Flau im Magen wegen Herschel & Planck

12. Mai 2009 von Eugen Reichl in Launch Log

OberstufeDen Wissenschaftlern der ESA und den Raketeningenieuren von Astrium, der Raumfahrtsparte der EADS, ist in diesen Tagen eines gemeinsam: Ihnen ist etwas flau im Magen. Am 14. Mai sollen zwei der teuersten europäischen Nutzlasten, die jemals in den Weltraum flogen, gemeinsam auf einer einzelnen Trägerrakete des Typs Ariane 5 ECA ihren Weg ins All antreten. Scheitert der Start sind beide Raumsonden zerstört, und mit ihnen die Träume und Hoffnungen zahlreicher Wissenschaftler. Jetzt, unmittelbar vor dem Start, stellen sich viele von ihnen die Frage, die sie sich im Laufe des Projektes schon öfter gestellt haben: Sind die eingesparten Mittel den hohen Einsatz wert? Hätte man nicht doch besser das Risiko verteilen und zwei Einzelstarts durchführen sollen, auch wenn das dann um einiges teurer gewesen wäre?

HM 7B-Triebwerk der Ariane 5 ECA Oberstufe. Der Raketenmotor ist noch mit einer Schutzhülle versehen

Versagt die Trägerrakete bei einem kommerziellen Flug ist das zwar bedauerlich, hat aber keine tiefgreifenden Auswirkungen. Navigations-, Erdbeobachtungs,- oder Kommunikationssatelliten werden alle paar Wochen gestartet. Einer mehr oder weniger bringt die Versorgung mit den jeweiligen Diensten nicht ins Wanken. Kommerzielle Satelliten sind nicht "one of a kind". Und obendrein sind sie gut versichert.

Bei Herschel und Planck ist das nicht der Fall. Sie sind extrem teure Einzelstücke. Und sie sind nicht versichert. Abgesehen davon hätte es für die Forschungsgemeinde auch dann schwere Auswirkungen, wenn sie tatsächlich versichert wären, denn es dauert viele Jahre, bis ein Nachbau startbereit wäre.

Wenn also zwei so solitäre Forschungssonden, an denen hunderte von Wissenschaftler-Karrieren hängen, zu zweit auf einen einzelnen Träger gepackt werden, bei dem - statistisch gesehen - jeder 15. Start für die Nutzlast nicht im Weltall sondern in den Tiefen des Atlantiks endet, dann ist das ein berechtigter Anlass für eine Magenverstimmung.

Die "Records" der Ariane 5 sind gemischt. Von den insgesamt 43 Ariane 5 Starts aller Versionen scheiterten immerhin vier ganz oder teilweise. Allerdings ist der europäische Schwerlastträger langsam aus den Kinderkrankheiten heraus. Die letzten 29 Starts klappten ausnahmslos alle perfekt. Von den 18 Missionen der ECA-Variante ging überhaupt nur eine schief, und das war der Erstflug im Dezember 2002.

Die Trägerrakete soll Herschel and Planck in einen extrem hochelliptischen Erdorbit bringen. Von dort aus ist dann nur noch eine geringe Zusatzgeschwindigkeit erforderlich, um den Lagrange-Punkt 2 anzusteuern. Diese Restbeschleunigung übernehmen die beiden Raumfahrzeuge selbst.

Die Mission dorthin ist die erste, die Arianespace in den tieferen Weltraum durchführt. Am Lagrange-Punkt 2 werden die beiden Sonden in so genannte Lissajous-Orbits manövriert. Eine sehr anschauliche Erläuterung über diesen bevorzugten kosmischen Abstellplatz finden Sie in diesem Artikel von Kosmologger Michael Khan. So gut erklärt finden Sie das nirgendwo sonst.

Das kombinierte Gewicht der beiden Nutzlasten beträgt 5.322 Kilogramm. Zusammen mit dem SYLDA Dispenser (SYLDA steht übrigens für "SYstème de Lancement Double Ariane" - Also "System für Ariane-Doppelstarts"), der ja dieselbe Bahn erreicht, sind es knapp über 6.000 Kilogramm. Die beiden Raumsonden sind an der Spitze der Rakete gleichsam aufeinander gestapelt. Planck ist dabei im inneren der SYLDA-Kapsel eingeschlossen. Oben drauf sitzt Herschel, der als erste der beiden Nutzlasten nach dem Start freigegeben wird.

