Trägerraketen
Olafs Raumfahrtkalender

Olafs Raumfahrtkalender

Geschichte und Geschichten aus sechs Jahrzehnten Raumfahrt

380354
Statistik erstellt: 2017-10-20T20:36:35+02:00
Epsilon-EX

Obwohl sich die japanische M-​V Rakete abgesehen von einem Fehlstart als sehr zuverlässig und leistungsfähig erwiesen hatte, konnte sie dem Anspruch nach einer signifikanten Kostenreduzierung nicht genügen. Auch nicht in ihrer zweiten Baureihe. Der Bedarf nach einem Träger für kleinere wissenschaftliche Nutzlasten neben der H-​IIA bestand jedoch weiter. Daher nahm die JAXA unter dem Namen Advanced Solid Rocket (ASR) Studien für eine neue Trägerrakete auf, bei der auch neue unkonventionelle Ideen zur Kostenreduktion umgesetzt werden sollten. Im August 2010 war das Design festgeschrieben und die finale Entwicklung des neuen „Epsilon“ Trägers wurde aufgenommen.
Für die erste Stufe der neuen Rakete griff man auf den bewährten SRB-​A3 Booster der H-​IIA Rakete zurück, ein leistungsfähiges Feststofftriebwerk, das nach mehreren Evolutionsstufen im Herstellungsprozeß stark vereinfacht und kostengünstig zu fertigen war. Die Triebwerksdüse war um Nick– und Gierachse schwenkbar (Movable Nozzle Thrust Vector Control). Realisiert wurde das mittels elektro-​mechanischer Stellmotoren, die ihre Energie aus Hochleistungs-​Thermalbatterien bezogen. Die Rollkontrolle übernahmen sogenannte Solid Motor Side Jets (SMSJ), die von einem Feststoff Gas Generator (GG) gespeist wurden.
Auch bei der zweiten Stufe griff man auf bewährte Technik zurück. Ihr M-​34C Antrieb basierte auf der dritten Stufe der M-​V. Die Stufe verfügte ebenfalls über eine 3-​Achsen-​Stabilisierung. Zur Energieversorgung des MNTVC Systems kamen hier allerdings kommerziell verfügbare LiIon-​Batterien zum Einsatz. Und als Rollkontroll-​System setzte man auf ein Reaction Control System (RCS) auf Hydrazin-​Basis.
Um die Konstruktion einfach und damit kostengünstig zu halten, setzte man bei der dritten Stufe auf ein spinstabilisiertes Modell. Doch auch dieses blickte bereits auf eine erfolgreiche Einsatzgeschichte zurück. Ihr KM-​V2B Triebwerk war als Kickstufe für die „Hayabusa“ Mission des Jahres 2003 entwickelt worden und basierte selbst schon auf einer längeren Entwicklungsreihe.
Zweite und dritte Stufe verfügten über ein Motorgehäuse aus CE-​CFRP, welches allerdings nicht von den Ursprungsmodellen übernommen werden konnte, da die früher eingesetzte Kohlefaser nicht mehr verfügbar war. Der neue Faserverbundwerkstoff trug zu einer weiteren Kostenreduktion bei.
Zur Kompensation der unvermeidlichen Bahnabweichungen in der antriebslosen sowie aktiven Flugphase der dritten Stufe plante man zudem für anspruchsvollere Missionen den Einsatz einer vierten Stufe ein. Diese Post Boost Stage (PBS) bestand aus einem Satz von Hydrazin-​Kleinsttriebwerken, die einen präzisen Bahneinschuß sicherstellen sollten. Ihre Entwicklung ging auf die Side Jets zur Schubvektorkontrolle der M-​V zurück.
Speziell zur Kompensation von hochfrequenten Schwingungen, ausgehend von der Erststufe, wurde ein dämpfender Nutzlastadapter (Payload Attach Fitting) entworfen. Die Nutzlastverkleidung lehnte sich konstruktiv zwar an jene der H-​IIA an (Wabenstruktur mit Aluminiumoberfläche), wobei allerdings wieder großer Wert auf eine Vereinfachung und Kostenreduktion gelegt worden war.
Neben vielfältigen Bemühungen, bereits bei der Konstruktion der Rakete die Kosten drastisch gegenüber früheren Entwürfen zu reduzieren, ergaben sich auch und insbesondere im Bodensegment erhebliche Einsparmöglichkeiten. Zwar wurde der Startkomplex der M-​V für die „Epsilon“ umgerüstet. Doch die Prozeßabläufe wurden drastisch vereinfacht, so daß sich eine stark verkürzte Vorbereitungszeit ergab. Noch gravierender waren die Einsparungen im Kontrollzentrum. Countdown und Start der Rakete konnten nun von wenigen Experten über gängige IP-​Netzwerkprotokolle per Laptop gesteuert werden. Und der hohe Autonomiegrad der Rakete erlaubte den Verzicht auf ein kostenintensives Netz von Bahnverfolgungsstationen.



