Ariane 5 Die kommerzielle Zukunft der europäischen Raumfahrt. Michael H. Obersteiner

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Mareke Fuhrmann
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1 Ariane 5 Die kommerzielle Zukunft der europäischen Raumfahrt Michael H. Obersteiner DGLR Hamburg,

2 Aktuelle Raumtransportsysteme - Shuttle & Trägerraketen

3 Raumtransport - Global & Heute Der globale Raumtransport Bedarf von Telekom Satelliten, ISS, Wissenschaft und Militär hat ein Volumen von 4-7 Mrd / Jahrund wird durch die existierenden Trägersysteme abgedeckt: USA: Shuttle, Delta 4, Atlas 5,... Europa: Ariane 5 Japan: Russland/Ukraine: H2A Proton, Soyuz, Rockot, Zenith Kosten, Flexibilität, Verfügbarkeit und die Grenzen der Zuverlässigkeit dieser Systeme sind im Detail bekannt Weitere wesentliche Verbesserungen (Kostenreduzierung, höhere Zuverlässigkeit, Startabbruch, Rückkehrmöglichkeit der Nutzlast) könnte durch Wiederverwendung erreicht werden, allerdings läßt sich eine komplett kommerziell finanzierte Entwicklung nicht amortisieren Die USA werden eine Weiterentwicklung oder Ersatz für das Space Shuttle benötigen (seit 1981 in Betrieb)

4 Evolution von Luft- und Raumfahrzeugen Extension of Shuttle operating life is consistent with evolution and extension of other high performance vehicle platforms HU-1 A B E F C K L Space Shuttle > 40 yrs ( ) > 50 yrs ( ) F-15 A B C D A B C D J E CH-47 A B C E H J S > 50 yrs ( ) > 60 yrs ( ) > 75 yrs ( ) C-130 DC-3 (Commercial) C-47, C53, C-117, R4D, L1-2 (Military) > 65 yrs ( ) DC-3 B D A C F H E G > 90 yrs ( ) B

5 Europas Startkapazität ab 2007 ab Ariane 5 ESC-B Ariane 5 ESC-A Ariane 5 EPS + Soyuz Starsem GTO (Doppelstart) Rockot Vega GTO, MEO Grosse LEO LEO Komplette Startkapazität Folie 5 Astrium

6 Marktevolution (letzte Dekade) Starts/Jahr TC Constellation Commercial (wo TC constellations) Defense Civilian agencies Manned Space Ariane 5 Markt (anteile)

7 Marktprojektion (kommende Dekade) für Ariane 5 zugänglicher Markt 100 = + TC Constellation Commercial (wo TC constellations) Defense 40 + Civilian agencies Manned Space Folie Astrium

8 Kommerzieller GEO Markt (Telekom)

9 Europäische Staatliche Nutzlasten

10 Projektion der spezifischen Startpreise Specific Launch Price [$/kg] GTO LEO Year Wegen des begrenzten Marktes und der großen Konkurrenz wird erwartet, dass sich die Startpreise alle Jahre halbieren

11 Ariane Kostenreduzierung (Lernkurve) Die Erfahrung aus der Ariane 4 zeigt, dass durch kontinuierliche Verbesserung der Fertigung und Integration eine Kostenreduzierung von ca. 30% über einen Zeitraum von 10 Jahren realistisch ist Weitergehende Kosteneinsparungen erfordern konstruktive Veränderungen und damit Investitionen Die Marktevolution erfordert eine Reduzierung der Ariane 5 Startkosten (Fertigung, Integration und Betrieb) von 50% innerhalb der ersten 10 Jahre Ariane 5 Betrieb ( )

12 Projektion der Gemittelten Satellitenmasse (GTO) Average Satellite Masses Evolution Mass [t] Years

13 Effiziente Leistungssteigerung als Kosteneinsparung 3S SHH 3S KHH Structure Specific RC Variation [k$/kg] ,2 1,1 1 0,9 0,8 Structure Mass Variation Stage 1 Stage 2 Stage 3 1,2 1,1 1 0,9 0,8 Structure Mass Variation Stage 1 Stage 2 Stage 3 ~ 10% Upper Stage Structure Mass Reduction is equal a Upper Stage Structure RC Reduction of 50% Assumptions: 10k$/kg LP GTO, 3k$/kg initial Structure Cost

14 Entwicklungskosten (US Analyse) ~$38B Saturn V Unit Price Total U ~$2B 15 ~$32B B-2 ~$1B 21 ~$27B ~$12B A-380 (estimated) ~$220M ~75 Shuttle ~$2B 5 ~$9B ~$9B $3B $3-5B $750M (In 2001 $) 1996 Ford Taurus Pentium Chip (estimated) Ariane V Concorde (estimated) Years In Development ~$120M? ~$160M $20K ~$100 Gillette Mach 3 ~$1.50 $ M > 500 Billio

15 Geplantes ESA Budget für den Raumtransport Sektor Meuro Member States' contributions to the Launcher Sector in Meuro Ground Segment Development Ground Segment Development Production R&T 400 Arianespace Turnover 200 Production Years ESA/C(2002)54 Annex 5

16 Französisch-Deutsche Ariane Systemfirma - LICo

Raumfahrt Nutzung - Realität und Visionen

17 Raumfahrt Nutzung - Realität und Visionen Today Telecom, EO, Nav, Science & Military Satellites Interplanetary Missions Human Exploration & Outpost Moon Future Potentials Mars Satellite Transport / Servicing International Space Station Energy from Space Space Tourism

