Quelle: ESA/Enabling&Support/SpaceTransportation/Ariane, 17. Oktober 2025

Die Oberstufe der Ariane 6 wird auf dem Prüfstand P5.2 im DLR-Zentrum für Triebwerks- und Stufentests in Lampoldshausen getestet. Der Prüfstand simuliert die Betriebsbedingungen eines Fluges vom europäischen Weltraumbahnhof in Französisch-Guayana, mit Ausnahme von Vakuum und Mikrogravitation.
Diese Artikelserie befasst sich mit den Teilen und Komponenten, die für den Bau der Ariane-6-Rakete benötigt werden und von Unternehmen aus den 13 ESA-Mitgliedstaaten geliefert werden, die am Ariane-6-Programm beteiligt sind. Gemeinsam bringen sie ihr gesamtes Know-how ein, um unter der Leitung des Hauptauftragnehmers ArianeGroup, der auch die Ariane-6-Rakete entworfen hat, Europas Schwerlastträger zu bauen.

Ariane 6 ist Europas Flaggschiff unter den Schwerlastraketen. Modular, vielseitig und leistungsstark, wurde sie durch die Zusammenarbeit von Unternehmen, Institutionen und unzähligen Einzelpersonen in ganz Europa ermöglicht, die ihr Fachwissen und ihr Engagement eingebracht haben. Als einer der größten Beitragszahler zum Ariane-6-Programm stellt Deutschland 20,8 % der Finanzierung bereit und liefert mehrere Teile für Europas Schwerlastrakete.

Leichtgewichtige Metalle

MT Aerospace ist für die Herstellung der oberen und mittleren Tankverbindungsstrukturen, der oberen und mittleren Stufentanks, Teile des Vulcain 2.1-Triebwerks sowie der vorderen und hinteren Verkleidungen für die Booster verantwortlich. Zusammen machen diese Komponenten etwa 10 % der Trägerrakete aus.
Die Tanks der oberen und mittleren Stufe sowie die Strukturen zwischen den Tanks bestehen aus Aluminium-Lithium, einer leichten Legierung, die maximale Haltbarkeit bei minimalem Gewicht bietet. MT Aerospace hat außerdem ein innovatives Verfahren zur Formung von Komponenten eingeführt, bei dem künstliche Intelligenz in den „Kugelstrahlprozess” integriert wird, bei dem das Metall durch wiederholtes Beschlagen verbessert wird, um die Leistung zu steigern und die Kosten der neuen Trägerrakete zu senken.

Die Produktionshalle von MT Aerospace in Augsburg, Deutschland, in der Tanks für die europäische Schwerlastrakete Ariane 6 hergestellt werden. Die Tanks der Ober- und Kernstufe sowie die Strukturen zwischen den Tanks bestehen aus Aluminium-Lithium, einer leichten Legierung, die maximale Haltbarkeit bei minimalem Gewicht bietet. MT Aerospace führte außerdem ein innovatives Verfahren zur Formung von Bauteilen ein, bei dem künstliche Intelligenz in den „Kugelstrahlprozess” integriert wird, bei dem das Metall durch wiederholtes Beschlagen verbessert wird, um die Leistung zu steigern und die Kosten der neuen Trägerrakete zu senken. MT Aerospace ist für die Herstellung der oberen und mittleren Tanktrennwände, der Tanks für die obere und mittlere Stufe, Teile des Vulcain-2.1-Triebwerks sowie der vorderen und hinteren Verkleidungen für die Booster verantwortlich. Zusammen machen diese Komponenten etwa 10 % der Trägerrakete aus.

