Thor-​DM21 Able-​Star

Die Thor Rakete, Ausgangsmuster der auch heute noch im Einsatz stehenden Delta Raketen, geht auf eine Mittelstreckenrakete der US Air Force zurück. Im Jahr 1955 hatte die USAF Studien für eine derartige Rakete angestellt und war zu der Auffassung gekommen, daß eine Rakete mit einer Reichweite von um die 3.000 km relativ rasch entwickelt werden konnte. Nachdem die USAF im Vergleich zu den anderen Waffengattungen bei der Raketenentwicklung ins Hintertreffen geraten war, erhielt das Projekt TWS-​315A höchste Priorität. Im November 1955 wurde das Programm vom DoD bestätigt und am 27.12.1955 erhielt die damalige Douglas Aircraft Company den Entwicklungsauftrag. Unteraufträge gingen an Rocketdyne für die Entwicklung des XLR-​79 Raketentriebwerkes und an die Ramo Wooldridge Corp. (später Space Technology Laboratories, heute TRW). Bereits im Juli 1956 waren die Konstruktionsarbeiten abgeschlossen und der Bau der Prototypen bei Douglas in Santa Monica, Calif. begann. Und am 26.10.1956 wurde die erste XSM-​75 Thor an die USAF ausgeliefert! Eine derart schnelle Entwicklung eines solch komplexen Waffensystems gelang später nie wieder. Dabei hatte Triebwerkshersteller Rocketdyne eine Reihe bemerkenswerter Neuerungen in seinem LR-​79 Triebwerk für die Thor Erststufe verwirklicht. Das Triebwerk entsprach weitgehend dem Starttriebwerk der Atlas und war damit eine Weiterentwicklung des Jupiter Triebwerks, das wiederum aus dem unglücklichen Navaho Marschflugkörper Programm abgeleitet worden war. Beim LR-​79 wurde auf Strahlruder verzichtet zugunsten eines schwenkbaren Haupttriebwerks, das von zwei kleinen LR-​102 Verniertriebwerken unterstützt wurde. Diese übernahmen die Rollstabilisierung und glichen Differenzen im Schub des Haupttriebwerks aus. Dadurch war eine Lageregelung um alle drei Achsen sichergestellt und ein präziserer Brennschluß gewährleistet. Vier Flossen am Heck der Rakete unterstützten in der unteren Atmosphäre die aerodynamische Stabilisierung. Bei der Brennkammer ging man von der bis dahin gebräuchlichen Doppelwand weg und setzte auf ein Röhren-​System zur Regenerativkühlung von Brennkammer und Entspannungsdüse. Bei der Treibstofförderung setzte man auf Turbopumpen. Im Gegensatz zu dem hochmodernen Triebwerk wurde die Zelle noch konventionell aus Halbschalen mit Stringern und Spanten gefertigt und war damit technologisch wesentlich anspruchsloser, als bei der Atlas ICBM. Die Testflüge mit der Thor begannen am 25.01.1957 und konnten im August 1958 nach einigen Fehlschlägen erfolgreich abgeschlossen werden. Noch während der Erprobung im November 1957 erhielt die Ramo-​Wooldridge Corp. den Auftrag, einige Raketen mit einer leicht verbesserten Vanguard Oberstufe mit Aerojet AJ10-​41 Antrieb auszurüsten. Zwar war die Zweitstufe für einige der Fehlstarts im Vanguard Programm verantwortlich gewesen, doch gab es zu dieser Zeit keine Alternative. Die Zweit– und Drittstufe der Vanguard waren die einzigen erfolgreich im Flug erprobten Oberstufen für Mehrstufenraketen, die für andere Programme zur Verfügung standen. Also wurde die Vanguard Zweitstufe in den Space Technology Laboratories von Ramo-​Wooldridge strukturell angepaßt, um auf eine Thor Grundstufe aufgesetzt zu werden. Vor allem die Länge wurde etwas verkürzt, eine Übergangssektion zwischen Erst– und Zweitstufe entworfen. Damit war die Zelle praktisch eine Neukonstruktion. Einzige Maßnahme zur Lagestabilisierung war die Einführung von acht kleinen Drallraketen, die für eine Rotation um die Längsachse sorgten. Die Grundstufe wurde gleichfalls für die Aufnahme der Oberstufe modifiziert und an das geänderte Flugprofil angepaßt. Die so entstandene zweistufige Version mit den Bezeichnungen LV-​12 bzw. Thor-​Able hatte ihren Erstflug im April 1958. Aufbauend auf diesem Modell entstanden mehrere Versionen des dreistufigen Satellitenträgers Thor-​Able, bei dem als Endstufe wieder das X-​248 Triebwerk aus dem Vanguard Programm zum Einsatz kam. Doch bereits Anfang 1959 erkannte die USAF, daß die Nutzlastkapazität der verfügbaren Trägerraketen, einschließlich der Thor-​Able, für die geplanten Satellitenprogramme unzureichend war. Daraufhin wurden mehrere Entwicklungsaufträge vergeben. Einen erhielt Aerojet General, die gemeinsam mit STL die Weiterentwicklung der Able Oberstufe begannen. Trotz der noch nicht überwundenen Probleme mit deren hochentwickeltem Triebwerk glaubten die Ingenieure an das Potential ihres Entwurfs. Aufbauend auf dem AJ10-​101A Triebwerk wurden einige Modifikationen vorgenommen, die den Schub geringfügig steigerten. Vor allem aber dank des nunmehr 2,2-fachen Treibstoffvorrats stieg die Brenndauer auf nahezu den dreifachen Wert. Das wurde erreicht, indem die Zelle wieder vollkommen überarbeitet wurde. Die Länge wurde weiter verkürzt, der Durchmesser dafür verdoppelt. Wichtigste Neuerung war aber die erstmalige Möglichkeit, das Triebwerk nach einer Freiflugphase im Weltraum neu zu starten! Hierzu konnten automatisch oder per Funkbefehl die Treibstoff– und Heliumdruckgas-​Ventile geschlossen und wieder geöffnet werden. Beim Neustart sorgten zwei kleine Hilfstriebwerke für eine Beschleunigung, die den Treibstoff an den Tankboden preßte, so daß die Druckgasförderung korrekt arbeiten konnte. Da die verwendeten Treibstoffkomponenten hypergol waren, zündeten sie in der Brennkammer spontan. Dank der Wiederstartfähigkeit der neuen Oberstufe konnten nun auch große Satelliten auf höhere Umlaufbahnen befördert werden. Hierzu zündete das Triebwerk im Apogäum der Bahn erneut. Außerdem ließen sich so wesentlich exaktere Kreisbahnen erzielen. Und schließlich konnten auch mehrere Nutzlasten auf unterschiedlichen Bahnen ausgesetzt werden. Hierfür waren aber auch verbesserte Bordsysteme und eine aktive Lagekontrolle nötig. Diese wurde bei der Able Star während der Antriebsphase durch Stickstoff-​Rolldüsen und eine um zwei Achsen schwenkbare Brennkammer realisiert. In der Freiflugpase wurde auch die Steuerung um die Nick– und Gierachse von Stickstoffdüsen übernommen. Ursprünglich trug die neue Oberstufe den Namen Epsilon gemäß einer phonetischen Zählweise des Militärs (Able, Baker,…). Da es sich aber um keine vollkommen neue Entwicklung handelte, kam bald die Bezeichnung Able* auf, woraus schließlich Able Star wurde. Konstruktiv war man bei der Stufe kein Risiko eingegangen und großen Wert auf Einfachheit gelegt. Die Verwendung von Edelstahltanks trieb das Leergewicht der Stufe nach oben. In Verbindung mit der Druckgasförderung der Treibstoffkomponenten ergaben sich eher bescheidene Leistungskennwerte. Auch die Erststufe der Thor-​Able Star wurde modernisiert. Während die Projektierungsarbeiten an der DM-​19 noch im Gange waren, lieferte Douglas der USAF zunächst 22 Trägerraketen Thor DM-​21 bzw. DM-​21A. Deren Zelle war gekürzt und dadurch gewichtsmäßig optimiert worden und verfügte über ein geringfügig leistungsgesteigertes Triebwerk. Bei Bedarf wurden am Heck der Rakete die bekannten Stabilisierungsfinnen eingesetzt. Das Steuerungssystem der Rakete stammte von der Aerojet General Corporation. Alle diese Maßnahmen in Verbindung mit einer ungewöhnlich voluminösen Nutzlastverkleidung ließen die Thor-​Able Star zur ersten Wahl für eine Reihe historischer Satellitenmissionen werden. Wenn es auch zu einigen Fehlstarts kam, war die Zuverlässigkeit der Raketenkombination für die damalige Zeit doch recht hoch und insbesondere die Genauigkeit beim Bahneinschuß überzeugte. Zum Erfolg des Modells trug auch die pilzförmige, sehr voluminöse Nutzlastverkleidung bei, die erstmals den Start wirklich großer Nutzlasten ermöglichte. Als 1965 der Einsatz der Thor-​Able Star endete, hatte zum Start militärischer Nutzlasten dennoch längst die konkurrierende Agena-​Stufe die unangefochtene Führungsposition übernommen. Die zivilen Weiterentwicklungen der Able Star trugen aber über Jahrzehnte entscheidend zum Erfolg der Delta Trägerrakete bei.



