Shenzhou 18 erfolgreich gestartet! Die technologischen Geheimnisse hinter dem Raumschiff Shenzhou aufdecken

Am 25. April um 20:59 Uhr startete mein Land erfolgreich das bemannte Raumschiff Shenzhou 18 und schickte drei in den 1980er Jahren geborene Astronauten, Ye Guangfu, Li Cong und Li Guangsu, für sechs Monate zur Raumstation „China“, um dort zu leben und zu arbeiten.

Dies ist der 18. Start der Raumfahrzeuge der Shenzhou-Serie meines Landes. Was ist das Besondere an der Raumsonde Shenzhou meines Landes? Als nächstes erfahren wir mehr über das Geheimnis des Raumschiffs Shenzhou.

(Am 25. April um 20:59 Uhr wurde die Trägerrakete Langer Marsch 2F Yao 18 mit dem bemannten Raumschiff Shenzhou 18 an Bord im Satellitenstartzentrum Jiuquan gezündet und gestartet. Bildquelle: Nachrichtenagentur Xinhua)

1 Von einem hohen Punkt aus entstand das Raumschiff Shenzhou

Die Raumsonde Shenzhou meines Landes wird für bemannte Transporte zwischen Erde und Himmel eingesetzt. Ihre Entwicklung begann im Jahr 1992. Damals, da mein Land über eine solide technische Grundlage und umfangreiche Entwicklungserfahrung im Bereich der rückholbaren Satelliten verfügte und von den Erfahrungen des Auslands bei der Entwicklung bemannter Raumfahrzeuge lernen konnte, wurde schließlich entschieden, die Ein- und Zweikabinen-Raumfahrzeuge zu überspringen und vom damals fortschrittlichsten Raumfahrzeug auszugehen. Stattdessen wurde direkt die bemannte Dreikabinen-Raumsonde „Shenzhou“ entwickelt, um das Niveau eines internationalen bemannten Raumfahrzeugs der dritten Generation zu erreichen. Bis heute wurden 18 Raumfahrzeuge der Shenzhou-Serie mit einer Erfolgsquote von 100 % gestartet, 13 davon waren bemannte Raumfahrzeuge, die insgesamt 22 Astronauten und 35 Menschen ins All schickten.

Darüber hinaus bietet Shenzhou weitere Vorteile, wie zum Beispiel:

Ein Boot kann für mehrere Zwecke verwendet werden. Nachdem die Rückkehrkapsel mehrerer Shenzhou-Raumfahrzeuge zur Erde zurückgekehrt war, blieb ihr Orbitalmodul noch ein halbes Jahr lang in der Umlaufbahn, was dem kostenlosen Start eines Satelliten entspricht.

Hohes Maß an Intelligenz. Es nutzt die neuesten Errungenschaften der Informationstechnologie, von der automatischen Steuerung, Führung und Navigation bis hin zum Datenmanagement, vom redundanten Design zur Behebung von Störungen bis hin zu Flüssigkristallanzeigegeräten. Seine elektronische Technologie und sein Intelligenzniveau sind dem bemannten russischen Raumschiff Sojus weit voraus. Seine Solarmodule können sich automatisch nach der Sonne ausrichten.

Fortschrittliche Hitzeschutztechnologie. Der maximale Durchmesser der Rückkehrkapsel der Raumsonde Shenzhou beträgt 2,5 Meter, die Oberfläche 22,4 Quadratmeter und die Gesamtmasse der verwendeten hitzebeständigen Materialien beträgt etwa 500 Kilogramm. Die Rückkehrkapsel der Sojus-Sonde hat einen Durchmesser von etwa 2,2 Metern und eine Oberfläche von 17 Quadratmetern, die Gesamtmasse ihrer hitzebeständigen Materialien beträgt jedoch 700 Kilogramm.

Der Fallschirm ist extra groß. Der Hauptschirm ist 1.200 Quadratmeter groß. Sein Führungsschirm zieht den Bremsschirm heraus und richtet ihn auf; der Bremsfallschirm reduziert die Geschwindigkeit von 200 m/s auf 80 m/s; der Hauptfallschirm reduziert die Geschwindigkeit auf 6 m/s. Der gesamte Schirm hat im zusammengefalteten Zustand nur die Größe einer kleinen Handtasche und wiegt knapp über 90 Kilogramm.

