Quelle: ArianeGroup.

13. Juli 2021 – Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) hat die ArianeGroup mit der Entwicklung und dem Bau einer Zusatzstufe (Kick-Stage) für Ariane 6 beauftragt, die den Namen ASTRIS trägt und es Arianespace, dem Betreiber der neuen europäischen Trägerrakete, ermöglicht, mit noch größerer Effizienz eine größere Anzahl von Nutzlasten in verschiedenen Umlaufbahnen zu platzieren oder Satelliten direkt in den geostationären Orbit (GEO) zu bringen. Eine weitere Option für die Kick-Stage ist die Verbesserung der Leistungen für bestimmte Mission der Ariane 6, einschließlich Mond- und Deep Space-Missionen.

Der Auftrag hat einen Gesamtwert von 90 Millionen Euro und basiert auf einer Entscheidung der ESA-Ministerkonferenz im November 2019. Der Erstflug einer Ariane 6 mit der neuen ASTRIS-Kick-Stage ist für 2024 geplant.

„Das Ariane 6-Programm wurde von Anfang an so konzipiert, dass die Trägerrakete skalierbar ist und über ihren gesamten Betriebszyklus hinweg schrittweise Innovationen ermöglicht. Der Auftrag würdigt die Expertise und die Innovationsfähigkeit unseres Bremer Standorts im Bereich von Trägerraketen-Oberstufen, während unsere Teams in der Nähe von München derzeit das neue BERTA Triebwerk entwickeln. Diese Bündelung unserer Kompetenzen stärkt die Rolle Deutschlands beim Bau der neuen europäischen Trägerrakete Ariane 6“, sagte Pierre Godart, Chief Executive Officer ArianeGroup in Deutschland. „Die zusätzliche optionale Stufe erweitert das Ariane-Profil, so dass Arianespace nun noch besser die Erwartungen von Kunden erfüllen kann. So wird sie beispielsweise Doppelstarts ermöglichen, bei denen eine erste Nutzlast in den geostationären Transferorbit (GTO) und eine zweite direkt in den geostationären Orbit (GEO) gebracht werden kann.“

Für das Programm wird ArianeGroup auf eine Reihe von kleinen und mittelständischen Unternehmen und Start-ups zurückgreifen, darunter die Berliner PTS GmbH für das elektronische System, RST in Rostock für die mechanische Bodenausrüstung, die elektrischen Kabelbäume und einen Teil der elektrischen Bodenausrüstungen, sowie die österreichische Firma FACC für die Primärstruktur.

ASTRIS wird von einem innovativen Triebwerk namens BERTA (Bi-Ergoler RaumtransporT Antrieb) angetrieben, das auf Technologien basiert, die im Rahmen des FLPP-Programms (Future Launcher Preparatory Program) der ESA entwickelt wurden.

Dieser Triebwerkstyp kann viele Male zuverlässig wiedergezündet werden und eignet sich daher besonders für ausgedehnte Missionen oder für den Transport zu verschiedenen Umlaufbahnen.

ASTRIS wird zwischen der Oberstufe und der Nutzlast oder zwischen dem Ariane Double Launch System (DLS) und seiner Nutzlast (die aus einem oder mehreren Satelliten bestehen kann) platziert, was die Treibstoffmenge, die benötigt wird, um den Satelliten in Position zu bringen, reduziert.

Gegenüber der Standard-Ariane 6 wird die Kickstage es noch leichter machen, Satelliten einer Konstellation in unterschiedlichen Bahnneigungen zu platzieren.

Schließlich wird diese kleine Zusatzstufe besonders für den Start von elektrisch angetriebenen Satelliten interessant sein. Einmal in ihrer Transferbahn platziert, benötigen diese Satelliten normalerweise mehrere Monate, um ihre endgültige Position zu erreichen. Dank der ASTRIS-Kickstage kann dieser Transfer auf wenige Stunden verkürzt werden, was einen erheblichen Vorteil für die Betreiber darstellt, die diese Option wählen. Dies stärkt die Position der Ariane 6 als präziseste Trägerrakete auf dem Markt, die in der Lage ist, einen Satelliten auf den letzten Kilometer in seine endgültige Orbitalposition zu bringen.