Gesamtsystem
Nation USA
Bezeichnung(en) Thor-​DM21 Able-​Star, Thor-​Able Star, Thor-​Ablestar, Thor-​Epsilon
Entwicklungszeitraum 19591960
erster Start 13.04.1960
Einsatzzeitraum 19601962
Stufenzahl 2
Gesamthöhe 24,07 m
Basisdurchmesser 2,44 m
max. Nutzmasse 250 kg (500 km Kreisbahn)
Leermasse ca. 6.400 kg
Treibstoffmasse ca. 48.000 kg
Startmasse 54.430 kg
Startschub 731 kN
1. Stufe
Hersteller Douglas Aircraft Corp.
Bezeichnung(en) Thor DM-​21A
Länge mit Adapter 19,80 m
max. Durchmesser 2,44 m
Leermasse ca. 3.600 kg
Treibstoffmasse ca. 45.000 kg
Gesamtmasse 49.340 kg
Antrieb 1 Flüssigkeitstriebwerk Rocketdyne MB-​3-​I (1× LR-​79-​NA11 + 2× LR-​102)
Treibstoff Kerosin RP-​1 + Flüssigsauerstoff
Startschub 731 kN (Haupttriebwerk) + 2× 4,54 kN (Vernier)
spezifischer Impuls (Seehöhe)
Brenndauer 156 s (Haupttriebwerk) /​175 s (Vernier)
2. Stufe
Hersteller
Bezeichnung(en) Able Star
Länge mit Gerätesektion 4,52 m
max. Durchmesser 1,62 m
Leermasse 417 kg
Treibstoffmasse 3.840 kg
Gesamtmasse 4.362 kg
Antrieb 1 Flüssigkeitstriebwerk Aerojet General AJ10-​104
Treibstoff UDMH + rotrauchende Salpetersäure (IRFNA)
Vakuumschub 35 kN
spezifischer Impuls (Vakuum)
Brenndauer 298 s
Nutzlastverkleidung
Länge 2,28 m
max. Durchmesser 1,62 m

Quellen:
[1] THE THOR HISTORY SM-​41860, Februar 1964