Welche Herausforderungen müssen Astronauten bewältigen, um zur Erde zurückzukehren?

Die chinesischen Astronauten Tang Hongbo, Tang Shengjie und Jiang Xinlin haben ihre historische Mission im bemannten Raumschiff Shenzhou 17 abgeschlossen. Mit der erfolgreichen Landung der Rückkehrkapsel des Raumfahrzeugs am Landeplatz Dongfeng ging ihre sechsmonatige Weltraumreise erfolgreich zu Ende. Die Rückreise aus dem Weltraum zur Erde ist jedoch nicht einfach. Astronauten müssen fünf Phasen durchlaufen: Trennung von der Raumstation, Bremsen und Abbremsen, Wiedereintritt in die Atmosphäre, Abbremsen mit dem Fallschirm und Abfederung der Landung, bevor sie sicher die Heimreise antreten können.

Konfiguration des bemannten Raumfahrzeugs Shenzhou

Vorbereitungen für die Rückkehrkapsel vor dem Verlassen des Weltraums

Wenn Astronauten zur Erde zurückkehren möchten, müssen sie zunächst die „Haltung“ des Raumfahrzeugs anpassen, genau wie wir die Vorderseite des Autos in Richtung Heimat drehen müssen, bevor wir nach Hause fahren. Das Raumfahrzeug drehte sich zunächst um 90° gegen den Uhrzeigersinn in horizontaler Richtung und wechselte von einem Zustand mit dem Orbitalmodul vorne, dem Rückkehrmodul in der Mitte und dem Antriebsmodul hinten in einen seitlichen Flugzustand. Dies war die erste „Einstellungsänderung“. Dann trennten sich das Orbitalmodul und das Rückkehrmodul und das Raumschiff wurde zu einer Kombination aus Antriebsmodul und Rückkehrmodul. Anschließend dreht sich die Baugruppe um 90° gegen den Uhrzeigersinn, wobei sich die Antriebskapsel vorne und die Rückkehrkapsel hinten befindet, und passt den Winkel zur Vorbereitung auf das „Bremsen“ an. Anschließend beginnt der Bremsmotor des Antriebsmoduls zu arbeiten und erzeugt eine der Flugrichtung entgegengesetzte Kraft, wodurch das Raumfahrzeug abgebremst wird, von der ursprünglichen Flugbahn abweicht und in die Rückkehrbahn eintritt. Dies ist, als würde man das Raumschiff „bremsen“, es verlangsamen und auf den Heimflug vorbereiten. Danach begann die Kombination aus Rückkehrkapsel und Antriebskapsel frei abzusinken.

Beim Abstieg auf mehr als 140 Kilometer über dem Boden werden Antriebskapsel und Rückkehrkapsel auseinanderbrechen. Die Antriebskapsel wird durch die hohe Temperatur, die durch die atmosphärische Reibung entsteht, verbrannt, während die Rückkehrkapsel weiter absinkt. Zu diesem Zeitpunkt muss die Rückkehrkapsel die optimale „Haltung“ für den Eintritt in die Atmosphäre finden, das heißt, den richtigen Wiedereintrittswinkel einstellen. Dieser Winkel ist äußerst wichtig. Wenn der Winkel zu klein ist, passiert die Rückkehrkapsel den Rand der Atmosphäre und kann nicht nach Hause zurückkehren. Ist der Winkel zu groß, kehrt die Rückkehrkapsel zu schnell zurück und verbrennt wie ein Meteor in der Atmosphäre. Daher muss das Antriebssubsystem der Rückkehrkapsel gut funktionieren, um sicherzustellen, dass das Raumfahrzeug sicher und präzise in die Atmosphäre zurückkehren kann.

