Vega (Rakete)

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Eine Vega vor dem Start von Sentinel-2

Vega (italienisch Vettore Europeo di Generazione Avanzata „Europäische Trägerrakete fortgeschrittener Generation“) ist eine italienische vierstufige Trägerrakete für kleine Satelliten, die im Auftrag der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) ab 1998 von Avio entwickelt wurde. Ihren erfolgreichen Erstflug absolvierte sie am 13. Februar 2012.[1] Sie ist die bislang kleinste europäische Trägerrakete und kann bis zu 2,5 Tonnen in eine erdnahe Umlaufbahn bringen.

Entwicklung und Vertrieb

Übersichtsplan mit Startrampe der Vega

Vega erweitert als leichte Trägerrakete die europäischen Startkapazitäten. Mit ihrem ersten Start ergänzte sie die mittelschwere russische Sojus und die schwere Ariane 5, die ebenfalls in Kourou starteten. Durch ihre einfache Bauweise als Feststoffrakete erhofft man sich eine erhöhte Zuverlässigkeit und eine drastische Reduzierung der Startkosten auf unter 20 Millionen Euro. An Vega waren anfangs sieben Nationen beteiligt: Italien (65 %), Frankreich (12,43 %), Belgien (5,63 %), Spanien (5 %), die Niederlande (NIVR, 3,5 %), die Schweiz (EKWF, 1,34 %) und Schweden (0,8 %). Deutschland war anfangs bei der Entwicklung nicht beteiligt, da das DLR keinen Markt für einen neuen Träger sah und auf die verfügbaren russischen Träger verwies. Nachdem deren Startpreise stark angestiegen waren, wurde vor dem Jungfernflug angekündigt, sich bei einer Weiterentwicklung zu beteiligen. In den letzten Jahren wurden dazu im DLR-Institut SART unter der Bezeichnung VENUS I+II Studien durchgeführt.[2]

Vermarktet wird Vega von Arianespace. Weil die bisher vorgesehene vierte Stufe von russischen bzw. ukrainischen Herstellern zugeliefert wird, hat das DLR bei Airbus Defence and Space eine Studie für eine mögliche neue vierte Stufe aus Deutschland in Auftrag gegeben.[3] Das ESA-Entwicklungsprogramm VERTA (Vega Research and Technology Accompaniment) förderte die ersten fünf Flüge der Vega. Ursprünglich gehörte auch der Start von ADM-Aeolus dazu.

Die Entwicklung der Rakete wurde von der italienischen Raumfahrtagentur ASI und der italienischen Raumfahrtindustrie als nationales Vorhaben gestartet und 1998 mit Hilfe des damaligen ESA-Generaldirektors Antonio Rodotà ein ESA-Projekt.[4] Ein Prototyp des italienischen P80-Triebwerkes wurde am 4. Dezember 2007 in Kourou erfolgreich getestet und lieferte dabei über 111 Sekunden einen Schub von 190 Tonnen.[5][6] Am 28. April 2009 erfolgte der finale zweite Test des Vega-Raketenmotors der dritten Vegastufe im italienischen Salto di Quirra.[7]

Ende 2004 wurde mit dem Umbau der Startrampe ELA-1 begonnen, um von dieser nun ELV (l’Ensemble de Lancement Vega) genannten Startrampe aus die Vega starten zu können. Der erste Start der Rakete erfolgte am 13. Februar 2012. Die Nutzlast bestand aus dem 390 kg schweren Satelliten LARES sowie acht Kleinstsatelliten (12,5 kg und 7 Mal etwa 1 kg).

Technik

Vega

Modell der Vega-C bei der Pariser Luftfahrtschau im Juni 2015

Die Gesamthöhe der Rakete beträgt 30 Meter bei maximal drei Meter Durchmesser, einer Startmasse von 137 Tonnen und einem Startschub von 2700 Kilonewton. Das hohe Schub-zu-Gewichts-Verhältnis bewirkt eine im Vergleich zu anderen Trägern auffallend hohe Beschleunigung. So schafft es die Rakete mit der ersten Stufe in 105 Sekunden auf über 6000 km/h (Beschleunigung etwa 16 m/s²).[8]

Die drei unteren Raketenstufen werden mit festem Treibstoff betrieben, der Antrieb wurde gegenüber den Feststoffboostern der Ariane 5 weiterentwickelt. So wurde durch die Bauweise aus gewickelten Faserverbundwerkstoffen erheblich Masse eingespart. Die Stufen arbeiten mit höherem Brennkammerdruck und die Düsen werden elektromechanisch anstatt hydraulisch bewegt. Die dabei gewonnenen technologischen Erkenntnisse waren der Grund, warum Frankreich nach anfänglicher Ablehnung der Vega sich doch an der Trägerrakete beteiligte. Es war einmal geplant, die Technologie der ersten Stufe auf die Ariane-5-Booster zu übertragen, um die Nutzlast zu steigern und die Fertigungskosten zu senken.[9] Die Boostertechnologie kommt nun jedoch erstmals bei der Ariane 6 zum Einsatz.

