Wie unterscheidet sich der „große Bauch“ von Tianzhou-6 von den vorherigen?

Am 30. Mai um 9:00 Uhr wurde das bemannte Raumschiff Shenzhou 16 erfolgreich mit der Rakete vom Typ Langer Marsch gestartet.

Als erste bemannte Flugmission des bemannten Raumfahrtprogramms meines Landes, das in die Anwendungs- und Entwicklungsphase der Raumstation eintritt, wurden vor mehr als einem halben Monat die Frachtraumschiffe Shenzhou XVI und Tianzhou VI erfolgreich gestartet. Eines transportierte Menschen, das andere Güter. Diese beiden Raumschiffe können als die „zwei Höhepunkte“ des chinesischen Weltraumtransports bezeichnet werden.

Frachtraumschiffe sind die „Weltraumkuriere“, die zwischen Himmel und Erde reisen . Sie liefern hauptsächlich Treibstoff, Kraftstoff, Lebensmittel usw. zur Raumstation und sammeln gemeinsam den Abfall in der Raumstation ein. Schließlich verglühen sie zusammen mit dem Müll in der Atmosphäre und stürzen in den Ozeanbereich der Erde, der am weitesten vom Menschen entfernt ist.

mein Land hat derzeit insgesamt sechs Frachtraumfahrzeuge gestartet, nämlich Tianzhou-1 bis Tianzhou-6.

Tianzhou-6 ist das weltweit größte im aktiven Dienst befindliche Frachtraumschiff und zugleich das erste Frachtraumschiff, das in den Chargen Tianzhou-6 bis Tianzhou-11 produziert wurde. Dies ist von großer Bedeutung für die Verifizierung der Technologie derselben Raumfahrzeugcharge und die Massenproduktion nachfolgender Raumfahrzeuge.

Herzlichen Glückwunsch zum erfolgreichen Start von Tianzhou-6 (Quelle: Wasserzeichen)

Anders als die fünf vorherigen Projekte wurden bei Tianzhou-6 Verbesserungen und Neuerungen in Bereichen wie Transport, Stromversorgung und Ladekapazität vorgenommen. Dieser einzigartige „große Bauch“ spart dem Land Hunderte Millionen Yuan.

Eine Simulation des Frachtraumschiffs Tianzhou-6 im Orbit

Quelle: Xinhua Daily Telegraph, Bild bereitgestellt von der Eighth Academy of China Aerospace Science and Technology Corporation

Verschiedene Transportmöglichkeiten

Während des Transports von Tianzhou-6 zum Startplatz befand sich die Kabine in aufrechter Position , während die ersten fünf Tianzhous in liegender Position waren.

Nachdem die ersten fünf Tianzhou-Raumfahrzeuge gebaut waren, zerlegte das Personal die Außenbordausrüstung und schickte die Kabine und die Außenbordausrüstung getrennt zum Startplatz, wo sie installiert und getestet wurden. Diese Art zeit- und arbeitsintensiver Arbeit eignet sich eher für die Anfangsphase der Forschung und Entwicklung von Frachtraumfahrzeugen.

Um die Effizienz zu verbessern, entschieden sich die Forscher, die Kabine von Tianzhou-6 in aufrechtem Zustand zu transportieren, wobei die gesamte Außenbordausrüstung außer den Solarzellen zusammen mit der Kabine transportiert wurde. Auf diese Weise kann es nach der Ankunft am Ziel nach einfacher Installation und Prüfung gestartet werden.

Der aufrechte Zustand von Tianzhou-6 während des Transports führt dazu, dass Verpackung und Route unterschiedlich sind. Forscher haben für Tianzhou-6 eine neue Art flexibler Schiffsabdeckung entwickelt, die nicht nur die Auswirkungen hoher Temperaturen, Feuchtigkeit und Salznebel auf das Raumschiff blockieren kann, sondern auch Regen, Staub, Blitzschlag und Umweltverschmutzung verhindert. Darüber hinaus besteht die Kabinenverpackungsbox aus einer Aluminiumlegierung und ist mit Klimaanlage, Vibrationsreduzierung, automatischer Absaugung sowie Inspektions- und Kontrollsystemen ausgestattet.

