Erstellt von Thomas Weyrauch. Quelle: Boeing, GPS.gov, ULA, USAF.

Anvisiert war zuvor ein Start der 61. Atlas-V-Mission am 3. Februar 2016. Wegen elektrischen Verbindungen in der Rakete, die man noch einmal überprüfen wollte, entschied man sich für einen Aufschub.

Der Start der Rakete mit der Seriennummer AV-057 erfolgte dann am 5. Februar 2016 um 14:38 Uhr MEZ von der Rampe LC-41 der Cape Canaveral Air Force Station (CCAFS) in Florida zu Beginn eines 19 Minuten langen Startfensters. Vor Ort war es 8:38 Uhr morgens.

Die Atlas-V-Rakete der United Launch Alliance (ULA) flog (zum 31. Mal) in der 401-Konfiguration, die Nutzlast, der Navigationssatellit, war also unter einer Nutzlastverkleidung aus Kompositmaterial mit vier Metern Durchmesser untergebracht (4), es kamen keine Feststoffbooster zum Einsatz (0) und die Centaur-Oberstufe war mit einem Triebwerk ausgerüstet (1).

Rund 17 Sekunden nach dem Abheben neigte sich die Rakete aus vertikaler Lage in Richtung des zu erreichenden Orbits. Etwas über 78 Sekunden nach dem Start durchbrach das Projektil die Schallmauer. 92 Sekunden nach dem Start war die Flugphase mit der höchsten aerodynamischen Belastung überstanden und die erste Stufe setzte den Flug, angetrieben von einem RD AMROSS RD-180-Triebwerk russischer Herkunft, das hochreines Kerosin mit flüssigem Sauerstoff verbrennt, fort.

Die Stufentrennung zwischen erster und zweiter Stufe erfolgte rund vier Minuten und zehn Sekunden nach dem Abheben und die Centaur genannte zweite Stufe der Rakete zündete zu einer rund zwölfeinhalb Minuten langen ersten Brennphase.

Während dieser Brennphase wurde, nachdem eine ausreichende Flughöhe erreicht war, die Verkleidung abgeworfen, welche die Nutzlast beim Aufstieg durch die Atmosphäre schützt. Am Ende der Brennphase kurz nach der 17. Flugminute war eine elliptische Parkbahn erreicht.

Eine weitere Brennphase der zweiten Stufe begann knapp drei Stunden später. Das flüssigen Wasserstoff mit flüssigem Sauerstoff verbrennende RL10C-1-Triebwerk von Pratt & Whitney Rocketdyne aus den USA in der zweiten Stufe arbeitete dabei etwa eine Minute und 27 Sekunden. Nach der zweiten Brennphase war eine annähernd kreisförmige Bahn rund 20.440 Kilometer über der Erde mit einer Bahnneigung gegen den Erdäquator von 55 Grad erreicht.

Der GPS-Satellit mit einer Startmasse im Bereich von 1.630 kg und einer Lebenserwartung zwischen zwölf und fünfzehn Jahren wurde dann rund drei Stunden und 23 Minuten nach dem Start auf einer Bahn ausgesetzt, die im wesentlichen seinem Arbeitsorbit entspricht.

Auf Grund des direkten Bahneinschusses war es nicht erforderlich, einen Apogäumsmotor für das Raumfahrzeug vorzusehen, was sich in dessen vergleichsweise geringen Masse widerspiegelt (zum Vergleich: die Startmasse der Satelliten der Vorgängergeneration GPS 2R betrug 2.032 kg).

Für Bahnmanöver können insgesamt 16 kleine Hydrazin-Triebwerke eingesetzt werden, für die der auf dem Bus AS-4000 basierende Satellit rund 145 Kilogramm Treibstoff mitführt. Die 12 Triebwerke mit einem Nominalschub von einem amerikanischen Pfund und vier Triebwerke mit einem Nominalschub von fünf amerikanischen Pfund zersetzen das Hydarzin (N₂H₄) im Betrieb katalytisch.

