Indiens Andocktest im Weltraum war nach drei Fehlschlägen endlich erfolgreich: Wie schwierig ist es, im Weltraum „das Nadelöhr einzufädeln“?

Am 16. Januar gelang es Indiens beiden Kleinsatelliten, sich erfolgreich zu treffen und anzudocken. Damit ist Indien das vierte Land, dem ein solches Rendezvous und Andocken im Weltraum gelang. Dies ist auch ein entscheidender Schritt für das Land, um seinen Traum vom Bau einer Raumstation und einer bemannten Mondlandung zu verwirklichen. Dem Plan zufolge werden die beiden Satelliten nach erfolgreichem Andocken und Verriegeln die Energieübertragung untereinander testen, sich dann trennen und unabhängig voneinander arbeiten. Die erwartete Lebensdauer beträgt bis zu zwei Jahre.

Am 30. Dezember 2024 startete Indien zwei kleine Satelliten, „Chaser“ und „Target“, für den ersten Rendezvous- und Dockingtest des Landes im Weltraum. Ursprünglich war geplant, dass die beiden Satelliten am 7. Januar 2025 ihren ersten Rendezvous- und Dockingtest in einer Umlaufbahn in 470 Kilometern Höhe und aus einer Entfernung von 20 Kilometern starten.

Am 7. Januar musste Indiens erster Rendezvous- und Andocktest jedoch wegen unzureichender Vorbereitung verschoben werden. Danach führte Indien am 9. Januar einen zweiten Test durch, musste diesen jedoch erneut verschieben, weil einer der beiden Satelliten unerwartet von seiner Position abwich, als die beiden Satelliten 225 Meter voneinander entfernt waren. Drei Tage später führte Indien seinen dritten Andocktest durch, doch der Andockversuch wurde erneut aufgrund technischer Probleme abgebrochen, als die beiden Satelliten nur noch drei Meter voneinander entfernt waren.

Nach vielen Wendungen war Indiens Rendezvous- und Andocktest am 16. Januar endlich erfolgreich . Dies zeigt, dass Rendezvous und Andocken im Weltraum keine leichte Aufgabe ist.

Manche Leute beschreiben es so, als würde man eine Nadel in den Weltraum stechen und dann einen Faden vom Boden Hunderte von Kilometern entfernt steuern, um ihn durch das Nadelöhr zu führen, was eine „äußerst schwierige“ Aktion sei. Was ist der Zweck von Rendezvous und Andockmanövern im Weltraum? Welche technischen Schwierigkeiten gibt es?

Schematische Darstellung des Rendezvous zweier indischer Kleinsatelliten

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Sehr vielseitig

Die Rendezvous- und Dockingtechnologie im Weltraum ist sehr wichtig und eine Voraussetzung für den normalen Betrieb der Raumstation. Nur durch die Beherrschung dieser Technologie können Menschen und Fracht mit Raumfahrzeugen oder Space Shuttles zur Raumstation geschickt werden.

Allerdings handelt es sich dabei um eine äußerst komplexe Technologie, die bisher nur von den USA, Russland und China unabhängig voneinander beherrscht wurde. Durch diese Mission ist Indien nun das vierte Land der Welt, das die Technologie zum Andocken im Weltraum eigenständig beherrscht.

Unter Rendezvous und Docking im Weltraum versteht man die mechanische Verbindung zweier Raumfahrzeuge zu einem Ganzen, nachdem sie sich an einer vorher festgelegten Position und zu einer vorher festgelegten Zeit in der Weltraumumlaufbahn getroffen haben. Derzeit gibt es die folgenden zwei Hauptverwendungszwecke:

Eine davon besteht in der Bereitstellung von Personaltransport- und Materialversorgungsdiensten für langfristige Weltraumeinrichtungen, wie etwa Raumstationen . Obwohl die Raumstation über eine Reihe von Vorteilen verfügt, wie etwa ihre Größe, lange Lebensdauer und leistungsstarke Funktionen, kann sie nach ihrem Start ins All nicht mehr zwischen Erde und Himmel hin- und herreisen. Dazu sind Raumschiffe oder andere Transportmittel vom Boden zum Himmel erforderlich, die sich mit der Raumstation treffen und dort andocken, um Menschen und Fracht zur Raumstation zu schicken oder sie zur Erde zurückzubringen.

