Liegend oder stehend? Es gibt viele Möglichkeiten, Raketen zu transportieren

Vor nicht allzu langer Zeit erregte ein Video, das den Transport der Rakete vom Typ Langer Marsch 7 mit dem Frachtraumschiff Tianzhou 6 im Weltraumbahnhof Wenchang zeigte, erneut die Aufmerksamkeit aller. Nachdem die Rakete die Endmontage und Tests abgeschlossen hat, wird sie von der Endmontage- und Testanlage zum Startplatz transportiert. Dieser Vorgang wird als Raketentransfer oder -verlagerung bezeichnet. Tatsächlich sind gängige Transportmethoden für Raketen der „liegende“ und der „stehende“ Transport. Warum also entwickeln ähnliche Trägerraketen völlig unterschiedliche Transportmethoden? Was sind ihre jeweiligen Vor- und Nachteile?

Geringe horizontale Transferkosten

Der Transport der Trägerrakete erfolgt „liegend“, wissenschaftlich bezeichnet man dies als Horizontaltransport. Die horizontale Transfermethode für Raketen wurde erstmals in der Sowjetunion erfunden und wird in Russland bis heute weiterentwickelt. Es handelt sich um die gängige Überweisungsmethode im Land und wird auch in anderen Ländern als gängige Überweisungsmethode verwendet.

Beim horizontalen Transport der Rakete ist die Konstruktion des Startsystems relativ einfach. In Russland wird häufig mit Zügen gearbeitet, um das Raketenmontagefahrzeug und die Sojus-Rakete zum Startplatz zu ziehen, der voller historischer Steampunk-Elemente steckt. Auch der „Proton“ wurde liegend mit der Bahn transportiert. Sogar die beispiellose Schwerlastträgerrakete Energia aus der Sowjetzeit nutzte den horizontalen Transport.

Sojus-Rakete per Bahn transportiert

Die Rakete wird im Endmontage- und Testgebäude horizontal zusammengebaut und dann horizontal zur Startstation transportiert. Anschließend führt der Aufrichtmechanismus den Aufrichtvorgang durch und bringt die horizontale Raketen- und Nutzlastkombination in einen vertikalen Zustand, in dem sie auf Tests und Start wartet. Die Saturn V, einst die größte Rakete der Welt, hat einen Durchmesser von nur 10 Metern. Die übliche Sojus-Rakete verfügt über ein parallel gebündeltes Design mit einem Kernstufendurchmesser von 2,95 Metern und einem maximalen Durchmesser von nur 10,3 Metern. Daher reicht für die meisten Raketen, die nur horizontal transportiert werden müssen, eine Höhe von über zehn Metern für die Endmontageanlage aus.

Ein vertikaler Transport der Rakete würde den Bau einer Dutzende oder gar Hunderte Meter hohen Montage- und Testhalle erfordern, was zu hohe Kosten verursachen würde. Das vertikale Anheben einer Trägerrakete ist nicht nur mühsam und arbeitsintensiv, sondern der Betrieb in großen Höhen birgt auch mehr Gefahren. Das horizontale Montageverfahren mit horizontalem Transfer ermöglicht eine schnelle Montage sowie die Erweiterung der Fabrik und das Hinzufügen von Montagelinien, was allesamt dem schnellen Start der Rakete förderlich ist. Als die Sowjets mit der Entwicklung von Trägerraketen begannen, entschieden sie sich für die horizontale Transportmethode, bei der das Problem des vertikalen Anhebens der Rakete vermieden wurde. Es war eine sehr vernünftige Wahl.

Nach dem Ende des Kalten Krieges wurde die horizontale Transfertechnologie der Sowjetunion von den Vereinigten Staaten bevorzugt. Beispielsweise verwenden sowohl die US-amerikanische Delta-IV-Rakete als auch die Falcon-9-Rakete horizontale Transfermethoden, deren Zweck darin besteht, die Kosten für Raketentests und -starts am Boden zu senken.

Vertikale Übertragung ist zuverlässiger

Neben dem Transport „liegend“ ist auch ein vertikaler Transport von Raketen im „Stehen“ möglich. Der vertikale Transport von Raketen erfordert natürlich eine vertikale Montage, wofür ein hohes Montage- und Testgebäude erforderlich ist. Trotzdem werden die „drei Vertikalen“, nämlich vertikale Montage, vertikale Prüfung und vertikaler Transfer, noch immer häufig verwendet. In den Vereinigten Staaten dominiert seit langem der Modus der „drei Vertikalen“. Davon beeinflusst übernehmen auch die wichtigsten Trägerraketen der Europäischen Weltraumorganisation und Japans den „Drei-Vertikalen“-Modus. Raketen einiger Länder, insbesondere Europas und Japans, verwenden im Allgemeinen den vertikalen Transfermodus. Die Raketen meines Landes vom Typ Langer Marsch 2F, Langer Marsch 5 und Langer Marsch 7 verwenden ebenfalls den vertikalen Transfermodus. Der Hauptgrund besteht darin, dass die Wirkung der vertikalen Übertragung besser ist.

