Ariane 4

Über 15 Jahre lang war die Ariane 4 das Arbeitspferd der ESA. Sie ist eine der erfolgreichsten und sichersten Raketen der Welt gewesen.

Autor: Daniel Maurat.

Die Ariane 4 ist einer der erfolgreichsten Träger der Welt. Bis zu seinem letzten Flug war sie für Starts kommerzieller Satelliten sehr gefragt, da sie ein sehr günstiger und zuverlässiger Träger war. Aus ihren Vorgängern Ariane 1, 2 und 3 entstanden, ist sie die Krönung des ursprünglichen Ariane-Designs.

Entwicklung

Es zeigte sich, dass Ariane 1-3 sehr erfolgreich sich im Markt platzieren konnten und man beschloss schon im Januar 1982 eine Erweiterung, die Ariane 4. Die Erweiterung sollte preiswert sein, aber doch einen großen Nutzlastbereich abdecken. Ziel war es die Nutzlast der Ariane 2 (2100 kg) um 90 % zu erhöhen. Die Weiterentwicklung von Ariane 2 und 3 zur Ariane 4 kostete 550 Millionen DM. (damals 240 Millionen USD) etwa 24 % dessen was die Ariane 1 Entwicklung kostete. Der Erststart fand am 15.6.1988 mit V22 statt. Während die Entwicklung von der ESA finanziert wurde, wird die Ariane 4 von einer privaten Firma (Arianespace, Anteilsinhaber u.a. französische Weltraumagentur CNES, Astrium, Safran, MT Aerospace etc.) auf dem Markt angeboten und gestartet. An dieser Firma sind die Länder, die Ariane entwickelt haben über Banken in gleichen Anteilen wie bei der Entwicklung der Rakete vertreten. Schon bald nach dem Erststart von Ariane 1 zeigte sich, dass die Rakete ein Verkaufshit werden würde. Dies wurde mit dem Einsatz von Ariane 2 und 3 immer deutlicher. Deswegen machte sich die ESA Gedanken, einen größeren Träger zu bauen. Dafür wollte man die Ariane 3 vergrößern und eine größeres Nutzlastspekrum bedienen, also flexibler werden. Darauf entschloss man sich, die Feststoffbooster der Ariane 3 zu vergrößern und neue Flüssigkeitsbooster zu etwickeln, die beim Start für zusätzlichen Schub sorgen sollen. Als geplante Nutzlast waren für die stärkste Version 4,3t vorgesehen, was einen Doppelstart von zwei damals als groß geltenden Nachrichtensatelliten erlaubte. Die Freigabe zur Entwicklung bekam die Ariane 4 schließlich im Januar 1982. Aber es gab noch ein Problem: die neue Rakete wäre zu groß für die bisherige Startanlage, ELA-1, also musste man einen neuen bauen. Dieser wurde in der Nähe von ELA-1 gebaut und erhielt den Namen ELA-2 (Ensemble de Lancement de Ariane) getauft.

Nach dem Erststart der Ariane 4 im Jahr 1988 entwickelte man die Oberstufe weiter, um so die Nutzlast weiter zu steigern und damit die Ariane 4 wettbewerbsfähig zu halten. Auch erhielt sie Rückenwind, als ihr Nachfolger, die Ariane 5, beim Erstflug explodierte, was ihr mehr Nutzlasten brachte und so bis 2003 am Leben hielt.

Technik

Die Ariane 4 gibt es in sechs Versionen:

• Ariane 40 (Erstflug 21. Januar 1990; Letzter Flug 4. Juni 2000)
• Ariane 42P (Erstflug 20. November 1990; Letzter Flug 3. Mai 2002)
• Ariane 42L (Erstflug 11. Mai 1993; Letzter Flug 23. Januar 2002)
• Ariane 44P (Erstflug 4. April 1991; Letzter Flug 25. September 2001)
• Ariane 44LP (Erstflug 15. Juni 1988; Letzter Flug 26. November 2001)
• Ariane 44L (Erstflug 5. Juni 1989; Letzter Flug 15. Februar 2003)

Die erste Ziffer steht für die Ariane 4, die zweite für die Anzahl der Booster (2 für zwei Booster, 4 für vier Booster). Die Buchstaben stehen für liquide (franz. für flüssig) und poudre (franz. für Pulver, fest). Die L-booster waren Flüssigkeitsbooster und die P-Booster wurden mit Festtreibstoff betrieben. Sonst ist die Ariane 4 eine dreistufige Rakete. Insgesamt ist sie in der Version Ariane 44L 58,4 m hoch, hat einen Basisdurchmesser von 3,8 m und wiegt 484 t. Sie hat beim Start einen Gesamtschub von 5.395 kN und konnte anfangs 4,33 t, später sogar 4,95 t in einen Geotransferorbit bringen. Hier die einzelnen Stufen und Booster im Detail:

• Die Feststoffbooster, auch PAP (Propulseurs d’Appoint à Poudre) waren 12,2 m lang, hatten einen Durchmesser von 1,1 m und wogen voll betankt 12,6 t. Sie hatten einen Schub von 625 kN und brannten 42 Sekunden lang. Sie wurden beim Start gezündet und nach dem Ausbrennen pyrotechnisch von der Rakete getrennt. Sie waren aus einem Stück und wurden von Snecma (heute Safran) in Frankreich gebaut.
• Die Flüssigtreibstoffbooster, auch PAL (Propulseurs d’Appoint à Liquide) oder L-40 (Flüssigtreibstoff mit 40 t Kapazität) genannt, waren 19 m lang, hatten einen Durchmesser von 2,22 m und wogen voll betankt 43,77 t. Die Stufe bestand aus Edelstahl. Ihr Triebwerk Viking 6 hatte einen Schub von 680 kN (Meereshöhe) und war um 10° abgewinkelt, weswegen ihr Schub effektiv nur 670 kN bertug. Gebaut wurde der Booster von MBB/ERNO (Messerschmitt-Bölkow-Blohm; Entwicklungsring Nord, heute beide EADS) in Bremen, die Viking 6-Triebwerke wurden aber von Scecma (heute Safran) produziert. Hierbei handelt es sich um ein veränderts Erststufentriebwerk. Es wird mit UH25 (75% Unsymetrisches Dimethylhydrazin (UDMH) + 25% Hydrazin) als Treibstoff und Distickstofftetroxid (N2O4) als Oxidator betrieben. Zudem hat es eine Leitung für Wasser aus der ersten Stufe (dazu mehr bei der ersten Stufe).
• Die erste Stufe, auch L-220 (Liquid 220, Flüssigtreibstoff und 220 t Kapazität) genannt, war 23,6 m lang, hatte einen Durchmesser von 3,8 m und wog voll betankt 245,9 t. Sie ist eine verlängerte Version der Erststufen der Ariane 1, 2 und 3. Gebaut von Aerospaciale, bestand sie aus Edelstahl und besitzt vier Viking 5-Triebwerke, die einzeln einen Schub von 678 kN auf Meereshöhe hatten. Insgesamt hatte die Stufe also einen Schub von 2.175 kN auf Meereshöhe. Die Stufe brannte 205 Sekunden lang und wurde, wie die Booster, mit den Treibstoffen UH25 und N2O4 betrieben. Zusätzlich hatte es einen Wassertank. Das Wasser darin wurde mit einem kleinen Teil des Treibstoffes verbrannt und der Wasserdampf trieb die Gasgeneratoren an, die die Turbopumpen antrieben. Das Wasser aus der ersten Stufe wurde auch in den Flüssigboostern PAL benutzt. Diese Maßnahme war notwendig, da Europa nur wenig UDMH produziert und so wurde es effizienter benutzt. Andere Nationen, wie die USA und die damalige Sowjetunion (heute Russalnd), betrieben ihre Gasgeneratoren bei der Titan (USA) und der Proton (UdSSR/Russland) ohne dieses Wassersystem. An die Stufe konnten insgesamt vier Booster angebracht werden. Bei den Versionen 42L und 44L wurden an der Stufe kleine Flügel so genannte Fins. Sie stabilisierten die Rakete während der ersten Flugphase in der dichten Atmosphäre. Bei allen Versionen mit Feststoffbooster sind diese Fins nicht nötig. Für die Verbindung mit der zweiten Stufe besitzt sie einen 2,6 m hohen Adapter, der sich nach oben verjüngt.
• Die zweite Stufe, auch L-33 genannt, kam direkt von der Ariane 2/3. Sie war 11,5 m lang, hatte einen Durchmesser von 2,6 m und wog voll betankt 37,13 t. Gebaut wurde sie bei MBB-ERNO in Bemen aus Edelstahl und besaß ein einzelnes Viking 4B-Triebwerk, das ein an den Vakuumbetrieb angepasstes Viking 5-Triebwerk ist. Die Anpassungen waren vor allem eine längere Düse. Wie die Erststufe wurde sie mit UH25 und N2O4 betrieben und besaß einen Wassertank für den Gasgenerator. Das Triebwerk wurde kardanisch aufgeängt und konnte somit in der Gier- und Nickachse bewegt werden und zur Rollstabilisiering hatte es zwei 50 N starke Triebwerke.
• Die dritte Stufe, auch H-10 genannt, ist eine Verbesserung der Drittstufe der Ariane 2/3. Sie wurde um 32 cm auf 11,85 m Länge verlängert. Der Durchmesser blieb bei 2,7 m und das Leergewicht wurde verringert, sodass sie mit den Treibstoffen LH2 und LOX nun 12,3 t wiegt. Durch die größere Triebstoffmenge stieg die Brenndauer des HM-7B-Triebwerks auf 759 Sekunden. Der Schub des Triebwerks beträgt 62,7 kN. Auf der Stufe befindet sich das VEB (Vehicle Equitment Bay), das Steuerungssystem der Rakete. Hier sind Ringlaserkreisel, Bordcomputer, der eine Weiterentwicklung aus dem des SPOT-Satelliten ist, Telemetrie, Batterien, Düsen und Hydrazin für die Ausrichtung der Satelliten vor dem Aussetzen. Außerdem befindet sich hier ein Nutzlastadapter für den Satelliten. Die H-10-Stufe wurde im Laufe der Zeit mehrmals verbessert, und zwar zur H-10+ (ab Flug 22) und H-10-3 (Ab Flug 50).