Die Rückkehrkapsel tritt in die Atmosphäre ein

Der Feuertest beim Durchqueren der Atmosphäre

Wenn die Rückkehrkapsel etwa 100 Kilometer vom Boden entfernt ist, beginnt sie mit dem Wiedereintritt in die Atmosphäre. Zu diesem Zeitpunkt beträgt seine Geschwindigkeit bis zu 7,9 km/s. Bei einer so hohen Geschwindigkeit entsteht beim Aufprall auf die Atmosphäre eine heftige Reibung. Die durch die Reibung erzeugte Hitze kann die Rückkehrkapsel augenblicklich in einen großen, leuchtenden Feuerball verwandeln. Aber keine Sorge, die Rücklaufkapsel ist mit einer Reihe von Wärmeschutzmaßnahmen ausgestattet, die das Hochtemperaturproblem vollständig lösen können. Was die Menschen am meisten beunruhigt, ist die Tatsache, dass sich um die Rückkehrkapsel eine Schicht aus Plasmagas bildet. Diese Gasschicht blockiert alle elektromagnetischen Wellen. Zu diesem Zeitpunkt verliert die Rückkehrkapsel den Kontakt zum Boden und es tritt das Phänomen einer „schwarzen Barriere“ auf. Dieser Zustand wird etwa 240 Sekunden anhalten, aber keine Sorge, wenn die Rückkehrkapsel etwa 40 Kilometer von der Erde entfernt ist, wird diese „schwarze Barriere“ wie von Zauberhand verschwinden und die Bodenmess- und Kontrollabteilung wird in der Lage sein, die Position der Rückkehrkapsel wieder zu bestimmen.

Sanfte Landung mit dem Fallschirm

Eine Schlüsselrolle für die Sicherheit: Fallschirme

Wenn die Rückkehrkapsel etwa 10 Kilometer über dem Boden absinkt, beginnt das Bergungs- und Landesystem zu arbeiten. Zuerst springt die Fallschirmkappe heraus, dann folgen Führungsfallschirm, Bremsfallschirm und Hauptfallschirm. Zuerst kommt der kleine Führungsfallschirm als Vorhut zum Vorschein, dann kommt der Verzögerungsfallschirm zum Vorschein, um beim Abbremsen zu helfen, und schließlich erscheint der Hauptfallschirm. Ihre Fläche vergrößert sich ständig, von wenigen Quadratmetern über Dutzende Quadratmeter bis hin zu über 1.000 Quadratmetern.

Warum müssen Fallschirme separat geöffnet werden? Würde es nicht schneller langsamer werden, wenn alle geöffnet wären? Es stellt sich heraus, dass der Hauptfallschirm eine Fläche von 1.200 Quadratmetern hat und die Luft ihn sprengt, wenn er auf einmal vollständig geöffnet wird. Aus diesem Grund haben die Konstrukteure ein dreistufiges Öffnungsverfahren für den Fallschirm entwickelt, bei dem er zunächst teilweise geöffnet und dann vollständig entfaltet wird. Dadurch kann die Überlastung beim Öffnen des Fallschirms verringert und das Unbehagen der Astronauten gemindert werden. Zuerst öffnet sich der Führungsfallschirm, anschließend zieht der Führungsfallschirm den Verzögerungsfallschirm heraus. Nach einer gewissen Betriebszeit trennt sich der Verzögerungsfallschirm von der Rückkehrkapsel und gleichzeitig wird ein 1.200 Quadratmeter großer Hauptfallschirm herausgezogen. Beim Übergang von etwa 8.000 Metern über dem Boden auf 6.000 Meter kann die Geschwindigkeit der Rückkehrkapsel von 90 Metern/Sekunde auf etwa 8 Meter/Sekunde reduziert werden. Um die Sicherheit zu gewährleisten, ist die Rückkehrkapsel außerdem mit einem Ersatzfallschirm ausgestattet. Wenn das Hauptfallschirmsystem ausfällt, ermittelt und aktiviert das System automatisch den Ersatzfallschirm, um die Sicherheit der Astronauten zu gewährleisten.

Während des gesamten Landevorgangs ist die Rückkehrkapsel neben dem Fallschirm auch mit Landedämpfungsvorrichtungen wie Schubumkehrtriebwerken und Sitzsystemen ausgestattet. Diese Vorrichtungen kommen zum Einsatz, wenn die Rückkehrkapsel in Bodennähe absinkt. Sie verringern die Aufprallbelastung bei der Landung weiter und bieten den Astronauten zusätzlichen Stoßdämpfungs- und Polsterschutz.

Die Rückreise der Astronauten ist wirklich ein spannendes Abenteuer. Vom Weltraum zur Erde ist jedes Glied der Rückkehrkapsel von entscheidender Bedeutung und eng miteinander verbunden. Ein erfolgreicher Rückflug ist nicht nur ein eindrucksvoller Beweis für den kontinuierlichen Fortschritt der chinesischen Raumfahrtindustrie, sondern inspiriert uns auch dazu, die Geheimnisse des riesigen Universums weiter zu erforschen und ein neues glorreiches Kapitel für die Entwicklung der Raumfahrtindustrie zu schreiben.

Einige Informationen stammen von People's Daily Online, CCTV.com, Shangguan News usw.

(Wissenschaftliche Überprüfung: Liu Yong, Forscher am National Space Science Center der Chinesischen Akademie der Wissenschaften)