Space Launch System – Oberstufen

Die Technologie des Space Launch Systems, in einer dreiteiligen Artikelreihe. Teil 3: Oberstufen.

Ein Beitrag von Martin Knipfer.

Die Oberstufe des Space Launch Systems (SLS) soll dazu dienen, die Nutzlast endgültig auf die vorgesehene Bahn zu befördern. Sie soll auf einem Stufenadapter auf die Kernstufe aufgesetzt und an dem oberen Ende der Oberstufe mit der Nutzlast verbunden werden. Nach dem Abwurf der Kernstufe wird die Oberstufe gezündet. Insgesamt sind drei verschiedene Oberstufen für das SLS vorgesehen:

Eine Illustration der ICPS mit einem Orion-Raumschiff(rechts)
als Nutzlast.
(Bild: NASA)

1. ICPS (Interim Cyrogenic Propulsion Stage)
Diese Oberstufe ist eine Übernahme von der im Einsatz befindlichen Delta IV-Trägerrakete. Nur leichte Modifikationen sollen getätigt werden, wie etwa eine Verlängerung des LH2-Tanks, zusätzliche Hydrazin-Tanks für die Lageregelung und geringfügige Veränderungen der Avionik. Bei der Delta IV dient die ICPS als Delta Cryogenic Second Stage (DCSS) bereits mit hoher Zuverlässigkeit seit mehreren Jahren als Zweitstufe. Sie soll nur bei der Block I-Version des SLS eingesetzt werden, die lediglich für die ersten SLS-Flüge vorgesehen ist. Angetrieben wird die Stufe von einem einzigen RL-10B2 Triebwerk. Es verfügt über eine ausfahrbare Düse aus Kohlenfaser und ist in der Lage, einen Schub von 110 kN und einen spezifischen Impuls von 462 s zu erzeugen. Seine Höhe beträgt 4,14m, sein Durchmesser 2,21 m und sein Gewicht 277 kg. Es verwendet die Treibstoffe LH2 (flüssiger Wasserstoff) und LOX (flüssiger Sauerstoff), die in zwei Tanks der Oberstufe aufbewahrt werden. Insgesamt wiegt der Treibstoff 27.200 kg, die gesamte Oberstufe 30.710 kg. Sie misst 13,7m in der Länge und 5m im Durchmesser. Folgende Nutzlastdaten kann das SLS mit ihr erreichen:

LEO (Low Earth Orbit – niedriger Erdorbit): 70t
Mond: 24t
Mars: 20,2 t
Europa: 2,9 t
Uranus : 0,13 t

2. EUS (Exploration Upper Stage)
Diese Oberstufe ist eine Neuentwicklung. Sie wäre weitaus leistungsfähiger als die ICPS und würde daher wohl auch häufiger zum Einsatz kommen. Im Moment führt die Herstellerfirma Boeing Studien bezüglich dieser Oberstufe durch. Die EUS soll bereits beim ersten bemannten Flug des SLS, Exploration Mission 2, geplant Ende 2021, zum Einsatz kommen. Verschiedene Triebwerkskombinationen wurden vorgeschlagen, um die EUS anzutreiben:

vier RL-10B2 Triebwerke mit je 110 kN Schub
zwei MB60 Triebwerke mit je 250 kN Schub
ein J2-X Triebwerk mit 1307 kN Schub

Die Block 1(links) und Block 2(rechts)- Varianten des
SLS in den ursprünglichen Planungen.
(Bild: NASA)
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Letzten Endes wurde entschieden, das RL-10 Triebwerk zu verwenden. Die EUS soll ähnlich der ICPS aufgebaut sein: Oben befindet sich ein LH2-Tank mit 8,4m Durchmesser. Da dieser Durchmesser mit dem der Kernstufe des SLS übereinstimmt, kann der Tank mit denselben Gerätschaften in der MAF (Michoud Assembly Facility) gefertigt werden. Mit einer X-Struktur aus Kompositmaterialien ist er mit dem 5,5m durchmessenden LOX-Tank verbunden, an dem wiederum die vier RL-10C1 Triebwerke angebracht sind. Insgesamt wiegt die EUS 119,182 t und wird etwa 19 m lang sein. Mit ihr verfügt das SLS über folgende rechnerische Nutzlastdaten:

LEO: 93,1 t
Mond: 38,1 t
Mars: 31,7 t
Europa : 8,1 t
Uranus : 1,7 t

3. EDS (Earth Departure Stage)
Diese Oberstufe sollte ab 2032 in der leistungsgesteigerten Block II-Version des SLS zum Einsatz kommen. Sie wäre 24m lang und ebenfalls 8,4 m im Durchmesser gewesen und von zwei J2-X Triebwerken angetrieben worden. Dieses Triebwerk wurde bereits im Rahmen des inzwischen gestrichenen Constellation-Programms entwickelt und bereits einige Male zu Testzwecken gezündet. Das SLS hätte mit der EDS über eine Nutzlast von 130 t in den LEO verfügt. Jedoch gilt es inzwischen als am Wahrscheinlichsten, dass statt der Earth Departure Stage lediglich die EUS sowie die verbesserten Booster, deren Entwicklung bereits begonnen hat, bei der Block II-Version des SLS zum Einsatz kommen. Letztere SLS-Variante wäre laut Plan dazu in der Lage, sogar 155 t in den LEO und 45 t auf eine Fluchtbahn von der Erde weg zu befördern.

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