Schematische Darstellung des Rendezvous im Orbit zwischen den Raumstationen Shenzhou und Tiangong

Der zweite ist die Montage großer Raumfahrzeugstrukturen im Orbit . Aufgrund der begrenzten Kapazität der derzeitigen Trägerraketen ist es unmöglich, Hunderte Tonnen schwere Raumfahrzeuge auf einmal in die Erdumlaufbahn zu transportieren. Daher wird für den Bau die Methode des Rendezvous und Andockens im Weltraum verwendet. Das heißt, das zu bauende Raumfahrzeug wird in mehrere Teile zerlegt und nacheinander in eine Umlaufbahn in einer bestimmten Höhe gebracht und dann durch Rendezvous- und Docking-Technologie zu einem kombinierten Ganzen verbunden.

Rendezvous und Docking im Weltraum können auch dazu genutzt werden, zwei Raumfahrzeugen die gegenseitige Unterstützung im Weltraum zu ermöglichen und Raumfahrzeuge neu zu konfigurieren, um eine Systemoptimierung usw. zu erreichen.

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Zwei Steuerungsmethoden

Derzeit gibt es für Raumfahrzeuge zwei Hauptmethoden, um Rendezvous und Andockmanöver im Weltraum durchzuführen: eine ist die automatische Steuerung und die andere ist die manuelle Steuerung . Sie haben jeweils ihre Vorzüge.

Bei großen Entfernungen zwischen zwei Raumfahrzeugen wird im Allgemeinen eine Fernsteuerung vom Boden oder eine automatische Steuerung verwendet. Bei geringer Entfernung kann zum Rendezvous und Andocken sowohl die automatische als auch die manuelle Steuerung verwendet werden.

Schematische Darstellung des automatischen Rendezvous zwischen dem europäischen Raumfrachter „Automated Transfer Vehicle“ und der „Internationalen Raumstation“

Der Vorteil der automatischen Steuerung besteht darin, dass sie bequemer und effizienter ist. Der Nachteil besteht darin, dass die Ausrüstung komplex ist, die Flexibilität gering ist und Notfälle nicht rechtzeitig bewältigt werden können, was gelegentlich zu Rendezvous- und Andockfehlern führt. Dieser Ansatz wird hauptsächlich in Russland verwendet.

Der Vorteil der manuellen Steuerung liegt in ihrer hohen Zuverlässigkeit, und Astronauten können bei Rendezvous und Andockmanövern rechtzeitig Maßnahmen zur Problemlösung ergreifen. Der Nachteil besteht darin, dass die Arbeitsintensität der Astronauten sehr hoch ist und von den Bedingungen der Weltraumumgebung beeinflusst wird. Dieser Ansatz wird hauptsächlich in den USA verwendet.

Die Shenzhou 9-Astronauten Jing Haipeng und Liu Wang führen ein manuelles Rendezvous- und Andocktraining durch

Darüber hinaus stellt das manuelle Rendezvous und Andocken sehr hohe Anforderungen an die Astronauten. Dabei müssen die Astronauten die relative Geschwindigkeit und Lage der beiden Raumfahrzeuge genau einschätzen und mithilfe präziser Steuerhebel kontinuierliche Anpassungen vornehmen.

Da Astronauten zudem Einschränkungen hinsichtlich Treibstoffverbrauch und Zeit unterliegen, muss das Andocken innerhalb einer bestimmten Zeit abgeschlossen sein und stellt somit auch eine Prüfung der psychologischen Verfassung der Astronauten dar. Die Schwerelosigkeit führt außerdem bei den Astronauten während des manuellen Rendezvous und Andockens zu unangenehmen physiologischen Reaktionen, was sich auf die Betriebsqualität des manuellen Rendezvous und Andockens auswirkt.

Im Jahr 2012 steuerte der Astronaut Liu Wang das Raumschiff Shenzhou 9 manuell und schaffte erfolgreich das erste manuelle Rendezvous und Andockmanöver meines Landes an das Zielraumschiff Tiangong 1.

