Heute vor fünf Jahren flog Chang'e 4 zur Rückseite des Mondes! Wie wurde der „günstige Tag“ für den Kriegsbeginn gewählt?

Am frühen Morgen des 8. Dezember 2018 wurde die Dunkelheit des Satellitenstartzentrums Xichang von einem lauten Dröhnen durch einen hellen Lichtstrahl zerrissen. Dann zeichnete das helle Licht eine wunderschöne Parabel und flog in den Himmel.

In dieser Nacht startete mein Land erfolgreich die Raumsonde Chang'e-4 mit der Trägerrakete Langer Marsch 3B. Dieser wichtige historische Moment wurde bei 2:23 eingefroren.

Die Sonde Chang'e-4 wurde erfolgreich mit der Trägerrakete Langer Marsch 3B gestartet

So wie Hochzeiten glückverheißende Tage erfordern, ist auch der Starttermin von Chang'e 4 etwas ganz Besonderes. Der Startzeitpunkt wird nach sorgfältiger Auswahl durch das technische Personal festgelegt.

Wie werden glückverheißende Tage innerhalb von 4 Uhrzeiten und 6 Minuten über 2 Tage hinweg bestimmt?

Jeder Raketenstart hat einen Zeitbereich, der für den Start besser geeignet ist. Diese Reichweite wird nach umfassender Analyse und Berechnung auf Grundlage der Anforderungen des Raumfahrzeugs selbst und verschiedener externer Einschränkungen (wie etwa Anforderungen an die Umlaufbahn) bestimmt. Die Größe des Bereichs wird auch als Breite des Startfensters bezeichnet. Die Fensterbreite kann breit oder schmal sein. Die weite Zeitspanne kann in Stunden oder sogar Tagen gemessen werden, während die schmale Zeitspanne nur einige zehn Sekunden oder sogar null betragen kann.

Im Vergleich zu gewöhnlichen Starts ist die Auswahl des Startfensters für die Monderkundung viel komplizierter und schwieriger. „Bei der Auswahl des Startfensters für die Monderkundungsmission von Chang'e-4 mussten wir zahlreiche Einschränkungen berücksichtigen. Unter anderem mussten wir sicherstellen, dass die relativen Beziehungen zwischen dem Raumfahrzeug und der Sonne, der Erde (einschließlich Bodenpunkten und erdnahen Umlaufbahnen) und dem Mond (einschließlich des Landepunkts) den Anforderungen für eine Landung auf der Rückseite des Mondes entsprechen“, sagte Tan Yi, stellvertretender Direktor des Modellbüros der Serie Langer Marsch 3A der First Academy of China Aerospace Science and Technology Corporation.

Zunächst müssen für die Mondumlaufbahn die Perigäumslänge und die Flugzeit angepasst werden, damit die Mondumlaufbahn den Landepunkt überfliegen und die Bedingungen für die Landung von Chang'e 4 auf dem Mond schaffen kann. Zweitens muss während des Mondflugs die Sonneneinstrahlung auf die Solarmodule der Sonde berücksichtigt werden. Der Winkel zwischen der Einfallsrichtung des Sonnenlichts und den Solarpanelen muss in einem bestimmten Bereich gehalten werden, um die Energieversorgung des Raumfahrzeugs sicherzustellen. Schließlich muss das Raumfahrzeug während des Mondflugs und der Landung in der Lage sein, den Kontakt zur Erde kontinuierlich zu messen, zu kontrollieren und aufrechtzuerhalten.

Die Auswirkungen vieler Einschränkungen sind nicht gleich. Manche Einschränkungen bestimmen das Startfenster auf dem Mond, andere wiederum das tägliche Startfenster. Das Startfenster ist die Schnittstelle der Startmöglichkeiten, die sich unter der Wirkung dieser Einschränkungen ergeben. ‚Chang’e 4‘ wird auf der Rückseite des Mondes landen, und die verschiedenen Einschränkungen sind komplizierter, sodass das Startfenster nur wenige Minuten beträgt. Sagte Qin Yi.

Schematische Darstellung der Landung von Chang'e 4 auf dem Mond

Nach umfangreichen Berechnungen ermittelten die Techniker vier Zeitfenster für den Start von Chang'e 4. Obwohl es vier Zeitfenster gibt, sind sie auf zwei aufeinanderfolgende Tage verteilt, mit zwei Startfenstern pro Tag und einem 46-minütigen Intervall zwischen den Fenstern. Die effektive Breite der Fenster beträgt für jeden Tag 2 Minuten bzw. 1 Minute.

Dies bedeutet, dass das Startfenster für Chang'e 4 insgesamt nur 6 Minuten beträgt.

Wie kann sichergestellt werden, dass Chang'e-4 die Startfreiheit erhält und pünktlich abhebt ?

Das enge Startfenster von Chang'e 4 stellt beispiellose Herausforderungen an die Anpassungsfähigkeit der Trägerrakete. Um sicherzustellen, dass die Rakete pünktlich innerhalb des erforderlichen Startfensters gestartet werden kann, hat das Entwicklungsteam Verbesserungen am Orbitdesign und der Produktzuverlässigkeit vorgenommen.

„Einerseits verwenden wir eine Orbit-Design-Technologie, die sich an die Beschränkungen mehrerer und enger Startfenster anpasst. Andererseits verbessern wir die Zuverlässigkeit und Redundanz der Hauptsubsysteme und wichtiger Einzelmaschinen der Rakete, um sicherzustellen, dass die Startbeschränkungen des engen Startfensters eingehalten werden.“ sagte Jin Zhiqiang, Oberkommandant der Rakete Langer Marsch 3B.

Da es sich um eine Trägerrakete handelt, die Flüssigtreibstoff verwendet, kann sie, wenn das Startfenster aus irgendeinem Grund verpasst wird, nur den Treibstoff freigeben und den Start erneut organisieren. Dies führt zu erheblichen Verzögerungen bei der Startmission und zu irreparablen Verlusten für das gesamte Projekt.

Um den planmäßigen Start von Chang'e 4 sicherzustellen und die Startanforderungen von vier Zeitfenstern in zwei Tagen zu erfüllen, wurde im Raketensteuerungssystem die Technologie „Start in schmalem Zeitfenster + Umschaltung in mehreren Zeitfenstern“ übernommen. „Einfach ausgedrückt: Durch die ‚Online-Bindung‘ verschiedener Flugsoftwareparameter können wir innerhalb eines Tages zwischen verschiedenen Flugsequenzen wechseln und uns so an die Missionsanforderungen von Multi-Window-Starts anpassen“, sagte Qin Yi.

Die Flugsoftwareparameter des Steuerungssystems wurden online gebunden und die geänderte Software kann vor dem Start über die serielle Schnittstelle direkt auf den Bordcomputer hochgeladen werden. Die Flugsoftware verwendet eine Multi-Window-Status-Switching-Technologie und ermöglicht durch die Zusammenarbeit von Bodentest-, Start- und Kontrollsystem das Umschalten von zwei Flugsequenzsätzen an einem Tag.

Darüber hinaus schlug das gesamte Entwicklungsteam der Rakete Langer Marsch 3B auch eine technische Lösung vor, bei der die Rakete nach dem Befüllen mit kryogenem Treibstoff 24 Stunden lang geparkt wird, um am nächsten Tag in das Startfenster einzutreten, was die Anpassungsfähigkeit der Rakete erheblich verbesserte.