Helium unter Druck

Die Enrichment Technology Company hat die Heliumtanks aus Kohlefaser für Ariane 6 entworfen, entwickelt, qualifiziert und hergestellt. Die Tanks werden in beiden Stufen der Rakete eingesetzt. Mit einer Höhe von etwas mehr als einem Meter und einem Durchmesser von 80 cm fasst jeder Tank 374 Liter Helium und kann bei Drücken betrieben werden, die bis zu 400-mal so hoch sind wie der atmosphärische Druck auf der Erde. Das einzigartige „Typ-IV”-Design besteht aus einer mit Kohlenstoff ummantelten Kunststoffauskleidung und wiegt deutlich weniger als herkömmliche Metalltanks.
Im Gegensatz zu flüssigem Wasserstoff und flüssigem Sauerstoff, die als Treibstoff für die Rakete dienen, ist Helium ein nicht reaktives Gas. Es wird verwendet, um die Treibstofftanks unter Druck zu setzen und den flüssigen Sauerstoff und Wasserstoff in die Brennkammer zu drücken. Außerdem wird es in den Kühlsystemen der Ariane 6 eingesetzt.

Die Enrichment Technology Company hat die Heliumtanks aus Kohlefaser für die Ariane 6 entworfen, entwickelt, qualifiziert und hergestellt. Die Tanks werden in beiden Stufen der Rakete eingesetzt. Mit einer Höhe von etwas mehr als einem Meter und einem Durchmesser von 80 cm fasst jeder Tank 374 Liter Helium und kann bei Drücken betrieben werden, die bis zu 400-mal so hoch sind wie der atmosphärische Druck auf der Erde. Das einzigartige „Typ-IV”-Design besteht aus einer mit Kohlenstoff ummantelten Kunststoffauskleidung und wiegt deutlich weniger als herkömmliche Metalltanks.
Im Gegensatz zu flüssigem Wasserstoff und flüssigem Sauerstoff, die als Treibstoff für die Rakete dienen, ist Helium ein nicht reaktives Gas. Es wird verwendet, um die Treibstofftanks unter Druck zu setzen und den flüssigen Sauerstoff und Wasserstoff in die Brennkammer zu drücken. Außerdem wird es in den Kühlsystemen der Ariane 6 eingesetzt.

Bereitstellen des Antriebs

Ariane 6 wird unter der Verantwortung der ArianeGroup entwickelt und gebaut, zu der sowohl französische als auch deutsche Tochtergesellschaften gehören. Die deutsche Niederlassung fertigt die Schubkammer für die Triebwerke Vinci und Vulcain 2.1. Die deutsche und die französische Niederlassung der ArianeGroup arbeiten gemeinsam an der Herstellung der Hilfsantriebseinheit, die die Tanks der Oberstufe unter Druck setzt und das Vinci-Triebwerk für die Wiederzündung vorbereitet. Sie kann auch zum Verlassen der Umlaufbahn der Oberstufe am Ende der Mission verwendet werden und unterstützt damit den Zero-Debris-Ansatz der ESA.

Die Schubkammer des Vinci-Triebwerks, entwickelt von EADS Ottobrunn, jetzt ArianeGroup. Das Vinci-Triebwerk ist das 180-kN-Schubtriebwerk für die Oberstufe der Ariane-6-Rakete. Es kann während eines Fluges mehrfach gezündet werden, sodass mehrere Nutzlasten in unterschiedliche Umlaufbahnen gebracht werden können.

Wo alles zusammengefügt wird

Nachdem die zahlreichen Komponenten der Ariane 6 hergestellt wurden, wird die Oberstufe in der Montagehalle der ArianeGroup in Bremen zusammengebaut. In dieser Hightech-Anlage werden die Tanks und Treibstoffleitungen der Oberstufe perfekt vorbereitet. Sauberkeit ist dabei von entscheidender Bedeutung, da bereits ein einziger Fingerabdruck eine katastrophale Reaktion im Flüssigsauerstofftank auslösen könnte.
Zusätzlich zum üblichen Verschrauben und Verbinden der Raketenteile wird am Standort Bremen ein neuartiges Verfahren zum Anbringen der Schaumstoffisolierung an der Oberstufe eingesetzt. Bei diesem Verfahren raut ein Laser, der über 2000 Mal stärker ist als ein Laserpointer, die Metallaußenseite auf, bevor ein Roboterarm die Schaumisolierung gleichmäßig auf die Oberfläche sprüht. Diese Isolierung ist unerlässlich, um den flüssigen Wasserstoff auf –250 °C und den flüssigen Sauerstoff auf –180 °C gekühlt zu halten, selbst wenn die Temperaturen auf der Startrampe in Französisch-Guayana über 30 °C liegen.

