Europas unabhängiger Zugang zum Weltraum: Ariane 6

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1 Europas unabhängiger Zugang zum Weltraum: Ariane 6 Hans Steininger, CEO MT Aerospace AG 4. Bodensee Aerospace Meeting Lindenberg,10. März 2015 MT Aerospace AG Franz-Josef-Strauß-Straße Augsburg Phone +49 (0) info@mt-aerospace.de

2 Ankerpunkt europäischer Raumfahrtstrategie Der unabhängige Zugang Europas zum Weltraum ist Grundvoraussetzung für Eigenständiges Handeln der deutschen und europäischen Raumfahrt (Verankerung im EGAS Programm der ESA) Die Wahrnehmung hoheitlicher Aufgaben zum Nutzen und Schutz der Bevölkerung: Erdbeobachtung, Sicherheit, Umweltmonitoring, Satellitennavigation Eigenständige Weltraumwissenschaft: Astrophysik, Erforschung des Sonnensystems, Geowissenschaften, Schwerelosigkeit Weltraumexploration Entwicklung und Nutzung der Kommunikationstechnik Viele Spin-offs der Raumfahrttechnik Die Sicherstellung des unabhängigen Zugangs Europas zum Weltraum ist eine zentrale Aufgabe der ESA 2

3 Ariane Europas Zugang zum Weltraum Grundpfeiler ist das sehr erfolgreichen Trägerprogramm Ariane für institutionelle und kommerzielle Nutzlasten des globalen Satellitenmarktes Fortschritte in der Satellitentechnologie, sich ändernde Kundenbedarfe und erhöhter Kostendruck durch zunehmenden internationale Wettbewerb bei den Trägern zwingen zu steter Marktanpassung Im Dezember 2014 beschließt die Ministerratskonferenz die Entwicklung von Ariane 6 als Nachfolger von Ariane5 A1 A2 A3 A4 A5 VEGA A62 A

4 Ariane 5 im globalen Wettbewerb Situation der Ariane 5 heute 75 erfolgreichen Flüge, höchste Präzision und Zuverlässigkeit (nur 2 Fehlschläge) Marktanteil >50% bei zivilen Satelliten weltweit aber wachsender Verlust an Wettbewerbsfähigkeit Jeder A5 Start mit 20 Mio subventioniert Öffentlicher Sektor fordert Einstellung der Subventionen für kommerzielle Flüge Max. Nutzlast und Doppelstartkonfiguration bieten wenig Flexibilität hinsichtlich Nutzlastpaarung Technologien auf dem Stand vor 30 Jahren; keine wiederzündbare Oberstufe Private Launch Service Providers etablieren sich im Markt mit aggressiven Preisen (Space X, Orbital Sciences) Prognose sinkender Startkadenzen und zunehmender Subventionsbedarf auf Basis heutiger Konfiguration und Startkosten der Ariane 5 Heutige Marktposition von Ariane am stärksten bedroht durch privaten US Konkurrenten Space X Nutzlast in GTO Nutzlast in LEO Falcon 9 Falcon Heavy 4,9 t 21 t 13,2 t 53 t Preis 61,2 M$ 85 M$ Flüge 16 Erstflug

5 Antwort auf globalen Wettbewerb 2012 beschließt ESA Vorgehen in 2 Schritten Übergangsszenario Weiterentwicklung der Ariane 5 zu A5 ME (Midlife Evolution): Erhöhung der Nutzlastkapazität um 20% und damit Doppelstartkapazität für große Satelliten bei gleichen Startkosten, erhöhte Flexibilität bei Satellitenpaarung, sowie verbreitertes Missionsangebot und kontrolliertes De-orbiting durch wiederzündbares Triebwerk VINCI MT Aerospace wird mit der Entwicklung des metallischen Oberstufentanks beauftragt A5 ME Oberstufentank Entwicklung eines zukunftsfähigen A5 Nachfolgers Vorbereitung mit Studie New European Launch Service (NELS) zur Untersuchung von Trägersystemen und -services, die ohne Unterstützung im kommerziellen Markt bestehen können Die Studie wird parallel an die beiden Systemhäuser ASTRIUM und OHB vergeben 5

6 Ariane 5 ME MT Aerospace war auf Entwicklungsauftrag des A5ME Bare Tanks gut vorbereitet langjährige Erfahrung in Design und Produktion von A5 Tankkomponenten Entwicklung innovativer Fertigungstechnologien und Erprobung neuer Werkstoffe alternative Designkonzepte zur Steigerung von Performance und Robustheit Innovative Technologien konnten bei A5ME erstmals erfolgreich eingebracht werden Das Lower Tank Compartment enthält Schweißnähte in Friction Stir Welding 4 m Tankdom mit dem Spin forming Verfahren hergestellt (nicht sichtbar) 6

