20 Sterne in einem Pfeil! Der erfolgreiche Start der Jielong-3 hat der kommerziellen Raumfahrt neuen Schwung verliehen!

Am 6. Dezember um 3:24 Uhr zündete die Trägerrakete Jielong-3 und startete im Meer nahe Yangjiang in der Provinz Guangdong. Damit wurde der Testsatellit für die Satelliteninternettechnologie erfolgreich in die vorgegebene Umlaufbahn gebracht. Die Startmission war ein voller Erfolg. „Jielong-3“ ist eine kommerzielle vierstufige Feststoffrakete, die für die schnellen Vernetzungs- und Startanforderungen zukünftiger Satellitenkonstellationen gebaut wurde. Es wurden Durchbrüche in vielen Schlüsseltechnologien erzielt und es ist in der Lage, „20 Satelliten mit einer Rakete“ zu starten. Die Gesamtstartkosten sind derzeit die niedrigsten im Land und werden den inländischen kommerziellen Weltraumstarts sicherlich neue Impulse verleihen.

Langer Marsch 3-Rakete

Vorteile von Feststoffraketen voll ausgenutzt

Wie wir alle wissen, verfügen Feststoffraketen über eine relativ einfache Struktur und bieten die Vorteile einer hohen Zuverlässigkeit, kurzer Fertigungszyklen und einer einfachen Startplatzunterstützung. Die Jielong-3-Rakete zeichnet sich durch eine hohe Tragfähigkeit, einen großen Verkleidungsraum, vielfältige Startmethoden, eine gute Wirtschaftlichkeit, eine hohe Starteffizienz und einen kurzen Erfüllungszyklus aus, was die vielen Vorteile von Feststoffraketen voll zur Geltung bringt.

Aus öffentlichen Informationen geht hervor, dass die Gesamtlänge der Rakete 31,8 Meter beträgt, der maximale Durchmesser des Raketenkörpers 2,65 Meter beträgt, die Startmasse 140 Tonnen beträgt, die Tragfähigkeit in der 500 Kilometer hohen sonnensynchronen Umlaufbahn 1,5 Tonnen beträgt und sie einen Durchmesser von 2,9 Metern und eine Verkleidung mit einem Durchmesser von 3,35 Metern hat. Es kann vom Meer und von Landfahrzeugen aus gestartet werden und ist vielseitig einsetzbar.

Die Jielong-3-Rakete ist unterwegs

Wie das Sprichwort sagt: „Je stärker die Macht, desto größer die Weltraumbühne.“ Die Jielong-3-Rakete verwendet einen Hochleistungs-Feststoffmotor mit fasergewickelter Verbundwerkstoffschale und der größten Ladung und Schubkraft in China. Der Motor hat einen Durchmesser von 2,65 Metern, eine Ladung von 71 Tonnen, einen Schub von 200 Tonnen und nutzt eine Reihe neuer Technologien, wobei die Gesamtleistung Weltklasseniveau erreicht.

Durch einen mehrgleisigen Ansatz der technischen und wirtschaftlichen Integration hat das Forschungs- und Entwicklungsteam der China Long March Rocket Co., Ltd. (China Rocket Company), der First Academy of China Aerospace Science and Technology Corporation, kontrollierbare Designkosten erreicht und gleichzeitig die Produktzuverlässigkeit sichergestellt und die Gesamtleistung der Motorprodukte verbessert. Bei dieser Mission absolvierte die Jielong-3-Rakete den ersten Heißstart einer chinesischen Rakete auf See und vollzog damit den Sprung vom Kaltstart zum Heißstart auf See.

Aufgrund der Vergrößerung des Raketenkörpers wurde für die Jielong-3-Rakete eine innovative, rahmengeführte, seegestützte Heißstartlösung übernommen, mit der technische Schwierigkeiten wie Startstabilität, Startsicherheit, Gasflussführung und Wärmeschutzdesign überwunden werden konnten. Während die Startsicherheit gewährleistet wurde, verkürzte es effektiv den Startvorgang und senkte die Startkosten.