Das ASTRIS-System wird für die ESA am Bremer Standort der ArianeGroup, dem europäischen Kompetenzzentrum für Oberstufen, und in enger Zusammenarbeit mit den Standorten Ottobrunn (Triebwerke) und Lampoldshausen (Treibstoffleitungen und Ventile) entwickelt. Die einzigartige Expertise der ArianeGroup, die durch die lange und enge Zusammenarbeit der oben genannten Betriebe erworben wurde, ist das Markenzeichen des europäischen Marktführers. Die im Rahmen des Future Launchers Preparatory Programmes (FLPP) durchgeführten Frühphasen bei der Entwicklung des BERTA-Triebwerks werden es ermöglichen, das Triebwerk am Standort der ArianeGroup in Ottobrunn, südlich von München, im gleichen Zeitrahmen wie ASTRIS zu entwickeln und so den Markteintritt sicherzustellen. Einen Prototyp des Triebwerks hat die ArianeGroup bereits erfolgreich auf dem Prüfstand des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Lampoldshausen getestet. BERTA ist ein Triebwerk der 4 bis 5 Kilo-Newton-Klasse, das für den Betrieb mit bei Raumtemperatur lagerfähigen Treibstoffen ausgelegt ist.

Die Finanzierung der Kick Stage und des BERTA-Triebwerks erfolgt im Rahmen des ESA Competitiveness Improvement-Programms.

Über ArianeGroup
ArianeGroup, als Hauptauftragnehmer der europäischen Trägerraketenfamilien Ariane 5 und Ariane 6, ist für die gesamte Produktionskette der Träger verantwortlich – vom Entwurf über die gesamte Produktionskette bis hin zur Vermarktung über sein Tochterunternehmen Arianespace Mit ca. 7.500 hochqualifizierten Mitarbeitern in Frankreich und Deutschland, ist ArianeGroup ein zu gleichen Teilen von Airbus und Safran gehaltenes Joint Venture. Zudem ist der Konzern Hauptauftragnehmer für die ballistischen Trägerraketen der französischen Marine.
ArianeGroup und die Tochterunternehmen sind weltweit anerkannte Spezialisten für Raumfahrtausrüstungen und -antriebe, ihr Know-how findet auch in anderen Industriezweigen Anwendung. Der Konzernumsatz betrug im Jahr 2020 rund 2,7 Milliarden Euro.

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• Trägerrakete Ariane 6

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Quelle: DLR.

Die Ariane 6, Europas neue Trägerrakete, nähert sich ihrer Fertigstellung. Wie schon ihr Vorgänger Ariane 5 wird auch die Oberstufe der neuen ESA-Rakete bei ArianeGroup in Bremen gebaut. In der Nacht vom 28. auf den 29. Januar 2021 ist ein voll funktionsfähiges Testmodell in Originalgröße, wie es bei der Ariane 6 zum Einsatz kommen wird, in einem gut 14 Meter langen, knapp sieben Meter breiten und sechs Meter hohen Transportcontainer auf eine ganz besondere Reise nach Süddeutschland gestartet.

„Die erste Oberstufe hat mit ihrem Verlassen des Werksgeländes in Bremen den Countdown für den Erststart der Ariane 6 im Jahr 2022 eingeleitet. Mit der Oberstufe wird das Herzstück der Ariane 6 nicht nur in Deutschland gebaut, sondern auch für den Einsatz im All getestet. Ein unabhängiger Zugang zum All, den uns die Ariane 6 nach dem Ende der Ariane 5 sichert, ist nicht nur geopolitisch wichtig, sondern auch für die Zukunft des Hightech-Standorts Deutschland relevant“, erklärt Dr. Walther Pelzer, Vorstand und Leiter der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR, die im Auftrag der Bundesregierung das deutsche ESA-Budget steuert.

Denn auch die beiden nächsten Ariane-6-Oberstufen stehen in Bremen kurz vor ihrer Fertigstellung: das sogenannte Combined Test Model (CTM), das im zweiten Halbjahr 2021 für gemeinsame Tests mit der Hauptstufe am europäischen Weltraumbahnhof in Kourou eingesetzt werden soll, sowie das sogenannte Flight Model 1 (FM-1) für den Erstflug, voraussichtlich im ersten Halbjahr 2022.

Reise über Weser, Waal, Rhein und Neckar
Die erste „A6“-Oberstufe soll am 7. Februar beim DLR in Lampoldshausen ankommen und in den kommenden Monaten auf Herz und Nieren getestet werden. „Der Container wiegt inklusive Oberstufe 57 Tonnen. Über Weser und Nordsee führt sein Weg zunächst zum Hochseehafen nach Rotterdam. Von da geht es weiter über die niederländische Waal in den Rhein Richtung Süden. In Mannheim wird das Transportschiff in den Neckar abbiegen, ehe dann im Baden-Württembergischen Bad Wimpfen die Schiffsreise endet. Dort wird der Container zurück auf einen Schwertransporter verladen Richtung Lampoldshausen“, berichtet Denis Regenbrecht, Ariane-6-Progammanager der Deutschen Raumfahrtagentur in Bonn.