Die vierte Stufe AVUM ist mit einem Triebwerk für Flüssigtreibstoff ausgestattet. Dieses Triebwerk mit dem Namen VG 143 basiert auf dem sowjetischen RD 869, welches für die Interkontinentalrakete R-36M entwickelt worden war. 2008 wurde das erste Exemplar an Avio ausgeliefert.[10] Es lässt sich mehrfach zünden und platziert die Nutzlast in dem vorgesehenen Orbit. Die AVUM+ für die Vega-C ist eine erweiterte Version mit etwas größeren Tanks. Seit dem russischen Einmarsch in die Ukraine im Februar 2022 gibt es Bedenken über die Verfügbarkeit des Triebwerks, da es in der Ukraine vom Hersteller Juschmasch gefertigt wird. Avio gab im März 2022 an, Triebwerke als „strategische Reserve“ eingelagert zu haben, und sehe mittelfristig keine Lieferengpässe. Aufgrund der strategischen Entscheidung der ESA zu Beginn des Vega-Programms auf europäische Technologie zu setzen, können die Oberstufen oder dazu notwendige Komponenten, beispielsweise die Tanks für AVUM, die von Russland geliefert wurden, auch aus Deutschland geliefert werden. Der ESA-Generaldirektor Josef Aschbacher sicherte im April 2022 die Flüge der Vega in den Jahren 2022 und 2023 zu und sagte gleichzeitig, die ESA untersuche eine europäische oder US-amerikanische Alternative für die Triebwerke der AVUM Stufe.[11]

Die Technologie der Nutzlastverkleidung, die nach dem Verlassen der dichteren Atmosphärenschichten abgeworfen wird, beruht auf der der Ariane 5.

Version Erste Stufe Zweite Stufe Dritte Stufe Vierte Stufe
Triebwerk P80 Zefiro 23 Zefiro 9 AVUM
Typ Feststoff Flüssigkeit
Treibstoff HTPB 1912 UDMH / N2O4
Höhe 10,5 m 7,5 m 3,85 m 1,74 m
Durchmesser 3 m 1,9 m
Treibstoffmenge 88 t 23,9 t 10,1 t 0,55 t
Schub (max.) 3040 kN 1200 kN 213 kN 2,45 kN
Entspannungsverhältnis (nozzle expansion ratio) 16 25 56 –
Brenndauer 107 s 71,6 s 117 s 315,2 s

Vega-C – Vega Consolidated

Bei dieser Version der Vega wurde die erste Stufe P80 durch die verlängerte Stufe P120 ersetzt, die auch als Booster für die Ariane 6 vorgesehen ist. Als zweite Stufe kommt die Zefiro 40 mit größerem Durchmesser zum Einsatz.[12] So wurde die Nutzlastkapazität von 1500 kg auf 2200 kg in eine niedrige Erdumlaufbahn erhöht.

Ein Test der P120-Erststufe wurde im Sommer 2018 erfolgreich durchgeführt.[13] Der Zusammenbau der Komponenten der Rakete für den Erstflug VV21 begann am 15. April 2022 als die Erststufe in der Zone de Lancement Vega (ZLV) (französisch „Abschussbereich Vega“) in Kourou ankam.[14] Der erfolgreiche Erstflug erfolgte am 13. Juli 2022.[15]

Version Erste Stufe Zweite Stufe Dritte Stufe Vierte Stufe
Triebwerk P120 Zefiro 40 Zefiro 9 AVUM+
Typ Feststoff Flüssigkeit
Treibstoff HTPB 1912 UDMH / N2O4
Höhe 11,7 m 7,6 m 3,9 m 1,74 m
Durchmesser 3,4 m 2,3 m 1,9 m 1,5 m
Treibstoffmenge 143,6 t 36,2 t 10,5 t 0,74 t
Schub (max) 4500 kN 1304 kN 314 kN 2,42 kN
Entspannungsverhältnis (nozzle expansion ratio) 14,56 37 56
Brenndauer 132,8 s 92,9 s 117,1 s 940 s

