Ariane 4

Ariane 4
Typ	Trägerrakete
Hersteller	Aérospatiale
Status	Produktion eingestellt
Aufbau
Höhe	58,72 m
Durchmesser	3,8 m
Startmasse	240–470 t
Stufen	3
Stufen
1. Stufe	1. Stufe
Triebwerk	Viking
Treibstoff	N2O4, UDMH
Brenndauer	205 s
2. Stufe	2. Stufe
Triebwerk	Viking
Treibstoff	N2O4, UDMH
Brenndauer	132 s
3. Stufe	3. Stufe
Triebwerk	HM-7
Treibstoff	LH2, LOX
Brenndauer	759 s
Starts
Erststart	15. Juni 1988
letzter Start	15. Februar 2003
Starts	116
Erfolge	113
Fehlschläge	3
Startplatz	Raumfahrtzentrum Guayana
Nutzlastkapazität
Kapazität LEO	5–7,6 t
Kapazität GTO	2–4,3 t

Start der ersten Ariane 4, einer Ariane 44LP (NASA)

Die Ariane 4 war eine europäische Trägerrakete aus der Ariane-Serie, die im Auftrag der ESA entwickelt worden war. Mit 116 Starts, von denen 113 erfolgreich waren, war sie das bis dahin erfolgreichste Arianemodell. Ihren Erstflug hatte sie am 15. Juni 1988.

Die Ariane-4-Raketen waren zwischen 55 m und 60 m hoch und konnten eine Nutzlast von bis zu 4,9 t in eine Geostationäre Transferbahn transportieren. Das Startgewicht betrug zwischen 243 t und 480 t. Die Ariane 4 transportierte meistens zwei übereinander angeordnete Satelliten in die Umlaufbahn. Dieses Merkmal verhalf der Ariane 4 zu günstigen Startpreisen und zusammen mit ihrer hohen Zuverlässigkeit Arianespace zu einer Dominanz im kommerziellen Satelliten-Transportgeschäft. Arianespace hielt so über mehrere Jahre einen Weltmarktanteil von ca. 60 %. Am 15. Februar 2003 erfolgte mit Flug 159 der letzte Start einer Ariane-4-Rakete.

Erst nach dem letzten Start der Ariane 4 bemerkte man, dass sie eine Kapazitätslücke zum Start mittelschwerer Kommunikationssatelliten hinterlassen hatte. Deshalb startet an ihrer Stelle von Ende 2010 bis 2022 die Rakete Sojus-ST von Kourou.

Technische Merkmale

Ariane 42P mit dem TOPEX/​Poseidon-Satelliten (Kourou, 10. August 1992) (NASA)

Die Ariane 4 basierte auf der Ariane 3. Damit sich die Rakete an verschieden schwere Nutzlasten anpassen und auch dem Trend der ständig steigenden Nutzlastmassen längere Zeit standhalten konnte, wurde sie mit einem flexiblen Konzept von Boostern ausgestattet. Dieses sollte ihr ermöglichen, während ihrer gesamten Einsatzzeit kostensparende Doppelstarts durchführen zu können. Einerseits wurden die Feststoffbooster der Ariane 3 stark gestreckt, um ihre Leistung zu erhöhen, andererseits wurden von der zweiten Stufe der Ariane 3 neue Flüssigtreibstoffbooster abgeleitet, die wesentlich größer und schwerer als die verlängerten Festtreibstoffbooster waren und eine höhere Leistung als diese hatten. Außerdem wurde die erste Stufe gegenüber der Ariane 3 stark gestreckt, um wesentlich mehr Treibstoff aufnehmen zu können. Dadurch wurde die Tankkapazität so groß, dass die erste Stufe nur vollgetankt werden konnte, wenn sie mit mindestens vier Feststoffboostern gestartet wurde, da ansonsten die Triebwerksleistung nicht ausreichte, um die schwere Rakete abheben zu lassen. Dieses führte zu einer verkürzten Brennzeit der ersten Stufe bei Versionen mit weniger als vier Boostern. Die zweite und dritte Stufe wurde bei der Entwicklung der Ariane 4 gegenüber der Ariane 3 nicht verändert. Dafür wurde eine neue Nutzlastverkleidung mit 4 m Durchmesser und eine ebenso breite Doppelstartvorrichtung eingeführt. Um neben großen Satelliten auch noch kleine mitnehmen zu können, wenn noch Nutzlastkapazität frei war, stand die Vorrichtung ASAP-4 (Ariane Structure for Auxiliary Payloads) zur Verfügung. Sie erlaubte die Mitnahme von mehreren bis zu 60 kg schweren Satelliten, die 60 cm hoch und 45 cm breit und lang sein konnten. Die Satelliten durften zusammen 240 kg wiegen.

