Wie schafft es Tianzhou-6, mit der weltweit größten Frachttransportkapazität, den Weg durchs Weltall zu finden?

Wie lange dauerte die Bestellung bis zum Erhalt der Ware am schnellsten? Für mich ist es schnell, wenn es am nächsten Tag eintrifft. Der schnellste Rekord unserer Astronauten im Weltraum liegt jedoch bei nur zwei Stunden. Ist das nicht völlig übertrieben? Ich war auch überrascht, als ich es zum ersten Mal hörte. Es stellt sich heraus, dass es mittlerweile schneller geht, Dinge in den Himmel zu schicken, als Dinge auf die Erde zu schicken. Aber wenn man es sich recht überlegt: Sie verwenden Raketen. Es wäre seltsam, wenn diese nicht schnell wären.

Der Rekord für die schnellste Paketzustellung ins All wurde am 12. November 2022 von Tianzhou-5 aufgestellt. Damit begann auch die „Zwei-Stunden-Ära“ des Rendezvous- und Andockens bemannter Raumfahrzeuge, die den urbanen Kreis tatsächlich in den Himmel hob. Das klingt leicht, und Rekorde können jederzeit gebrochen werden, aber wie schwierig ist es tatsächlich? Lassen Sie mich Ihnen die Fakten darlegen, dann werden Sie es klar verstehen. Erstens müssen sich die beiden anzukoppelnden Objekte in einer Höhe von über 400 Kilometern befinden. Zweitens stehen sie nicht still, sondern fliegen mit einer Geschwindigkeit von etwa 7,9 Kilometern pro Sekunde. Anschließend müssen diese aufeinander abgestimmt werden, oder anders gefragt: Wie groß ist die anzuvisierende Zielfläche? Ein Kreis mit einem Durchmesser von 80 cm. Zu sagen, dass dies dem Einfädeln einer Nadel im Weltall gleicht, wäre eine Untertreibung.

Die Raumfahrzeuge der Tianzhou-Serie verwenden eine autonome Andockmethode, die man nach dem Konzept des unbemannten Fahrens verstehen kann. Es führt die Andockmission durch die koordinierte Aktion mehrerer Systeme aus, darunter Laser-Entfernungsmesser, optische Bildgebungsanlage, Lageregelungssystem, Antriebssystem usw. Wenn während des autonomen Andockvorgangs eine anormale Situation auftritt, kann das Raumfahrzeug das Andocken natürlich automatisch unterbrechen und auf ein menschliches Eingreifen warten. Doch dieser Fall ist bisher nicht eingetreten. Diese Systeme arbeiten folgendermaßen zusammen: Wenn das Raumfahrzeug der Tianzhou-Serie in den Nahbereich der Raumstation eintritt und sich auf das Andocken vorbereitet, verwendet es Laser-Entfernungsmesser und optische Bildgeber, um die Raumstation präzise zu vermessen und abzubilden und so Informationen wie die genaue Position, die Fluglage und den Bewegungsstatus der Raumstation zu erhalten. Laser-Entfernungsmesser verwenden Laserstrahlen zur Entfernungsmessung, was der Messung von Schallwellen oder Radar ähnelt. Sie können die Entfernung und Geschwindigkeit eines Ziels sehr genau bestimmen.

Start von Tianzhou-5, Bild von Tuchong.com

Der optische Bildgeber verwendet Kameras und Objektive, um Fotos und Bilder der Raumstation aufzunehmen und so Informationen über die Form und Lage der Raumstation zu erhalten. Nachdem die genauen Positions- und Lageinformationen der Raumstation ermittelt wurden, nimmt das Raumfahrzeug der Tianzhou-Serie mithilfe des Lageregelungssystems präzise Lagekorrekturen vor, sodass sein Andockanschluss dem Andockanschluss der Raumstation zugewandt ist und die relative Lagestabilität gewahrt bleibt. Das Lageregelungssystem umfasst hauptsächlich das Flugsteuerungssystem und das Leistungssteuerungssystem, die die Lage, Position, Geschwindigkeit und andere Parameter des Raumfahrzeugs in Echtzeit steuern können, um den Erfolg des Andockens sicherzustellen.

Schließlich werden bei den Raumfahrzeugen der Tianzhou-Serie Feineinstellungen am Antriebssystem vorgenommen, um sicherzustellen, dass der Andockmechanismus genau auf den Andockanschluss der Raumstation ausgerichtet ist. Das Antriebssystem kann die Geschwindigkeit und Richtung des Raumfahrzeugs steuern, sodass es sich langsam der Raumstation nähern und auf den letzten Zentimetern Feineinstellungen und Ausrichtungen vornehmen kann. Auf diese Weise kann der Andockmechanismus den Andockvorgang automatisch abschließen und die beiden nach dem Andocken zu einem temporären Ganzen miteinander verriegeln. Dann können Astronauten eintreten und die „Haushaltswaren“ vom Boden abholen. Darüber hinaus gibt es jede Menge Waren aus dem Inland. Neben Lebensmitteln und Alltagsgegenständen für die Astronauten ist ein großer Teil für die Raumstation selbst reserviert, um ihren Treibstoff aufzufüllen.

