Die Eroberung des Mondes: Die vier größten Herausforderungen und technologischen Durchbrüche, die die bemannte Mondlandung meines Landes mit sich bringt

Mein Land hat das Ziel verkündet, vor 2030 seine erste bemannte Mondlandung durchzuführen. Der vorläufige Plan sieht vor, mit zwei Trägerraketen die Mondlandefähre und das bemannte Raumschiff in die Erde-Mond-Transferbahn zu bringen, das Raumschiff und die Landefähre sollen sich in der Mondumlaufbahn treffen und andocken, und die Astronauten sollen vom Raumschiff aus in die Mondlandefähre einsteigen. Anschließend wird die Mondlandefähre im dafür vorgesehenen Bereich auf dem Mond landen und die Astronauten werden auf den Mond gehen, um wissenschaftliche Untersuchungen durchzuführen und Proben zu sammeln. Nach Abschluss der zugewiesenen Mission werden die Astronauten mit dem Lander in die Mondumlaufbahn fahren, um sich mit dem Raumschiff zu treffen und dort anzudocken. Anschließend werden sie mit den Proben im Raumschiff zur Erde zurückkehren. Daher wird mein Land auf dem Weg zu seiner ersten bemannten Mondlandung vor 2030 mit einer Reihe erheblicher Schwierigkeiten und Herausforderungen konfrontiert sein. Lassen Sie uns diese Herausforderungen einzeln untersuchen und sehen, welche Herausforderungen und technischen Schwierigkeiten die Forscher überwinden müssen, um dieses große Ziel zu erreichen.

Einer der Schlüssel zur bemannten Mondlandung ist zunächst einmal eine leistungsstarke Trägerrakete für schwere Lasten. Um bemannte Raumfahrzeuge und Mondlandefähren in eine niedrige Erdumlaufbahn zu bringen, ist eine enorme Transportkapazität erforderlich, etwa 140 Tonnen Transportkapazität für niedrige Erdumlaufbahnen. Wenn ein Plan zur Montage mit einmaligem Start und Umlauf um den Mond angenommen wird, muss eine neue superschwere Trägerrakete mit einem Startgewicht von etwa 4.000 Tonnen und einem Rumpfdurchmesser von etwa 10 Metern entwickelt werden. Diese Tragfähigkeit entspricht der Saturn-V-Rakete des US-Apollo-Programms und kann die Tragfähigkeit in der erdnahen Umlaufbahn auf 140 Tonnen und die Tragfähigkeit in der Erd-Mond-Transferbahn auf 50 Tonnen erhöhen. Allerdings ist die Entwicklung einer solchen Lösung äußerst schwierig und hat einen langen Entwicklungszyklus.

Um das Ziel der ersten bemannten Mondlandung vor 2030 zu erreichen, haben wir uns für einen Plan mit zwei Starts und einer Mondumrundung entschieden, bei dem die Entwicklung einer Trägerrakete weniger schwierig ist. Dies ist das Ziel unserer Entwicklung der Trägerrakete Langer Marsch 10. Die Rakete vom Typ Langer Marsch 10 ist etwa 88,5 Meter lang und verfügt über einen maximalen Startschub von 2.678 Tonnen. Seine Transportkapazität für erdnahe Umlaufbahnen beträgt etwa 70 Tonnen und ist mit dem US-amerikanischen Space Launch System (SLS-Rakete) vergleichbar. Im Transferorbit Erde-Mond verfügt die Rakete Langer Marsch 10 über eine Transportkapazität von 27 Tonnen. Die Rakete vom Typ Langer Marsch 10 wird voraussichtlich ihren Erstflug etwa im Jahr 2027 absolvieren. Die Rakete vom Typ Langer Marsch 10 basiert auf einer modularen Montagelösung und übernimmt die Raketenkörperstruktur mit einem Durchmesser von fünf Metern und den Flüssigsauerstoff-Kerosin-Motor mit 120 Tonnen Schub der Rakete vom Typ Langer Marsch 5. Die erste Stufe der Rakete verwendet drei parallel geschaltete Module mit einem Durchmesser von jeweils 5 Metern. Jedes Modul ist mit sieben Flüssigsauerstoff-Kerosin-Triebwerken mit einer Schubkraft von 120 Tonnen ausgestattet. Diese Konstruktion löst eine Reihe von Problemen bei der Entwicklung schwerer Raketen.