Während dieser Mission machte auch das Aussehen der Jielong-3-Rakete von sich reden – „großer Kopf und dünner Hals“. Es stellt sich heraus, dass der maximale Durchmesser des Raketenkörpers der Jielong-3 2,65 Meter beträgt und der minimale Durchmesser nur 2 Meter beträgt. Das Entwicklungsteam verwendete eine Verkleidung mit einem Durchmesser von 3,35 Metern, die im Vergleich zu Feststoffraketen gleicher Größe einen größeren Hüllenraum für die Nutzlast bieten kann. Diese Konfiguration brachte jedoch große Probleme hinsichtlich der strukturellen Belastungsauslegung der Rakete, der Fluglageregelung und der komplexen Gestaltung der Lärm- und Vibrationsumgebung mit sich. Das Entwicklungsteam hat hart daran gearbeitet, einen „komfortableren“ Platz für den Satelliten vorzubereiten.

Auch das integrierte Test-, Start- und Kommandosystem der Jielong-3-Rakete ist einfacher und intelligenter. Es versteht sich, dass die Vorder- und Rückseite des Bodentest-, Start- und Kontrollsystems vollständig in die Front-End-Test-, Start- und Kontrollkabine und die integrierte Back-End-Kommando- und Kontrollkabine integriert sind. Das System verfügt über ein hohes Maß an Integration und Intelligenz und ermöglicht den Start mit einem Klick von einem Laptop aus.

Der erfolgreiche Start der Jielong-3-Rakete hat die Vorteile einer integrierten Produktion, Fertigung und eines integrierten Starts erneut bestätigt: Die komplexen Transportverbindungen zwischen Raketenproduktion und -start wurden reduziert, die Startkette verkürzt und die Starteffizienz deutlich verbessert.

Berichten zufolge wurden die Endmontage und die Tests der Jielong-3-Rakete auf dem Gelände der Feststoffraketen-Endmontage- und Testbasis der China Rocket Company in der Stadt Haiyang in der Provinz Shandong durchgeführt, wobei ein Batch-Produktions- und -Lagermodus angewendet wurde. Bei der Durchführung der Startmission werden das Andocken des Satelliten an die Rakete und das Andocken an die Verkleidung durchgeführt. Nach den erforderlichen Tests wird die Rakete als Ganzes auf das Startschiff im Offshore-Starthafen (Hafen Haiyang) umgeladen. Die Transportentfernung beträgt höchstens 6 Kilometer und die Transportzeit höchstens 2 Stunden. Nachdem die Rakete auf dem Trägerschiff zum Zielseegebiet transportiert wurde, beginnt der Startvorgang. Der gesamte Vorgang dauert normalerweise nicht länger als eine Woche. Die Effizienz eines einzelnen Starts wird erheblich verbessert und es können Starts mit hoher Frequenz, beispielsweise einmal pro Woche, erreicht werden.

Es ist erwähnenswert, dass während des Entwicklungsprozesses der Jielong-3-Rakete eine große Anzahl autonomer und steuerbarer Industriesoftware wie „Tianxun“, „Tianxing“, „Tianji“ und „Tianxiang“ übernommen wurde, wodurch die Umstellung von ausländischer Industriesoftware auf autonome Steuerung und von der physischen Bodenverifizierung auf Simulationsdesign realisiert wurde, wodurch eine große Anzahl physischer Bodentests reduziert und die Designeffizienz effektiv verbessert wurde.

Thermischer Start auf See überwindet Schwierigkeiten

Mit dieser Raketenmission Jielong-3 gelang für Chinas Raketen der Sprung vom Kaltstart auf See zum Heißstart auf See.

Der Start von Raketen vom Meer aus hat mehrere Vorteile. Erstens kann die Offshore-Startplattform flexibel eingesetzt werden. Beispielsweise kann die Rakete im Meer in Äquatornähe gestartet werden. Dabei wird die Rotationsgeschwindigkeit der Erde optimal ausgenutzt, um die Rakete in die Umlaufbahn zu bringen und ihre Nutzlast zu erhöhen, was einer Einsparung von Raketentreibstoff gleichkommt. Zweitens hat der Start vom Meer aus eine große Reichweite, und Raketentrümmer können auf die Meeresoberfläche spritzen, wodurch dicht besiedelte Gebiete wie Städte vermieden werden und der Landebereich sicher ist.