NASA s Visionen für den Zukünftigen Raumtransport

Scientific Platform Satellite Retrieval and Repair

Transportation Rendezvous, Docking, Crew Transfer

Platform 10x Cheaper 100x Safer 2040: 4th Generation

20,000x Safer 2025: 3rd Generation RLV New Markets

18 NASA s Visionen für den Zukünftigen Raumtransport Today: Space Shuttle 1st Generation RLV Orbital Scientific Platform Satellite Retrieval and Repair Satellite Deployment 2010: 2nd Generation RLV Space Transportation Rendezvous, Docking, Crew Transfer Other on-orbit operations ISS Orbital Scientific Platform 10x Cheaper 100x Safer 2040: 4th Generation RLV Routine Passenger Space Travel 1,000x Cheaper 20,000x Safer 2025: 3rd Generation RLV New Markets Enabled Multiple Platforms / Destinations 100x Cheaper 10,000x Safer

19 US-Konzepte Wiederverwendbarer Raumtransporter Boeing Lockheed Martin OSC/Northrop Grumman

20 Benötigte Verbesserungen für Neue Märkte (US Analyse) PARAMETER Today 2 nd -Gen RLVs 3 rd -Gen RLVs Dollars / kg to LEO $10000-$20000 $2000 $200 Average flights / yr 5-10 per LV 100 > 500 Order time >Year 1 Week Days Reliability (loss of vehicle) Experienced >.999 > New Markets None Space Exploration? (Moon, Mars) Space tourism Suborbital or hypersonic transportation New military role

21 Shuttle - Das Zuverlässigste Raumtransportsystem Transportsystem Erfolgsrate [%] Shuttle 99.1 Soyuz 98.2 Delta II / III 96.4 Atlas Family 96.4 Ariane 93.0 Proton 93.3 Titan IV 90.3 Titan 34D, II, III 89.4 Long March 88.1 Sea Launch 85.7

22 Mangelnde Zuverlässigkeit bemannter Missionen (US Analyse) Commercial Aircraft Military Aircraft Risk mitigation: New technology Evolution of existing systems Space Shuttle Loss of Life One in 8,000,000 enplanements* One in 159,000 flight hours** SLI goal: 1 in 10,000 One in 245 enplanements Risk assumable by industry Risk gap facing commercial human-rated launch systems Risk borne by governments ELVs One in 95 enplanements * 2000 NTSB preliminary data US carriers with 10+ seats (665M enplanements / 83 fatalities) ** 2000 US Military Service Safety Centers Data (see notes page for web sites) Reliability statistics do not include acts of terrorism

23 Die Bedeutung int. Zusammenarbeit in L&R Programmen lugzeuge rägerraketen Viele wissenschaftliche, kommerzielle und auch militärische Luft- und Raumfahrt Programme sind internationale Anstrengungen JSF Delta II A E F K HSF&E Graphics: you get the idea, keep going. Maybe redo as 2 column to allow more examples? S Data to follow. Delta IV aumfahrt Ariane 5 ISS Sonden

24 RLV Technologiebedarf Flight Control System Reusable Thermal Protection Aerothermodynamics Shape & Configuration Definition Reusable Propulsion Cost Efficient Turn-Around Operations

25 Demonstrationsbedarf bzgl. Der RLV-Flugbahn 120,0 Socrates (Phoenix II) Hercules 100,0 Altitude [km] 80,0 60,0 IXV (Pre-X) Phoenix I 40,0 20,0 Typical Re-Entry Trajectory 200kW/m² 400 kw/m² RFS - Trajectory Hopper Trajectory 0, Ma

26 Leistungs/Kosten-Relation von RLV-Demonstratoren Demonstration Objectives Landing & Transonic TAEM TAEM & ATD TAEM & ATD & Chemical Effect LOX/LH 2 Propelled Vehicle (15t) (Engine/s?) Propelled Vehicle & Booster(s) or Extended Vehicle (>50t) Propulsion LOX/HC Solid PHOENIX Propelled Vehicle (& Balloon Drop) Balloon drop & Propulsion Airlaunch or Booster (X-34) Airlaunch or Staging Airlaunch or Booster Staging or Airlaunch & Staging (Pegasus) 500 M No Helicopter or Balloon Drop 50 M < 1,5 > 5 ~ 8 > 10 P 15 M Maximum Velocity [Ma]

27 Das Deutsche Demonstrationsprojekt PHOENIX Steep Approach MAX ~ 105 m/s ~ 50 m/s g ~ 28 V MAX V V Release Altitude 4000 m Speed > 30 m/s Flare Altitude ~ 400 m Roll-Out Touch-Down Landing Gear Deployment T - 15 s

28 Europäische Raumtransport Evolution (CNES Vorschlag) A5 A5 Généric A5 ECA Versatile A5 ECB AR 2010 Alternative systems /2005 ELV ELV Preparatory program 2000 System On-ground demonstration RLV Soyuz Rockot VEGA / RLV Preparatory Program System On-ground demonstration PRE-X X vehicles Expendable? Mixed Reusable

29 Zusammenfassung Der Raumtransport befindet sich weltweit in einer kritischen Situation Kommerzieller Markt leidet unter der allg. Wirtschaftsflaute Begrenzte Budgets für staatl. Missionen, insbesondere in Europa Überangebot an Trägern-Kapazität Russische Träger können zu Dumping-Preisen angeboten werden Die Ariane Industrie stellt sich der Herausforderung durch Konzentration und Effizienzsteigerung (LICo) Kosteneinsparung durch Anpassung der Kapazitäten Anpassung der Leistungsfähigkeit an den zukünftigen Marktbedarf Die Agenturen unterstützen durch Weitere Förderung der notwendigen Ariane Entwicklungsarbeiten Ausgleich von Ariane Wettbewerbsnachteilen (staatl. abgesicherte Mindeststartrate) Technologieförderung für langfristige Entwicklungen (RLVs)

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