Eine weitere Herausforderung besteht in der Entwicklung einer neuen Generation bemannter Raumfahrzeuge. Die größte Schwierigkeit und Herausforderung für die neue Generation bemannter Raumfahrzeuge besteht darin, dass ihre Geschwindigkeit bei der Rückkehr vom Mond zur Erde und beim Eintritt in die Atmosphäre größer ist als die der in einer niedrigen Erdumlaufbahn operierenden Raumfahrzeuge von Shenzhou. Sie liegt nahe der zweiten kosmischen Geschwindigkeit von etwa 11 Kilometern pro Sekunde. Dies führt zu einer stärkeren Reibung und die Hitzebeständigkeit des Raumfahrzeugs muss verbessert werden. Im Vergleich zum Shenzhou-Raumschiff weist das neue bemannte Raumschiff eine drei- bis viermal höhere Hitzebeständigkeit auf. Darüber hinaus basiert die neue Generation bemannter Raumfahrzeuge auf der Shenzhou-Raumfahrzeugtechnologie und setzt zahlreiche fortschrittliche Technologien in den Bereichen Raumfahrzeugstruktur, Antrieb, Bergung, Energie, Wärmekontrolle, Elektronik usw. ein. Das Raumfahrzeug ist wiederverwendbar und die Besatzung wurde auf 4–7 Personen aufgestockt. Das Testschiff wurde 2020 erfolgreich vom Stapel gelassen.

Die dritte Herausforderung ist die Mondlandefähre. Die Mondlandefähre muss die Lande- und Rückkehrmission auf der Mondoberfläche abschließen. Dabei handelt es sich jedoch um eine Mission mit hohem Risiko, bei der Herausforderungen wie das komplexe Gelände und die Krater auf der Mondoberfläche bewältigt werden müssen. Insbesondere bei der Rückkehr muss der Lander erneut abheben, was eine äußerst zuverlässige technische Unterstützung erfordert. Dem ausgestellten vorläufigen Modellplan der Mondlandefähre zufolge besteht diese aus zwei Teilen: dem „Mondmodul“ und dem „Antriebsmodul“. Das Antriebsmodul ist nicht nur das Leistungsmodul zum Bremsen und zur Bahnkontrolle bei der Annäherung des Komplexes an den Mond, sondern übernimmt auch die Aufgabe der Leistungsverzögerung beim Abstieg zum Mond. Erst wenn sich das Mondmodul in der Nähe der Mondoberfläche befindet, wird es abgetrennt. Der Zweck dieser Konstruktion besteht darin, Treibstoff für das Mondmodul zu sparen. Erwähnenswert ist, dass das Mondmodul nicht nur als Teil des Landers während der Landung dient, sondern den Astronauten auch als Aufstiegshilfe dient, um die Mondoberfläche zu verlassen. Ein solches Design macht die Mondlandefähre flexibler, was für die erfolgreiche Durchführung bemannter Mondmissionen von entscheidender Bedeutung ist.

Die vierte Herausforderung besteht in der Gesamtkonstruktion und den Flugtests. In den nächsten sieben Jahren wird unser Land das große Ziel einer bemannten Mondlandung in drei Etappen erreichen. In der ersten Phase konzentrieren wir uns auf die Erledigung der Forschungs- und Konstruktionsaufgaben wichtiger Subsysteme. Hierzu gehören die Forschung und Entwicklung einer neuen Generation bemannter Trägerraketen, einer neuen Generation bemannter Raumfahrzeuge, Mondlandefähren sowie Mondanzüge und bemannter Mondrover und anderer Flugprodukte. Gleichzeitig werden wir im Weltraumstartzentrum Wenchang die Endmontage- und Startanlagen für die Rakete vom Typ Langer Marsch 10 errichten und den Bau der zugehörigen Bodenausrüstung und -einrichtungen wie Mess-, Kontroll-, Kommunikations- und Landeplatz abschließen. Danach werden wir in die zweite Phase eintreten, in der wir eine neue Generation bemannter Trägerraketen, eine neue Generation bemannter Raumfahrzeuge und eine Mondlandefähre zur Verifizierung unbemannter Flüge einsetzen werden. Durch eine tatsächliche Flugüberprüfung werden wir die Zuverlässigkeit wichtiger Subsysteme testen und die Machbarkeit der Gesamtlösung überprüfen. Bei dieser Phase handelt es sich um eine wichtige Flugtestphase, in der umfassende Vorbereitungen für die anschließende bemannte Mondlandung getroffen werden. Sobald die zweite Phase der Mission erfolgreich abgeschlossen ist, werden wir in die dritte Phase eintreten, in der ein echter bemannter Mondflug durchgeführt werden soll. Unser Ziel ist es, dass vor 2030 chinesische Astronauten auf dem Mond landen und der jahrhundertealte Traum der chinesischen Raumfahrtgeschichte wahr wird.

Insgesamt ist das bemannte Mondlandeprogramm meines Landes ein großes und anspruchsvolles Ziel. Durch die gemeinsamen Anstrengungen wissenschaftlicher Forscher und Institutionen und durch die vollständige Lösung der oben genannten Schwierigkeiten und Herausforderungen wird es unserem Land sicherlich gelingen, eine bemannte Mondlandung durchzuführen und einen umfassenderen Weg der Weltraumforschung einzuschlagen!

Autor: Zhou Binghong, Forscher, National Space Science Center, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Produziert von: Science Popularization China