Während der Produktionszeit der Ariane 4 stiegen die Satellitenmassen über das ursprünglich für Ariane 4 geplante Maß weiter an, so dass die Ariane 4 mehrere Modifikationen zur Leistungssteigerung erfuhr. Neben der Einführung leichterer Materialien für Verkleidungen, Druckgastanks etc. betrafen diese jedoch fast ausschließlich die dritte Stufe. Die dritte Stufe (H 10) wurde zuerst 1992 gestreckt, um mehr Treibstoff aufnehmen zu können (H 10+). Als dieses nicht mehr reichte, wurde die Treibstoffmischung 1994 auf einen höheren Sauerstoffanteil umgestellt und so die Nutzlastkapazität nochmals gesteigert (H 10 III).

Da sich die Nachfolgerin Ariane 5 verzögerte und die Ariane 4 auch noch dreimal nach Fehlstarts/Teilerfolgen dieser in die Bresche springen musste, wurde sie in wesentlich größeren Stückzahlen und länger produziert als ursprünglich geplant. Jedoch gab es während dieser Zeit keine Programme zur Leistungssteigerung mehr. Deshalb waren zum Schluss fast alle Satelliten so schwer, dass selbst die stärkste Ariane-4-Version (Ariane 44L) meist nur noch Einzelstarts durchführen konnte.

Versionen

Nutzlastverkleidung der Ariane 4 mit einem ERS-Satelliten (Modell)

Für verschieden schwere Nutzlasten standen sechs Raketenkonfigurationen zur Verfügung. An der reinen Serienstufenrakete (Ariane 40 genannt) konnten zur Nutzlasterhöhung seitlich entweder Feststoff- und/oder Flüssigtreibstoffbooster befestigt werden. Folgende Ariane-4-Versionen standen zur Verfügung:

• 40 – ohne Booster
• 42L – zwei Flüssigtreibstoff-Booster
• 42P – zwei Feststoff-Booster
• 44L – vier Flüssigtreibstoff-Booster
• 44P – vier Feststoff-Booster
• 44LP – zwei Flüssigtreibstoff-Booster und zwei Feststoff-Booster

Syntax: Die erste Zahl steht für Ariane 4, die zweite für die Anzahl der Booster und die Buchstaben für die Treibstoffart – L = liquide (franz.) = flüssig, P = poudre (franz.) = fest.

Während der rund 15 Jahre des Einsatzes wurden zahlreiche Verbesserungen an der Rakete umgesetzt, um ihre Nutzlast zu steigern. Das Hauptaugenmerk galt dabei der Steigerung der Leistung der letzten Stufe. Die ersten Flüge setzten noch die von der Ariane 2/3 übernommene H10 ein. Danach wurden die Tanks um 32 cm verlängert, wodurch 400 kg mehr Treibstoff zugeladen werden konnte. Diese Stufe, H-10 Plus, flog 27-mal. Ab Flug V70 – dem 32. Start – kam eine weitere Version der Oberstufe zum Einsatz, bei der die Mischung durch ein Verschieben des Zwischenbodens sauerstoffreicher wurde. Diese H-10 III genannte Oberstufe wurde bis zum Schluss eingesetzt. So steigt die Treibstoffzuladung von 10,7 auf 11,9 t und zusammen mit leichteren Materialien in der VEB die maximale Nutzlast von 4.330 auf 4.950 kg.

