United Launch Alliance schafft Lösung für Centaur V-Wasserstoffleck und strebt Ende 2023 den ersten Start des Vulcan Centaur an

Der Erststart der nächsten Generation der Schwerlastrakete Vulcan-Centaur der United Launch Alliance wird nun im Jahr 2023 stattfinden, so eine aktuelle Ankündigung von ULA-CEO und Präsident Tory Bruno.

Im Gespräch mit Reportern am Donnerstagmorgen (13. Juli) sagte Bruno, dass die United Launch Alliance die Quelle des Wasserstofflecks ermittelt habe, das am 29. März während eines Tests im Marshall Space Flight Center der NASA zur Explosion einer Centaur V-Oberstufe führte – und dass das Unternehmen hatte eine Lösung für das Leck bei zukünftigen Raketen entwickelt. Die Explosion zwang ULA, den ursprünglich für Mai geplanten ersten Start zu verschieben, bis die Untersuchung abgeschlossen ist.

„Wir gehen davon aus, dass wir im vierten Quartal dieses Jahres fliegen werden, noch vor Jahresende“, sagte Bruno gegenüber Reportern.

Bruno fügte hinzu, dass die jüngste Explosion eines von Blue Origin hergestellten BE-4-Triebwerks während eines im letzten Monat durchgeführten Tests ebenfalls bereits von den Ingenieuren verstanden wurde und den neuen Startplan für den ersten Vulcan-Centaur-Zertifizierungsstart oder Cert-1 nicht stören würde.

Die Vulcan Centaur-Rakete, mit deren Entwicklung ULA 2014 begann, ist der Ersatz der nächsten Generation für die Atlas V- und Delta IV Heavy-Raketen, die das Unternehmen seit Jahren fliegt. ULA hat bereits Verträge zum Start privater und staatlicher Nutzlasten an Bord der Vulcan Centaur, darunter 38 Starts von Kuiper-Breitband-Internetsatelliten für Amazon und Nutzlasten des National Security Space Launch (NSSL) für die US Space Force.

Die zweistufige Trägerrakete besteht aus der Vulcan-Hauptboosterstufe, die zwei mit Methan und flüssigem Sauerstoff betriebene BE-4-Motoren verwendet, und der Centaur V-Oberstufe, die flüssigen Sauerstoff und flüssigen Wasserstoff zum Antrieb von zwei RL-10-Motoren verwendet . Zusammen werden die beiden Vulcan Centaur-Raketenstufen bis zu 60.000 Pfund (27.215 kg) in eine erdnahe Umlaufbahn befördern.

Minus 150 bis 300 Pfund also.

Während des Gesprächs mit Reportern am Donnerstag erklärte Bruno, dass die Behebung des Wasserstofflecks, das zur Explosion am 29. März führte, darin bestehen werde, der Oberstufe der Centaur V etwas mehr Masse zu verleihen.

Die Oberstufe von Centaur V, erklärte er, sei im Wesentlichen ein 40 Fuß langer Stahlzylinder mit einem Durchmesser von 18 Fuß und Wänden, die nur Bruchteile eines Zolls dick seien.

„Der dickste Teil dieser Struktur ähnelt wahrscheinlich wirklich hochwertigem Karton“, sagte er. „Wahrscheinlich haben Sie einmal eine Hochzeitseinladung in der Hand gehabt, die dicker war als die Wände dieses Gebäudes.“

Die Enden des Zylinders werden von zwei Kuppeln abgedeckt, die aus 15 gebogenen Stahldreiecken bestehen, die noch dünner, auf etwa 26 Tausendstel Zoll, oberflächengefräst und entlang 12-Fuß-Nähten lasergeschweißt werden, erklärte Bruno. An ihrer Spitze befindet sich eine dicke Stahltür, die den Zugang zum Flüssigwasserstofftank in der oberen Kuppel und zum Flüssigsauerstofftank in der unteren Kuppel ermöglicht.

Während des Tests am 29. März, bei dem das Testfahrzeug Centaur V allen möglichen Belastungen und Belastungen ausgesetzt werden sollte, denen es während des Betriebs ausgesetzt sein könnte, und um die gesamte Raketenflotte für alle möglichen Missionen zu qualifizieren, bildete sich laut Bruno ein Riss in der Nähe der oberen Tür und breitet sich entlang einer der Dreiecksnähte aus. Sobald genügend Wasserstoff konzentriert war, entzündete ein Funke den Kraftstoff und verursachte die Explosion.

