Sojus (Rakete)

mini|Eine Sojus-FG startet das bemannte Raumschiff Sojus TMA-5 (Baikonur, 14. Oktober 2004)

Die Sojus [] (, „Union“, „Vereinigung“) ist eine russische Trägerrakete. Mit über 1000 Einsätzen seit ihrem Erstflug im Jahr 1966 ist sie die meistgeflogene Rakete in der Raumfahrtgeschichte. Die Sojus entstand als Weiterentwicklung der ersten Interkontinentalrakete, der R-7. Sie entstand durch leichte Modifizierungen der R7-Variante Woschod, mit der anfänglichen Aufgabe, bemannte Sojus-Raumschiffe zu starten. Dabei waren die Unterschiede zwischen beiden Raketen so gering, dass einige Autoren die Woschod ebenfalls der Sojus-Reihe zurechnen. Von zahlreichen Varianten der Rakete sind heute noch die Sojus-2.1-Typen im Einsatz. Der Erststart der Sojus fand am 28. November 1966 statt. Seitdem wurde die Rakete zum Starten von unterschiedlichsten Nutzlasten verwendet, darunter waren unter anderem alle bemannten Sojus-Raumschiffe und Progress-Raumtransporter, außerdem niedrigfliegende Forschungs- und Militärsatelliten und seit dem Jahr 1999 mit zusätzlicher Ikar- beziehungsweise Fregat-Oberstufe auch kommerzielle Satelliten und Raumsonden. Vom Beginn des 21. Jahrhunderts bis 2016 war die Sojus die kommerziell erfolgreichste orbitale Rakete der Welt, zudem eine der verlässlichsten mit einer Zuverlässigkeitsquote von 97 %. Außerdem ist sie die einzige aktive Trägerrakete der Russischen Föderation, die für den bemannten Raumflug zugelassen ist. Kommerziell wird die Rakete von der Firma Starsem vermarktet, die sie seit 2011 auch vom europäischen Weltraumbahnhof in Kourou, Französisch-Guayana, starten ließ. Nach dem russischen Überfall auf die Ukraine wurden Sojus-Starts von Guyana gestoppt und geplante Starts für Galileo voraussichtlich zeitlich verzögert mit Ariane-Raketen durchgeführt.

Überblick Die R-7 hatte ihre erste erfolgreiche Weltraummission am 4. Oktober 1957 mit Sputnik 1 an Bord. Durch ständige Weiterentwicklung entstanden viele Varianten der R-7, die zudem immer leistungsfähiger und zuverlässiger wurden. Die bekannteste und einzige heute noch verwendete Variante der R-7 ist die Sojus. Sie entstand durch leichte Modifizierungen der R7-Variante Woschod, mit der anfänglichen Aufgabe, bemannte Sojus-Raumschiffe zu starten.

Technik mini|Sojus-FG bei der Montage in Baikonur: Zentralblock mit Boostern und Nutzlastverkleidung mit dem bereits integrierten Raumschiff

Die erste Stufe der Sojus besteht aus vier Boostern mit jeweils vier Brennkammern und pro Brennkammer einer Düse (RD-107). Diese Booster sind jeweils 19,6 m lang, besitzen einen Maximaldurchmesser von 2,68 m und wiegen leer etwa 3,5 t, beim Start 44,5 t. Sie werden als Block B, W, G und D (nach dem zweiten bis fünften Buchstaben des kyrillischen Alphabets: ) bezeichnet.

Die zweite Stufe als Zentralblock (Block A) ist den Erststufenboostern in Aufbau sehr ähnlich, besitzt aber einen verlängerten Tank und ein modifiziertes, für den Betrieb im Weltraum optimiertes Triebwerk (RD-108). Dadurch konnte man eine Neuentwicklung der Brennkammer für höheren Druck und höhere Temperaturen vermeiden. Die Stufe ist 27,8 m lang und besitzt einen Durchmesser von maximal 2,95 m, eine Leermasse von 6,9 t und eine Masse beim Start von 104,5 t. Da man anfangs noch keine Erfahrungen mit im Flug zündenden Stufen hatte, wurden beide Stufen einfach gleichzeitig gestartet, wobei alle fünf Haupt- und zwölf Vernier-Steuertriebwerke (jeweils zwei an den vier Boostern RD-107 und vier am RD-108) zünden. Die Triebwerke der ersten beiden Stufen verbrennen Kerosin und flüssigen Sauerstoff (LOX). Nach zwei Minuten ist der Treibstoff der Booster verbraucht und sie werden abgetrennt. Die Zweitstufe brennt noch etwa weitere 2,5 Minuten.

