Ariane 5
 
 

European Space Agency * Arianespace * International Launch Service (ILS) * Astrium Space * EADS Space

Die Trägerrakete Ariane 5G stellt eine völlige Neukonstruktion dar. Sie wurde wieder unter Regie der französischen CNES im Auftrag der ESA seit 1988 entwickelt und erreichte 1996/97 Einsatzreife.
Die Ariane 5 besteht im Prinzip aus einer kryogenen ersten Stufe EPC (Etage Principal Cryotechnique) mit einem kardanisch aufgehängten Einkammertriebwerk Vulcain  (ehem. HM-60) und zwei Feststoff-Boostern EAP (Etage d Acceleration a Poudre) MPS 238 mit HTPB 1814 (Hydroxyl-Terminated Polybutadiene) als Treibstoff: 68% Ammonium-Perchlorat (oxidizer), 18% Aluminium (fuel), 14% Polybutadien (binder).
Eine zweite Stufe EPS (Etage a Propergols Stokables) mit dem Triebwerk "Aestus" fungiert als Kickstufe.
Das Triebwerk Vulcain entwickelt bei einem Brennkammerdruck von 110 bar einen Bodenschub von 897 kN. Die Brenndauer beträgt 587 sec. Dabei werden 132,27 t Liquide Oxygen und 25,84 t Liquide Hydrogen verbrannt.
Das Triebwerk eines aus drei Teilstücken zusammengesetzten Feststoff-Boosters EAP erreicht einen maximalen Bodenschub von 5.970 kN. Die Treibstoffmenge beträgt etwa 237,5 t (23,4 + 107,4 + 106,7 t).
Die zweite Stufe EPS "Aestus" mit dem Nutzlastadapter ACU hat einen Durchmesser von 3,96 m und wird von der equipment bay VEB und dem Nutzlastadapter ACU umschlossen (Höhe 1,56 m, Gewicht 1,48 t).
Mit einem max. Startschub von mehr als 11.590 kN (s.l.) und einem Gesamtimpuls von mehr als 1.976 MN*sec ist die Ariane 5G etwa vergleichbar mit der Titan IV von Lockheed Martin. Sie ist aber im Gegensatz zur Titan IV, die ihre Grenzen erreicht hat, erheblich ausbaufähig. Die Weiterentwicklungen der Ariane 5 laufen unter der Bezeichnung Ariane Evolution und Ariane Plus.
Die Ariane 5 wurde zunächst für Nutzlasten von LEO 20 t und GTO 6,8 t (eine Nutzlast) bzw. 5,9 t (zwei Nutzlasten) konzipiert und kann deshalb mit einem entsprechend großen Fairing ausgestattet werden (12,71m; 13,81 m oder 17,01 m Länge  bei 5,45 m Durchmesser, Gewicht 2,025; 2,130 bzw. 2,900 t). Er wird entweder direkt auf das VEB (oder einem ACY) oder eine zwischengeschaltete SPELTRA (Structure Porteuse de Lancement Triple Ariane) aufgesetzt. Die SPELTRA ist 4,16 (5,50) oder 5,66 (7,00) m lang und wiegt 0,716 bzw. 0,820 t. Eine neu entwickelte SYLDA-5 ist in 7 Versionen ausgelegt (L=4,60 bis 6,40 m, D=4,56 m, M=0,400 bis 0,500 t) und wird ohne SPELTRA bei GTO-Doppelstarts verwendet.
Ein als ACY 5400 benannter Metallring wird in seiner Höhe zwischen 0,5 - 2,0 m variiert und kann oberhalb des VEB zur Verlängerung des Fairing eingefügt werden.

Die Ariane 5 löste nach einer gewissen Übergangszeit die Ariane 4 ab. Im Startzentrum der ESA bzw. CNES/Arianespace, dem franz. Kourou, wurde zum Erststart am 04.06.1996 ein neuer Startkomplex ELA 3 fertiggestellt. Der Start von 4 Satelliten "Cluster" mißlang jedoch, da ein falsches Flugprogramm implementiert war. Der erste erfolgreiche Start datiert vom 30.10.1997.

Inzwischen ist über einige Zwischenstufen die Ariane 5G (generic) mehrfach in ihrer Leistung gesteigert worden: Ariane 5G+, Ariane 5GS.
Gleichzeitig wurde bei Snecma Moteurs ein neues Triebwerk  Vulcain Mk.2 entwickelt, das bei einem Brennkammerdruck von 115 bar einen Bodenschub von 1.054 kN entwickelt. Durch Modifikation der Treibstofftanks wurde die Befüllung um 18 t gesteigert. Zuvor war schon die Leistung der Booster EAP durch Schubsteigerung und zusätzlich 2,43 t mehr Feststoff-Treibstoff gesteigert. Charakteristisch für die neueste Ariane 5ECA ist der Austausch der  Kickstufe EPS mit dem Triebwerk Aestus von DaimlerChrysler  durch die neue ESC-A (Etage Superieur Cryotechnique) mit dem cryogenen Triebwerk HM-7B von Snecma Moteurs. In der Entwicklung befindet sich bereits die leistungstärkere ECS-B mit dem Triebwerk VINCI von Snecma. Diese Stufe wird bei der Ariane 5ECB eingesetzt.

