Vega (Rakete)

Die Vega (italienisch Vettore Europeo di Generazione Avanzata „Europäische Trägerrakete fortgeschrittener Generation“) ist eine italienische vierstufige Trägerrakete für kleine Satelliten, die im Auftrag der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) ab 1998 von Avio entwickelt wurde. Ihren erfolgreichen Erstflug absolvierte sie am 13. Februar 2012.^[1] Sie ist die bislang kleinste europäische Trägerrakete und kann 1,5 Tonnen Nutzlast in eine erdnahe Umlaufbahn bringen. Ab 2024 wird sie durch die stärkere Vega-C ersetzt, die bis zu 2,5 Tonnen transportieren kann und am 13. Juli 2022 erstmals und erfolgreich startete. Seit 2019 häufen sich technische Probleme bei den Vega-Flügen.

Entwicklung und Vertrieb

Die Entwicklung der Vega wurde von der italienischen Raumfahrtagentur ASI und der italienischen Raumfahrtindustrie als nationales Vorhaben gestartet. 1998 wurde daraus mit Hilfe des damaligen ESA-Generaldirektors Antonio Rodotà ein ESA-Projekt.^[2] Ziel der ESA war, mit einer leichten Trägerrakete die europäischen Startkapazitäten zu erweitern. Die Vega sollte die schwere Ariane 5, die vom Raumfahrtzentrum Guayana in Kourou startete, ergänzen. Durch die einfache Bauweise der Vega als Feststoffrakete erhoffte man sich eine erhöhte Zuverlässigkeit und eine drastische Reduzierung der Startkosten auf unter 20 Millionen Euro.

Es beteiligten sich sieben Nationen: Italien (65 %), Frankreich (12,43 %), Belgien (5,63 %), Spanien (5 %), die Niederlande (NIVR, 3,5 %), die Schweiz (EKWF, 1,34 %) und Schweden (0,8 %). Deutschland blieb außen vor, da das DLR damals keinen Markt für einen neuen Träger sah und auf die verfügbaren russischen Träger verwies. Nachdem deren Startpreise stark angestiegen waren, wurde vor dem Jungfernflug angekündigt, sich bei einer Weiterentwicklung zu beteiligen. Anfang der 2010er Jahre wurden dazu im DLR-Institut SART unter der Bezeichnung VENUS I+II Studien durchgeführt.^[3]

Ein Prototyp des für die Vega-Erststufe vorgesehenen italienischen P80-Triebwerkes wurde am 4. Dezember 2007 in Kourou erfolgreich getestet.^[4][5] Am 28. April 2009 erfolgte der finale zweite Test des Raketenmotors der dritten Stufe im italienischen Salto di Quirra.^[6]

Bereits Ende 2004 hatte der Umbau der Ariane-1-Startrampe ELA-1 begonnen, um von dieser nun ELV (l’Ensemble de Lancement Vega) genannten Anlage aus die Vega starten zu können. Der erste Start der Rakete erfolgte am 13. Februar 2012. Als Nutzlast beförderte sie den 390 kg schweren Satelliten LARES sowie acht Kleinstsatelliten (12,5 kg und siebenmal etwa 1 kg) in niedrige Erdumlaufbahnen.

Das ESA-Entwicklungsprogramm VERTA (Vega Research and Technology Accompaniment) förderte die ersten fünf Flüge der Vega. Vermarktet wurde die Rakete zunächst von Arianespace. Ab 2024 übernimmt Avio diese Aufgabe.^[7]

Technik

Vega

Die Gesamthöhe der Rakete beträgt 30 Meter bei maximal drei Metern Durchmesser, einer Startmasse von 137 Tonnen und einem Startschub von 2700 Kilonewton. Das hohe Schub-zu-Gewichts-Verhältnis bewirkt eine im Vergleich zu anderen Trägern auffallend hohe Beschleunigung. So schafft es die Rakete mit der ersten Stufe in 105 Sekunden auf über 6000 km/h (Beschleunigung etwa 16 m/s²).^[8]