Die Triebwerke wurden laufend in ihrer Leistung gesteigert. mini|links|Triebwerke der ersten und zweiten Stufe einer Sojus-FG-Rakete

Die dritte Stufe der Sojus wird von einem RD-0110-Triebwerk mit 298 kN Schub angetrieben, das ebenfalls Kerosin und flüssigen Sauerstoff (LOX) verbrennt. Die Stufe wird als Block I (sprich „i“, russ. ) bezeichnet. Sie wird mit der zweiten Stufe der Rakete, dem Block A, durch einen Gitterrohradapter verbunden und wird zwei Sekunden vor dem Brennschluss des Blocks A gezündet, was man als heiße Stufentrennung bezeichnet und die Hauptstufe von der Drittstufe wegdrückt. Dazu ist ein Ablenkkonus aus Titan auf dem Ende der Hauptstufe installiert. Die dritte Stufe hat eine Länge von 6,74 m, einen Durchmesser von 2,66 m und wiegt leer 2,36 t und beim Start etwa 25 t. Die Brenndauer beträgt 250 s.

mini|Aufrichten einer Sojus-U mit Sojus TM-31 an Bord, man sieht im Vordergrund das SAS-Rettungssystem auf der Spitze der Rakete (Baikonur, Oktober 2000)

Bei bemannten Einsätzen trägt die Sojus zusätzlich ein Rettungssystem (russisch , САС; zu Deutsch SAS) für Kosmonauten mit sich. Das System besteht aus einem Komplex von Feststoffraketen, der oben an der Sojus angebracht ist. Bei einem Fehlstart werden sie gezündet und tragen die Kabine mit den Kosmonauten innerhalb kürzester Zeit aus der Gefahrenzone. Am 26. September 1983 kam das Rettungssystem erstmals zum Einsatz, als eine Sojus-U direkt auf dem Starttisch explodierte. Das Rettungssystem rettete die Besatzung des Sojus-T-10-1-Raumschiffs nur Sekunden vor der Explosion. Zu einem weiteren Einsatz kam es 2018 bei der Mission Sojus MS-10, als die erste Stufentrennung teilweise fehlschlug und einer der Booster mit der Zweitstufe kollidierte. Die Besatzung konnte unverletzt gerettet werden. Zum Rettungssystem gehören auch die vier auffälligen rechteckigen Bauteile an den Seiten der Nutzlastverkleidung. Diese sogenannten Gitterflossen klappen bei Aktivierung des Rettungssystems aus und dienen der aerodynamischen Stabilisierung. Kleine Feststoffraketen an der äußersten Spitze dienen der Trennung der Nutzlastverkleidung vom Raumschiff. Bei einem normalen Startverlauf wird das Rettungssystem etwa 150 s nach dem Start abgeworfen.

Startanlagen für die Sojus-Rakete bestehen in den russischen Weltraumbahnhöfen Plessezk und (seit 2016) Wostotschny sowie am Kosmodrom Baikonur in Kasachstan; seit 2011 sind Sojus-Starts auch in Französisch-Guayana (Südamerika) möglich. Das Centre Spatial Guyanais liegt in Äquatornähe, was dem Sojus-System bei Starts in äquatoriale oder äquatornahe Umlaufbahnen bei gleicher Konfiguration eine höhere Nutzlast ermöglicht. Bemannte Raumflüge sind weiterhin auf den Startplatz Baikonur beschränkt, da das Sojus-Raumschiff bisher nur Notlandungen auf dem Festland beherrscht. Starts von Französisch-Guayana und Wostotschny aus führen hingegen über Wasser, und Plessezk ist zu weit nördlich gelegen.

Versionen der Sojus Im Laufe der Jahre entstanden mehrere Versionen der Sojus-Rakete. Sie unterschieden sich in den eingesetzten Triebwerken, Nutzlastverkleidungen und Treibstoffen. Alle Versionen verfügten über drei Stufen und wurden zum Befördern von Nutzlasten in niedrige Umlaufbahnen verwendet. Erst ab Ende der 1990er wurde bei der Sojus eine vierte Stufe zum Erreichen von höheren Orbits eingesetzt, da die bisher für diese Aufgabe verwendete vierstufige Molnija nicht flexibel genug war. Die Oberstufen der Sojus werden im eigenen Abschnitt behandelt.