GPS 2F-12 ist der zwölfte von Boeing gebaute in den Weltraum transportierte Navigationssatellit und zugleich der letzte aus der 2F-Serie. Wie seine Serienvorgänger aus der Fabrik in El Segundo im US-amerikanischen Bundesstaat Kalifornien besitzt er zwei Rubidium- und eine Cäsium-Uhr. Nach Angaben von Boeing ist die Genauigkeit der von GPS 2F-Staelliten ausgestrahlten Navigationssignale doppelt so hoch wie die der Vorgängergeneration GPS 2R.

Das L5-Signal kann der Zivilluftfahrt robustere Signale liefern und das Militär wird von M-Code genannten Signalen und an Störungsversuche anpassbarer Sendeleistung profitieren, glaubt der Hersteller des Satelliten. Ein weiterer Vorteil gegenüber älteren US-amerikanischen Navigationssatelliten soll auch die Möglichkeit des schnellen Änderns der auf den Rechnern an Bord des Satelliten laufenden Software sein.

In der Konstellation der GPS-Satelliten wird GPS 2F-12 als SVN70 / PRN04 künftig voraussichtlich die Position 1 in der Ebene F besetzen. (SVN steht für Space Vehicle Number – es handelt sich um eine fortlaufende Nummerierung, prn steht für pseudo-random noise – ein Signal, das neben weiteren Informationen eine spezifische Satellitennummer innerhalb der GPS-Konstellation enthält.).

Ist die Einsatzbereitschaft von GPS 2F-12 im All schließlich hergestellt, unterstützt er eine Ausbaustufe bei der neuerlichen Modernisierung von GPS mit der Ausstrahlung des zivilen L2C-Signals und verbesserten militärischen Navigationssignalen.

GPS 2F-12 wird voraussichtlich katalogisiert mit der NORAD-Nr. 41.328 und als COSPAR-Objekt 2016-007A. Der Satellit wird außerdem vermutlich auch unter der Tarnbezeichnung USA-266 gelistet werden.

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• GPS 2F-12 auf Atlas 5 401

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: ESA. Vertont von Peter Rittimger.

Jeder, der sich schon einmal ausführlicher mit Raketenstarts auseinandergesetzt hat, kennt diese Szene: Techniker, welche in unförmige Schutzanzüge gehüllt sind, betanken kurz vor der Verbindung eines Satelliten mit der Trägerrakete den Raumflugkörper mit Treibstoff für die Lageregelungs- und Bahnkorrekturtriebwerke.

Bei dem dabei verwendeten Treibstoff handelt es sich fast ausschließlich um Hydrazin, eine hochgiftige und krebserregende Stickstoffverbindung, welche bereits durch den bloßen Hautkontakt in den menschlichen Körper gelangen kann. Die aufgrund dieser Eigenschaften erforderlichen Sicherheitsvorkehrungen verteuern die geplanten Weltraummissionen und verlängern zudem deren Vorbereitungszeitraum. Neben dem Schutz der Menschen muss dabei auch immer eine Kontamination der Umwelt vermieden werden.

Trotz all dieser Nachteile und Gefahren findet Hydrazin bisher eine verbreitete Anwendung als Raketentreibstoff, da die Vorteile immer noch die Nachteile überwiegen. Aufgrund seiner hochreaktiven Eigenschaften entwickelt dieser Treibstoff eine hohe Leistung. Zudem kann Hydrazin über einen relativ langen Zeitraum gelagert werden. Ein weiterer Vorteil ist die hypergolische Eigenschaft des Hydrazins. Dies bedeutet, dass der Treibstoff sich beim Zusammentreffen mit einem Oxidator – im Fall von Hydrazin wird Salpetersäure oder Distickstofftetroxid verwendet – oder einem geeigneten Katalysator, zum Beispiel Aluminiumoxid, spontan entzündet.

Diese Eigenschaft vereinfacht die Konstruktion der Raketentriebwerke, da keine aufwändigen und fehleranfälligen Zündsysteme verwendet werden müssen. Bei Lageregelungsantrieben für Satelliten werden gegenwärtig überwiegend Systeme mit einem Katalysator zum Einsatz gebracht. In diesem Fall spricht man von Einstofftriebwerken, da ausschließlich das Hydrazin und kein zusätzlicher Oxidator benötigt wird. Somit spart man Platz und Masse an Bord und vermindert zugleich die Wahrscheinlichkeit eines auftretenden technischen Defektes.