Der erste Riss sei durch zwei Fehler entstanden, erklärte Bruno. Erstens war die Geometrie der dreieckigen Metallbleche, die oben in der oberen Kuppel auf die dicke Tür trafen, der Belastung, der sie ausgesetzt war, nicht gewachsen. Zweitens waren die Nähte zwischen den Dreiecken nicht so stark, wie erste Labortests vermuten ließen.

Die Lösung, sagte Bruno, bestehe darin, einen Stahlring um die Oberseite der Kuppeln anzubringen sowie Stahlstreifen, die über die gesamte Länge der Nähte zwischen jedem der 15 dreieckigen Teile verlaufen.

„Wir nennen diese Verdoppler“, sagte Bruno. „Keine sehr anspruchsvolle oder High-Tech- oder Hochrisiko-Aktion oder -Konstruktion, weil wir es einfach nur ein bisschen dicker brauchen müssen; 20 Prozent dicker.“

Die Doppler würden zunächst etwa 300 Pfund zum Gewicht der Centaur V-Oberstufe hinzufügen, obwohl das Oberflächenfräsen nach dem Testen das zusätzliche Gewicht um etwa die Hälfte reduzieren könnte, sagte er. Obwohl es weniger als 1 Prozent der Nutzlast der Rakete in die Umlaufbahn ausmacht, „reduziert jedes Pfund träges Gewicht die Nutzlast um ein Pfund, sodass 300 Pfund 300 Pfund weniger Satellit bedeuten.“

Künftig werde ULA auch wieder zum Lichtbogenschweißen der Nähte zwischen den dreieckigen Teilen zurückkehren, wie es bei der früheren Raketenstufe Centaur III der Fall war, fügte Bruno hinzu und wies darauf hin, dass das Laserschweißen den Produktionsprozess nicht wie erwartet nennenswert beschleunigt habe.

Die Explosion der Be-4-Rakete am 7. Juni habe während der Abnahmeprüfung stattgefunden, sagte Bruno und erklärte, dass Raketen und Komponenten zwei Arten von Tests unterzogen würden.

Durch Qualifikationstests wird bestätigt, dass ein Design funktioniert, und Blue Origin hat die Qualifikationsprüfung des BE-4-Motors bereits abgeschlossen.

Bei der Abnahmeprüfung handelt es sich jedoch um einen Test, den jede Komponente durchlaufen muss, um zu beweisen, dass sie korrekt hergestellt wurde, bevor sie in eine Trägerrakete eingebaut wird, erklärte Bruno und wies darauf hin, dass Misserfolge bei Abnahmeprüfungen häufig vorkommen, selbst bei Triebwerken.

„Das ist nicht unerwartet“, sagte er gegenüber Reportern. „Es wird nicht das letzte sein und es wird auch andere Komponenten der Raketen geben, die die Abnahmetests nicht bestehen. Ich fühle mich geschmeichelt über die Aufmerksamkeit, die wir jetzt erhalten, nachdem in den sozialen Medien ein routinemäßiger Abnahmetest lebhaft diskutiert wurde, aber das ist wirklich keine Neuigkeit.“

Was das Ziel für den Start von Cert-1 im vierten Quartal betrifft, sagte Bruno, dass das konkrete Startdatum tatsächlich von einer der Nutzlasten und nicht von der Rakete selbst abhängt. Insbesondere besteht die Möglichkeit, dass Cert-1 auf dem robotischen Peregrine Lunar Lander warten muss, der von Astrobotic aus Pittsburgh hergestellt wird und Teil des Commercial Lunar Payload Services-Programms der NASA ist, das private Unternehmen dabei unterstützen soll, kleine Nutzlasten zum Mond zu transportieren.

„Jeden Monat gibt es eine Handvoll Tage, an denen Astrobotic starten und unter den gewünschten Bedingungen ankommen kann“, sagte Bruno. „Wir sind gerade dabei, mit ihnen zusammenzuarbeiten, um herauszufinden, wann ihre Fenster in diesem Viertel liegen. Und wir haben diese Antwort noch nicht, deshalb nenne ich Ihnen kein genaues Datum.“

Jon Kelvey ist ein Wissenschaftsjournalist für die Bereiche Raumfahrt, Luft- und Raumfahrt und Biowissenschaften. Seine Arbeiten wurden neben SpaceRef auch in Publikationen wie Air & Space Magazine, Earth and Space News, Slate und Smithsonian veröffentlicht.