Derzeit werden die Vorteile des Seestarts, wie Sicherheit, Flexibilität und Effizienz, mit im Inland produzierten Raketen verschiedener Typen getestet, und der Seestart könnte sich zunehmend normalisieren. Weitere professionelle chinesische Offshore-Startschiffe sind im Bau und streben mehrere Starts pro Seefahrt an. Parallel wird die Offshore-Fixed-Launch-Plattform demonstriert, die den Bedarf an Raketen für Offshore-Starts nachhaltig reduzieren und durch den Modus „Fixed + Mobile“ die Wirtschaftlichkeit und Flexibilität von Offshore-Starts deutlich verbessern kann. Darüber hinaus erforschen chinesische Raketenunternehmen auch aktiv die Startfähigkeiten von Flüssigkeitsraketen vom Meer aus und realisieren umfassendere Startfähigkeiten vom Meer aus, wie etwa „sowohl heiß als auch kalt“, „Kompatibilität mit Feststoffen und Flüssigkeiten“, „fest + mobil“ und „mehrere Starts auf See in einem“.

Die Jielong-3-Rakete wird auf dem Trägerschiff vorbereitet

Wie unterscheiden wir also zwischen „kalt“ und „heiß“? Beim sogenannten „Kaltstart“ wird die Rakete zunächst aus dem Abschussrohr ausgestoßen, zündet dann und hebt in der Luft ab. Die heiße Heckflamme der Rakete verursacht keine Verbrennungen an der Startplattform. Die Rakete vom Typ Langer Marsch 11 verwendet diese Startmethode. Beim sogenannten „Hot Launch“ erfolgt die Zündung und der Abflug der Rakete direkt von der Startplattform, ohne dass ein Auswurfvorgang notwendig ist. Die meisten Raketen meines Landes verwenden diese Startmethode.

Oberflächlich betrachtet scheint der Heißstart auf See einfacher zu sein als der Kaltstart auf See, da der Katapultschritt fehlt, aber das ist nicht der Fall. Eine direkte Zündung der Rakete erzeugt eine starke Reaktionskraft und beeinträchtigt die Stabilität. Die Hochtemperatur-Heckflamme der Rakete stellt auch die Tragfähigkeit des Trägerschiffs und der Startausrüstung auf die Probe. Wie können diese Probleme gelöst werden?

Beim Anschauen des Missionsvideos der Jielong-3-Rakete kann dem aufmerksamen Betrachter auffallen, dass die Rakete vor dem Start in einen rechteckigen „Käfig“ gehüllt war. Dieser „Käfig“ ist der Führungsrahmen. Der Wind ist stark und die Wellen auf See sind hoch. Ohne externe Unterstützung ist es für die Rakete schwierig, stabil auf dem Trägerschiff zu stehen. Daher unterstützt das Startrohr bei einem Kaltstart die Stabilität der Rakete. Bei einem Heißstart wird die Rakete durch den Führungsrahmen „gehalten“, sodass sie aufgrund der Seebedingungen nicht instabil wird und umkippt.

Um das Problem zu lösen, dass die Rakete bei einem Heißstart auf See hohen Temperaturen standhalten muss, fügten die Entwickler am Heck des Trägerschiffs eine 15 Meter lange und 10 Meter breite Startunterstützungsplattform hinzu. Mithilfe dieser Plattform wird die Entladung der Raketenheckflamme von oben nach unten auf die horizontalen Seiten umgestellt, wodurch die Auswirkungen der Raketenheckflamme auf das Startschiff und die Startausrüstung erheblich verringert werden.

Darüber hinaus haben die Entwickler der Startausrüstung eine zweite Sicherheitsebene hinzugefügt: Sie haben eine Schutzschicht für die Kernkomponenten und Schutzstahlplatten in Bereichen mit hoher Wärmeflussdichte hinzugefügt. Das ultimative Ziel besteht darin, dass nach dem Start der Rakete die Hauptstruktur der Ausrüstung nicht beeinträchtigt wird und sie nach einer einfachen Wartung ihre Mission erneut durchführen kann.