Beim Flug von Herschel & Planck handelt sich um einen der seltenen Tagstarts der Ariane 5. Allein deswegen wird es ein interessantes Spektakel werden. Das Startfenster öffnet sich um 15:12 Uhr mitteleuropäischer Zeit und schließt sich um 16:07 Uhr.

Die angestrebte Bahn ist ungewöhnlich. Statt des üblichen geostationären Transferorbits, den die Ariane 5 ECA sonst ansteuert wird diesmal als Zielpunkt für das Absetzmanöver ein extrem hochexzentrischer Erdorbit mit deutlich höherem Geschwindigkeitsbedarf erforderlich.

Um das zu verdeutlichen sehen wir uns einmal die Bahnwerte beim bislang letzten Flug einer Ariane 5 ECA am 12. Februar an, bei dem die beiden kommerzielle Nachrichtensatelliten Hotbird 10 und NSS 9, sowie die beiden militärischen Frühwarnsatelliten Spirale 1 und 2 abgesetzt wurden.

Ariane 5 ECA-Start am 12. Februar 2009

Gesamtgewicht aller Nutzlasten inkl. SYLDA: 8.511 Kilogramm, Perigäum: 250 Kilometer, Apogäum: 35.790 km, Inklination: 2 Grad, Geschwindigkeit beim Brennschluss: 9.378 m/sec, Flughöhe beim Brennschluss: 627 km

Für die Mission Herschel und Planck sehen die (geplanten) Werte wie folgt aus:

Ariane 5 ECA-Start am 14. Mai 2009

Gesamtgewicht aller Nutzlasten inkl. SYLDA:  6.001 kg, Perigäum: 270 km, Apogäum: 1.193.622 km, Inklination: 6 Grad, Geschwindigkeit beim Brennschluss: 9.967 m/sec, Flughöhe bei Brennschluss: 852 km

Die für diese Bahn notwendige Geschwindigkeit ist also um mehr als 2.000 Stundenkilometer höher, als für eine Transportmission kommerzieller Satelliten. Nach der Freigabe der beiden Raumfahrzeuge müssen die beiden Raumfahrzeuge nur noch eine Geschwindigkeitsdifferenz von etwas über sechs Meter pro Sekunde aus eigenen Kräften bewältigen, um den Librationspunkt 2 anzusteuern und noch mal einige wenige Meter pro Sekunde, um in die vorgesehene Lessajous-Orbits einzuschwenken. Verglichen mit der brutalen Kraftanstrengung des Starts ist das nur noch minimales (aber deswegen nicht weniger schwieriges) Feintuning.


18 Kommentare zu “Flau im Magen wegen Herschel & Planck”

  1. Stefan Antworten | Permalink

    Deshalb zusammen

    Ich hab mich schon gefragt, warum man Planck und Herschel nicht auf getrennten Raketen jeweils zusammen mit einem anderen Wetter/Kommunikationssatelliten startet - jetzt versteh ich's, die Ziel-Bahnen der Nutzlasten wären dann zu unterschiedlich. Danke für die Erläuterung!

  2. JonasMo Antworten | Permalink

    "Die letzten 29. Starts klappten ausnahmslos alle perfekt." Dann wird es wohl mal wieder Zeit, dass einer schief geht..

  3. Helmut Dannerbauer Antworten | Permalink

    @Eugen

    Lieber Eugen,

    dein Artikel hat mir sehr gute gefallen und ich habe einiges gelernt:)

  4. Martin Huhn Antworten | Permalink

    Gut gerüstet

    Nach diesem Artikel bin ich gut mit einigen Hintergrundinformationen ausgerüstet worden. Das wird mir dann durch den Kopf gehen, wenn in den Nachrichten vom - hoffentlich - erfolgreichen Start berichtet wird.

  5. Elias Kernchen Antworten | Permalink

    TV Live

    Laut ESA Pressestelle werden der Hessische Rundfunk (ARD) und N24 den Lift-Off live im Fernsehen uebertragen.

  6. Martin Huhn Antworten | Permalink

    N24 hat, glaube ich, sogar ein Stream vom Live Programm.

  7. Michael Khan Antworten | Permalink

    Anmerkung

    Ich möchte den richtigen Ausführungen Eugen Reichls noch einen Punkt hinzufügen: Geostationäre Kommunikationssatelliten werden fast immer um Mitternacht GMT gestartet.