Wie die anderen Trägerraketen der Ariane-Familie verfügte auch die Ariane 4 über eine Doppelstartvorrichtung. Diese wurde SPELDA genannt. Sie war ein nach unten hin offener Zylinder mit wahlweise 2,8 m oder 3,8 m Höhe und 4 m Durchmesser. An der Spitze befand sich ein Nutzlastadapter. Auf der SPELDA wurde dann die Nutzlastverkleidung angebracht, die die Satelliten beim Flug durch die Atmosphäre schützte.

Darüber hinaus gab ein eine weitere Doppelstartvorrichtung, Sylda. Sie hat hur einen Durchmesser von 2,6 m, eine Höhe von 3,9 m und passt in die Nutzlastverkleidung rein. Sie wurde vor allem für mittlere Nutzlasten benutzt. Es konnte auch ein ASAP-4 Plattform mitgenommen werden. Das war 4 cm dicker, 2.90 m breiter Ring, der auf halber Höhe auf dem VEB unter dem angebracht wurde. Es konnten Nutzlasten von bis zu 450 × 450 mm Breite und 600 mm Höhe und maximal 60 kg Gewicht mitgeführt werden. Sie wurde relativ selten benutzt, da die meisten Starts in den GTO gingen und es preiswerter war und ist, kleine Nutzlasten in den erdnahen Orbit zu transportieren.

Technischen Daten

Stufen	3 (plus Booster)
Höhe	28,4 m
Durchmesser	3,80 m
Startschub	5.395 kN
Startmasse	484 t
Treibstoffmasse	442,9 t
Max. Nutzlast	10.200 kg (LEO); 4.950 kg (GTO)
Erster Start	5. Juni 1989
Letzter Start	15. Februar 2003
Treibstoff	CTBP (PAP); UDMH/N2O4 (1.+2. Stufe, PAL); LH2/LOX (3. Stufe)
Triebwerke	PAP: 1x SEP SPB 9.5 PAL: 1x SEP Viking 6 1. Stufe: 4x Snecma Viking 2B 2. Stufe: 1x Snecma Viking 4B 3. Stufe: 1x MBB HM 7B

Starts

Insgesamt hatte die Ariane 4 116 Starts, wovon 113 erfolgreich waren. Der erste Fehlschlag sorgte für das meiste Aufsehen. Beim Start von Superbird B und BS 2x am 22. Februar 1990 kam es zu einer Explosion der ersten Stufe, weil eine Triebstoffleitung mit einem Lumpen verstopft und so der Start sabotiert wurde. Man fand zwar den Verantwortlichen nicht, aber seitdem patroulliert die Fremdenlegion im Weltraumbahnhof. Die beiden anderen Fehlstarts waren auf eine Minderleistung des HM-7B-Triebwerks der dritten Stufe zurückzuführen. Bei den beiden Start am 24. Januar 1994 und am 1. Dezember 1994 wurden die Satelliten Eutelsat F5 und Türksat 1A sowie PAS 3 zerstört. Seit dem letzten Fehlstart waren 74 Starts in Folge erfolgreich, ein Rekord bei kommerziellen Satellitenträger.

Ende

Das Ende der Ariane 4 kam mit Ansage. Nachdem die Ariane 5 eingeführt wurde und die Nutzlastgewichte stiegen, kam man zum Entschluss, dass die Ariane 4 nciht mehr wettbewerbsfähig wäre. Deshalb beendete man das Ariane-4-Programm. Doch schon kurz nach dem letzten Flug stellte sich heraus, dass die Ariane 4 noch den Bereich der mittleren Nutzlasten hätte bedienen können. Da die Produktion nun schon vollständig auf die Ariane 5 verlagert wurde. entschloss man sich, für mehrere hundert Millionen Euro einen neuen Startplatz für die Sojus in Kourou zu bauen. Sie ist zwar nicht so flexibel wie die Ariane 4, kann aber dennoch den Bereich dedr mittleren Nutzlasten bedienen. Somit ist das Ende eine politisch motivierte Entscheidung gewesen.

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