Da die Qualität der für Rendezvous und Andockmanöver verwendeten Ausrüstung immer stabiler wird, basieren Rendezvous und Andockmanöver im Weltraum derzeit hauptsächlich auf automatischer Steuerung, ergänzt durch manuelle Steuerung. Wenn die automatische Steuerung versagt, wird stattdessen die manuelle Steuerung verwendet. Dies kann die Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit von Rendezvous- und Andockmanövern verbessern.

Daher sollten wir sowohl manuelle als auch automatische Andockmethoden vollständig beherrschen, die sich gegenseitig unterstützen und ein wichtiges „Sicherheitsventil“ für das erfolgreiche Andocken zwischen Raumfahrzeugen darstellen können.

Unsere Astronauten beherrschen diese beiden Steuerungsmethoden. Wenn bemannte Raumfahrzeuge meines Landes Rendezvous- und Andockmanöver durchführen, ist die automatische Steuerung die Hauptmethode, ergänzt durch die manuelle Steuerung.

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Vier große technische Schwierigkeiten

Da die Technologie für Rendezvous- und Andockmanöver im Weltraum sehr kompliziert ist, kam es im Ausland zu fast 20 Fehlschlägen bei Rendezvous- und Andockmanövern im Weltraum und es kam sogar zu Auffahrunfällen zwischen zwei Raumfahrzeugen.

Als das russische Frachtraumschiff Progress M-34 1997 an der Raumstation Mir andockte, geriet es außer Kontrolle und kollidierte mit der Raumstation. Dabei wurden das Spektralmodul und der Solarflügel der Raumstation beschädigt.

Rendezvous und Andocken umfasst zwei Teile: Rendezvous und Andocken . Unter Rendezvous versteht man das Treffen zweier oder mehrerer Raumfahrzeuge in der Weltraumumlaufbahn zu einer festgelegten Zeit und an einer festgelegten Position. Unter Andocken versteht man den Kontakt und die Verbindung zweier Raumfahrzeuge zu einem Ganzen in der Weltraumumlaufbahn durch einen Andockmechanismus. Daher müssen sich Raumfahrzeuge vor dem Andocken im Weltraum treffen, das heißt, sich einander nähern.

Bei einem Rendezvous und Andockmanöver im Weltraum wird eines der beiden Raumfahrzeuge als Zielfahrzeug bezeichnet. Dabei handelt es sich normalerweise um ein großes Raumfahrzeug, beispielsweise eine Raumstation. Es dient als anzudockendes Ziel und hält während des Rendezvous und Andockens einen stabilen Betriebszustand aufrecht. Das andere wird als Verfolgungsfahrzeug bezeichnet und ist normalerweise ein vom Boden aus gestartetes Raumschiff oder Space Shuttle. Während des Rendezvous und Andockens muss es seine Umlaufbahn ändern, um das Zielfahrzeug einzuholen und ein Rendezvous und Andocken zwischen beiden zu erreichen.

Bei der Rendezvous- und Andocktechnologie im Weltraum gibt es vier Hauptschwierigkeiten:

Eine der Schwierigkeiten ist die extrem hohe Geschwindigkeit . Die beiden anzukoppelnden Raumfahrzeuge haben eine Geschwindigkeit von 28.000 Kilometern pro Stunde. Wenn sie nicht gut kontrolliert werden, ist das sehr gefährlich und es kann leicht passieren, dass sie kollidieren, „aneinander vorbeistreifen“ oder „aneinander vorbeigehen“.

Schematische Darstellung der Rendezvous- und Andockbahn

Die zweite Schwierigkeit besteht darin, sich im Erdorbit zu treffen . Bei einem Rendezvous im Weltraum müssen die beiden anzukoppelnden Raumfahrzeuge die Erde umkreisen und dabei den Abstand zwischen ihnen verringern. Beide Raumfahrzeuge fliegen im dreidimensionalen Raum. Wenn ein Raumfahrzeug auf ein anderes zufliegt, muss es entlang der jeweiligen Umlaufbahnen fliegen, um die Entfernung zwischen den beiden Raumfahrzeugen zu verkürzen. Es kann nicht wie auf der Erde beschleunigen, sonst würde es seine ursprüngliche Umlaufbahn verlassen.