Da es bei einem thermischen Offshore-Start viele Herausforderungen zu bewältigen gibt, stellt sich die Frage, warum wir es versuchen sollten. Denn im Vergleich zum Kaltstart auf See ist der Heißstart auf See wirtschaftlicher, der Führungsrahmen ist offensichtlich kostengünstiger als das Startrohr und es gibt weniger Einwegverbrauchsmaterialien, was den Wert maximieren kann. Nach dem erfolgreichen Heißstart der Jielong-3-Rakete auf See erwarten wir, dass weitere Raketentypen entsprechende Versuche unternehmen werden.

Geschäftsanforderungen erfordern umfassende Upgrades

Angesichts der steigenden Nachfrage nach Informationen aus der Luft- und Raumfahrt und der boomenden Entwicklung der kommerziellen Raumfahrt ergeben sich für Raketen neue Anforderungen hinsichtlich kostengünstiger, groß angelegter und schneller Netzwerkstarts. Die China Rocket Corporation verfolgt ein kommerzielles Modell und einen Ansatz der technologischen und wirtschaftlichen Integration und hat auf Grundlage der Rakete Langer Marsch 11 eine Serienentwicklung zur Herstellung der Rakete Jielong 3 durchgeführt, deren Ziel darin besteht, kostengünstige, serienbasierte und hochfrequente Startdienste für Satelliten in niedrigen Umlaufbahnen bereitzustellen.

Die Maximierung der Notwendigkeit, die Anforderungen der kommerziellen Nutzung zu erfüllen, ist der grundlegende Ausgangspunkt für den Bau einer guten kommerziellen Rakete. Das wichtigste Merkmal der Jielong-3-Rakete ist ihre hohe Kosteneffizienz. Die Kosten für die Herstellung und den Start der Rakete werden so weit wie möglich kontrolliert und der Preis für jedes Kilogramm Nutzlast für den gesamten Raketenstartservice übersteigt nicht 10.000 US-Dollar.

Die Kostenkontrolle ist nicht einfach und das Forschungs- und Entwicklungsteam hat viele Neuerungen in den Managementmodellen vorgenommen. Zunächst führten wir, ausgehend von den Zielkosten als erster Einschränkung, eine iterative Optimierung des Plans und der Kosten durch und legten den technischen Plan nach dem Prinzip „optimale Kosten, einfachster Prozess und kürzester Prozess“ fest. Zweitens: Erforschen und entwickeln Sie ein neues Modell für das Qualitätsmanagement kommerzieller Raketen mit differenziertem Management als Kern und formulieren Sie Qualitätsmanagementstrategien auf verschiedenen Ebenen für unterschiedliche Produkt-, Prozess- und Risikoebenen. Drittens: Senkung der Kosten für Raketenproduktion und -start durch eine Reihe von Maßnahmen wie Massenproduktion, Optimierung der Produktionsprozesse, Verkürzung der Startketten und strategische Zusammenarbeit zum gegenseitigen Nutzen.

Die Jielong-3-Rakete wird in Abschnitten zusammengebaut

Auch die Standardisierung und Modularisierung von Produkten ist ein wirksames Mittel zur Kostensenkung. Das Forschungs- und Entwicklungsteam hat die Raketentechnologien der „Langer Marsch“-Reihe sowie zahlreiche Simulationstechnologien umfassend genutzt und so einen gewissen Grad an Gemeinsamkeiten bei einzelnen Maschinen, Werkzeugen, Ausrüstungen und Einrichtungen erreicht, die Komponentenkosten weiter gesenkt, den Lieferzyklus des Raketenkörpers verkürzt und auf die „Lücke“ bei kommerziellen Markteinführungen reagiert.

Darüber hinaus ist auch ein kurzer Erfüllungszyklus wichtig. Das Forschungs- und Entwicklungsteam widmete sich hauptsächlich zwei Arbeitsaspekten: Einerseits diente es durch die Designkonzepte zur Aufgabentrennung des Raketenkörpers und zur Parametrisierung der Flugsoftware der Massenproduktion von Raketen; Andererseits wurden als Reaktion auf die „kurzfristigen“ Arbeiten im Zusammenhang mit Satelliten und Raketen Designmethoden wie die schnelle integrierte Konstruktion von Satelliten und Raketen sowie die parallele Entwicklung übernommen, um wichtige Engpässe wirksam zu überwinden. Auf diese Weise kann der Erfüllungszeitraum auf 3 bis 6 Monate verkürzt werden.

