12.12.2017
Erschienen in: 12/ 2017 FLUG REVUE

Erstflug in SichtProduktionsbeginn Ariane 6

Die französischen Standorte der ArianeGroup bereiten sich auf den Produktionsbeginn der neuen europäischen Trägerrakete vor. Die FLUG REVUE war vor Ort.

Raumfahrt beginnt am Boden. Und der ist in Les Mureaux, rund 40 Kilometer nordwestlich von Paris, aufgeweicht vom Regen der vergangenen Tage. Neben dem Gebäude, in der die Hauptstufe der Ariane 5 integriert wird, sind Bauarbeiter emsig beschäftigt. Auf dem Gelände der ArianeGroup, früher Airbus Safran Launchers, entsteht derzeit eine neue Fabrik für die Ariane 6. Von Anfang 2018 an sollen hier die Hauptstufen der neuen europäischen Trägerrakete endmontiert werden.

Denn ein wichtiges Datum ist gesetzt: Am 16. Juli 2020 soll die Ariane 6 in der Version mit zwei Feststoffboostern (Ariane 62) erstmals abheben – wenn möglich bereits mit einer echten Nutzlast. „Wir hoffen, dass wir dafür einen Kunden gewinnen werden“, sagt Patrick Bonguet, Leiter des Ariane-6-Programms bei der ArianeGroup, im Gespräch mit der FLUG REVUE. Der erste bestätigte Startauftrag liegt auch bereits vor: Mitte September haben der europäische Raketenbetreiber und -vermarkter Arianespace, dessen Hauptaktionär die ArianeGroup ist, und die europäische Raumfahrtagentur ESA einen Vertrag über den Start von vier Galileo-Satelliten mit zwei Ariane 62 zwischen Ende 2020 und Mitte 2021 unterzeichnet.

Es läuft also gut für die neue europäische Trägerrakete, Bonguet sieht die Ariane 6 voll im Zeitplan. Die Herstellung des ersten Modells für die Bodenqualifikation hat bereits begonnen. Dafür wird eine komplette Ariane 6 mit Triebwerken gebaut, an der vom zweiten Halbjahr 2019 bis März 2020 unter anderem Druckbeaufschlagung und Hydraulik getestet werden. Fliegen wird dieses Bodenqualifikationsmodell allerdings nicht. „Wir haben aus dem Ariane-5-Programm gelernt, dass wir sehr vorsichtig sein müssen“, erklärt Bonguet.

Das ist allerdings nicht die einzige Lehre, die die ArianeGroup aus der Ariane 5 zieht. In Les Mureaux wird schnell deutlich, dass sich der Montageprozess der Hauptstufen von Ariane 5 und Ariane 6 wesentlich unterscheidet. Die Ariane-5-Halle ist rund 50 Meter hoch. Die Hauptstufen – 40 Beschäftigte arbeiten hier im Schichtbetrieb parallel an sechs Exemplaren – werden vertikal integriert. Das neue Werk namens N80 misst an der höchsten Stelle nur rund 20 Meter. „Bei der Ariane 6 setzen wir auf eine horizontale Fließfertigung, ähnlich wie in der Automobilindustrie“, sagt Gilles Debas, Ariane 6 Launch Service Group Manager. Die Vorteile: Alle ar­beiten auf einem Niveau, es sind keine Brücken oder Fahrstühle notwendig, und die Arbeitssicherheit wird verbessert. Durch die horizontale Integration soll der Prozess vom Eingang der ersten Bauteile bis zur Auslieferung von rund acht Monaten bei der Ariane 5 auf etwa sechs Monate verringert werden. Das soll vor allem eins: Kosten reduzieren.