2 Klein, aber fein: Die drei Hauptkabinen des Raumschiffs Shenzhou werden enthüllt

„Shenzhou“ besteht aus einem Orbitalmodul, einem Rückkehrmodul und einem Antriebsmodul mit einer Gesamtlänge von knapp 9 Metern und einem Gesamtgewicht von rund 8,1 Tonnen. Es verfügt über eine dreiköpfige Besatzung und 6 Kubikmeter Freiraum für Astronauten an Bord. Bei voller Beladung mit 3 Personen beträgt die Zuladung nach oben mindestens 300 Kilogramm und die Zuladung nach unten mindestens 100 Kilogramm. Es kann 7 Tage autonom fliegen und 180 Tage angedockt bleiben.

(Skizze des Raumfahrzeugs Shenzhou. Bildquelle: China Manned Space Engineering Office)

Das Orbitalmodul befindet sich an der Vorderseite des Raumfahrzeugs und verfügt an seinem vorderen Ende über einen zusätzlichen Abschnitt bzw. eine Rendezvous- und Andockvorrichtung für Tests. Wenn das Raumschiff alleine fliegt, wird das Orbitalmodul von den Astronauten nach dem Eintritt in die Umlaufbahn zum Arbeiten, Essen, Aufsuchen der Toilette und Schlafen genutzt und wird als „erste Halle“ bezeichnet.

Die Rückkehrkapsel befindet sich in der Mitte des Raumfahrzeugs. Es handelt sich um die Kabine für den Astronautentransport zum und vom Raumschiff und zugleich um das Kontrollzentrum des Raumfahrzeugs. Es heißt „Raum 1“. Es kann Astronauten dabei unterstützen, nach der Landung 48 Stunden an Land und 24 Stunden auf See zu überleben.

Bei den beiden oben genannten Kabinen handelt es sich um abgedichtete Druckkabinen für die Aktivitäten der Astronauten. Der Kabinendruck beträgt 81,0–101,3 kPa. die Temperatur beträgt 21 °C ± 4 °C und überschreitet während des Rückführvorgangs nicht 40 °C; Der Lärm beträgt in der Betriebsphase nicht mehr als 75 Dezibel und in der Aufstiegs- und Rückkehrphase nicht mehr als 125 Dezibel. Die axiale Flugüberlastung beträgt in der Aufstiegsphase nicht mehr als 5g und in der Rückkehrphase nicht mehr als 4g.

Das Antriebsmodul befindet sich am Heck des Raumfahrzeugs. Es handelt sich um eine nicht abgedichtete Struktur, die das Raumfahrzeug mit Energie, Strom, Treibstoff usw. versorgt. Das Heck ist mit vier 2,5 Kilonewton starken Flugbahnänderungstriebwerken ausgestattet, die Seitenwände sind mit Lageregelungstriebwerken und einem 24 Quadratmeter großen Hauptsolarflügel mit einer Stromversorgung von 1,8 Kilowatt ausgestattet.

3. Das Raumschiff Shenzhou verfügt über 14 Hauptsubsysteme , jedes mit seinen eigenen Funktionen

„Shenzhou“ besteht aus 14 Subsystemen. An diesen Subsystemen sind Dutzende von Disziplinen beteiligt, beispielsweise Physik und Medizin. Sie sind daher technisch vielfältig und ihre Entwicklung komplex. Die Subsysteme, einschließlich Umweltkontrolle und Lebenserhaltung, Bergung und Landung, Instrumente und Beleuchtung, Rettungsmaßnahmen im Notfall und Besatzung, sind einzigartig in bemannten Raumfahrzeugen. Darüber hinaus gehören zum Bordanteil der Astronauten- und Raumfahrtanwendungssysteme die Crew- und Nutzlastsubsysteme. Einige der Subsysteme sind wie folgt:

Das Struktur- und Mechanismus-Subsystem besteht aus der Hauptkörperstruktur, der Hitzeschutzstruktur und dem Mechanismus.

Das Umweltkontroll- und Lebenserhaltungssystem schafft eine geeignete Kabinenumgebung für die Raumfahrzeugbesatzung und versorgt sie mit Wasser, Sauerstoff usw.

