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Jul 03, 2023

Der erste Start von Vulcan ist nach Anomalien für Ende 2023 geplant

Laut United Launch Alliance (ULA) soll Vulcan trotz der jüngsten Anomalien im Zusammenhang mit der Centaur V-Oberstufe und den von Blue Origin gebauten BE-4-Triebwerken dieses Jahr noch fliegen, wenn auch hinter dem Zeitplan.

Laut United Launch Alliance (ULA) soll Vulcan trotz der jüngsten Anomalien im Zusammenhang mit der Centaur V-Oberstufe und den von Blue Origin gebauten BE-4-Triebwerken dieses Jahr noch fliegen, wenn auch hinter dem Zeitplan.

Vulcan ist ULAs Nachfolger der Schwerlastraketenfamilien Atlas V und Delta IV, die beide voraussichtlich ausgemustert werden. Das neue Fahrzeug nutzt in seiner ersten Stufe flüssiges Erdgas und flüssigen Sauerstoff und wird von zwei BE-4-Motoren angetrieben. Die Oberstufe hingegen nutzt flüssigen Wasserstoff und flüssigen Sauerstoff, um Satelliten auf ihre Einsatzbahnen zu befördern.

Zentauren-Anomalie

Tory Bruno, der CEO von ULA, sagt, dass alle Komponenten der Vulcan-Rakete der nächsten Generation des Unternehmens für den Flug zertifiziert wurden, mit Ausnahme der Oberstufe, bekannt als Centaur V. Das Unternehmen verwendet derzeit eine Oberstufe mit einem ähnlichen Namen, Centaur III. das auf Atlas V geflogen wird.

Der Hauptunterschied zwischen den beiden ist die Größe: Centaur V ist fast doppelt so groß wie sein Vorgänger.

Während eines Treibstoffbeladungs- und Tankdrucktests im Marshall Space Flight Center der NASA am 29. März 2023 wurde ein Testgegenstand der Centaur V-Oberstufe zerstört, nachdem sich ein Wasserstoffleck entzündet hatte. Bis zu diesem Zeitpunkt war der erste Start für den 4. Mai von der Cape Canaveral Space Force Station in Florida mit dem privaten Mondlander Peregrine und zwei Prototypen des Amazon Kuiper-Satelliten geplant.

Außerhalb des Prüfstandes/Standes. Testartikel ist drin (kann man nicht sehen). Wasserstoffleck. Im Bohrgerät sammelte sich H2 an. Zündquelle gefunden. Schnell verbrannt. Überdruck brach in unserer vorderen Kuppel ein und beschädigte die Anlage. pic.twitter.com/0d0KpI1ggj

– Tory Bruno (@torybruno) 13. April 2023

Nach Tests auf der Startrampe wurde kürzlich die Centaur-Oberstufe, die an Bord des ersten Vulcan-Starts angebracht und flugbereit war, nach der Explosion an die Produktionsstätte des Unternehmens in Decatur, Alabama, zurückgeschickt.

In einer Telefonkonferenz am 13. Juli erläuterte Bruno, was beim Centaur-Test im März schief gelaufen war. Während des fünfzehnten Tests der Etappe erklärte er, dass sich nahe der Oberseite der Tankkuppel ein Leck gebildet habe, das viereinhalb Minuten lang Wasserstoff in einen geschlossenen Raum freigesetzt habe. Bruno sagt, es habe dann eine Zündquelle gefunden, die einen großen Feuerball verursacht habe.

Bruno bemerkte, dass der Bereich, in dem sich der Riss gebildet hatte, in einem Bereich in der Nähe einer Tür oben auf der Bühne lag, und stellte fest, dass er eine einzigartige Form hat.

„Wir würden erwarten, dass es in dieser Kuppel ein bestimmtes Lastprofil gibt, aber genau in diesem schmalen Bereich stiegen die Lasten aufgrund dieser komplizierten Geometrie deutlich an“, sagte Bruno.

Die Lösung besteht darin, einen zusätzlichen Edelstahlring hinzuzufügen, um diesen bestimmten Bereich zu stärken. Allerdings wird dadurch die Masse der Bühne um weitere 136 Kilogramm (300 Pfund) erhöht.

Daher wird die Centaur, die ursprünglich für den dritten Flug von Vulcan vorgesehen war – derzeit im Werk in Alabama –, mit diesem neuen Ring modifiziert und wird nun zum Erstflug der Rakete starten. Die vom Kap zurückgeschickte Bühne wird dann künftig mit diesem Fix and Fly nachgerüstet. Schließlich werde der Centaur, der für den zweiten Flug vorgesehen sei, nun auf dem Prüfstand eingesetzt, um die für den Flug von Vulcan bis zum vierten Quartal dieses Jahres erforderliche Zertifizierung abzuschließen, sagte Bruno.