Die Raumschiff-Raketen-Kombination Shenzhou XIII wird zum Startbereich gebracht

Wie wir alle wissen, werden Trägerraketen vertikal gestartet und vertikal transportierte Raketen vertikal zusammengebaut. Sobald die Rakete vertikal zusammengebaut ist, bleibt sie bis zum Start in vertikaler Position. Vertikal transferierte Raketen müssen erst nach der Montage einem umfassenden Test unterzogen werden und ihre Tests vor dem Start können erheblich vereinfacht werden. Obwohl die horizontale Montage praktisch ist, neigt die Rakete zu einem Ungleichgewicht der seitlichen Kräfte. Nach Abschluss des Transfers erfolgt ein Aufrichtvorgang an der Startstation. Die Rakete wechselt von der horizontalen Kraftausrichtung zur vertikalen Kraftausrichtung. Die Änderung des Gesamtkraftzustands wirkt sich auf den Zustand der Rakete aus. Nach Abschluss der horizontalen Montage werden umfassende und vollständige Tests durchgeführt und nach der Montage wird eine große Anzahl von Tests durchgeführt, um die Änderungen im Zustand der Rakete vor und nach der Montage zu überprüfen.

Um die Tragfähigkeit der Rakete zu verbessern, verfolgen wissenschaftliche Forscher das ultimative Ziel, das Strukturgewicht zu reduzieren. Allein die Berücksichtigung der Anforderungen an die Längstragfähigkeit der Rakete während des Fluges bereitet Kopfschmerzen. Wenn eine horizontale Übertragungsmethode verwendet wird, muss auch die Verstärkung der seitlichen Festigkeit berücksichtigt werden. Auf dem gleichen technischen Niveau wird das Strukturgewicht eher zunehmen als abnehmen und die Tragfähigkeit wird beeinträchtigt.

Noch wichtiger ist, dass empfindliche Satelliten äußerst empfindlich auf ihren Platzierungsstatus reagieren. Einige Satelliten sind mit besonders großen, leichten Faltantennen ausgestattet, deren Platzierungsposition überhaupt nicht verändert werden darf. Nachdem Stern und Rakete kombiniert und zusammengebaut sind, können sie nur noch vertikal transportiert werden, um die Möglichkeit einer Statusänderung des Satelliten zu minimieren. Kurz gesagt: Obwohl für den vertikalen Transfer eine Unterstützung der vertikalen Montage erforderlich ist und die Baukosten für das Gebäude zur vertikalen Montage relativ hoch sind, gewährleistet der vertikale Transfer, dass der Zustand der Rakete und des Satelliten weitgehend unverändert bleibt, und verbessert die Zuverlässigkeit der Rakete und des Satelliten.

Es wird in Zukunft viele Möglichkeiten geben, Raketen zu transportieren

Horizontaler Transport spart Geld, vertikaler Transport ist zuverlässig. Gibt es eine Möglichkeit, die Vorteile beider zu kombinieren? Die amerikanische Raumfahrt hat einige innovative Versuche unternommen. Obwohl die Delta-IV-Rakete der USA horizontal transportiert wird, wie auf den Transportfotos zu sehen ist, unterscheidet sich ihr horizontaler Transport stark von dem der russischen „Sojus“-Rakete und anderer Raketen: Die horizontal transportierte Delta-IV-Rakete ist nicht vollständig, sondern enthält lediglich die „kopflose“ erste und zweite Stufe der Rakete. Erst nachdem die „kopflose“ Rakete im Startbereich angekommen und aufgerichtet ist, wird ihre Verkleidungs-/Nutzlastkombination durch vertikales Anheben an die Antriebsstufe angedockt. Dieser Hybridmodus bietet die Vorteile geringer horizontaler Montagekosten und des unveränderten vertikalen Montagezustands der Nutzlast und könnte die zukünftige Entwicklungsrichtung werden. Derzeit wird mit der US-Rakete Falcon Heavy ein riesiger vertikaler Montageturm für den Start hochwertiger Militärsatelliten gebaut, der die vertikale Montage großer und präziser Militärsatelliten ermöglicht.

Sowohl „drei horizontale“ als auch „drei vertikale“ Raketentest- und Startmodi, die im letzten Jahrhundert entstanden sind. Mit der Entwicklung wiederverwendbarer Trägerraketen könnte der Transport von Raketen in Zukunft überflüssig werden. In den 1990er Jahren planten die Vereinigten Staaten die Entwicklung des wiederverwendbaren Raumfahrzeugs Delta Clipper, einer einstufigen Orbitalrakete mit vertikalem Start und vertikaler Rückkehr. Aufgrund des Designkonzepts gibt es keine Probleme bei der Montage und beim Transport.

Natürlich wurde das DC-X-Verifizierungsflugzeug des „Triangle Clipper“ auf halbem Weg aufgegeben und die anschließende Forschung und Entwicklung beendet, aber es zeigte einen vielversprechenden Weg auf. Derzeit entwickelt SpaceX das Transportsystem „Starship“, eine zweistufige, vollständig wiederverwendbare Orbitalrakete. Seine erste Stufe „Super Heavy“ und seine zweite Stufe „Starship“ werden die Rakete präzise umkehren, um zu landen, in der Nähe des Startturms zu schweben und vom Roboterarm Mechazilla am Startturm festgehalten und geborgen zu werden. Super Heavy und Starship werden mit Hilfe des Roboterarms Mechazilla vertikal direkt auf dem Startturm zusammengebaut. Mit anderen Worten: Obwohl das Design des „Starship“-Systems komplizierter ist, gibt es auch hier nicht das Transportproblem. Möglicherweise handelt es sich bei zukünftigen Raketen um einen allgemeinen Trend, den Transport abzuschaffen. (Autor: Zhang Xuesong)