Zu fortgeschritten, um es anzuzeigen! Was genau ist das vieldiskutierte „wiederverwendbare Raumschiff“?

Die „Wiederholbarkeit“ ist ein wichtiger Weg, um die Kosten von Weltraumstarts zu senken, und entsprechende Technologien wurden über einen langen Zeitraum erforscht. In absehbarer Zukunft werden wir vielleicht Zeuge, wie Chinas Raumflugzeug ins All aufsteigt.

Geschrieben von Reporter Duan Ran****Bearbeitet von Ding LinNew Media Editor von Wang Shan <br /> Vor kurzem, als alle Weltraumbegeisterten gerade auf das atemberaubende Debüt des Frachtraumschiffs Tianzhou-6 blickten, kehrte ein kleines Raumschiff, ein sogenanntes „wiederverwendbares Testraumschiff“, still und leise zur Erde zurück. Berichten zufolge wurde dieser Raumfahrzeugtyp mit der Trägerrakete Langer Marsch 2F gestartet und kehrte nach 276 Tagen Flug im Orbit erfolgreich zurück.

Aus den kurzen Textberichten ging hervor, dass viele Raumfahrtenthusiasten es mit der US-amerikanischen X-37B und einer Reihe von Konzeptentwürfen für „Raumflugzeuge“ in Verbindung brachten und es weiter auf die grenzenlose Vorstellungskraft zukünftiger Raumfahrten ausweiteten. Doch die meisten Menschen hegen große Zweifel am Konzept eines „wiederverwendbaren Raumfahrzeugs“. Worin besteht der Unterschied zu den uns bekannten bemannten Raumfahrzeugen und Space Shuttles?

Hohe Kosten für Weltraumstarts

Die Mission der bemannten Raumfahrt besteht nicht nur darin, Astronauten reibungslos ins All zu schicken, sondern sie nach Abschluss der Mission auch sicher wieder zur Erde zurückzubringen. Mit Ausnahme des US-amerikanischen Space Shuttles und einiger neuer Raumfahrzeuge, die sich noch in der Testphase befinden, handelt es sich bei der überwiegenden Mehrheit der derzeit im Einsatz befindlichen Raumfahrzeuge um Einwegfahrzeuge. Sie weisen noch immer die Charakteristika der Raumfahrzeuge der Gagarin-Ära auf: Nach Abschluss einer Mission werden die Raumfahrzeuge für verschrottet erklärt. Nachdem die Astronauten sicher zur Erde zurückgeschickt wurden, können die meisten Teile beim Wiedereintritt in die Atmosphäre verbrennen und die einzige bergbare Rückkehrkapsel kann nur als Ausstellungsstück für Besucher genutzt werden. Dies wirft ein ernstes Problem auf: Da das Raumfahrzeug nach Abschluss der Mission nicht wiederverwendet werden kann, muss für jede bemannte Weltraummission ein neues Raumfahrzeug gebaut werden. Die daraus resultierenden Startkosten sind extrem hoch, was sich auch stark auf die Effizienz bemannter Weltraummissionen auswirkt. Hohe Kosten und umständliche Verfahren haben die Menschen dazu veranlasst, nach neuen Fahrzeuglösungen zu suchen. So begann das Konzept des „wiederverwendbaren Raumfahrzeugs“ Gestalt anzunehmen. Bereits in den 1960er Jahren begann die National Aeronautics and Space Administration (NASA) mit der Demonstration mehrerer Programme für wiederverwendbare Raumfahrzeuge und schließlich wurde das Programm „Space Transportation System“ finanziert. Aus diesem Programm, das die Planung des Startlayouts für Flugzeuge integrierte, entwickelte sich später das bekannte „Space Shuttle“ – es startet wie eine Rakete und landet wie ein Flugzeug.

▲ Im Jahr 2007 führte das Space Shuttle Discovery die Startmission STS-120 durch (Fotoquelle: NASA)

