sie wird von russischer Seite als Zweistufenrakete betrachtet, da die auf der zweiten Stufe aufgesetzte Oberstufe Fregat-SB integraler Bestandteil der Nutzlast war, die primär aus der russische Marssonde Fobos-Grunt bestand, mit der außerdem die chinesische Sonde Yinghuo huckepack mit zum Mars fliegen sollte.

Die Mission startete am 8. November 2011 und war der erste und einzige Einsatz einer Zenit-Rakete für eine interplanetare Raumsondenmission. Der Einschuss in den Erdorbit erfolgte mittels der zweiten Raketenstufe, mit der Fregat-SB sollten die Raumsonden anschließend auf die für den Flug zum Mars notwendige Geschwindigkeit beschleunigt werden. Wegen eines Softwarefehlers konnte das Triebwerk der Oberstufe jedoch nicht zünden, woraufhin die Kombination aus Marssonden und Fregat-SB in einem erdnahen Orbit verblieb und rund zwei Monate nach dem Start beim Wiedereintritt verglühte.

Die Version Zenit-2FG war ein Einzelstück (Seriennummer SLB41.1), sodass es keine weiteren Starts dieses Modells geben wird.

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