Die drei unteren Raketenstufen werden mit dem festen Treibstoff HTPB betrieben, der Antrieb wurde gegenüber den Feststoffboostern der Ariane 5 weiterentwickelt. So wurde durch die Bauweise aus gewickelten Faserverbundwerkstoffen erheblich Masse eingespart. Die Stufen arbeiten mit höherem Brennkammerdruck und die Düsen werden elektromechanisch anstatt hydraulisch bewegt. Die dabei gewonnenen technologischen Erkenntnisse waren der Grund, warum Frankreich nach anfänglicher Ablehnung der Vega sich doch an der Trägerrakete beteiligte. Es war einmal geplant, die Technologie der ersten Stufe auf die Ariane-5-Booster zu übertragen, um die Nutzlast zu steigern und die Fertigungskosten zu senken.^[9] Die Boostertechnologie kommt nun jedoch erstmals bei der Ariane 6 zum Einsatz.

Die vierte Stufe AVUM ist mit einem Triebwerk für Flüssigtreibstoff ausgestattet. Dieses Triebwerk mit dem Namen VG 143 basiert noch auf dem sowjetischen RD 869, welches für die Interkontinentalrakete R-36M entwickelt worden war. Der Vorteil des Triebwerks war die ausgereifte und bewährte Technologie, sowie der günstige Preis durch die hohen Stückzahlen. 2008 wurde das erste Exemplar an Avio ausgeliefert.^[10] Es lässt sich mehrfach zünden und platziert die Nutzlast in dem vorgesehenen Orbit. Als Treibstoff dient Dimethylhydrazin zusammen mit Stickstofftetroxid als Oxidator. Die AVUM+ für die Vega-C ist eine erweiterte Version mit etwas größeren Tanks. Seit dem russischen Einmarsch in die Ukraine im Februar 2022 gab es Bedenken über die künftige Verfügbarkeit des Triebwerks, da es in der Ukraine vom Hersteller Juschmasch mit zugelieferten russischen Komponenten gefertigt wird. Avio gab im März 2022 an, eine Anzahl Triebwerke als „strategische Reserve“ eingelagert zu haben, und sehe mittelfristig keine Lieferengpässe. Die ESA untersuchte jedoch europäische und US-amerikanische Alternativen für die Triebwerke. Aufgrund der strategischen Entscheidung zu Beginn des Vega-Programms, auf europäische Technologie zu setzen, können weitere für AVUM notwendige Komponenten, beispielsweise die Tanks, die anfänglich von Russland geliefert wurden, auch aus Deutschland geliefert werden.^[11]

Die Technologie der Nutzlastverkleidung, die nach dem Verlassen der dichteren Atmosphärenschichten abgeworfen wird, beruht auf der der Ariane 5.

Vega-C – Vega Consolidated

Bei dieser Version der Vega wurde die erste Stufe P80 durch die verlängerte Stufe P120 ersetzt, die auch als Booster für die Ariane 6 vorgesehen ist. Als zweite Stufe kommt die Zefiro 40 mit größerem Durchmesser zum Einsatz.^[12] So wurde die Nutzlastkapazität von 1500 kg auf 2200 kg in eine niedrige Erdumlaufbahn erhöht.

Ein Test der P120-Erststufe wurde im Sommer 2018 erfolgreich durchgeführt.^[13] Der Zusammenbau der Komponenten der Rakete für den Erstflug VV21 begann am 15. April 2022, als die Erststufe in der Zone de Lancement Vega (ZLV) (französisch „Abschussbereich Vega“) in Kourou ankam.^[14] Der erfolgreiche Erstflug war am 13. Juli 2022.^[15]

Vega-E – Vega Evolution

Die Vega-E – kurz für Vega Evolution – ist ein in Entwicklung befindlicher Nachfolger der Vega-C. Neben verschiedenen technischen Verbesserungen gegenüber der Vega-C soll sie Europa unabhängiger von der ukrainischen Raumfahrtindustrie machen, die die Triebwerke der AVUM-Oberstufe von Vega und Vega-C liefert. Dazu soll eine vielfach wiederzündbare kryogene Drittstufe (MYRA) sowohl die dritte Stufe Zefiro-9 als auch die vierte Stufe AVUM ersetzen.^[16] Dies soll auch die Leistung und Flexibilität steigern und die Kosten reduzieren.^[17] Avio entwickelt für diese neue Oberstufe in Zusammenarbeit mit der ESA das M10-Triebwerk, das auf dem russischen RD-0146 basiert und mit Methan und Flüssigsauerstoff betrieben wird.^[18] Es ist neben dem Prometheus-Triebwerk eines der beiden ersten europäischen Raketentriebwerke, die Methan als Treibstoff verwenden. Der Einsatz der gesundheitsschädlichen Gefahrstoffe Dimethylhydrazin und Stickstofftetroxid in der Oberstufe wird dadurch obsolet. Nach Aussage von ESA und Avio ist die Vega-E dadurch umweltfreundlicher als die Vega-C.^[16]