Die Nachfolgerin der Ariane 5 soll nicht primär durch neue Technologien glänzen, sondern den Europäern durch geringere Startkosten im internationalen Wettbewerb wichtige Marktanteile sichern. „Wir setzen auf die Zuverlässigkeit der Ariane 5. Und wir führen zusätzliche Besonderheiten ein, um die Kosten zu senken und die bislang bemängelte fehlende Vielseitigkeit der Oberstufe zu beseitigen“, sagt Bonguet. Nur noch rund 90 Millionen Euro soll der Start einer Ariane 6 kosten, etwa 40 Prozent weniger als der einer Ariane 5. Drei Milliarden Euro sind für die Entwicklung der neuen Trägerrakete eingeplant, davon trägt die Industrie rund 400 Millionen Euro, der größte Teil kommt von der ESA.

Vulcain 2.1 im November Für Tests in Deutschland

Neben der Neuorganisation der Produktion und einer schlankeren Unternehmensstruktur soll eine andere Art der Zusammenarbeit mit den rund 500 beteiligten Firmen die Ariane 6 günstiger machen. „Wir arbeiten gemeinsam mit unseren Industriepartnern gleichzeitig an der Optimierung der Spezifikationen, dem Trägerraketen-Design und dem Produktionsprozess“, sagt Bonguet. Noch bei der Ariane 5 wurden diese einzelnen Arbeitsschritte nacheinander durchgeführt, was länger dauerte und teurer war. Weitere Einsparungen soll die Übernahme vorhandener Komponenten bringen, beispielsweise die von der Ariane 5 ECA (Evolution Cryotechnique Type A) abgeleitete Hauptstufe, die P120C-Feststoffbooster, die auch an der kleineren Vega-C zum Einsatz kommen, oder das bereits für die Ariane 5 ME (Midlife Evolution) gedachte Vinci-Oberstufentriebwerk. Das heißt aber nicht, dass bei der Ariane 6 komplett auf Innovationen verzichtet wird. Beispielsweise spielt der 3D-Druck eine deutlich stärkere Rolle als bisher. Das wird etwa 40 Kilometer nordöstlich von Les Mureaux deutlich. In Vernon in der Normandie werden die Raketentriebwerke für die Ariane 5 und 6 endmontiert und getestet.

Im ehemaligen Snecma-Werk entsteht das erste Vulcain-2.1-Entwicklungs­triebwerk für die Ariane-6-Hauptstufe, der erste Heißlauftest soll im November in Lampoldshausen in der Nähe von Heilbronn stattfinden. Das Flüssigkeitsraketentriebwerk basiert auf dem aktuell in der Ariane 5 eingesetzten Vulcain 2, das in den 1980er Jahren entwickelt wurde. „Wir bewahren das Vulcain-2-Erbe, aber integrieren neue Technolo­gien, um die Kosten zu senken“, sagt Philippe Girard, Leiter des Flüssigantriebsclusters der ArianeGroup. Das Vulcain 2.1 soll 40 Prozent günstiger sein als sein Vorgänger. Zu den Neuheiten zählt der Gasgenerator, der mithilfe von additiver Fertigung hergestellt wird. Die Einspritzdüse ist künftig ein gedrucktes Teil – im Vulcain 2 besteht sie aus 200 Einzelteilen.

Neu ist auch die Konfiguration der Schubdüse mit vereinfachter Kühlung. „Die aktuelle Düse besteht aus kilometerlangen geschweißten Rohren. Künftig nehmen wir ein Metallstück, fräsen Kanäle hinein und schweißen eine externe Hülle an“, so Bonguet. Das sei günstiger und mache das Triebwerk robuster. Um die Leistung etwas zu steigern und zu Kühlungszwecken werden zudem die Abgase des Gasgenerators wieder in die Schubdüse geleitet. Überarbeitet wird auch die Druckbeaufschlagung des Flüssigsauerstofftanks im Flug. Während beim Vulcain 2 ein komplexes System mit flüssigem Helium für den richtigen Druck sorgt, wird beim Vulcain 2.1 die Verbrennungshitze genutzt, um einen Teil des Flüssigsauerstoffs zu erwärmen und in einen gasförmigen Zustand zu bringen. Dieser gasförmige Sauerstoff wird dann zur Bedrückung wieder in den Tank geführt. Am Boden kommt nach wie vor Helium zum Einsatz.