Gesamtsystem
Nation Japan (JAXA/​ISAS)
Bezeichnung(en) Epsilon-​EX, Epsilon
Entwicklungszeitraum 20102013
erster Start 14.09.2013
Einsatzzeitraum 2013
Stufenzahl 4 (mit Post Boost Module)
Gesamthöhe {tip::lt. anderen Quellen ca. 24,6 m“>ca. 24,4 m
Basisdurchmesser 2,57 m
max. Nutzmasse

ca. 700 kg (500 km Kreisbahn@30°)
ca. 450 kg (500 km SSO)

Leermasse
Treibstoffmasse
Startmasse ca. 91.000 kg
Startschub {tip::Vakuumschub 2.271 kN“>2.111 kN
1. Stufe
Hersteller IHI
Bezeichnung(en) SRB-​A3 mod.
Länge ca. 11,7 m
Stufendurchmesser 2,50 m
Triebwerksdurchmesser 2,23 m
Leermasse ca. 8.700 kg
Treibstoffmasse ca. 66.300 kg
Gesamtmasse ca. 75.000 kg
Antrieb 1 Feststofftriebwerk IHI
Treibstoff Feststoff HTPB (BP-​206)
Startschub {tip::Vakuumschub 2.271 kN“>2.111 kN
spezifischer Impuls (Seehöhe) 284 s
Brenndauer {tip::max. 116 s“>112114 s
2. Stufe
Hersteller IHI
Bezeichnung(en) M-​34c
Länge ca. 4,3 m
Durchmesser 2,50 m
Leermasse ca. 1.500 kg
Treibstoffmasse ca. 10.800 kg
Gesamtmasse ca. 12.300 kg
Antrieb 1 Feststofftriebwerk IHI
Treibstoff Feststoff HTPB (BP-​205J)
Vakuumschub {tip::lt. anderen Quellen Mittelwert 377 kN“>372 kN
spezifischer Impuls (Vakuum) 300 s
Brenndauer {tip::max. 105 s“>100102 s
3. Stufe
Hersteller IHI
Bezeichnung(en) KM-​V2b
Länge ca. 2,3 m
Triebwerksdurchmesser 1,50 m
Leermasse {tip::lt. anderen Quellen ca. 700 kg“>ca. 800 kg
Treibstoffmasse ca. 2.500 kg
Gesamtmasse {tip::lt. anderen Quellen ca. 3.200 kg“>ca. 3.300 kg
Antrieb 1 Feststofftriebwerk IHI
Treibstoff Feststoff HTPB (BP-​205J)
Vakuumschub {tip::lt. anderen Quellen Mittelwert 81 kN“>100 kN
spezifischer Impuls (Vakuum) 301 s
Brenndauer 8991 s
4. Stufe
Hersteller
Bezeichnung(en) Compact Liquid Propulsion System
Länge ca. 1,2 m
Durchmesser ca. 1,5 m
Strukturmasse ca. 185 kg
Treibstoffmasse ca. 95 kg
Gesamtmasse ca. 280 kg
Antrieb 8 Flüssigkeitstriebwerke
Treibstoff Hydrazin
Vakuumschub 8× 50 N
spezifischer Impuls (Vakuum) 202 s
Gesamtbrenndauer 215 s
Nutzlastverkleidung
Länge über Endstufe {tip::inkl. 1,93 m Stufenadapter“>11,12 m
max. Durchmesser 2,57 m
Konstruktionsmasse {tip::lt. anderen Quellen ca. 600 kg“>ca. 800 kg