Gestrichene Version

Es gab Planungen für eine Ariane 43P mit drei PAP-Feststoffboostern. Diese Version wurde jedoch nicht verwirklicht.

Ariane-4-Versionsdaten

Ariane 40

Daten der Ariane-4-Modelle

Raketentyp		Ariane 40	Ariane 42P	Ariane 44P	Ariane 42L	Ariane 44LP	Ariane 44L
Entwick­lungs­zeitraum	von	1982	1982	1982	1982	1982	1982
	bis	1988	1988	1988	1988	1988	1988
Länge		55,6 m	55,9 m	56,9 m	55,6 m	58,4 m	58,7 m
Durchmesser		3,8 m	3,8 m	3,8 m	3,8 m	3,8 m	3,8 m
Startmasse		245 t	323 t	357 t	367 t	420 t	484 t
Startschub		2720 kN	3944 kN	5140 kN	4600 kN	5270 kN	5395 kN
Startbeschleunigung		1,32 m/s²	2,43 m/s²	4,62 m/s²	2,75 m/s²	2,77 m/s²	1,37 m/s²
Max. Nutzlast	LEO	4600 kg	6000 kg	6500 kg	7000 kg	8000 kg	10200 kg
	GTO	2290 kg	2990 kg	3390 kg	3590 kg	4170 kg	4950 kg
Booster		0	2 P	4 P	2 L	2 P + 2 L	4 L
Erster Start		22. Jan. 1990	20. Nov. 1990	4. Apr. 1991	12. März 1993	15. Juni 1988	5. Juni 1989
Letzter Start		3. Dez. 1999	4. Mai 2002	25. Sep. 2001	23. Jan. 2002	27. Nov. 2001	15. Feb. 2003
Flüge		7	15	15	13	26	40
Fehlstarts		0	1	0	0	1	1
Zuverlässigkeit		100 %	93 %	100 %	100 %	96 %	97,5 %
Treibstoff 1. Stufe		158 t bis 172 t	219 t bis 222 t	229 t bis 232 t	205 t bis 209 t	229 t bis 232 t	229 t bis 232 t
Brennzeit 1. Stufe		150 s	196 s	209 s	181 s	209 s	209 s
Wichtige Nutzlasten		ERS 1 & 2	TOPEX/Poseidon	ISO	Astra 1C	Hipparcos, Astra 1A, TV-SAT 2	Intelsat 907, DFS Kopernikus 1

Anmerkungen:

Technische Daten der verwendeten Raketenstufen

Raketenstufe	1. Stufe			2. Stufe	3. Stufe
	optionale Booster		Haupttriebwerke
	Feststoff	Flüssigtreibstoff	Flüssigtreibstoff
Stufenname	PAP	PAL	L 220	L 33	H 10 III
Triebwerk	Feststofftriebwerk	Viking 6	4× Viking 5C	Viking 4B	HM-7B
Länge ca.	11,5 m	18,6 m	28,4 m	11,6 m	11,05 m
Durchmesser	1,07 m	2,15 m	3,8 m	2,6 m	2,6 m
Masse	12,6 t (leer 3,0 t)	43,8 t (leer 4,4 t)	siehe Tabelle oben	max. 39,6 t (leer 3,7 t)	13,05 t (leer 1,35 t)
Schub am Boden	650 kN	678 kN	4× 678 kN
Schub im Vakuum		758 kN	4× 758 kN	800 kN	63,8 kN
Brennzeit	34 s	143 s	siehe Tabelle oben	126...135 s	780 s
Treibstoff	APCP	Stickstofftetroxid / UH 25			LOX / LH2

• Die H10-III-Drittstufe wurde erst ab Ende 1994 eingesetzt, davor waren die schwächeren H10- und H10+-Drittstufen im Einsatz.