Kurz gesagt: Von der Projektentwicklung bis zum erfolgreichen Erstflug der Jielong-3-Rakete vergingen lediglich 20 Monate. Das bedeutet, dass chinesische Raketenunternehmen ein neues Modell für die schnelle Entwicklung kommerzieller Raketen erkundet haben. Berichten zufolge wird die China Rocket Company mit dem Bau der zweiten Phase der Endmontage- und Testanlage in Haiyang, Shandong, beginnen und plant, bis Ende 2023 eine jährliche Produktionskapazität von 20 Raketen und eine Lagerkapazität von 3 Raketen zu erreichen.

Die Jielong-3-Rakete wurde von Beginn des Projekts an als kommerzielle Rakete eingestuft. Während des Marktentwicklungsprozesses hat die China Rocket Corporation einen regelmäßigen Verhandlungsmechanismus mit ihren Kunden etabliert und eine strategische Allianz mit hochwertigen Kunden aufgebaut. beim Eintritt in die Startservicephase hat das Unternehmen seine starken Marktressourcen und Vorverkaufskapazitäten genutzt, um die gemeinsame Entwicklung mit Satellitenparteien zu stärken; Während der Demonstrationsphase der Satellitenkonstellation hat das Unternehmen die Raketen Jielong III, Langer Marsch 2C und Langer Marsch 11 in vollem Umfang genutzt, um Satellitenteilnehmern flexible, wirtschaftliche und effiziente integrierte Startlösungen zu bieten und so die Effizienz der Satellitenvernetzung zu verbessern und die Startkosten zu senken.

Rund um die Jielong-3-Rakete hat die China Rocket Company außerdem eine Reihe von Mehrwertdiensten für die Marke erkundet, etwa Werbung für den Raketenkörper, Markenzusammenarbeit, wissenschaftliche Bildung, Kulturtourismus und kulturelles Schaffen.

Durch den erfolgreichen Jungfernflug der Jielong-3-Rakete konnte das relevante Modellspektrum der Feststoffraketen weiter erweitert werden. Die Tragfähigkeit der 500 Kilometer langen sonnensynchronen Umlaufbahn beträgt 200 Kilogramm bis 1,5 Tonnen, der Durchmesser der Verkleidung beträgt 1,2 Meter bis 3,35 Meter. Der Tragfähigkeitsgradient ist angemessener. Gleichzeitig können wir unseren Satellitenkunden durch missionsorientiertes Design, Massenproduktion, integrierte Dienste und integrierte Starts sicherere, flexiblere, wirtschaftlichere und effizientere Startdienste bieten.

Das Forschungs- und Entwicklungsteam wird in Zukunft die Jielong-3-Rakete weiter optimieren und verbessern, sich stärker auf die aktuellen und zukünftigen Anforderungen an kostengünstige, serienmäßige und hochfrequente Starts von Satelliten in niedrigen Umlaufbahnen konzentrieren und die Leistungsindikatoren und Nutzungsmodi der Rakete bestimmen. Beispielsweise möchten wir kommerziellen Satellitenkunden qualitativ bessere und günstigere Startdienste bieten, indem wir das Gewicht der Struktur reduzieren, um die Tragfähigkeit zu erhöhen, oder indem wir die flüssige Oberstufe ersetzen, um die Startanpassungsfähigkeit zu verbessern usw.

Die Jielong-3-Rakete ist nicht das „Ende“ der Serie. Die China Rocket Company führt derzeit die Rakete Jielong-4 mit stärkerem Schub vor, deren Transportkapazität bis in die 500 Kilometer hohe sonnensynchrone Umlaufbahn 2,5 Tonnen erreichen wird. Das Forschungs- und Entwicklungsteam wird die Forschungs- und Entwicklungskosten senken, die Wettbewerbsfähigkeit auf dem Markt verbessern und die vielfältigen Bedürfnisse der Satellitenkunden durch Maßnahmen wie die modulare Kombination von Feststofftriebwerken, die Integration von Bordelektriksystemen sowie Bodentest-, Start- und Kontrollsystemen besser erfüllen.