Frühe Versionen Sojus – (GRAU-Index 11A511) – Das ist die ursprüngliche Version der Sojus-Rakete, die zum ersten Mal am 28. November 1966 mit einem Sojus-Prototyp (Kosmos 133) an Bord flog und am 23. April 1967 das bemannte Sojus-1-Raumschiff ins All beförderte. Die Rakete verwendete RD-107-Triebwerke in der ersten Stufe, RD-108 in der zweiten und RD-0110 in der dritten. Die Startmasse betrug 308 t, die Länge 50,67 m. Neben den Sojus-Raumschiffen wurde sie auch zum Starten von zahlreichen Militärsatelliten der Kosmos-Reihe verwendet. Der letzte Flug fand am 24. Mai 1975 mit dem Sojus-18-Raumschiff statt. Sojus-L – (GRAU-Index 11A511L, russisch 11A511Л, steht für – zu Deutsch ‚lunar‘) – Eine Sojus, mit der Prototypen sowjetischer Mondlandefähren zu Testzwecken in die Erdumlaufbahn geschossen wurden. Sie unterschied sich von der Sojus durch eine andere Nutzlastverkleidung mit mehr als 12 m Länge und eine strukturell verstärkte Zentralstufe. Die Startmasse betrug 305 t, die Länge 44 m. Die Trägerrakete wurde nur drei Mal gestartet, das erste Mal am 24. November 1970 und das letzte Mal am 12. August 1971. Eine Skizze der Sojus-L gibt es hier. auf federalspace.ru (russisch) Sojus-M – (GRAU-Index 11A511M, russisch 11A511М, steht für – zu Deutsch ‚modifiziert‘) – Über die Unterschiede zu einer gewöhnlichen Sojus gibt es nur wenige Informationen Da das für den Transport vorgesehene militärische Sojus-7K-WI-Raumschiff aber etwa 300 kg zu schwer für die Nutzlastkapazität der normalen Sojus war, wurden bei dieser Version außer verschiedenen Gewichtseinsparungen auch der synthetische Treibstoff Sintin anstelle von Kerosin eingesetzt und die besten Triebwerke (aus der Serienstreuung) verwendet. Die Sojus-M wog 310 t und war 50,670 m hoch. Zwar kam das militärische Sojus-Raumschiff nie zum Einsatz, aber die acht gebauten Raketen wurden für den Start der militärischen Aufklärungssatelliten vom Typ Zenit-4MT in die Erdumlaufbahn eingesetzt. Der Erststart erfolgte am 27. Dezember 1971. Der letzte Start einer Sojus-M erfolgte am 31. März 1976.

Sojus-U mini|Sojus-U mit dem Raumschiff Sojus 19 auf der Startrampe (Baikonur, Juli 1975) mini|Sojus-U mit dem Versorgungsraumschiff Progress-M59 auf der Startrampe (Baikonur, Januar 2007)

Mit der Sojus-U – (GRAU-Index 11A511U, russisch 11A511У, steht für – zu Deutsch ‚vereinheitlicht‘, ‚unifiziert‘), die zum ersten Mal am 18. Mai 1973 flog, wurden die Modifizierungen der letzten acht Jahre in einer standardisierten Rakete zusammengefasst. Die Modifizierungen betrafen Triebwerke und Booster der Rakete, außerdem wurden die Startvorbereitungsanlagen an die neue Rakete angepasst. Zusätzlich wurde der Treibstoff für die Zentralstufe gekühlt, was zu einer höheren Dichte und somit größeren Masse an Treibstoff führte. Die Triebwerke bekamen neue Bezeichnungen: RD-117 für die erste Stufe und RD-118 für die zweite. Die Sojus-U ist die am meisten verwendete Version der Sojus-Reihe, sie wog 313 t und hatte eine Höhe von 51,1 m. Die Nutzlastkapazität der Rakete betrug bei einem Start von Baikonur bis zu 6950 kg in einen 200 km hohen Orbit und bei einem Start von Plessezk bis zu 6700 kg in einen 220 km hohen Orbit. Diese Version war die mit über 700 Starts am weltweit häufigsten eingesetzte Ausführung einer Trägerrakete. Bei ihrem letzten Start am 22. Februar 2017 brachte sie den Raumfrachter Progress MS-05 zur ISS. Sie wurde durch die moderneren Sojus-FG und Sojus-2 abgelöst.

Die Variante Sojus-U2 – (GRAU-Index 11A511U2, russisch 11A511У2) – Sojus-U2 startete zum ersten Mal am 28. Dezember 1982 und verwendete im Gegensatz zur Sojus-U synthetisches Kerosin (Syntin) als Treibstoff für die Zentralstufe (Block A). Für den Einsatz mussten auch die Einspritzdüsen der Triebwerke modifiziert werden. Durch diese Änderungen stieg die Nutzlast der Rakete um 200 kg gegenüber der Sojus-U an. Die Sojus-U2 flog insgesamt über 80 Mal und wurde vor allem zum Starten von bemannten Sojus-Raumschiffen eingesetzt. Da jedoch zur Herstellung von Sintin die älteren Produktionsanlagen modifiziert werden mussten und somit der Preis des Treibstoffs gestiegen wäre, wurde die Produktion der Sojus-U2 Mitte der 1990er eingestellt und sie brachte bei ihrem letzten Flug am 3. September 1995 das Sojus TM-22 Raumschiff in den Orbit.

Sojus mit Oberstufe Um kommerzielle Satelliten sowie Raumsonden auf hohe Umlaufbahnen bringen zu können, wurde der Sojus eine vierte Raketenstufe hinzugefügt. Die vierte Stufe wird zusammen mit der Nutzlast von der Nutzlastverkleidung umhüllt.

Sojus-U/Ikar