Nach der Montage wird die Oberstufe auf einer 8 km langen Strecke zum Bremer Hafen transportiert, wo sie auf das Segelschiff Canopée verladen wird, das nach Französisch-Guayana fährt. Um die Bremer Bürger nicht zu belästigen, wird die 18 Tonnen schwere und 5,4 m breite Oberstufe mitten in der Nacht transportiert. Aber wenn Sie Pech haben, könnten Sie auf dem Heimweg von der Nachtschicht oder aus dem Club hinter einer Rakete im Stau stecken bleiben.

Dieses im Oktober 2020 bei der ArianeGroup in Bremen integrierte „hot-firing model” der kompletten Ariane-6-Oberstufe ist nach umfangreichen Funktionstests voll einsatzfähig. Sein neues wiederzündbares Vinci-Triebwerk ist an zwei Flüssigwasserstoff- und Flüssigsauerstofftanks angeschlossen und mit allen Leitungen, Ventilen sowie elektronischen und hydraulischen Instrumenten und Steuerungssystemen ausgestattet.

Zeitrafferaufnahme der Oberstufe der ersten Ariane-6-Rakete beim Verlassen der Montagehalle der ArianeGroup in Bremen am 31. Januar 2024.
Die Oberstufen für Ariane 6 werden in Bremen montiert, wo die Treibstofftanks, das Vinci-Triebwerk und die einzigartige Hilfsturbine zusammengebaut werden, um Treibstoff, Druck, Strom und Schub für den Transport der Satelliten in ihre erforderliche Umlaufbahn bereitzustellen. Die Ober- und Hauptstufe bilden den zentralen Kern der Ariane 6 und werden per Schiff zum europäischen Weltraumbahnhof in Französisch-Guayana transportiert. Die beiden Stufen werden horizontal miteinander verbunden, bevor sie die letzten Kilometer zum Startplatz transportiert und aufgerichtet werden. Sobald sie aufrecht stehen, werden für den ersten Flug der Ariane 6 zwei Booster hinzugefügt, die sich bereits in Französisch-Guayana befinden. Zuletzt werden die obere Verbundstoffverkleidung – eine Nasenkonus, die sich vertikal in zwei Teile teilt – und die Nutzlasten auf der Startrampe angebracht.
Die Ariane 6 ist eine völlig neue Konstruktion, die als Nachfolgerin der Ariane 5 als europäisches Schwerlast-Trägersystem entwickelt wurde. Mit der Wiederzündungsfähigkeit der Oberstufe der Ariane 6 wird die Startkapazität Europas auf die Anforderungen verschiedener Nutzlastmissionen zugeschnitten, beispielsweise auf die Inbetriebnahme von Satellitenkonstellationen. Diese autonome Fähigkeit, die Erdumlaufbahn und den Weltraum zu erreichen, unterstützt Europas Navigations-, Erdbeobachtungs-, Wissenschafts- und Sicherheitsprogramme. Die kontinuierliche Weiterentwicklung der europäischen Raumtransportkapazitäten wird durch das anhaltende Engagement Tausender talentierter Menschen in den 22 Mitgliedstaaten der ESA ermöglicht.

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• Trägerrakete Ariane 6

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Quelle: Airbus Defence and Space 21. November 2022.

Madrid, 21. November 2022 – Airbus und die ArianeGroup haben einen Vertrag über das nächste Übergangslos der Ariane-6-Großstrukturen aus Kohlefaser unterzeichnet. Der Vertrag umfasst die Herstellung und Lieferung innovativer, großer und leichter Strukturen für die nächsten 14 Ariane-6-Trägerraketen, die bis 2025 hergestellt werden sollen. Der Vertrag wird die ArianeGroup dabei unterstützen, bis dahin die volle Produktionsrate zu erreichen.