Es soll nun mehrere angepasste Oberstufen mit Nutzlastadaptern für verschiedene Zwecke geben:

• VAMPIRE-Adapter für eine große Nutzlast
• VESPA-C-Adapter für zwei mittelschwere Nutzlasten
• SSMS-C-Adapter für mehrere kleine Nutzlasten
• Das unbemannte Raumschiff Space Rider für Nutzlasten, die zur Erde zurückkehren. Es kann bis zu zwei Monate in einer Erdumlaufbahn verbleiben und ist wiederverwendbar.

Die Vega-E soll laut dem Branchenmagazin SpaceNews eine Nutzlastkapazität von 3 Tonnen haben, wobei offen bleibt, in welche Erdumlaufbahn diese befördert werden könnte.^[19] Üblicherweise bezieht sich diese Angabe auf einen 200 km hohen Erdorbit oder eine etwa 500 km hohe sonnensynchrone Umlaufbahn.

Der Erststart der Vega-E wird für 2026 angestrebt.^[20]

Vega C Light

Die Vega C Light ist noch im Konzeptstadium.^[21] Angedacht ist eine dreistufige Kleinrakete von 17 m Höhe und 55 t Masse, die 300 kg Nutzlast in einen sonnensynchronen Orbit von 500 km Höhe bringen kann. Bei anderen Umlaufbahnen würde die Nutzlast im Bereich von 50 bis 500 kg liegen.^[22] Unter dem Projektnamen STS soll 2026 ein erster Prototyp für 200 kg Nutzlast mit einem methanbetriebenen Antrieb starten. STS dient nur zur Technologieerprobung; die Entscheidung, ob daraus eine kommerziell einsetzbare Rakete entwickelt werden soll, steht noch aus.^[23]

Zwischenfälle

Die Vega erwies sich anfangs als sehr zuverlässige Rakete. Vierzehn aufeinanderfolgende Starts waren erfolgreich. Seit Sommer 2019 häufen sich jedoch technische Probleme. Nur bei vier der seitdem (bis 2023) durchgeführten neun Starts erreichten alle Nutzlasten ihre Umlaufbahn.

Pannen und gescheiterte Starts der Vega

Ein erster Fehlstart einer Vega ereignete sich am 11. Juli 2019 (MESZ) beim Start des Aufklärungssatelliten Falcon Eye 1 für die Streitkräfte der Vereinigten Arabischen Emirate. Es handelte sich um den 15. Vega-Flug. 14 Sekunden nach der ersten Stufentrennung trat am Z23-Triebwerk der Zweitstufe ein „heftiges Ereignis“ auf, vermutlich infolge eines hitzebedingten Strukturversagens des vorderen (oberen) Motorgehäuses. Dadurch trennte sich die Zweitstufe vom Rest der Rakete, welche vom Kurs abkam und gesprengt werden musste.^[24] Es entstand ein versicherter Sachschaden von rund 370 Millionen Euro.^[25]

Beim nachfolgenden Vega-Start am 3. September 2020 verblieben zwei Lemur-2-Cubesats in ihrer Starthalterung und fielen zusammen mit der oberen Raketenstufe zurück zur Erde.^[26]