Der Centaur V (rechts), der auf Vulcan fliegen wird, im Vergleich zum derzeit verwendeten Centaur III (links). (Quelle: ULA)

Auch das Schweißverfahren zum Bau von Centaur V wird sich ändern. Bisher wurden diese neuen Oberstufen mittels automatisiertem Laserlichtbogenschweißen gebaut. Auch das Raumschiff von SpaceX nutzt diese Schweißtechnik.

Nach dem Leck sagte Bruno jedoch, dass die Schweißnähte nicht so stark waren, wie sie erwartet hatten – tatsächlich dauerten ihre Bemühungen, mit dieser neuen Bautechnik Zeit zu sparen, tatsächlich länger.

„Diese Nähte sind 12 Fuß lang, und die Zeitersparnis, die wir durch die höhere Geschwindigkeit dieser Schweißmaschine einsparten, wurde tatsächlich durch die Zeit, die wir für die Einrichtung der Platten auf der Vorrichtung benötigten, bevor der Roboter eintrifft, mehr als ausgeglichen“, sagt Bruno erklärt.

Stattdessen wird das Unternehmen auf die bei Centaur III verwendete Methode zurückgreifen, das sogenannte Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen. Bruno sagt, dass es sich um eine breitere Schweißnaht handelt, die fehlerverzeihender sein kann, auch wenn sie manuell ausgeführt wird.

BE-4-Motoranomalie

Der CEO ging auch auf eine kürzliche Explosion der BE-4-Triebwerke der ersten Stufe ein. Während eines Testfeuers am 30. Juni bestätigte Bruno, dass einer der Motoren an einem Blue Origin-Teststandort in West-Texas explodierte.

Beim 15. Abnahmetestverfahren (ATP) wird der Motor getestet, der zuvor bei einem früheren ATP durchgefallen war

– hatte einen Durchbrand. Während der Durchführung von Tests, beim Warten auf den Start am Startplatz und während des Fluges überwachen Computer alle Instrumente, um festzustellen, ob sie einen „roten Liniengrenzwert“ überschreiten. Bei dieser Grenze handelt es sich um eine festgelegte Marke, bei der, wenn eine ihrer Fahrzeugbeschränkungen diese rote Linienzahl überschreitet, entweder ein Abbruch am Boden oder ein Befehl zum Abschalten eines Triebwerks mitten im Flug erfolgt.

An der Basis des Vulcan-Fahrzeugs, das den ersten Zertifizierungsflug absolvieren wird, sind zwei BE-4-Triebwerke zu sehen. (Quelle: ULA)

Bruno gab zu, dass der Grenzwert für die rote Linie etwas zu hoch eingestellt war, was zu einer Explosion führte, als der Motor versuchte, sich selbst abzuschalten. Bei allen zukünftigen Missionen und Tests wird der Schwellenwert gesenkt.

Bruno betonte, dass Ausfälle wie diese Teil des Prozesses seien und behauptete, ähnliche Testausfälle bei derzeit in Betrieb befindlichen Triebwerken wie dem RL-10 und dem RD-180 gesehen zu haben.

„Die beiden Triebwerke des ersten Fluges haben diesen Test bestanden, ebenso wie ein Dutzend BE-4-Raketentriebwerke, die alle heiß abgefeuert wurden und insgesamt über 26.000 Sekunden im Betrieb waren“, sagte Bruno. „Wir sind vom Design und der Verarbeitung der Anlagen, die die Abnahme bestanden haben, sehr überzeugt. Dies ist nicht unerwartet. Es wird nicht das letzte Mal sein. Und es wird auch andere Komponenten der Rakete geben, die bei den Abnahmetests ebenfalls durchfallen.“

STATISCHES FEUER! Vulcan führt die erste Zündung seiner BE-4-Triebwerke während des Flight Readiness Firing (Cert-1) durch.https://t.co/6FHkldnYri pic.twitter.com/SpZAWLgl0T

— Chris Bergin – NSF (@NASASpaceflight) 8. Juni 2023

Ein als „Flight Readiness Firing“ bekannter Test des Fahrzeugs wurde am 7. Juni erfolgreich abgeschlossen. Dabei zündete die erste Stufe und zündete ihre beiden BE-4-Triebwerke etwa sieben Sekunden lang mit Flugleistung. Bruno sagt, dass dies zu den Motoren gehört, die ihre ATP bestanden haben.

Der Weg nach vorne

Laut Bruno wird der erste Zertifizierungsflug von Vulcan entweder im späten dritten oder frühen vierten Quartal dieses Jahres stattfinden, ein konkretes Datum wurde jedoch nicht genannt. Die vollständige Fahrzeugzertifizierung wird voraussichtlich im ersten Quartal 2024 abgeschlossen sein. Das Unternehmen geht davon aus, später im selben Jahr im Rahmen des National Security Space Launch-Programms der United States Space Force militärische Nutzlasten fliegen zu können.

(Hauptbild: Der Cert-1 Vulcan-Centaur-Stack rollt am 11. Mai zur Startrampe von SLC-41. Bildnachweis: United Launch Alliance)