Airbus fertigt bis zu vier Kohlefaserstrukturen für jede Ariane-Trägerrakete an seinem Standort in Getafe bei Madrid. Die neue, hochmoderne Industrie 4.0-Anlage umfasst eine eigene Fertigungs- und Montagelinie für die Strukturen der Ariane-6-Trägerraketen. Die neuesten technologischen Innovationen haben zu einer geringeren Masse geführt und gleichzeitig eine stärkere Struktur in einem Stück zu geringeren Kosten ermöglicht. Die Schnittstellenstruktur (Ober- und Unterteil) ist die größte jemals in Europa hergestellte Kohlefaserstruktur für die Raumfahrt. Zu den anderen Strukturen gehören der Trägerraketenadapter für die Oberstufe und der obere Teil der Feststoffrakete für jeden Raketenbooster.

„Die Unterzeichnung dieses Vertrags ist ein bedeutender Schritt nach vorn, nicht nur für Airbus und seine Trägerraketen-Aktivitäten in Spanien, sondern auch für das gesamte Ariane-6-Programm“, sagte Luis Guerra, Leiter von Space Systems bei Airbus in Spanien. „Er zeigt, dass die spanische Beteiligung ein Schlüssel für die Zukunft der Ariane 6 und für die nächsten Schritte Europas in der Raumfahrt ist“.

„Nach der Unterzeichnung der Nutzungsverträge mit Sabca, Europropulsion, Avio und MTAerospace ist dieser Vertrag mit Airbus ein weiterer und wichtiger Schritt auf dem Weg zu einem starken europäischen Ariane-6-Team“, sagte Stephane Nogatchewsky, Leiter der Beschaffung der ArianeGroup. „Während der Erstflug der Ariane 6 näher rückt und der industrielle Hochlauf intensiver wird, ist diese Zusammenarbeit ein positiver und entscheidender Meilenstein für die Zukunft des Ariane 6-Betriebs. Außerdem ist die Zusammenführung der europäischen Akteure von entscheidender Bedeutung, um die industrielle Robustheit und Wettbewerbsfähigkeit der Ariane 6 weiter zu gewährleisten und den autonomen Zugang Europas zum Weltraum zu erhalten.“

Das Ariane-6-Programm ist das einzige europäische Programm, das einen unabhängigen Zugang zum Weltraum für strategische Missionen ermöglicht und die Flexibilität bietet, sowohl schwere als auch leichte Nutzlasten in eine breite Palette von Umlaufbahnen für Anwendungen wie Erdbeobachtung, Telekommunikation, Meteorologie, Wissenschaft und Navigation zu bringen.

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Quelle: DLR.

2. August 2021 – Von Sonnensegeln über Photovoltaikmodule bis hin zu entfaltbaren Weltraumflügeln, die ihre Funktionalitäten bei Ohrenkneifern und Libellen abgeguckt haben – die Versuche des DLR-Instituts für Faserverbundleichtbau und Adaptronik, die bei der 37. Parabelflugkampagne der Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit an Bord waren, standen ganz im Zeichen der „Entfaltung“.

Es ist nicht viel Platz an Bord von Raketen. Oft werden in der Raumfahrt funktionale Flächen benötigt, die vor dem Start kompakt sind, aber im Orbit sehr groß werden müssen. Beispiele dafür sind die photovoltaischen Solarmodule der ISS, Antennen an Satelliten zur Kommunikation und Erdüberwachung und zukünftig auch Bremssegel zum gezielten Abbremsen und somit für einen beschleunigten Wiedereintritt von ausgedienten Satelliten oder Sonnenblenden (Solar Shades) sorgen. Auch Sonnensegel zum Antrieb von Satelliten können zukünftig solche Anwendungen darstellen.