Tianzhou-6 wird zum Startplatz Wenchang transportiert (siehe Wasserzeichen für Bildquelle)

Darüber hinaus ist die Verpackungsbox Tianzhou-6 mit vier Ventilatoren ausgestattet, um sicherzustellen, dass der Stickstoff in der Verpackungsbox gleichmäßig verteilt wird und der atmosphärische Druck in der Box höher ist als der Außenluftdruck (da die Dichte von gleichmäßig verteiltem reinem Stickstoff viel größer ist als die Dichte von Luft). Dadurch wird verhindert, dass Salznebel vom Meer in die Verpackungsbox eindringt und die Kabine und die Produkte korrodiert . Als Salzsprühnebel bezeichnet man winzige salzhaltige Tröpfchen in der Seeluft, die vor allem durch aufplatzenden Schaum durch Wind, an die Küste schlagende Wellen usw. entstehen. Salzsprühkorrosion ist eine häufige atmosphärische Korrosion, die die Schutzschicht von Metallen oder Legierungen beschädigen, die mechanische Festigkeit verringern oder Stromversorgungsleitungen für elektronische Bauteile und Kabel unterbrechen kann.

Die vertikale Kabine nimmt eine Fläche von etwa 96 Kubikmetern ein, was bedeutet, dass die Transportmethode aufwändig sein muss. Zu diesem Zweck verfolgte das Forschungs- und Entwicklungsteam einen Land- und Seeansatz . Nachdem die Kapsel in der Fabrik in Peking hergestellt wurde, wird sie auf dem Landweg zum Hafen von Tianjin transportiert und dann vom Hafen auf dem Seeweg zum Wenchang Space Launch Center in Hainan verschifft. Dies dauert zwar mehr als zehn Stunden länger als der bisherige Flugverkehr, ist aber für die aufrecht stehende Kabine zweifellos zuverlässiger und sicherer.

Verschiedene Stromversorgungssysteme

Das Stromversorgungssystem liefert Tianzhou-6 Energie für die Reise zwischen Himmel und Erde und spielt eine unersetzliche Rolle.

Zu diesem Zweck arbeiten Forscher und Entwickler seit 2019 an der Verbesserung des Energiesystems von Tianzhou-6. Nach mehr als drei Jahren der Erforschung haben wir endlich einen Arbeitsmodus für Solarflügel entwickelt, der besser für den Betrieb im Orbit im Weltraum geeignet ist.

Bei kleinem Sonneneinfallswinkel und geringer Sonneneinstrahlung versetzen sich die Solarmodule in einen „Halbschlaf“-Zustand und das System wird von der chinesischen Raumstation mit Energie versorgt. Bei ausreichend großem Sonneneinfallswinkel und viel Sonnenlicht erwachen die Solarmodule aus dem „Halbschlaf“ und gewinnen Energie aus dem Sonnenlicht, um den Betrieb des Frachtschiffes sicherzustellen.

Dieser Modus ist flexibel und vielseitig und kann die Weltraumumgebung über der Erde zur Energiegewinnung voll ausnutzen. Die von ihm an einem Tag erzeugte Strommenge reicht für den Verbrauch einer durchschnittlichen Familie für mehr als einen halben Monat und stellt die Stromversorgung sicher, die Tianzhou-6 für den „Transport von Gütern“ und die Astronauten für ihren Aufenthalt im Orbit und ihre Arbeit benötigt.

Energiekonfiguration von Tianzhou-6 und zugehörige Daten (Quelle: Shanghai Airlines)

Erwähnenswert ist, dass ab Tianzhou VI die Schlüsselkomponenten des Tianzhou-Stromversorgungssystems zu 100 % lokalisiert wurden , was einer Steigerung von 15 % gegenüber den vorherigen Tianzhou-Stromversorgungskomponenten entspricht. Dieser Schritt verbessert nicht nur die Zuverlässigkeit der Stromversorgung, senkt die Kosten und erfüllt die Anforderungen der Uplink-Fernsteuerung sowie der Downlink-Bilder und Nutzlastdaten, sondern stärkt auch das Vertrauen der chinesischen Bevölkerung erheblich.

Unterschiedliche Ladekapazität

In Bezug auf Transport, Kabinenstatus, Verpackung und Stromversorgungssystem wurde die Ladekapazität von Tianzhou-6 im Vergleich zu den vorherigen fünf Tianzhous erheblich verbessert.

Wie die anderen fünf „Tianzhou“-Raumschiffe ist auch Tianzhou-6 in zwei Kabinen unterteilt. Eine davon ist die Frachtkabine, auch versiegelte Kabine genannt, die für den Transport von Vorräten zuständig ist ; Die andere ist die Antriebskabine, die Flugmissionen durchführt, Treibstoff lädt und Strom und Energie für das Raumfahrzeug bereitstellt. Um die Ladekapazität des Raumfahrzeugs zu verbessern, müssen wir offensichtlich mit den beiden Kabinen beginnen.