„Dass es mit der Oberstufenentwicklung und den dazugehörigen Tests vorangeht, ist ein wichtiges Signal. Denn eigentlich sollte die im Dezember 2014 auf der ESA-Ministerratskonferenz in Luxemburg beschlossene, neue europäische Trägerrakete im Jahr 2020 zum ersten Mal in den Weltraum starten“, sagt DLR-Vorstand Dr. Walther Pelzer. Mit den Tests in Lampoldshausen komme man dem Erstflug der Ariane 6 nun einen bedeutenden Schritt näher.

Die Oberstufe – Herzstück einer jeden Rakete
Die Oberstufe der Ariane 6 ist 11,6 Meter hoch, hat einen Durchmesser von 5,4 Metern und ohne sie kommt die Rakete nicht in den Weltraum. Denn ihr neu entwickeltes, kryogenes „Vinci“-Triebwerk liefert mit seiner Treibstoffkombination aus flüssigem Sauerstoff und flüssigem Wasserstoff den notwendigen Schub, um die Nutzlast an Bord genau an der gewünschten Position im Orbit auszusetzen. Die Brenndauer beträgt mehr als 14 Minuten und „Vinci“ kann bis zu viermal gezündet werden. Dadurch können mehrere Nutzlasten in verschiedenen Orbits ausgesetzt werden. Außerdem ist die Steuerungselektronik, die die Ariane 6 auf Kurs bringt und hält, in der Oberstufe untergebracht.

Ariane 6 – eine Rakete mit Zukunft
Genau wie ihre Vorgängerinnen wird die Ariane 6 ein „dynamischer“ Träger sein, der sich kontinuierlich weiterentwickeln soll. Auf der letzten ESA-Ministerkonferenz „Space19+“ in Sevilla haben die Teilnehmerstaaten deshalb ein Weiterentwicklungsprogramm beschlossen, um die Ariane 6 noch leistungsfähiger und auch kostengünstiger zu machen. Ein Kernelement dieses Programms ist die zusätzliche kleine Kick-Stufe „ASTRIS“, die wie ihre „große Schwester“ in Deutschland entwickelt und gebaut werden wird. Diese besondere Raketenstufe soll es zum Beispiel möglich machen, mehrere Satelliten mit völlig unterschiedlichen Zielen in einem Start zu befördern oder Ziele weit außerhalb der Erdumlaufbahn zu erreichen. Für diese Stufe wird in Ottobrunn das neue kompakte Triebwerk „BERTA“ entwickelt, das ebenfalls beim DLR in Lampoldshausen getestet wird.

Verwandte Meldung bei Raumfahrer.net:

• Montage der ersten Oberstufe der Ariane 6 erfolgt (22. Oktober 2020)

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• Trägerrakete Ariane 6

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Quelle: ArianeGroup.

Kundenorientierte Innovation für effiziente, optimierte neue Missionen
Die Ariane 6 ist von Anfang an auf Weiterentwicklungen und die Integration von Innovationen über die gesamte Betriebsdauer ausgelegt. So kann den Anforderungen des Marktes zum richtigen Zeitpunkt entsprochen und die Wettbewerbsfähigkeit noch weiter verbessert werden.

Die Kick-Stage-Lösung, mit der die Ariane 6 noch vielseitiger einsetzbar sein wird, ist ein Vorschlag der ArianeGroup GmbH.
Die Kick-Stage ist eine echte zusätzliche Ariane-6-Oberstufe, die es der Trägerrakete ermöglicht, mehrere Nutzlasten sehr effizient in unterschiedlichen Orbits abzusetzen oder Satelliten mit einem Direkteinschuss in den Zielorbit zu bringen.

Die Kick-Stage wird von dem hocheffizienten, wiederzündbaren BERTA-Triebwerk angetrieben.

Die Kick-Stage-Lösung beruht auf dem Know-how und der Erfahrung der ArianeGroup GmbH. Die Kick-Stage wurde in Bremen, dem europäischen Zentrum für Oberstufen, in enger Abstimmung mit den Triebwerksspezialisten in Ottobrunn und den Kollegen in Lampoldshausen entwickelt. Letztere verantworten das komplexe Subsystem Leitungen und Ventile. Das Know-how, das aus der langjährigen engen Zusammenarbeit zwischen den Standorten Bremen, Lampoldshausen und Ottobrunn bei Entwicklung und Fertigung des Ariane-Systems entstanden ist, ist eine wichtige Stärke.

Die Kick-Stage-Lösung und das BERTA-Triebwerk sind Vorschläge der ArianeGroup GmbH an die Europäische Weltraumorganisation (ESA) im Rahmen des Astris Systementwicklungs- und Qualifikationsprogramms.

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• Trägerrakete Ariane 6

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Quelle: DLR.