Verglichen mit herkömmlichen bemannten Raumfahrzeugen sind die Vorteile des Space Shuttles enorm: Das Hauptfahrzeug der Internationalen Raumstation, das Raumschiff „Sojus“ der vierten Generation vom Typ MS, kann jeweils nur maximal drei Passagiere oder eine begrenzte Frachtmenge befördern, und mit einer durchschnittlichen Startfrequenz von 3,5 Mal pro Jahr kann der Transportbedarf der Internationalen Raumstation gedeckt werden. Das Space Shuttle kann sieben Astronauten gleichzeitig in die Umlaufbahn bringen und verfügt aufgrund seines riesigen Frachtraums über enorme Transportkapazitäten. Das Wichtigste ist, dass das Space Shuttle wieder gestartet und eingesetzt werden kann. So ist beispielsweise das Space Shuttle Discovery in seiner 27-jährigen Dienstzeit 39 Mal gestartet und hat 252 Astronauten transportiert, was im Vergleich zu herkömmlichen bemannten Raumfahrzeugen eine extrem hohe Effizienz bewiesen hat. Trotzdem ist das Space Shuttle als erstes wiederverwendbares Raumfahrzeug der Menschheit irgendwann von der Bühne der Geschichte verschwunden und die Transportmission der Internationalen Raumstation wird weiterhin von „alten Kameraden“ wie der Sojus MS durchgeführt. Was ist los? Tatsächlich sind die Kosten nach wie vor das Problem: Insgesamt kostet ein Space-Shuttle-Start im Durchschnitt etwa 800 Millionen Dollar, und die ursprünglich erwartete hohe Teilnehmerzahl wurde nicht erreicht. Aufgrund der Komplexität der Wartungsarbeiten ist der Startzyklus des Space Shuttles sehr lang und das kürzeste Startintervall in der Geschichte beträgt bis zu 54 Tage. Derart teure und langsame Raumfahrzeuge können mit den Anforderungen der Zeit allmählich nicht mehr Schritt halten.

▲Im Jahr 2008 wurde das Space Shuttle Atlantis nach Abschluss seiner Startmission zur Wartung in die Fabrik geschoben (Fotoquelle: scienceblogs.com)

Das günstige und effiziente Raumschiff Dragon

Obwohl das Space Shuttle nicht mehr in seiner Blütezeit ist, gilt die Entwicklung wiederverwendbarer Raumfahrzeuge noch immer als wichtigste Möglichkeit, das Kostenproblem von Weltraummissionen zu lösen. Neben der Entwicklung der Falcon-Serie wiederverwendbarer Trägerraketen zur Senkung der Startkosten konzentriert sich die von Elon Musk geführte Space Exploration Technologies Corporation (SpaceX) auch auf die Entwicklung einer neuen Generation wiederverwendbarer Raumfahrzeuge. Im Jahr 2006 startete SpaceX das Frachtraumschiff Dragon, dessen Form auf der stumpfkegelförmigen ballistischen Kapselform herkömmlicher Raumfahrzeuge basiert. Obwohl die Kosten für einen einzelnen Start höher sind als bei einer Sojus, ist die Ladekapazität doppelt so hoch wie bei einer Sojus. Darüber hinaus wurde mit dem Raumschiff Dragon seit der Einführung des Space Shuttles erneut die Wiederverwendung von Raumfahrzeugen erreicht, was einer weiteren Amortisierung der Kosten förderlicher ist. Nach der Kopplung mit der Falcon 9 führte das Raumschiff Dragon in 10 Jahren 23 Starts durch, davon 18 Frachtmissionen zur Internationalen Raumstation. Insgesamt betragen die Startkosten des Raumfahrzeugs Dragon weniger als ein Zehntel der Kosten für den Space Shuttle.

▲ Im Jahr 2012 öffnete das Frachtraumschiff „Dragon“, das die Mission CRS-11 durchführte, seine riesigen Solarmodule (Bildnachweis: NASA).

Auf dieser Grundlage brachte SpaceX eine Passagierversion auf den Markt – Dragon 2. Das Raumschiff Dragon 2 kann bis zu sieben Passagiere gleichzeitig befördern und erreichte damit den damaligen Standard des Space Shuttles. Darüber hinaus ist das Raumfahrzeug für zehn Starts ausgelegt, was die Startkosten weiter amortisiert. Berücksichtigt man die Kosteneinsparungen durch die bergbare Trägerrakete Falcon 9 selbst, so sind die durchschnittlichen Kosten für den Transport eines Astronauten mit der Raumsonde Dragon 2 auf über 20 Millionen US-Dollar gesunken. Dieses kostengünstige und effiziente Raumfahrzeug ermöglicht in Zukunft regelmäßige Flüge zwischen der Erde und der Raumstation.

▲Dragon 2 dockt 2019 an der Internationalen Raumstation an (Bildnachweis: NASA)

Das Raumschiff Dragon ist ein bahnbrechendes Produkt der Luft- und Raumfahrt, seine eigenen Grenzen können jedoch nicht ignoriert werden. Schließlich ist sein Design von herkömmlichen bemannten Raumfahrzeugen abgeleitet, und für den Start ist eine Startrampe erforderlich, und die Anforderungen an den Startplatz und das Wetter sind immer noch hoch. Darüber hinaus wird dieser Raumfahrzeugtyp nach dem Wiedereintritt in die Atmosphäre am Ende der Mission nicht mehr manövrierfähig sein. Daher ist es notwendig, Such- und Rettungskräfte zur Bergung an den voraussichtlichen Landeplatz zu entsenden, und auch die damit verbundenen Personal- und Materialkosten sind nicht gering. Darüber hinaus möchte ich bei der Raumfahrt, die sich die Leute vorstellen, leider nicht, dass jede Rückkehr zur Erde zu einer Such- und Rettungsaktion wird.