Das Wärmekontroll-Subsystem wird verwendet, um die für die Instrumente, Ausrüstung, Strukturen und Besatzung in jeder Kabine des Raumfahrzeugs erforderlichen Umgebungstemperaturbedingungen sicherzustellen.

Das Mess-, Steuerungs- und Kommunikationssubsystem wird zum Verfolgen und Messen der Umlaufbahn von Raumfahrzeugen, zum Übertragen von Daten und Bildern von Raumfahrzeugen, zur Sprachkommunikation und Fernsehüberwachung usw. verwendet.

Das Datenverwaltungssubsystem erfasst jederzeit technische Parameter und Betriebsparameter des Raumfahrzeugs und verarbeitet die erfassten Daten.

Das Stromsubsystem wird durch Solarzellen und chemische Batterien mit Strom versorgt.

Das lebensrettende Notfall-Subsystem ist für die Rettung des Raumfahrzeugs während seiner Bereitschaft auf der Startrampe und während der Startphase zuständig, wenn ein gefährlicher Fehler der Rakete oder des Raumfahrzeugs auftritt und nicht behoben werden kann.

Das Crew-Subsystem versorgt das Raumschiff mit qualifizierter Besatzung, Raumanzügen und Weltraumnahrung, um die Gesundheit der Besatzung zu gewährleisten.

4 Kontinuierliche Optimierung, die Leistung des Shenzhou-Raumfahrzeugs wird weiter verbessert

Um den Anforderungen der Raumstationsmission gerecht zu werden, hat mein Land das Raumschiff Shenzhou, beginnend mit Shenzhou 12, weiter verbessert. Zum Beispiel:

Für die Wärmekontrollsysteme der Rückkehrkapsel, der Antriebsmotoren und Tanks sowie für das an das Stromnetz der Raumstation angeschlossene Stromversorgungssystem wurden spezielle Konstruktionen entwickelt, damit das Raumfahrzeug über die erforderlichen adaptiven Unterstützungsbedingungen für die Stromversorgung und den thermischen Umgebungsschutz verfügt, um sich an die komplexen externen Wärmeflussbedingungen anzupassen, die durch die komplexe Konfiguration und Lage der Raumstation bedingt sind.

Die Wasserspeicherausrüstung wurde von Wassertanks auf Wassersäcke umgestellt, wodurch Platz und Gewicht gespart wurden; An der Kabinenwand des Raumfahrzeugs wurde ein Wärmekreislauf angebracht, der von einer zentralen Steuerung auf eine Zweigsteuerung umgestellt wurde, wodurch eine präzise regionale Temperaturregelung erreicht wurde.

Aufgrund der langen Verweildauer des Raumfahrzeugs in der Umlaufbahn wird eine neuartige Wärmekontrollbeschichtung mit geringer Absorption und Emission verwendet, die hochenergetischer Ultraviolettstrahlung, atomarem Sauerstoffbombardement sowie Angriffen durch verschiedene hochenergetische Teilchen und ionisierende Strahlung im Weltraum jederzeit standhalten kann.

Der im Raumfahrzeug verwendete Steuercomputer und der Datenverwaltungscomputer werden vollständig von im Inland produzierten CPU-Chips angetrieben.

Das Beidou-Navigationsterminal wird auch in das Design des Raumfahrzeugs integriert, und Navigationsberechnungen, Berichte zu Such- und Rettungslandepunkten usw. verwenden alle die Positionierungsdaten des Beidou-Systems.

Die Messung und Steuerung hat sich von einer überwiegend bodengestützten Messung und Steuerung zu einer überwiegend weltraumgestützten Messung und Steuerung verlagert, wodurch nicht nur die Mess- und Steuerungsabdeckung erweitert, sondern auch Missionskosten gespart werden.

Stattdessen wurde ein Schnellleckdetektor für Kabinentüren verwendet. Produkte wie der internationale Rettungspositionsanzeiger und der Mikrowellen-Schwerkraft-Niveauschalter wurden verwendet, um die Rückkehrkapsel schnell und genau zu finden. Für die Kabinenbeleuchtung sowie die Rendezvous- und Andockbeleuchtung kommen moderne Festkörperlichtquellen zum Einsatz, die sich durch Stoßfestigkeit, Vibrationsfestigkeit, geringen Stromverbrauch und hohe Stabilität auszeichnen und so den Erfolg von Rendezvous und Andockmanövern zusätzlich garantieren.