Am Prüfstand P8 in Lampoldshausen absolvierte das BERTA-Triebwerk erfolgreich seine ersten Testlauf. BERTA (Biergoler Raumtransportantrieb) weist eine Besonderheit auf: Das Triebwerk wurde Ende 2018 vollständig im 3D-Druckverfahren gefertigt. Der P8 ist ein Forschungs- und Entwicklungsprüfstand beim DLR in Lampoldshausen, der gemeinschaftlich vom DLR, der französischen Raumfahrtagentur CNES und dem industriellen Partner ArianeGroup genutzt wird. Die Verantwortung für den Betrieb und die Durchführung der Tests liegt bei dem Prüfstandteam des DLR.

Neue Technologie kann derzeit europaweit nur in Lampoldshausen getestet werden
Für einen Referenzschub von 2,45 Kilonewton ausgelegt, konnte BERTA für 560 Sekunden am Prüfstand P8 in Lampoldshausen getestet werden. Entwickelt wurde das Triebwerk im Rahmen der Forschungen für zukünftige europäische Trägersysteme (Future Launcher Preparatory Programme/FLPP) der ESA. Deutschland ist seit Jahren größter Beitragszahler im FLPP-Kernprogramm. Das DLR Raumfahrtmanagement steuert die Verwendung der Mittel innerhalb von FLPP und berät die ESA bei der Durchführung einzelner Projekte. BERTA ist für den Betrieb mit lagerfähigen Treibstoffen ausgelegt. Das bedeutet, dass die Treibstoffe bei Raumtemperatur gelagert werden können.

Triebwerke dieser Art können sehr zuverlässig und mehrfach gezündet werden und eignen sich somit für längere Missionen. Damit kann dieses Triebwerk nicht nur für den erdnahen Bereich auf kleinen bis mittleren Raketen eingesetzt werden, sondern auch für Missionen über den Erdorbit hinaus. Übliche lagerfähige Treibstoffe sind jedoch hochgiftig. Für die Testläufe im Prüfstand werden daher kryogene Treibstoffe verwendet.

„Der Prüfstand P8 bietet umfangreiche Möglichkeiten, Demonstratoren von Komponenten über Baugruppen bis hin zu kleinen Triebwerken zu testen. Ziele der aktuellen Tests sind, das Strömungsverhalten und den Wärmeübergang bei gedruckten Oberflächen zu untersuchen. Diese neue Technologie kann derzeit europaweit nur am Prüfstand 8 in Lampoldshausen getestet werden“, erläutert Gerd Brümmer, DLR-Ingenieur und Leiter des Prüfstands P8.

3D-Druck eröffnet neue Wege bei der Fertigung von Triebwerken
Der 3D-Druck – auch additive Fertigung genannt – liefert für den Triebwerksbau verschiedene Vorteile. So lassen sich die Produktionszeiten signifikant verringern. Derzeit werden zum Beispiel Brennkammern in Europa zuerst gegossen und geschmiedet. Dann werden Kühlkanäle ausgefräst, die dann mittels galvanischer Prozesse abgedeckt werden. Übliche Lieferzeiten betragen bis zu eineinhalb Jahre. Mittels additiver Fertigung dagegen können vollständige Triebwerke innerhalb weniger Wochen geliefert werden.

Im Fall BERTAs wurden im 3D-Druck-Verfahren sowohl der Einspritzkopf, er besteht aus einer korrosionsbeständige Nickelbasislegierung, wie auch die Brennkammer aus Edelstahl durch selektives Laserschmelzen hergestellt. Durch den Einsatz eines Lasers wurde das finale Bauteil schichtweise durch Aufschmelzen des Werkstoffes in Pulverform auf einer Grundplatte aufgebracht.

Im 3D-Druck-Verfahren sind zudem komplexere Strukturen möglich, die sich in konventionellen Verfahren nicht herstellen lassen. So enthält BERTA ein komplexes Design für die Kühlkanäle, welches ein verbessertes Kühlverhalten der Brennkammer sicherstellen soll. Durch die verbesserte Kühlung können Brennkammern zukünftig kompakter gebaut werden, was Material einspart.

„Die additive Fertigung eröffnet Europa neue Wege, Triebwerke zu fertigen“, sagt Lysan Pfützenreuter, Projektleiterin beim DLR Raumfahrtmanagement. „Mit dem erfolgreichen Nachweis der Technologie wird ein wichtiger Schritt in Richtung einer verbesserten Wettbewerbsfähigkeit europäischer Trägersysteme gegangen.“

Die Testkampagne wird noch vier Wochen andauern und die Ergebnisse werden auch in weitere Entwicklungsvorhaben der ESA einfließen. So sollen 3D-Druckverfahren für Weiterentwicklungen der Ariane-6-Triebwerke Vinci und Vulcain eingesetzt werden.

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• DLR

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