Daher wird das Verfolgungsraumfahrzeug normalerweise in eine Umlaufbahn gebracht, die etwas niedriger ist als die des Zielraumfahrzeugs, und holt das Zielraumfahrzeug dann nach mehreren Umlaufbahnanpassungen allmählich ein.

Die dritte Schwierigkeit besteht darin, über hochpräzise Mess- und Steuergeräte zu verfügen . Nur durch die genaue Messung und Berechnung der Umlaufbahnen, Entfernungen und Geschwindigkeiten der beiden Andockstationen können die beiden Raumfahrzeuge in derselben Umlaufbahn operieren.

Darüber hinaus müssen die beiden Raumfahrzeuge ihre Lage während des Andockens präzise steuern, sodass die Mittelachsen der Andockflächen der beiden Raumfahrzeuge auf derselben Andockachse liegen.

Schließlich ist auch erforderlich, dass die Relativgeschwindigkeit der beiden Raumfahrzeuge bei der Annäherung nahe Null liegt und es nicht zu einer heftigen Kollision kommt. Wenn die beiden Raumfahrzeuge aneinander andocken, muss der seitliche Fehler weniger als 18 cm, der Lagefehler weniger als 5° und die Relativgeschwindigkeit weniger als 0,2 m/s betragen.

Die vierte Schwierigkeit besteht in der Notwendigkeit, einen komplexen, hochentwickelten und zuverlässigen Andockmechanismus zu entwickeln.

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Zwei wichtige Ausrüstungsarten

Um ein Rendezvous im Weltraum und das Andocken zweier Raumfahrzeuge zu ermöglichen, sind vor allem zwei wichtige Ausrüstungen erforderlich, nämlich das Messgerät für das Rendezvous und der Andockmechanismus für das Andocken.

Wenn sich zwei Raumfahrzeuge im Weltraum treffen wollen, verlassen sie sich hauptsächlich auf das Rendezvous-Messgerät an Bord des Raumfahrzeugs, das den Raumfahrzeugen als „Augen“ für das Rendezvous und die Annäherung dient. Es gibt vier Haupttypen von Messgeräten:

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Das erste ist das Mikrowellenradar, dessen Messbereich zwischen 100 km und 100 Metern relativer Entfernung liegt. Bei einer Entfernung von weniger als 100 Metern ist der Fehler groß.

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Das zweite ist das Laserradar, das einen Messbereich von 20 Kilometern bis 10 Metern relativer Entfernung hat und eine relativ hohe Messgenauigkeit aufweist;

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Der dritte ist der optische Bildsensor, der einen Messbereich von 100 bis 1 Meter relativer Entfernung hat und eine höhere Messgenauigkeit aufweist;

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Der vierte ist der Dockingsensor, dessen Messbereich zwischen 10 und 0 Metern relativer Entfernung liegt. Darüber hinaus wird auch häufig das Global Satellite Navigation Positioning System verwendet.

Die Vorderseite des Kernmoduls der Raumstation, fotografiert vom Raumschiff

Wenn die beiden Raumfahrzeuge weit voneinander entfernt sind, werden daher Mikrowellenradar, Lidar sowie Satellitennavigations- und -ortungsempfänger verwendet. Bei geringer Entfernung zueinander kommen optische Bildsensoren und Dockingsensoren zum Einsatz. Darüber hinaus sollte die Rendezvous-Messausrüstung in jeder Flugphase gesichert werden, um zu verhindern, dass Rendezvous und Docking durch einen plötzlichen Ausfall der Rendezvous-Messausrüstung scheitern.