Doch vorher sind viele technische Herausforderungen zu lösen: Wie bekommt man beispielsweise große Segel, möglichst klein und leicht für den Transport? Was macht die dünnen, leichten Masten haltbar genug für riesige Weltraumflügel oder Photovoltaikmodule? Wie können die Verbindungsstücke zwischen Mast und Satellit die Kräfte, die auf sie einwirken, optimal halten?

Mit all diesen Fragen beschäftigen sich die fünf Experimente des Braunschweiger DLR-Instituts für Faserverbundleichtbau und Adaptronik, die mit dem Parabelflug am 23. Juli 2021 von Paderborn aus gestartet sind. In 31 Parabeln befanden sich die Forschenden jeweils für 22 Sekunden in Schwerelosigkeit und konnten so die Entfaltungsmechanismen unter ähnlichen Bedingungen wie im Weltraum durchführen.

Belastungstest für Kohlefasermasten für Weltraum-Sonnensegel

Gemeinsam mit der NASA untersuchte das DLR Möglichkeiten aus einer Box, die so groß ist wie eine Mikrowelle, ein Sonnensegel, das so groß ist wie ein Basketballfeld, zu entfalten. Die x-förmige Rückenstruktur des Segels, bestehend aus hohlen, rollbaren Kohlefasermasten, entfaltet sich und spannt gleichzeitig auch die Membran. Unterstützt von den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern vom DLR hat die NASA für dieses Projekt einen 16 Meter langen, aufrollbaren Masten entworfen und gefertigt. Das DLR hat dazu den passenden Aufspul- und Entfaltungsmechanismus entwickelt. Da das Team die Masten für den Einsatz im Weltraum und damit in der Schwerelosigkeit konstruiert, müssen diese auch unter Weltraumbedingungen im Parabelflug getestet werden. Unter normaler Schwerkraft würde schon das Eigengewicht reichen, um die Masten bei einer Länge von vier Metern brechen zu lassen.

Von Ohrenkneifern und Libellen zum BionicWingSat

Ein weiterer „Passagier“ auf dem Parabelflug ist der BionicWingSat, ein entfaltbarer Weltraum-Flügel, der ebenfalls gemeinsam von DLR und NASA entwickelt wurde. Hier sind Insekten Vorbild, die beim Aufspannen von Flügeln keine einzelnen Elemente nutzen, sondern Systeme, in denen die einzelnen Elemente zu einem werden. Besonders die hocheffizienten faltbaren Flügel von Ohrenkneifern faszinierten die Forschenden. In puncto Stabilität nahmen sie die steifen und robusten Flügel der Libellen als Inspiration. Mit einem 3D-Druck-Fertigungsverfahren erzeugten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Weltraum-Flügelstruktur und untersuchten diese ebenfalls in der Schwerelosigkeit. Sie wollen testen, wie gut sich solche Flügel entfalten, wie flach sie gefaltet werden können und welche Kräfte auf Satelliten von ihnen ausgehen.

Bessere Verbindung zwischen Masten und Satelliten

Natürlich reichen Masten und Segel allein nicht aus, um eine entfaltbare Struktur für die Raumfahrt zu bauen. Aus diesem Grunde forscht und entwickelt das DLR immer wieder auch Entfaltungskontrollmechanismen. Diese müssen zum einen den starken Selbstentfaltungsdrang der Masten kanalisieren. Zum anderen müssen sie die Masten selbst stabil und sicher mit dem tragenden Satelliten verbinden. Über die vielen Entwicklungen fiel den Forschenden auf, dass die Stabilität an dem Punkt, an dem der Mast den Abrollmechanismus verlässt, seine Schwachstelle hat. Ausgerechnet diese Stelle ist aber am stärksten belastet. Das DLR hat hier zwei neue Konzepte entwickelt, bei denen der Mast auf ganz unterschiedliche Weise an der kritischen Stelle unterstützt wird.