Tatsächlich handelt es sich bei jedem der chinesischen Tianzhou-Frachtraumschiffe um eine Verbesserung gegenüber dem vorherigen. So verfügt beispielsweise die Tianzhou-6, die demnächst in Wenchang auf Hainan ins All geschossen wird, im Vergleich zur letztjährigen Tianzhou-5 über eine deutlich erhöhte Transportkapazität. Seine Ladekapazität wurde von 6,9 Tonnen auf 7,4 Tonnen erhöht, was es zu einem der leistungsstärksten Frachtschiffe der Welt macht.

Welche anderen Weltraum-Expressdienste gibt es außer dem chinesischen Tianzhou? Russland verfügt über das Raumschiff Progress, das ursprünglich zum Transport von Versorgungsgütern für die Raumstation Saljut 6 eingesetzt wurde. Es handelte sich um einen Umbau eines bemannten Sojus-Raumschiffs und behielt daher auch dessen Drei-Kabinen-Struktur. Vorne im Orbitalmodul des Sojus-Raumschiffs befindet sich der Frachtraum, der zur Lagerung unterschiedlicher Frachtgüter dient. Wenn Progress an der Raumstation andockt, gelangen die Astronauten der Raumstation durch die Andockluke in den Frachtraum und holen die gelieferten „Expresspakete“ heraus. Anschließend wird der zu entsorgende Abfall der Raumstation in den Frachtraum verladen. Wenn das Raumschiff in die Atmosphäre zurückkehrt, werden diese Abfälle zusammen mit dem Raumschiff verbrannt. In der Mitte des Raumschiffs, wo sich die Sojus-Rückkehrkapsel befindet, befindet sich das Versorgungsmodul der Progress, das Treibstoff, Oxidationsmittel und Wasser zur Versorgung der Raumstation speichert. Das Frachtmodul und das Nachschubmodul des Progress können insgesamt etwa 2,3 bis 2,5 Tonnen Fracht gleichzeitig transportieren. Als Progress an der Raumstation andockte, wurde die im Versorgungsmodul gespeicherte Flüssigkeit über den Flüssigkeitsanschluss am Andockring in das Antriebssystem der Raumstation übertragen. Bis heute ist das verbesserte Progress-Modell noch auf der Internationalen Raumstation im Einsatz.

Was die Vereinigten Staaten betrifft, so ist nach einer langen Zeit der Stille nach der Außerdienststellung des Space Shuttles endlich das Raumschiff Dragon von SpaceX eingetroffen. Es besteht aus zwei Abschnitten, wobei die konische Druckkabine an der Vorderseite des Raumfahrzeugs zum Transport allgemeiner Vorräte dient. Die nicht unter Druck stehende Kabine am Heck des Raumfahrzeugs dient zum Transport von Fracht, die außerhalb der Raumstation installiert wird und nicht in die unter Druck stehende Umgebung der Raumstation transportiert werden muss. Anders als bei allen anderen Frachtraumfahrzeugen nutzt die Druckkabine des Raumfahrzeugs eine Umkehrantriebstechnologie, die eine präzise Landung sowie Bergung und Wiederverwendung ermöglicht. Daher kann das Raumschiff Dragon eine Expresslieferung in beide Richtungen realisieren. Einerseits wird Fracht vom Boden in den Weltraum geschickt, andererseits wird Fracht aus dem Weltraum, wie etwa bei Experimenten im Weltraum gewonnene Proben, zur weiteren Analyse wieder zum Boden zurückgeschickt. Die Fähigkeit ist tatsächlich stärker.

Neben den Vereinigten Staaten und Russland verfügt auch die Europäische Weltraumorganisation über ihr ATV-Raumschiff und die japanische Raumfahrtagentur HTV über ihr HTV-Raumschiff. In puncto Frachttransport, Öltransport und autonomes Andocken liegen sie in etwa auf dem gleichen Niveau wie ihre internationalen Pendants.

Dieser Artikel ist eine vom Science Popularization China Starry Sky Project unterstützte Arbeit

Autor: Science Rocket Uncle

Gutachter: Liu Yong (Forscher am National Space Science Center, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Produziert von: Chinesische Vereinigung für Wissenschaft und Technologie, Abteilung für Wissenschaftspopularisierung

Hersteller: China Science and Technology Press Co., Ltd., Beijing Zhongke Xinghe Culture Media Co., Ltd.