    So wird sichergestellt, dass das Apogäum des Transferorbits über dem Mittagsmeridian liegt. Somit erfolgen die Durchgänge durch den Erdschatten am Perigäum, also am erdnächsten Punkt, wo die Geschwindigkeit am höchsten und deswegen die Dauer des Schattendurchgang am kürzesten ist.

    Herschel und Planck werden dagegen, da sie ja zum L2-Punkt über dem Mitternachtsmeridian auf der Erde fliegen sollen, gegen Mittag GMT gestartet.

    Also noch ein weiterer gravierender Unterschied zu Starts ins GEO, zusätzlich zu den bereits genannten.

    Drücken wir die Daumen. Das hilft bekanntlich auch, wenn man nicht dran glaubt.

  8. Astra Antworten | Permalink

    Hallo Stefan

    Ja, die Bahn wird nicht grade häufig angeflogen. Und wenn, dann immer mit extrem teurem Equipment. Die Entscheidung, alle Eier in einen Korb zu legen, ist schon relativ früh im Programm gefallen und hat dann auch konstruktive Lösungen erzeugt, die auf den Doppelstart mit einer Ariane 5 zugeschnitten sind. Wären von Anfang an zwei Einzelstarts geplant gewesen, hätte man auch beispielsweise Planck solo auf einer Proton K fliegen können und Herschel auf einer Proton M. Das hätte nach heutigen Preisen zusammen etwa 180 -200 Millionen Euro gekostet, wenn man die zusätzlichen Kosten für zwei getrennte Startkampagnen und Indienststellungsphasen mit berücksichtigt. Der Ariane ECA - Kombinationsstart dürfte dagegen mit etwa 160 Millionen Euro zu Buche schlagen. Aber das ist jetzt alles akademisch, denn - wie gesagt - die Auslegung der beiden Raumfahrzeuge lief nach der Entscheidung für einen Doppelstart auf Grundlage der Möglichkeiten der Ariane 5 ECA. Planck würde man in seiner heutigen Auslegung gar nicht mehr unter die Nutzlastverkleidung einer Proton K bekommen, da hat man sich am sehr komfortablen Durchmesser der Ariane 5 orientiert.

  9. Astra Antworten | Permalink

    Hallo Jonas Mo

    Das wollen wir doch nicht hoffen. In der Industrie gab es vor Jahren - allerdings auch da natürlich schon mehr scherzhaft -die Devise: Alle 20 Starts ein Fehlschlag, das schadet nichts. Das war die Fehlerquote die ungefähr alle hatten, es gab also keinen Konkurrenzvorteil, und im günstigsten Fall mussten Satellit und Trägerrakete erneut gebaut werden, diesmal bezahlt von der Versicherung. Wie gesagt, das war damals schon nicht ganz ernst, ein Körnchen Wahrheit ist aber drin.

    Bei einer so wichtigen wissenschaftlichen Mission würde aber auch noch der letzte beteiligte Raketentechniker lieber seine Großmutter verkaufen, als es auf einen Fehlschlag anlegen.

  10. Marco Antworten | Permalink

    Noch mehr Informationen

    Wer noch mehr wissen will, sollte mal in "Sterne und Weltraum" 1/2008 und 2/2008 schauen. Da gibt es ausführliche Artikel über beide Satelliten sowie auch ein Artikel über die Bahnen von Herschel und Planck.

  11. Martin Huhn Antworten | Permalink

    @ Astra und Khan

    Gut, dann habe ich zwei Quellen für den Stream, falls eine überlastet ist. Ich hoffe, eine davon geht vernünftig.

  12. Martin Huhn Antworten | Permalink

    Stream

    Ich habe den Linktip von Eugen ausprobiert und das hat gut geklappt. Das Internet ist ganz schön stabil geworden.

  13. Astra Antworten | Permalink

    Start nicht gesehen

    Der einzige, der den Start heute nicht gesehen hat, bin wahrscheinlich ich. Ich habe mich stattdessen in einem langweiligen Meeting herumgetrieben. Aber das hat vielleicht auch sein Gutes. Bei allen vier Misserfolgen der Ariane 5 war ich jeweils in einem der großen Übertragungsräume. Heute wäre ich schon deswegen nicht hingegangen, um den Missionserfolg nicht zu gefähren. Gut dass ich nicht abergläubisch bin :-)

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