Wenn zwei Raumfahrzeuge im Weltraum andocken möchten, müssen sie sich auf den Andockmechanismus des Raumfahrzeugs verlassen. Derzeit werden zwei Haupttypen verwendet:

Der erste ist der Andockmechanismus „Stab-Kegel“, der die Vorteile einer einfachen Struktur und eines geringen Gewichts bietet; Der Nachteil besteht darin, dass der Andockmechanismus vollständig in der Raumfahrzeughülle installiert ist, nach dem Andocken einen großen Innenraum einnimmt und eine relativ geringe Tragfähigkeit aufweist. Derzeit verwenden die bemannten Raumschiffe der russischen Sojus-Serie und die Frachtraumschiffe der Progress-Serie den „Stab-Kegel“-Andockmechanismus, um an der Internationalen Raumstation anzudocken.

Das russische Frachtraumschiff Progress MM fährt seine Andockstange aus, um sich auf das Andocken vorzubereiten

Nachdem das russische Raumschiff an das russische Modul der Internationalen Raumstation angedockt hatte, blockierte der Stab-Kegel-Andockmechanismus den Durchgang in der Nähe der Luke und musste daher entfernt werden.

Der zweite ist der Andockmechanismus „heterogener Körper mit gleicher Struktur drumherum“, der den Vorteil hat, dass der Kanal nach dem Andocken frei ist. Da der Andockverbindungsring einen großen Durchmesser und eine große Tragfähigkeit aufweist, eignet er sich zum Andocken zwischen Raumfahrzeugen unterschiedlicher Masse. Nachteilig ist, dass der Aufbau relativ komplex und die Masse groß ist.

Derzeit wird beim Andocken der US-amerikanischen Crew Dragon an die Internationale Raumstation, an das bemannte Raumschiff Shenzhou meines Landes sowie an das Frachtraumschiff Tianzhou und die Raumstation Tiangong ein Andockmechanismus mit „heterogenen Peripheriegeräten gleicher Struktur“ verwendet.

Der Andockmechanismus meines Landes mit „heterogener Struktur und Peripherie“

Indiens „heterogene Struktur und peripherer“ Andockmechanismus

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Zwei Docking-Modi

Für Rendezvous im Weltraum und das Andocken zwischen Raumfahrzeugen gibt es standardmäßige und schnelle Andockmodi. Der Standard-Dockingmodus ist grob in die folgenden vier Phasen unterteilt:

Bodenführungsphase

Wenn die beiden Raumfahrzeuge 10.000 bis 100 Kilometer voneinander entfernt sind, muss das Verfolgungsfahrzeug unter der Kontrolle des Bodenkontrollzentrums mehrere Bahnänderungsmanöver durchführen, um in den Bereich zu gelangen, in dem die Rendezvous-Messgeräte des Verfolgungsfahrzeugs das Zielfahrzeug erfassen können.

Schematische Darstellung des verfolgenden Flugzeugs, das seine Flugbahn ändert, um das Zielflugzeug einzuholen

Automatische Homing-Phase

Wenn die beiden Raumfahrzeuge 100 Kilometer bis 100 Meter voneinander entfernt sind, steuert das Verfolgungsfahrzeug mithilfe der von beiden Parteien mitgeführten Rendezvous-Messgeräte automatisch in die Nähe des Zielfahrzeugs und fährt in den Andockkorridor ein.

Endanflug

Wenn die beiden Raumfahrzeuge 100 bis 1 Meter voneinander entfernt sind, misst das Verfolgungsfahrzeug mithilfe eines Messsystems die Entfernung, die relative Geschwindigkeit und die Fluglage der beiden Fahrzeuge genau und startet gleichzeitig einen kleinen Motor, um es entlang des Andockkorridors zu manövrieren und den endgültigen Anflug auf das Ziel durchzuführen. Zu diesem Zeitpunkt beträgt die Relativgeschwindigkeit der beiden Raumfahrzeuge etwa 3 bis 1 Meter pro Sekunde.

Stumpfstoßphase

Wenn die beiden Raumfahrzeuge weniger als einen Meter voneinander entfernt sind, müssen sie axial ausgerichtet sein. Das Verfolgungsfahrzeug schaltet seinen Motor ab, sendet ein Andocksignal und fährt den Andockmechanismus aus. Das Zielflugzeug öffnet die Kollisionssperre und das Verfolgungsflugzeug kontaktiert das Ziel mit einer Andockgeschwindigkeit von 0,2 m/s, wodurch eine feste Verbindung in der Struktur, einschließlich Rohrleitungs-, Stromversorgungs- und Kommunikationsleitungsverbindungen, hergestellt wird.