Vega-E – Vega Evolution

Diese Weiterentwicklung befindet sich in der frühen Entwicklungsphase und basiert auf der Vega-C.[16] Dabei soll eine vielfach wiederzündbare kryogene Drittstufe (MYRA) sowohl die dritte Stufe Zefiro-9, als auch die vierte Stufe AVUM ersetzen. Dieses würde sowohl die Leistung und Flexibilität steigern, als auch die Kosten reduzieren.[17] Avio entwickelt für diese neue Oberstufe in Zusammenarbeit mit der ESA das M10-Triebwerk, das auf dem russischen RD-0146 Triebwerk basiert und mit Methan und Flüssigsauerstoff betrieben wird.[18] Dieses ist das erste europäische Triebwerk, das Methan und Flüssigsauerstoff verwendet. Der Erststart der Vega-E wird für 2026 angestrebt.[19][20] Vega-E soll laut dem Branchenmagazin SpaceNews eine Nutzlastkapazität von 3 Tonnen haben, wobei offen bleibt in welche Erdumlaufbahn diese befördert werden soll, üblicherweise beziehen sich diese Angaben auf einen niedrigen Erdorbit.[21]

Vega C Light

Die Vega C Light ist noch im Konzeptstadium.[22] Geplant ist eine dreistufige Kleinrakete von 17 m Höhe und 55 t Masse, die 300 kg Nutzlast in einen sonnensynchronen Orbit von 500 km Höhe bringen kann. Bei anderen Umlaufbahn kann die Nutzlast im Bereich von 50 bis 500 kg liegen.[23]

Zwischenfälle

Der erste Fehlstart einer Vega ereignete sich am 11. Juli 2019 (MESZ) beim Start des Aufklärungssatelliten Falcon Eye 1 für die Streitkräfte der Vereinigten Arabischen Emirate. Es handelte sich um den 15. Vega-Flug. 14 Sekunden nach der ersten Stufentrennung trat am Z23-Triebwerk der Zweitstufe ein „heftiges Ereignis“ auf, vermutlich infolge eines hitzebedingten Strukturversagens des vorderen (oberen) Motorgehäuses. Dadurch trennte sich die Zweitstufe vom Rest der Rakete, welche vom Kurs abkam und gesprengt werden musste.[24] Es entstand ein versicherter Sachschaden von rund 370 Millionen Euro.[25]

Beim nachfolgenden Vega-Start am 3. September 2020 verblieben zwei Lemur-2-Cubesats in ihrer Starthalterung und fielen zusammen mit der oberen Raketenstufe zurück zur Erde.[26]

Auch die nächste Vega-Mission am 17. November 2020 mit den Erdbeobachtungssatelliten Ingenio und Taranis für Spanien bzw. Frankreich verlief nicht nach Plan.[27] Nach dem Start um 1:52 Uhr UTC arbeiteten die ersten drei Stufen der Rakete plangemäß. Acht Minuten nach dem Start wurde die AVUM-Oberstufe regulär abgetrennt und gezündet. Sofort danach begann sie jedoch unkontrolliert zu taumeln, der Fehler konnte nicht korrigiert werden und die Rakete wich rasch von der vorgesehenen Flugbahn ab, was letztendlich zum Absturz mit Verlust der beiden Satelliten führte. Der Fehler war, dass die Kabel für zwei Schubvektor-Aktoren verwechselt worden waren. Steuersignale, die für den einen Aktor bestimmt waren, gingen an den anderen, was zum Kontrollverlust führte.[28] Als Ursache des Problems wurden eine „irreführende Vorgehensweise“ beim Zusammenbau der Stufe und Inkonsistenzen in den Anforderungen für die anschließende Qualitätskontrolle ermittelt.[29]

Startliste

Literatur

  • Bernd Leitenberger: Die Vega: Europas jüngste Trägerrakete. BOD, Norderstedt, 2012, ISBN 978-3-8448-0619-9
  • Vega. In: Bernd Leitenberger: Internationale Trägerraketen: Die Trägerraketen Russlands, Asiens und Europas, Edition Raumfahrt, 2016, ISBN 978-3-7386-5252-9, S. 367–380
  • Bernd Leitenberger: Europäische Trägerraketen 2: Ariane 5, 6 und Vega, Edition Raumfahrt, 2. Auflage von 2015, ISBN 978-3-7386-4296-4