Quellen

Starts

links: mobiler Montageturm
mitte: Startplattform, im Hintergrund der Wasserturm von ELA 1
rechts: Startturm

→ Hauptartikel: Liste der Ariane-4-Raketenstarts

Alle Ariane-4-Raketen hoben vom Startplatz ELA-2 des Centre Spatial Guyanais in Französisch-Guayana ab. Die Startrampe ELA-2 bestand aus:

• einem Montagegebäude, in dem die Raketen bis auf die Feststoffbooster und die Nutzlast montiert wurden,
• einer Schienenstrecke, auf der die auf einer von zwei transportablen Startplattformen montierten Raketen zum Startplatz mit Startturm gefahren wurden,
• einem mobilen Montageturm.

Nachdem die Rakete den Startplatz erreicht hatte, wurde über sie der Montageturm gefahren und die bereits zu einer Einheit zusammengebaute Nutzlastverkleidung und Doppelstartvorrichtung mit den in ihnen befindlichen Satelliten auf die Rakete gesetzt. Auch wurden – wenn vorgesehen – hier die Feststoffbooster angebracht. Die zweite Stufe wurde ebenfalls im Montageturm betankt und mit einer Isolierung versehen (der Oxidator würde bei über 21 °C verdampfen). Danach wurde der mobile Montageturm zur Seite gefahren, die erste und dritte Stufe der Rakete betankt und dann die Rakete gestartet, wobei das Isolationsmaterial von der zweiten Stufe abfällt.

Literatur

• Hans-Martin Fischer: Europas Trägerrakete ARIANE. Geschichte und Technik zum letzten Start der ARIANE 4. Stedinger, Lemwerder 2004, ISBN 3-927697-32-X.
• William Huon: Ariane, une épopée européenne. ETAI 2007, ISBN 978-2-7268-8709-7.
• Jean-Pierre Philippe: Ariane, horizon 2000. Taillandier, Paris 2000, ISBN 2-87636-045-4.
• Bernd Leitenberger: Europäische Trägerraketen Band 1 Von der Diamant zur Ariane 4 – Europas steiniger Weg in den Orbit. Books on Demand, Norderstedt 2009, ISBN 3-8370-9591-6.
• Ariane 4. In: Bernd Leitenberger: Internationale Trägerraketen: Die Trägerraketen Russlands, Asiens und Europas, Edition Raumfahrt, 2016, ISBN 978-3-7386-5252-9, S. 327–333
• Bernd Leitenberger: Ariane 1–4: Geschichte und Technik der europäischen Erfolgsrakete, Edition Raumfahrt, 2. Auflage von 2014, ISBN 978-3-7357-6172-9

Weblinks

Commons: Ariane 4 – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• EADS-Astrium – Ariane 4 (Seite nicht mehr abrufbar)
• Ariane-4-Infos von Arianespace (Memento vom 21. Februar 2004 im Internet Archive) (englisch)
• DLR: ARIANE 4 – Ein erfolgreiches Kapitel europäischer Raumfahrt geht zu Ende (Seite nicht mehr abrufbar)
• Detaillierte technische Daten
• Gunter’s Space Page: Ariane-1-4-Startliste und Leistungsdaten
• Bernd Leitenberger: Die Geschichte der Ariane 4
• Arianespace: Ariane-4-Usermanual (Memento vom 27. September 2007 im Internet Archive) (21,5 MB, ZIP)
• CAPCOM ESPACE: ARIANE 4 (französisch)
• W. G. Naumann: Ariane-4: Europe’s Launcher for the Next Decade, ESA-Bulletin 55, August 1988, ISSN 0376-4265, Seite 75 (englisch)
• A. Meehkak : Ariane-4 – Le developpement des Propulseurs d’Appoint à Liquides, ESA-Bulletin 49, Februar 1987, ISSN 0376-4265, Seite 27 (französisch)

Einzelnachweise

Europäische Trägerraketen