7 NELS Studie Zielsetzung Einbindung der Industrie bei der Suche nach einem wettbewerbsfähigen europäischen Trägersystem im globalen kommerziellen Nutzlastmarkt Untersuchungsschwerpunkte Marktanforderungen an Launch Services, Trägerkonzepte, Public Private Partnership Modelle und industrielle Organisation Ergebnis Niedrigste Kosten erzielen einfache, nicht modulare Träger (Einzelstart) geringe Kostenvorteile für Konzept mit 2 Feststoffstufen (PPH) gegenüber Stufen mit kryogenem Antrieb (LH2/LOX) Vorteile für Methan- oder Kerosin-Antrieb, aber nicht verfügbar in Europa Adäquate Design Verantwortung Anzahl der Hauptlieferanten 15 (Reduktion um 40% gegenüber A5) Beschränkung auf wenige Länder 7

8 Entscheidung für A6 PPH ESA Entscheidung für PPH Launcher Konzept Einzelstart-Träger für 6,5 t Nutzlast in GTO 4 identische Feststoffmotoren bilden 1. und 2. Stufe 3. Stufe ist von A5 ME abgeleitete kryogene Stufe mit separaten Tanks und VINCI Triebwerk Ausschreibung konsolidierter Launcher Elemente im Wettbewerb MT Aerospace Angebot für 3 Elemente (Strukturen, ausgerüsteter isolierter Oberstufentank, Motorgehäuse) Sehr gute Angebotsbewertung und Beauftragung mit Phase A Studie für 2 Elemente (Strukturen, Oberstufentank) 8

9 Neue A6 Konfiguration PPH ESA kann PPH Konfiguration nicht durchsetzen Keine Lösung für Georeturn-konsistenten Workshare, Konzept bedingt starke Interessenskollisionen beteiligter Nationen und Industrien Airbus D&S und Safran gründen Joint Venture und schlagen neues Launcher Konzept vor ESA erhält Auftrag zur Konzeptüberprüfung unter Beteiligung von Industrie und Agenturen Arbeitsgruppe evaluiert unterschiedliche Trägerkonzepte und Missionsszenarien Arbeitsgruppe einigt sich auf Vorschlag eines neuen, modularen Trägerkonzepts mit Einzel- und Doppelstartmöglichkeit ESA erstellt neuen Programmvorschlag für die Entwicklung von Ariane 6 zur Ministerratstagung im Dez

10 Ariane 6 - Ministerratskonferenz 2014 Ministerratskonferenz 2014 beschließt Entwicklung von ARIANE 6 gezeichnetes Budget in Höhe 3,75 Mrd modulares Design-Konzept, adaptierbar bei ändernden Marktanforderungen: 2 Varianten für Einzel- und Doppelstart, max. Nutzung der A5ME Entwicklung, identische Feststoffmotoren für Ariane und VEGA C schnelle Marktverfügbarkeit: Erstflug 2020 ESA garantiert 5 institutionelle Nutzlasten pro Jahr (SpaceX-Ansatz) Hauptauftragnehmer (Airbus Safran Launchers) trägt Verantwortung und wirtschaftliches Risiko für kommerzielle Vermarktung Beteiligung der Mitgliedsländer gemäß Geo-Return Stopp der Entwicklung von Ariane 5 ME und Nutzung der Ergebnisse bei A6 Entwicklung einer 2. Produktionslinie für CFK-Booster-Gehäuse in Deutschland (Zeichnung eines zweckgebundenen Budgets) 2. Produktionslinie für CFK-Booster-Gehäuse bei MT, ermöglicht durch Erfolgreiche Technologieentwicklung im Verbund mit DLR und ESA, sowie der Forschungsförderung, insbesondere durch die bayerische Staatsregierung Hohe deutsche Zeichnung: 23% 10

11 P80 P120 Nutzung der Synergien mit Ariane 5 und VEGA Ariane 5 ME Entwicklung IMC / Avionik TVC / Struktur obere Elemente Oberstufe / Vinci wie geplant Vega C Entwicklung P120 wie geplant EPC / Vulcain 2 vereinfachtes Design Ariane 6 mit 2 Konfigurationen Ariane 62 mit 2 x P120 Ariane 64 mit 4 x P120 11

12 Ariane 6 Konfiguration A62 / A64 Technische Hauptdaten Varianten A62 und A64 unterscheiden sich nur durch Anzahl identischer Booster (2/4) Durchmesser der ersten und zweiten Stufe: 4,6 m Treibstoffmasse der ersten Stufe: 140 t Treibstoffmasse der zweiten Stufe: 31 t Durchmesser der Booster: 3,3-3,5 m Länge der Booster: 12 m Treibstoffmasse der Booster: 130 t Lasteinleitung der Booster unten Gesamtlänge der Rakete: ca. 70 m Oberstufe: kryogener Antrieb (LOX/LH2) mit VINCI Zentralstufe: kryogener Antrieb (LOX/LH2) mit mod. VULCAIN 2 oder 4 Booster: Feststoff-Antrieb 12