Weblinks

Commons: Vega (Rakete) – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

  1. ↑ Europäische Vega-Rakete erfolgreich gestartet. In: Die Welt. Axel Springer SE, 13. Februar 2012, abgerufen am 13. Februar 2012.
  2. ↑ Bernd Leitenberger: Die Vega: Europas jüngste Trägerrakete. BOD, Norderstedt, 2012, ISBN 978-3-8448-0619-9, S. 85–90.
  3. ↑ DLR vergibt Studie für neue europäische Vega-Trägerrakete an Astrium. In: flugrevue.de. Motor Presse Stuttgart GmbH & Co. KG, 23. Juli 2007, archiviert vom Original am 11. Juli 2015; abgerufen am 12. Oktober 2010.
  4. ↑ VEGA fact sheet. (PDF; 54 kB) In: esa.int. Europäische Weltraumorganisation, abgerufen am 10. Mai 2013 (englisch).
  5. ↑ FlugRevue 2/2008, S. 80.
  6. ↑ Vega main engine test in Kourou. In: esa.int. Europäische Weltraumorganisation, 5. Dezember 2007, abgerufen am 6. Juli 2019 (englisch).
  7. ↑ Second firing test for Vega’s Zefiro 9A solid rocket motor. In: esa.int. Europäische Weltraumorganisation, 30. April 2009, abgerufen am 6. Juli 2019 (englisch).
  8. ↑ Vorletzter Start von Kourou in diesem Jahr. In: DLR Blogs. Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, abgerufen am 13. Februar 2017.
  9. ↑ Bernd Leitenberger: Die Vega: Europas jüngste Trägerrakete. BOD, Norderstedt, 2012, ISBN 978-3-8448-0619-9, S. 13–29.
  10. ↑ FliegerRevue Mai 2010, S. 42–46, Raketen vom Dnepr – Raumfahrtmacht Ukraine.
  11. ↑ Jeff Foust: Vega C to launch Sentinel-1C in 2023. In: Spacenews. 8. April 2022, abgerufen am 9. April 2022 (amerikanisches Englisch).
  12. ↑ Main Characteristics of the VEGA-C Launcher. In: Avio.com. Avio SpA, abgerufen am 9. November 2018 (englisch).
  13. ↑ Hot firing proves solid rocket motor for Ariane 6 and VEGA-C. In: esa.int. Europäische Weltraumorganisation, 16. Juni 2018, abgerufen am 9. November 2018 (englisch).
  14. ↑ Vega-C: Launcher integration begins for inaugural flight VV21. In: www.esa.int. ESA, 26. April 2022, abgerufen am 14. Mai 2022 (englisch).
  15. ↑ Vega-C: watch tomorrow's launch. Abgerufen am 13. Juli 2022 (englisch).
  16. ↑ VEGA E. In: Avio.com. Avio SpA, abgerufen am 9. November 2018 (englisch).
  17. ↑ LYRA – VEGA evolution. In: asi.it. Agenzia Spaziale Italiana, archiviert vom Original am 22. September 2015; abgerufen am 3. November 2015 (englisch).
  18. ↑ Successfully tested the M10-methane engine prototype. In: Avio.com. Avio SpA, 13. November 2018, abgerufen am 2. September 2019 (englisch).
  19. ↑ ESA pours $107 million into Vega E and a reusable spaceplane. In: spacenews.com. SpaceNews Corp., 30. November 2017, abgerufen am 9. November 2018 (englisch).
  20. ↑ New launch service contracts for Vega C and new development activities. 22. Januar 2022, abgerufen am 8. April 2022 (englisch).
  21. ↑ Jason Rainbow: Avio gets pandemic recovery funds to develop launchers for the 2030s. In: spacenews.com. SpaceNews Corp., 29. Juni 2022, abgerufen am 29. Juni 2022 (amerikanisches Englisch).
  22. ↑ Avio: Vega C Light. Abgerufen am 18. Juni 2022 (englisch).
  23. ↑ Roberto Mancini, Ettore Scardecchia Stefano Gallucci: Vega C Light, a flexible and low cost solution for small satellites. (PDF) European Conference for AeroSpace Sciences, 2019, abgerufen am 18. Juni 2022 (englisch).
  24. ↑ Chris Bergin: Inquiry finds Vega failed after violent event during early second stage flight. In: Nasaspaceflight.com. NASASpaceflight LLC, 5. September 2019, abgerufen am 5. September 2019 (englisch).
  25. ↑ Munich Re among insurers for Vega rocket, UAE satellite. In: reuters.com. Thomson Reuters, 12. Juli 2019, abgerufen am 15. Juli 2019 (englisch).
  26. ↑ [1] auf Gunter’s Space Page, abgerufen am 16. Februar 2021.
  27. ↑ Tariq Malik: European Vega rocket suffers major launch failure, satellites for Spain and France lost. In: space.com. 17. November 2020, abgerufen am 17. November 2020 (englisch).
  28. ↑ Jeff Foust: Human error blamed for Vega launch failure. In: spacenews.com. 17. November 2020, abgerufen am 17. November 2020 (englisch).
  29. ↑ Loss of Vega Flight VV17: Independent Enquiry Commission announces conclusions. Arianespace-Pressemeldung vom 18. Dezember 2020.
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