Erwähnenswert ist auch, dass die diesmal gestartete Shenzhou 18 im Vergleich zu früheren Shenzhou-Raumfahrzeugen neue Änderungen an der Hauptstromspeicherbatterie aufweist – von der bisherigen Cadmium-Nickel-Batterie zu einer Lithium-Ionen-Batterie. Lithium-Ionen-Batterien verfügen über eine höhere Energiedichte, eine längere Zyklenlebensdauer, eine bessere Hochstromladung und reduzieren das Gewicht des gesamten Schiffs um etwa 50 Kilogramm.

5. Effiziente Produktion und Batch-Produktionsmodus ermöglichen die qualitativ hochwertige Lieferung des Shenzhou-Raumfahrzeugs

Mit dem Beginn der Raumstationsära führte „Shenzhou“ ein Serienproduktionsmodell ein, um die Qualität der Raumfahrzeuge zu verbessern, die Forschungs- und Entwicklungskosten zu senken und den Entwicklungszyklus zu verkürzen. Dadurch können die Produktions- und Testprozesse standardisierter und regelmäßiger gestaltet werden, sodass das Personal den Produktstatus leichter verstehen und die Produktqualität sicherstellen kann. Darüber hinaus verbessert es die Konzentration der Materialbeschaffung, wodurch die Verwaltung der Lieferkette und die Kontrolle des Lagerzyklus einfacher werden.

Die vier bemannten Raumschiffe Shenzhou XII bis Shenzhou XV bilden eine Gruppe. Nach der Einführung dieses Produktionsmodells verkürzte sich der Entwicklungsprozess des Shenzhou-Raumfahrzeugs vor Verlassen des Werks von 17 auf 14 Monate, und auch der Test- und Startprozess am Startplatz wurde von 59 auf 46 Tage optimiert.

Nachdem die chinesische Raumstation vollständig gebaut war und ihren regulären Betrieb aufgenommen hatte, begann auch die bemannte Raumfahrzeugserie „Shenzhou“ mit einer intensiven Produktion neuer Chargen (6 Raumfahrzeuge, nämlich Shenzhou 16 bis 21). Unter der Prämisse, Zuverlässigkeit und Sicherheit zu gewährleisten, wurden in dieser Serienproduktion Hunderte von Geräteänderungen und Verifizierungsarbeiten zur Verbesserung der Zuverlässigkeit in kürzester Zeit und unter Einhaltung der höchsten Standards durchgeführt, die autonome Gesundheitsmanagementfunktion weiter verbessert und ein Mechanismus zur Dateneinhüllendenanalyse auf Subsystemebene, Einzelmaschinenebene und Komponentenebene eingerichtet. Es förderte umfassend die Informatisierung der Produktdatenverbindung, die Digitalisierung des Kabelanordnungslayouts und die intelligente Erkennung wichtiger Parameter und realisierte die erneute Modernisierung des Raumfahrzeugs „Shenzhou“ im „Zeitalter der Raumstationen“ vollständig und legte damit eine solide Grundlage für den Aufbruch der „Shenzhou“ zu einer neuen Reise.

Die Datenanzeige der Raumfahrzeuginstrumente wird vereinfacht und bietet den Astronauten eine übersichtlichere, intuitivere und komfortablere Anzeigeoberfläche für die Durchführung ihrer Missionen. Darüber hinaus wurde ein verbessertes Relaisterminal mit drei wesentlichen Vorteilen entwickelt: einem höheren Integrationsgrad, einer stärkeren Verarbeitungskapazität und einer höheren Lokalisierungsrate, das eine ungehinderte Kommunikation zwischen dem Raumfahrzeug und der Erde ermöglicht.

Das Forschungs- und Entwicklungsteam nutzt weiterhin Informationstechnologie, Automatisierung und intelligente Mittel, um die Effizienz der Modellentwicklung weiter zu verbessern und eine qualitativ hochwertige Lieferung der Kabinenstruktur sicherzustellen.

Autor: Pang Zhihao, Chefexperte für wissenschaftliche Kommunikation der National Space Exploration Technology

Produziert von: Science Popularization China x Chinesische Gesellschaft für Astronautik

Produziert von: China Science and Technology Press Co., Ltd., China Science and Technology Publishing House (Beijing) Digital Media Co., Ltd.