Einige ausländische Frachtraumschiffe verwenden zum Andocken die „Docking“-Methode, d. h., wenn sich das Raumschiff und die Raumstation in einer Entfernung von etwa 10 Metern befinden und die Relativgeschwindigkeit zwischen beiden nahe Null liegt, wird es vom Roboterarm der Raumstation erfasst und an die Raumstation angedockt. Durch diese Andockmethode können Masse, Kosten und Komplexität des Andocksystems auf dem Raumfahrzeug reduziert werden.

Das japanische Frachtraumschiff nutzt amerikanische Technologie, um über den Roboterarm der Raumstation an dieser anzudocken.

Im Standard-Dockingmodus muss das Verfolgungsflugzeug etwa zwei Tage fliegen, bevor es am Zielflugzeug andocken kann. In den letzten Jahren haben China, Russland und andere Länder begonnen, bei ihren bemannten Weltraumaktivitäten den Schnellandockmodus einzusetzen, bei dem das Raumfahrzeug nur 6,5 Stunden oder weniger fliegen muss, um an der Raumstation anzudocken.

Der Schlüssel zum schnellen Rendezvous und Andocken liegt darin, die Arbeit des ursprünglichen Langstrecken-Leitsegments, das ein Eingreifen vom Boden aus erforderte, auf den autonomen Betrieb der Bordcomputer der beiden Raumfahrzeuge zu übertragen. Das heißt, das ursprüngliche „bodengestützte Fernführungssegment“ wird in „autonom“ geändert. Basierend auf dem Satellitennavigationssystem, das Echtzeit-Positionsinformationen des Raumfahrzeugs und der Raumstation liefert, kann der Bordcomputer des Raumfahrzeugs die Umlaufbahn autonom bestimmen und die Daten zur Umlaufbahnänderung berechnen und dann die Umlaufbahnsteuerungsmaschine steuern, um eine autonome Umlaufbahnänderung durchzuführen und so eine vollständig autonome Navigationsberechnung und Führungssteuerung über große Entfernungen zu ermöglichen.

Die Aktionen nach Abschluss der Langstreckenführungsphase sind genau dieselben wie bei vorherigen Andockmissionen. Für das 6,5-stündige schnelle Rendezvous und Andocken sind nur vier Erdumrundungen erforderlich, wobei in den ersten drei Umlaufbahnen jeweils zwei Bahnwechsel erforderlich sind. Früher musste das Raumschiff beim Standard-Dockingmodus mehr als 30 Mal um die Erde fliegen, bevor es am Zielraumschiff andocken konnte.

Es wird berichtet, dass die von Indien gewählte Rendezvous- und Andocklösung im Weltraum hauptsächlich auf dem Satellitenpositionierungssystem basiert, das auf dem Differential Global Navigation Satellite System (DGSSA) basiert.

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Rendezvous und Andocken in China

Derzeit ist die Rendezvous- und Andocktechnologie meines Landes im Weltraum relativ ausgereift. Es beherrscht nicht nur die automatische und manuelle Rendezvous- und Docking-Technologie, sondern auch die schnelle Rendezvous- und Docking-Technologie. Unter anderem stellte das Frachtraumschiff Tianzhou-5 den weltweit schnellsten Rendezvous- und Andockrekord für eine Raumstation auf, indem es nach nur zwei Flugstunden erfolgreich an der Raumstation „Tiangong“ andockte. Darüber hinaus beherrscht es die radiale autonome Rendezvous- und Dockingtechnologie.

Beim sogenannten radialen Andocken trifft das bemannte Raumschiff auf die Raumstation und dockt über die Andockschnittstelle unter dem Kernmodul „Tianhe“ an ihr an. Obwohl sich die Richtung nur um 90° geändert hat, ist der Andockaufwand deutlich gestiegen. Der gesamte Prozess des radialen Rendezvous und Andockens wird in meinem Land vom Raumfahrzeug unter dem Kommando des Leit-, Navigations- und Kontrollsystems intelligent und autonom durchgeführt.