13 Unser Beitrag zum Erfolg der A6 Was qualifiziert MT Aerospace zu einem wichtigen Entwicklungspartner für die herausfordernden Ziele der Ariane 6: höchste Performance bei wettbewerbsfähigen Preisen? MT Aerospace ist kompetenter und zuverlässiger Entwicklungspartner und Produzent für Ariane seit den Anfängen des Programms Designkompetenz und tiefes Fertigungs-Know-how werden durch anhaltend hohe Qualität der Lieferungen für Ariane 5 demonstriert (u.a. Booster-Segmente, Front Skirt, Tanks und Tankkomponenten) MT betreibt stetige Technologieentwicklung für robuste, kostengünstige Fertigungsprozesse und den Einsatz innovativer Materialien, unterstützt durch nationale und europäische Programme, oftmals im Verbund mit Partnern aus Wissenschaft und Forschung MT hat kompetente Entwicklungspartner, wie z.b. das bayerische Kompetenzcluster für Faserverbundtechnologie Augsburg MT verfügt über die Technologien für effizienteste Herstellprozesse 13

14 Fertigungsverfahren für Tankdome Herstellung aus Domsegmenten Shot-peen forming konturierter Schalensegmente (near net shape) Verschweißen der Segmente Formen kompletter Domschalen Spin forming konturierter Ronden (near net shape) A5 Tankdome A5ME LOX Dome 14

15 Expertise für große Tankkomponenten international anerkannt MT belieferte viele Jahre die japanische HII-A mit Tankdomen, hergestellt mit dem Spin forming Prozess NASA lässt 5,4 m Dom in Al-Li bei MT mit dem Spin forming Verfahren herstellen Boeing beauftragt Tankkomponenten für das NASA Space Launch System Entwicklung und Fertigung von Domsegmenten für SLS Zentralstufe 15

16 Einsatz robuster Schweißprozesse Schweißverfahren für Assembly metallischer Komponenten EB Welding WIG-AGL Welding Friction Stir Welding (präferiert bei A6) Friction-stir welding (FSW) Gute Werkstoffeigenschaften der Schweißnaht Hohe Prozessstabilität Schweißbarkeit von Al-Li Legierungen Hoher Automatisierungsgrad und Reproduzierbarkeit Große Flexibilität TRL 6 Friction-stir welding (Pin im Einsatz) FSW Verfahren bei A5ME erstmals für Flughardware zugelassen und erfolgreich angewendet FLLP Demonstrator für Technologien: Spin forming, Friction-stir welding, Al-Li Tank erfolgreich getestet 16

17 Entwicklung eines CFK Motorgehäuses für A6 Herausforderung Kostenvorteile ggü. Herstellverfahren der Konkurrenz Kurze Durchlaufzeiten für hohe Produktionsraten Prozessauswahl Hoch automatisierter Prozess mit out-of-autoclave Infusion Integration der Skirts im gleichen Prozess Aufbringen der trockenen Fasern direkt auf Isolation Vorteile Niedrige Materialkosten Wenig Prozessschritte Hohe Präzision, Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit Kein Invest für Autoclave 17

18 CFK - Small Scale Demonstrator Herstellung eines Small Scale Demonstrators Durchmesser: 800 mm; Länge: 2000 mm Repräsentatives Composite-Design (Lagenaufbau) Optimierter Harzinfusionsprozess Wanddicken bis 50 mm werden reproduzierbar erreicht Preform trocken Zustand nach Harzinfusion 18

19 Ariane 6 - MT Arbeitsanteile MT verhandelt mit ASL über einen Workshare bei A6, der dargestellte Komponenten umfasst Oberstufentank Komponenten Zentralstufentank CFK Booster Gehäuse (50% Anteil ) Booster Strukturen Schubstruktur Zentralstufe (30% Anteil) 19

20 Mit Ariane 6 zu neuen Erfolgen Das neue europäische Trägersystem steht vor großen Herausforderungen Senkung der Startkosten um 40-50% Bei unverändert hoher Zuverlässigkeit und excellenter Performance Anpassungsfähigkeit an Veränderung im Markt in den Folgejahren Voraussetzungen zur Erfüllung dieser Anforderungen Optimale Nutzung europäischer Kompetenzen Produktionsgetriebenes Design: hohe Automation, stabile Prozesse, reife Technologien, Nutzung innovativer Technologien Designverantwortung nahe am Produkt Schlanke Industrieorganisation Reduzierung von Schnittstellen Neue Ideen für einfache, kosteneffiziente Lösungen MT Aerospace kann einen wertvollen Beitrag zum Erfolg von Ariane 6 leisten 20