China ergreift Maßnahmen gegen Raumflugzeuge

Die Idee, Flugzeugdesigns in Raumfahrzeuge zu integrieren, ist nie gestorben. Wenn Raumfahrzeuge wie Passagierflugzeuge starten und landen können, werden künftige Weltraumreisen genauso bequem sein wie normale Flüge. So entstand eine andere Form wiederverwendbarer Raumfahrzeuge – das Raumflugzeug. Dieses Raumfahrzeug verfügt sowohl über die Eigenschaften eines Flugzeugs als auch eines bemannten Raumfahrzeugs. Da es wiederverwendbar ist, kann es wie ein normales Flugzeug starten und landen. Tatsächlich kann das Space Shuttle als „unvollständiger Zustand“ des Luft- und Raumflugzeugkonzepts betrachtet werden – es kann während der Startphase nur auf herkömmliche Weise vertikal gestartet werden. Die Schwierigkeit bei der Entwicklung eines Raumflugzeugs liegt darin: Wie gelangt das Flugzeug in den Weltraum? Das ideale Raumflugzeug würde natürlich ganz normal abheben und ohne die Hilfe eines externen Raketenantriebs in den Weltraum aufsteigen. Angesichts der Einschränkungen der aktuellen Luft- und Raumfahrttechnologie sind die Raumflugzeuge, die derzeit in verschiedenen Ländern getestet werden, zum Abheben jedoch immer noch auf Raketenantrieb angewiesen. Beispielsweise das Mikro-Space-Shuttle „Dream Chaser“ und das Raumschiff X-37B der NASA.

▲Das Raumfahrzeug X-37B absolvierte 2010 erfolgreich einen unbemannten Flug in die Umlaufbahn (Bildquelle: NASA)

Natürlich wird auch eine neue Kompromisslösung ausprobiert: ein zweiteiliges Raumflugzeug. Das heißt, ein großes, flugzeugförmiges Fahrzeug befördert das Raumflugzeug auf eine bestimmte Höhe, lässt es dann los und ermöglicht ihm, autonom in die Umlaufbahn zu fliegen. Die USA haben mit dem „Weißen Ritter“ einen ähnlichen Plan getestet. Dieses düsengetriebene Trägerflugzeug startete einst ein Raumschiff namens „Spaceship 1“ in große Höhe. Obwohl es nicht in die Umlaufbahn flog, eröffnete es eine neue Idee für die Zukunft der Luft- und Raumfahrt. Als zunehmend aufstrebende Weltraummacht hat mein Land auch in der Forschung und Entwicklung wiederverwendbarer Raumfahrzeuge beachtliche Erfolge erzielt und nimmt allmählich eine weltweit führende Position ein. Im Jahr 2018 veröffentlichte CCTV ein zweiteiliges Luft- und Raumflugzeugmodell meines Landes. In der Ausstellungshalle für Luft- und Raumfahrttechnik der Zhuhai Air Show 2021 erregte ein Modell eines Luft- und Raumfahrzeugs namens „Tengyun-Projekt“ große Aufmerksamkeit. Dem Anschein nach handelt es sich immer noch um einen zweiteiligen Raumflugzeugplan. Berichten zufolge handelt es sich bei diesem kommerziellen Raumfahrzeug um eine neue Generation von Erd-Erde-Hin- und Rückflugflugzeugen, die mehrere Weltraumstartmissionen durchführen können und voraussichtlich im Jahr 2025 einen technischen Verifizierungsflug absolvieren werden.

▲ Während der Zhuhai Air Show 2021 stellte die China Aviation Science and Industry Corporation öffentlich das Luft- und Raumfahrtflugzeugmodell „Tengyun Project“ vor (Fotoquelle: NetEase Military)

Das diesmal offiziell angekündigte „wiederverwendbare experimentelle Raumschiff“ wurde tatsächlich bereits 2020 gestartet und kehrte nach zwei Tagen Flug im Orbit erfolgreich zurück. Offiziellen Angaben zufolge könnte es sich bei diesem Raumfahrzeug um ein Design ähnlich einem Raumflugzeug handeln. Dieses Mal war das Raumschiff 276 Tage im Orbit, was zeigt, dass die Technologie relativ ausgereift ist. Obwohl es sich bei der offiziellen Nachricht nur um wenige Worte handelt, kann man sich vorstellen, dass die Bemühungen chinesischer Astronauten auf dem neuen Weg zu „wiederverwendbaren Raumfahrzeugen“ allmählich Früchte tragen. Vielleicht werden wir in absehbarer Zukunft mit eigenen Augen sehen können, wie Chinas Raumflugzeug den Himmel durchbricht und ins Universum rast.

Produziert von: Science Central Kitchen

Produziert von: Beijing Science and Technology News | Pekinger Wissenschafts- und Technologiemedien

Willkommen zum Teilen mit Ihrem Freundeskreis

Quelle: Science Central Kitchen