Auch die nächste Vega-Mission am 17. November 2020 mit den Erdbeobachtungssatelliten Ingenio und Taranis für Spanien bzw. Frankreich verlief nicht nach Plan.^[27] Nach dem Start um 1:52 Uhr UTC arbeiteten die ersten drei Stufen der Rakete plangemäß. Acht Minuten nach dem Start wurde die AVUM-Oberstufe regulär abgetrennt und gezündet. Sofort danach begann sie jedoch unkontrolliert zu taumeln, der Fehler konnte nicht korrigiert werden und die Rakete wich rasch von der vorgesehenen Flugbahn ab, was letztendlich zum Absturz mit Verlust der beiden Satelliten führte. Der Fehler war, dass die Kabel für zwei Schubvektor-Aktoren verwechselt worden waren. Steuersignale, die für den einen Aktor bestimmt waren, gingen an den anderen, was zum Kontrollverlust führte.^[28] Als Ursache des Problems wurden eine „irreführende Vorgehensweise“ beim Zusammenbau der Stufe und Inkonsistenzen in den Anforderungen für die anschließende Qualitätskontrolle ermittelt.^[29]

Nach drei erfolgreichen Starts verblieben beim vorletzten Start der Vega am 9. Oktober 2023 zwei Satelliten an der AVUM-Stufe und fielen mit dieser zurück zur Erde.^[30]

Ob der letzte Vega-Start wie geplant 2024 stattfinden kann, ist unklar, da die Treibstofftanks der AVUM-Oberstufe im Zuge von Renovierungsarbeiten beim Hersteller Avio versehentlich auf den Müll geworfen und irreparabel beschädigt wurden. Im Dezember 2023 hatte man begonnen zu prüfen, ob stattdessen Tanks aus der Qualifizierungsphase der Rakete vor dem Erstflug wieder flugtüchtig gemacht werden können. Alternativ werde untersucht, ob Bauteile der AVUM+ der Vega-C verwendet werden können.^[31][32]

Triebwerksprobleme der Vega-C

Beim ersten kommerziellen Start einer Vega-C-Rakete am 21. Dezember 2022 kam es zweieinhalb Minuten nach dem Abheben zu einer Fehlfunktion eines Triebwerks der zweiten Stufe. Die Rakete kam vom Kurs ab und musste gesprengt werden, zwei Pléiades-Neo-Satelliten gingen dabei verloren.^[33][34][35]

Am 28. Juni 2023 trat beim Testlauf eines Zefiro-40-Triebwerks, wie es bei der Vega C eingesetzt wird, 40 Sekunden nach der Zündung ein nicht näher erläuterter Fehler auf. Die nächsten Starts wurden aufgeschoben, um dem Problem nachzugehen; für die EarthCARE-Mission der ESA wurde statt der Vega C eine Falcon 9 von SpaceX ausgewählt.^[36]

Startliste

• Liste der Vega-Raketenstarts

Literatur

• Vega. In: Bernd Leitenberger: Internationale Trägerraketen: Die Trägerraketen Russlands, Asiens und Europas. Edition Raumfahrt, 2016, ISBN 978-3-7386-5252-9, S. 367–380.
• Bernd Leitenberger: Die Vega: Europas jüngste Trägerrakete. BOD, Norderstedt, 2012, ISBN 978-3-8448-0619-9.
• Bernd Leitenberger: Europäische Trägerraketen 2: Ariane 5, 6 und Vega. Edition Raumfahrt, 2. Auflage von 2015, ISBN 978-3-7386-4296-4.

Weblinks

Commons: Vega (Rakete) – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Capcom Espace: La lanceur européen Vega (französisch)
• Vega: a small launcher for Europe (PDF; 0,1 MB; englisch)
• The first stone for Vega at Europe’s Spaceport (englisch)
• Vega Launcher. (Memento vom 18. Juli 2012 im Internet Archive) (englisch)
• Vega Nozzle (PDF; 1 MB; englisch)
• Bernd Leitenberger: Die Vega
• ESA: Launchers / VEGA (englisch)
• ELV AN AVIO GROUP AND ASI COMPANY. (Memento vom 22. April 2012 im Internet Archive) (PDF; 0,4 MB, englisch)

Einzelnachweise

Europäische Trägerraketen

Im Einsatz:	Vega | Vega-C
In Entwicklung:	Ariane 6 | Astraius | Maia | Miura 5 | Prime | RFA One | Skyrora XL | SL1 | Spectrum | STS | Vega‑E | Zephyr
Ausgemustert:	Ariane 1 | Ariane 2 | Ariane 3 | Ariane 4 | Ariane 5 | Black Arrow | Diamant | Europa | Sojus-ST