   As the central element of Ariane 5 is the main cryogenic stage (EPC). Its propellant load of 132.27 metric tons of liquid oxygen and 25.84 metric tons of liquid hydrogen feed the stage's Vulcain main engine. Vulcain provides up to 116 metric tons of thrust in vacuum.
The stage has an overall length of 30.5 meters from the Vulcain main engine's nozzle to the forward (upper) skirt. Its dry mass is 12.2 metric tons, and the liftoff mass with its load of cryogenic propellant is 170.3 metric tons.
Topping off the main cryogenic stage is the vehicle equipment bay (VEB)  of 1.56 meter lenght, which carries most of Ariane 5's basic electrical equipment, the guidance and telemetry systems, and the attitude control system.
The solid booster stage (EAP) uses two solid rocket motors, each standing more than 30 meters tall with 237.8 metric tons of propellant. The solid rocket motor is made up of three segments: the 11.1-meter-long aft (lower) segment, which is loaded with 106.7 metric tons of propellant; the center-segment, with a length of 10.17 meters and 107.4 metric tons of propellant; and the 3.5-meter-long forward (upper) segment, loaded with 23.4 metric tons of propellant. A propellant mix of 68% ammonium perchlorate (oxidizer), 18% aluminum (fuel), and 14% polybutadiene (binder) is used in the solid rocket motors.
The storable propellant upper stage (EPS) performs the final part of Ariane 5's mission, propelling the payload to the point of orbit injection.
This is the only stage on Ariane 5 that is not ignited for liftoff, and it is the only one that does not operate during the launcher's ascent through the atmosphere.
The upper stage's Aestus engine is fed by 9.7 metric tons of propellant (MMH fuel and N204 oxidizer). There is no turbopump in the upper stage, so the flow of fuel and oxidizer to the Aestus engine is created by helium pressurization of the propellant tanks. Aestus is a re-ignitable engine, and produces a thrust of 29 kN over a nominal run time of 1,100 sec. It delivers a vacuum specific thrustimpulse of 324 sec. The Aestus gimbals in two axes for pitch and yaw flight control. Gimbaling is controlled by electrical actuators that act on struts fixed to the Aestus engine's combustion chamber.
The fairing is  a two half-shell structure. The fairing has a 5.4 m outer diameter. It is  available in short, medium and long lengths. The long fairing is made of two parts, the upper one being similar to the short fairing. The SPELTRA is an external support structure permitting double launches. It is made up of a cylinder interfacing with the VEB and the fairing, and a cone section connecting it with the payload. The Speltra structure, which is positioned between the upper stage and the payload fairing, allows Ariane 5 to carry two primary payloads on a single flight. A "lower" satellite is accommodated inside the Speltra, while the "upper" payload is mounted atop Speltra and is protected by the payload fairing. Speltra has an inner diameter of 4.57 m. The standard Speltra version, which is 7.0 (cylindrical part 5.66) meters high, is sized for "lower" satellites of up to 4.6 meters tall in their launch configuration.  The short version of Speltra is 5.5 (cylindrical part 4.16) meters high and accommodates spacecraft of up to 3.1 meters high.
The Sylda 5 structure is housed inside Ariane 5's payload fairing, and allows the vehicle to carry two primary payloads on a single flight.
The mission's "lower" satellite is carried inside the Sylda 5 structure, while the "upper" payload is mounted atop it. Sylda 5 has a diameter of 4.6 meters, and exists in 7 versions to accommodate satellites in the lower position with a maximum height of 4.6 to 6.4 meters.
Sylda 5 is a cylindrical-conical structure manufactured from carbon-honeycomb sandwich panels, assembled by bonded joints, and bonded and riveted aluminum frames.
A spacer element, the ACY, is available in lenghts from 0.5 to 2.0 m in 0.5 m increments. It is a cylindrical ring spacer that can be used to vary the payload compartment height.

 

Fairing long 17.01 m V-145 V-157 V-170 V-173 V-175 V-176 V-177...V-200
Fairing short + Speltra 18.37 m V-89 V-101 V-112        
Fairing short 12.71 m V-119 V-128 V-130 V-135 V-158 V-193  
Fairing short + ACY 0500 13.21 m V-138            
Fairing short + ACY 1000 13.71 m V-140 V-142 V-155 V-165      
Fairing short + ACY 1500 14.21 m V-153 V-162          
Fairing short + ACY 2000 14.71 m              
Fairing medium 13.81 m V-160 V-163 V-166 V-168 V-169 V-178 V-180
Fairing medium + ACY 0500 14.31 m V-161            
Fairing medium + ACY 1000 14.81 m              
Fairing medium + ACY 1500 15.31 m              
Fairing medium + ACY 2000 15.81 m V-164 V-167 V-171 V-172 V-174    


Ariane 5 programme improvments

The cryogenic main stage and solid boosters will undergo change as part of Ariane 5's Evolution program.  One difference will be the use of Vulcain Mk.2, an upgraded version of the Vulcain engine currently used on Ariane 5. Vulcain 2 will produce 138 metric tons of thrust.
Another change is the core stage's modification by a positioning shift for the common bulkhead between propellant tanks which increases the quantity of liquid oxygen that can be loaded. In parallel, the liquid oxygen/liquid hydrogen mixture ratio will be increased for the operating needs of Vulcain Mk.2.
For Ariane 5's solid boosters, the loading of an additional 2.4 metric tons of solid propellant in the upper cast segment will increase their maximum thrust from 685 metric tons to 714 metric tons each.
A new upper stage ESC-A for Ariane 5 will be powered by the same 6.5 metric ton HM-7B engine as used in Ariane 4's third stage. Designed for ignition once during flight, the HM-7B operates on liquid oxygen and liquid hydrogen. The stage for Ariane 5ECA will carry 14 metric tons of the cryogenic propellant. With the application of this upper stage, the launcher will have a payload capability of 7,300 kg in a dual-payload mission to geostationary transfer orbit (with Speltra) and 8,000 kg in a single-satellite launch.

Ariane 5 ES with EPS/Evolution

Ariane 5 ESV with EPS/Versatile

Ariane 5 ECA with ESC-A

Ariane 5 ECB with ESC-B