Simulation des Frachtraums und des Antriebsraums der Tianzhou-6 (Quelle: Shanghai Airlines)

Erstens ist der Treibstoffbedarf der Raumstation gesunken und der Platz in der Antriebskabine größer geworden. Da sich die chinesische Raumstation zuvor noch im Bau befand, war der Großteil des Raums im Antriebsmodul für den Bau bereits mit Treibstoff gefüllt. Seit der Fertigstellung der chinesischen Raumstation Ende 2022 ist der Treibstoffbedarf gesunken und der Platz im Antriebsmodul größer geworden. Zuvor gab es in der Antriebskabine der Tianzhou 8 Treibstofftanks, ab der Tianzhou VI wurde die Anzahl jedoch auf 4 Tanks angepasst.

Die zweite Möglichkeit besteht darin, einige Geräte in die Antriebskabine zu verlagern, um den Frachtraum zu vergrößern. Je mehr Dinge Tianzhou-6 auf einmal transportieren kann, desto wirtschaftlicher und leistungsfähiger ist er. Die Größe des Frachtraums ist der wichtigste Indikator für die Ladekapazität von Tianzhou-6. Das vergrößerte Frachtraumvolumen kann die Anzahl der Starts reduzieren und die Einsatzmöglichkeiten verbessern.

Durch das größere Volumen kann der Frachtraum die Astronauten natürlich länger mit ausreichender Versorgung versorgen. Der Teil des Antriebsmoduls, in dem ursprünglich Treibstoff gelagert wurde, wird heute zur Lagerung von fast 30 Ausrüstungs- und Instrumentensätzen aus dem ursprünglichen Frachtraum verwendet. Der Laderaum wurde um 20 % Volumen erweitert, wodurch sich die Ladekapazität um 1,2 Tonnen erhöht. Zuvor konnte der versiegelte Laderaum 5,5 Tonnen Fracht transportieren, jetzt sind es 6,7 Tonnen. Auf diese Weise ist es endlich möglich, 70 Kilogramm frisches Obst (etwa die doppelte Menge an Obst, die Tianzhou-5 transportierte) zu den Astronauten auf der chinesischen Raumstation „mitzubringen“.

Laut Statistik erhöhte sich mit der Vergrößerung des Laderaums in der geschlossenen Kabine der Tianzhou-VI die Materialladekapazität des gesamten Schiffs von 6,9 Tonnen auf 7,4 Tonnen und das Aufwärts-Frachtverhältnis von 0,51 auf 0,53. Unter dem Frachtverhältnis versteht man das Verhältnis des Gewichts der beförderten Fracht zum Gesamtgewicht des Raumfahrzeugs. Je höher das Verhältnis von Fracht zu Ladung, desto effizienter kann das Raumschiff Fracht transportieren. Das Uplink-Last-Fracht-Verhältnis von Tianzhou-6 beträgt 0,53, was bedeutet, dass es unter den derzeit im Einsatz befindlichen Frachtraumfahrzeugen die höchste Transportkapazität hat.

Kostenschätzung des Tianzhou-Raumschiffs (Quelle: Shanghai Airlines)

Die Internationale Raumstation benötigt jedes Jahr etwa acht Frachtstarts. Berechnungen auf Grundlage der ersten fünf Tianzhou-Missionen zufolge muss Chinas Raumstation zweimal im Jahr mit Nachschub versorgt werden. Allerdings reichen angesichts der Transportkapazität der Tianzhou VI drei Nachschubmissionen alle zwei Jahre aus, um den Bedarf zu decken, was einer Einsparung von 0,5 Nachschubmissionen pro Jahr entspricht. Basierend auf den Kosten von ungefähr 350 Millionen RMB für jedes Frachtraumschiff kann das Land jedes Jahr 175 Millionen RMB einsparen. Aus dieser Perspektive ist Tianzhou-6 möglicherweise der kostengünstigste „große Bauch“ der Welt!

Quellen:

1. „Die ‚verbesserte Version‘ des Raumfahrzeugs Tianzhou eröffnet eine neue Phase für die Raumstation“, People’s Daily, 22. Mai 2023

2. „Mit Träumen um die Welt reisen“, von Liu Shiyao und Yu Sinan, People's Daily, 11. Mai 2023

3. „Tianzhou, Chinas Raumfähre-Frachtschiff“, Autor Liu Haochi, „Aerospace Knowledge“ 2021 Ausgabe 6

Autor: Wei Deyong, Mitglied der Shenzhen Writers Association, Guangdong