Photovoltaik trifft Folie

Der Energiebedarf der Satelliten steigt stetig. Ein Großteil der Raumfahrzeuge nutzt heute als primäre Energiequelle Photovoltaik. Um als Alternative für die schwereren Ionenbatterien nutzbar zu sein, benötigen die Photovoltaikmodule immer größere Flächen, die besonders leicht und kompakt verstaubar sein müssen. Herkömmliche Module bestehen aus vielen, mit Photovoltaikzellen belegten Platten. Sie sind untereinander mit Gelenken verbunden und lassen sich für den Raumtransport aufeinander falten. Für sehr große Module kommt diese Bauweise jedoch schnell an ihre Grenzen. Die Idee der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler: Anstatt der dicken Platten wird eine dünne Folie als Trägermaterial der Photovoltaikzellen benutzt. Die Folie wird für den Raumtransport auf einen zylindrischen Kern aufgerollt und kann so platzsparend verstaut werden. Um die Folie im Orbit entfalten zu können, wird ein ebenfalls aufrollbarer Mast aus dünnem und flexiblem Kohlefaserverbundmaterial mit der Folie aufgewickelt. Der Mast verfügt über einen Entfaltungsmechanismus, der nicht nur die Entfaltung des Photovoltaikmoduls ermöglicht, sondern dieses auch wieder einfahren kann. Das ist neu. So können die Module für das Servicing, den Austausch oder für Manöver mit hohen Beschleunigungsbelastungen teilweise oder ganz eingeholt werden.

Festkörpergelenke zur Systementfaltung

Der Raum unter der Nutzlastverkleidung von Raketen ist knapp. Auch Solarflächen oder Antennen müssen vor dem Start platzsparend angelegt und fixiert werden. Nach dem Start und der Trennung von der Rakete werden die Fixierungen gelöst und die Systeme entfalten sich. Bisher werden oft Gelenke mit Scharnieren genutzt. Diese könnten durch gekrümmte, flexiblen Glasfaserbändern ersetzt werden. Die flexiblen Bänder haben den Vorteil, dass alle Funktionen in einem Element kombiniert werden: das Gelenk, der Federantrieb und das Einrasten in die Endposition. Dabei reiben keine Teile aufeinander. Mangelnde Gleitfähigkeit oder schlechte Passung sind kein Problem mehr. Das verschafft einen großen Vorteil im luftleeren Raum mit starken Temperaturschwankungen. Die Forschenden testeten das System unter Schwerelosigkeit, um Nebeneffekte auszumerzen und es noch besser zu verstehen.

Der DLR-Parabelflug

Seit 1999 organisiert die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR regelmäßig Parabelflüge für biologische, humanphysiologische, physikalische, technologische und materialwissenschaftliche Fragestellungen. Das Forschungsflugzeug, der A310 ZERO-G der französischen Firma Novespace, wird jeweils ein- bis zweimal jährlich für wissenschaftliche Kampagnen des DLR, der Europäischen Weltraumorganisation ESA und der französischen Raumfahrtagentur CNES genutzt. Eine DLR-Parabelflugkampagne besteht in der Regel aus drei Flugtagen mit zirka vier Flugstunden, an denen jeweils 31 Parabeln geflogen werden. Während jeder Parabel herrscht für etwa 22 Sekunden Schwerelosigkeit. Insgesamt stehen bei einer Flugkampagne etwa 35 Minuten Schwerelosigkeit – im Wechsel mit normaler und nahezu doppelter Erdbeschleunigung – zur Verfügung, die Forscher für ihre Experimente nutzen können. Bis zu 40 Wissenschaftler können an einem Flug teilnehmen, bei dem sich zwischen zehn und 13 Experimenten an Bord befinden.

Die aktuell 37. DLR-Parabelflugkampagne fand vom 14. bis zum 24. Juli 2021 ausgehend vom Flughafen in Paderborn satt. Insgesamt zehn Experimente aus den Bereichen Humanphysiologie, Biologie, Physik, Materialwissenschaften und Technologie wurden durchgeführt. Im Juni 2021 war zuvor bereits die 36. DLR-Parabelflugkampagne mit unter anderem auch einigen Technologietests für die ISS-Mission Cosmic Kiss vom Flughafen Paderborn aus gestartet.

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