Ein neu entwickelter Treibstoff könnte den Füllvorgang der Trägerraketen künftig jedoch vereinfachen und deren Einsatz zugleich sicherer machen. Nach Ansicht der beteiligten Ingenieure wäre der Betankungsvorgang demzufolge nicht gefährlicher als bei einem Auto. Dazu forscht die ESA bereits seit dem Jahr 1997 gemeinsam mit der Swedish Space Corporation (SSC) an neuartigen Treibstoffen, welche sowohl ungiftig und zugleich lagerfähig sowie hypergol sind. Mittlerweile wurden die Triebwerks- und Treibstoffforschungen der SSC in einem hundertprozentigen Tochterunternehmen, der ECAPS (Ecological Advanced Propulsion Systems), gebündelt. Von dort konnte jetzt ein erster Erfolg gemeldet werden.

Der neu entwickelte Treibstoff trägt den Namen LMP-103S C. Hierbei handelt es sich um eine Mischung aus Ammoniumdinitramid (ADN), Methanol, Wasser und Ammoniak. Der „grüne“ Treibstoff wird von ECAPS auch als High Performance Green Propellant (HPGP) bezeichnet.

„Der Treibstoff auf Basis von ADN hat eine um 30 Prozent höhere Performance als Hydrazin und ist wesentlich weniger giftig“, so Mark Ford, der Leiter des Bereichs Antriebstechnik der ESA. „Anders als Hydrazin kann es sicher mit einem Flugzeug transportiert werden und es sind keine unbequemen Schutzanzüge beim Betanken nötig.“

Für den neuen Treibstoff wurde bei ECAPS ein entsprechendes Triebwerk mit einem Schub von einem Newton entwickelt, welches derzeit bei der schwedischen PRISMA-Mission zusammen mit dem neuen Treibstoff getestet wird. Triebwerk und Treibstoff sollen jetzt auf den Space Innovation Days, welche am 17. und 18. Februar 2011 am ESTEC in Noordwijk/Niederlande stattfinden, der Fachwelt präsentiert werden. Die ESA hat die Entwicklung im Rahmen ihres General Support Technology Program (GSTP) unterstützt. Ziel des GSTP ist es, vielversprechende Prototypen aus dem Labor zu einer flugfähigen Hardware zu qualifizieren. Das neue Antriebssystem soll auch bei der ESA-Testmission Proba 3 zum Einsatz kommen.

Bei der Mission PRISMA handelt es sich um eine schwedische Technologie-Mission, welche der Erprobung der autonomen Steuerung von zwei Kleinsatelliten namens Tango und Mango im Formationsflug dient. An ihr sind auch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR), dessen Deutsches Raumfahrtkontrollzentrum (GSOC) im Frühjahr 2011 den operationellen Betrieb bis zum Missionsende übernehmen wird, die französische Raumfahrtagentur CNES und die Dänische Technische Universität (DTU) Kopenhagen beteiligt.

PRISMA wurde am 15. Juni 2010 zusammen mit dem französischen Sonnenforschungssatelliten PICARD gestartet. Nach ausführlichen Überprüfungen aller Systeme erfolgte am 12. August 2010 die Trennung von Tango und Mango, sodass die eigentliche Mission zur Erprobung verschiedener Verfahren des autonomen Formationsflugs und des Rendezvous von Satelliten beginnen konnte.
Dabei stellt Mango mit einer Masse von 140 Kilogramm den schwereren Hauptsatelliten dar, welcher in allen drei Achsen steuerbar ist und auch mit dem neuen Treibstoff betankt wurde. Der zweite Satellit, Tango, wiegt dagegen lediglich etwa 40 Kilogramm. Zu den bei dieser Mission verwendeten Sensoren gehören neuartige, am DLR-Standort Oberpfaffenhofen entwickelte und lediglich scheckkartengroße GPS-Empfänger, welche für die autonomen Formationsflüge eingesetzt werden.
Die ersten Flugmanöver und Versuchsreihen mit dem neuen Treibstoff verliefen laut der ESA sehr erfolgreich und sollen noch bis mindestens zum Mai 2011 fortgeführt werden.

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• Dnepr mit PRISMA & PICARD

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