Schematische Darstellung des radialen Rendezvous zwischen Shenzhou 13 (unten) und dem Knotenmodul des Kernmoduls

Um sich an die neuen Anforderungen mehrerer Schnittstellen und schneller Rendezvous- und Dockingstationen im Betrieb der Raumstation anzupassen, hat China einen neuen Flugfunktionspunkt für die Rendezvous- und Dockingmission während der Raumstationsphase hinzugefügt – den zentralen Zielpunkt . Es ist die „Transitstation“ vor dem Rendezvous und Andocken von bemannten Raumfahrzeugen, Frachtraumschiffen und Raumstationen. Es befindet sich im hinteren und unteren Teil der Raumstation. Über diesen Punkt können Rendezvous und Andocken an die vorderen, radialen und hinteren Andockschnittstellen der Raumstation am bequemsten und schnellsten durchgeführt werden, was Zeit (Zeit) und Aufwand (Treibstoffverbrauch) spart.

Als mein Land die Chang'e-5-Mission abschloss, führte es das weltweit erste unbemannte Rendezvous und Andockmanöver in der Mondumlaufbahn durch. Das heißt, nachdem die Chang'e-5-Lander-Aufsteiger-Kombination die Probenentnahme auf der Mondoberfläche abgeschlossen hat, würde der Aufsteiger mit den Mondproben an Bord von der Mondoberfläche abheben und in die Mondumlaufbahn fliegen, wo er mit der im Mondorbit fliegenden Orbiter-Rückkehrer-Kombination zusammentreffen und andocken und dann die Mondproben vom Aufsteiger auf den Rückkehrer übertragen würde.

Rendezvous und Andocken in der Mondumlaufbahn unterscheiden sich von Rendezvous und Andocken in der Erdumlaufbahn. China verfügt über relativ umfangreiche Erfahrungen mit Rendezvous- und Andockmanövern von Raumfahrzeugen in der Erdumlaufbahn und hat das Modell „Klein jagt Großes“ schon oft angewandt, d. h. ein Raumfahrzeug mit geringer Masse jagt einem „Tiangong“ mit großer Masse hinterher.

Für Rendezvous und Andockmanöver in der Mondumlaufbahn ist jedoch das Prinzip „Großes jagt Kleines“ erforderlich, d. h., es muss eine Orbiter-Rückkehrer-Kombination mit großer Masse und mehr Treibstoff eingesetzt werden, um einem Aufsteiger mit kleiner Masse hinterherzujagen. Darüber hinaus beträgt die Entfernung zur Erde Hunderttausende von Kilometern und jede noch so kleine Fehlsteuerung führt zu Abweichungen, sodass für das Rendezvous und das Andocken eine höhere Genauigkeit erforderlich ist.

Schematische Darstellung des Rendezvous und Andockens des Aufsteigers und der Orbiter-Rückkehrer-Kombination in der Mondumlaufbahn (Quelle: China Academy of Space Technology)

Um außerdem zu verhindern, dass die Kombination aus Orbiter und Rückkehrer mit großer Masse den Aufstiegshilfe mit kleiner Masse während des Andockens wegstößt, verwenden sie während des Rendezvous und Andockens im Mondorbit eine Andock- und Einfangsmethode. Aus diesem Grund wurde ein leichter und kleiner Andockmechanismus mit schwacher Wirkung, ein sogenannter klauenartiger Raum, entwickelt und auf dem Orbiter installiert. Beim Andocken „umschließt“ es zunächst die Steigklemme und dockt dann an der Steigklemme an. Diese Designkonzepte sind weltweit einzigartig.

Der Erfolg dieser Technologien hat zudem die Grundlage dafür geschaffen, dass mein Land bemannte Rendezvous- und Andockmanöver in der Mondumlaufbahn durchführen kann, wenn es vor 2030 eine bemannte Mondlandung durchführt.

Autor: Pang Zhihao

Leitender Experte für wissenschaftliche Kommunikation der National Space Exploration Technology

Herausgeber: Dong Xiaoxian

Rezensent: Zhang Chao, Li Peiyuan