Olafs Raumfahrtkalender

Annähernd zehn Jahre lang hatte eine Gruppe westeuropäischer Länder im Rahmen der ELDO (European Launcher Development Organization) an der Entwicklung einer Raumfahrtträgerrakete gearbeitet. 1971, nach einer Serie von Fehlstarts, mußte man sich eingestehen, daß die Serienreife noch immer nicht erreicht war und die Europa-Rakete technisch in vielen Belangen längst veraltet war. Während nun einige der bisherigen Partner die Idee einer europäischen Trägerrakete ganz aufgeben wollten, beharrte Frankreich darauf, daß Europa einen eigenen Zugang zum Weltraum unanhängig von den Weltraummächten USA und Sowjetunion benötigte. Doch die Studie ELDO IIIB wurde von den meisten anderen Staaten als zu ambitioniert abgelehnt. Daraufhin beauftragte die französische Regierung im Februar 1972 CNES und DMA (Délégation Ministérielle pour l'Armement) mit der Erarbeitung eines Entwurfs für einen Lanceur 3ème Génération Substitution (L III S, dt. svw. Ersatzträger der 3. Generation). Dessen Leistung für den geostationären Transferorbit lag mit 1.300 kg zwar unter dem der ELDO IIIB, doch weckte er eher das Interesse der Partner aus dem ELDO Programm. Denn die technischen und finanziellen Risiken schienen hier weitaus überschaubarer. Die L III S wurde als dreistufige Rakete ausgelegt. Wobei man als Antrieb für Erst- und Zweitstufe Varianten des „Viking” Triebwerks vorsah, das erstmals bereits 1969 auf einem Prüfstand im französischen Vernon erprobt worden war. Es war eine Weiterentwicklung des Triebwerks der französischen Diamant Rakete, jedoch mit einer leistungsfähigen Turbopumpe statt Druckgasförderung. Für die Drittstufe setzte man auf eine kryogene Stufe, eine Technik, die bis dahin ausschließlich die USA zur Serienreife gebracht hatten. Mit geringen Änderungen wurde der L III S Entwurf schließlich angenommen und unter dem Projektnamen „Ariane” mit der Entwicklung begonnen.
Die Erststufe der Ariane erhielt die Bezeichnung L140, was sie als Flüssigkeitsstufe mit 140 Tonnen Treibstoffmasse ausweist (effektiv wurde das Tankvolumen später auf knapp 148 Tonnen gesteigert). Strukturell besteht sie im Wesentlichen aus den aus Edelstahl gefertigten Tanks für die beiden hypergolen Treibstoffkomponenten UDMH und Stickstofftetroxid. Beide Tanks waren gleichgroß und austauschbar gestaltet. Sie waren zylindrisch mit halbkugelförmigen Enddomen. Strukturell war die Wandstärke der Tanks gerade ausreichend, diese im Leerzustand in Form zu halten. Um Beschädigungen zu vermeiden, wurden sie aber unter Innendruck gehalten. Eine ungewöhnliche Lösung wählte man zum Antrieb des Gasgenerators. Hier wurden ganz einfach die beiden Treibstoffkomponenten verbrannt. Jedoch spritzte man Wasser aus vier zwischen den Triebwerken gruppierten Tanks von je 2.690 l Fassungsvermögen ein und konnte so die Gastemperatur bei etwa 600° C halten. Gebräuchlich ist eher die Variante, UDMH im Überschuß zu verbrennen, um die Temperatur zu reduzieren. Die europäische Variante erwies sich als sehr zuverlässig und letztlich kostensparend. Die eigentliche Antriebssektion der Erststufe bestand aus einem massiven Rahmen, der die hohen Kräfte aufnehmen konnte. Hier waren die vier nach dem Nebenstromverfahren arbeitenden Viking-V Triebwerke kardanisch schwenkbar für Korrekturen um Nick- und Gierachse aufgehängt. Die Stabilisierung um die Rollachse übernahmen Abgase des Gasgenerators. Ein weiterer Teil dieser Gase wurde zur Aufrechterhaltung des Tankdruck abgezapft. Zur aerodynamischen Stabilisierung erhielt die Erststufe am Heck vier je ca. 2 m² große Flächen. Die zweite Stufe trug die Bezeichnung L33 und wurde von einem einzelnen Viking-IV angetrieben. Hauptunterschied des Antriebs war die für die Arbeit im Vakuum optimierte verlängerte Düse. Das Triebwerk war um zwei Achsen bis zu 4° schwenkbar. Für die Rollstabilisierung kamen zwei Triebwerke mit je 50 N Schub zum Einsatz, die mit dem Abgas des Gasgenerators betrieben wurden. Zur Druckbeaufschlagung der Tanks konnte das heiße Gas bei der zweiten Stufe nicht genutzt werden. Denn die Tanks (eigentlich ein Tank mit Zwischenboden) waren zur Gewichtsreduzierung aus einer Aluminium-Legierung gefertigt. Daher mußten zusätzlich Helium-Druckgastanks installiert werden. Der Wasservorrat (620 l) für den Gasgenerator wurde in einem Toroidtank untergebracht, der rund um das Triebwerk angeordnet war. Erst- und Zweitstufe waren über einen Adapter miteinander verbunden, der den Unterschied im Durchmesser der Stufen ausglich. Die kryogene H8 Drittstufe mit ihrem im Nebenstromverfahren arbeitenden HM-7 Triebwerk übertraf bereits bei seiner Einführung in einer Reihe entscheidender Parameter das RL-10 Triebwerk der amerikanischen „Centaur” Stufe. Allerdings war es nicht wiederzündbar. Über eine Feststoffkartusche wurde die Sauerstoffturbine auf die notwendige Startdrehzahl gebracht. In einem Gasgenerator verbrannten Teile des Wasserstoffs und Sauerstoffs und trieben die Turbinen zur Treibstoffförderung an. Den notwendigen Andruck der Treibstoffe am Tankboden besorgten vier kleine Feststofftriebwerke. Auch das HM-7 Triebwerk war um Nick- und Gierachse schwenkbar, verfügte zur Rollstabilisierung über zwei Düsen, aus denen Wasserstoffgas ausgestoßen werden konnte. Die tiefgekühlten Treibstoffkomponenten  waren in zwei besonders isolierten Tanks untergebracht. Für die Druckbeaufschlagung nutzte man beim Wasserstofftank gasförmigen Wasserstoff, während man beim Sauerstofftank wieder auf Helium zurückgriff. Die großvolumige Nutzlastverkleidung bestand aus zwei Halbschalen, die getrennt wurden durch das Füllen von Druckschläuchen mit Gas. Der Schallisolierung und dem Schutz vor Reibungshitze dienten aufgeklebte Korkplatten, wobei die Unterstruktur aus einer Aluminium-Magnesium Legierung gefertigt wurde.