Wird die Ariane 6 sukzessive Wiederverwendbar?

Auch bei der Endmontage des Vulcain 2.1 geht die ArianeGroup neue Wege. Künftig wird das Hauptstufentriebwerk in einer Fließfertigung montiert, ähnlich wie das Flugzeugtriebwerk LEAP von Safran Aircraft Engines in Villaroche. „Wir profitieren von den Erfahrungen bei Safran, um den Produktionsprozess von Luftfahrtantrieben auf Raketentriebwerke zu übertragen“, so Girard. Jedes Vulcain 2.1 durchläuft in der Endmontage künftig fünf Stationen. Transportiert wird es auf einem neuen Tool, innerhalb dessen das Triebwerk um alle Achsen gedreht werden kann. So soll auch die Arbeitsergonomie verbessert werden. Später soll die Produktionszeit etwa drei Monate betragen, zwei Monate weniger als bisher.

In der Oberstufe löst das Vinci-Triebwerk das bisherige HM-7B der Ariane 5 ECA ab. Es ist mit 180 Kilonewton Schub stärker und hat einen weiteren Vorteil: Es ist bis zu fünf Mal wiederzündbar. Interessant ist das unter anderem für Transporte zur Internationalen Raumstation ISS, für das Aussetzen von mehreren Satelliten auf unterschied­lichen Umlaufbahnen oder auch für Deep-Space-Missionen. „Wir haben rund 30 Tests absolviert und nähern uns der Qualifikation“, sagt Girard. Die wird für Ende 2018 erwartet. Wie das Vulcain 2.1 wird auch das Vinci 3D-gedruckte Komponenten beinhalten. Die wohl komplexeste ist die Hilfsgasturbine (Auxiliary Power Unit, APU), im Wesentlichen ein Gasgenerator und ein Wärmetauscher. Mithilfe der APU erfolgt die Druckbeaufschlagung der Tanks, die Heißgase sorgen für zusätzlichen Schub. „Ohne 3D-Druck hätten wir die APU nicht designen können“, erklärt Bonguet.

Wiederverwendbarkeit war bei der Entwicklung der Ariane 6 kein Thema, um die Kosten zu senken. „Wir hoffen auf zwölf Starts pro Jahr. Wenn wir nun zehnmal wiederverwenden, produzieren wir nur noch eine Rakete pro Jahr“, sagt Bonguet. „Was machen wir dann mit unseren Mitarbeitern?“ Bei der angepeilten Startrate sei eine Wiederverwendbarkeit der ersten Stufe, wie es SpaceX bei der Falcon 9 macht, nicht interessant.

Dennoch gibt es Konzepte für wiederverwendbare Komponenten, die auch für die Ariane 6 infrage kommen. Beispiels­weise sei die vom Schweizer Luft- und Raumfahrtkonzern RUAG vorgestellte wiederverwendbare Nutzlastverkleidung interessant, sofern sie zu Kosteneinsparungen führt.

Zudem arbeiten die ArianeGroup und die französische Raumfahrtbehörde CNES seit 2015 an dem bis zu fünf Mal wiederverwendbaren Prometheus-Haupttriebwerk, das mit Methan und flüssigem Wasserstoff betrieben werden soll. Im Vergleich zum Vulcain 2 soll es durch noch mehr additiv gefertigte Bauteile um 90 Prozent günstiger werden und nur noch etwa eine Million Euro kosten. „Es gibt die Option, Prometheus an der Ariane 6 zu nutzen“, so Bonguet. Das neue Triebwerk könnte aber auch der erste Baustein für eine Ariane 7 sein.

FLUG REVUE Ausgabe 12/2017

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Ulrike Ebner


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