Tianzhou VI gestartet! Wie wurden die „Expresslieferanten“ der chinesischen Luft- und Raumfahrtindustrie ausgebildet?

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Space Brewing (Junger Weltraumwissenschaftler)

Hersteller: China Science Expo

Am 10. Mai 2023 Pekinger Zeit läutete Chinas bemanntes Raumfahrtprogramm den Start des Frachtraumschiffs Tianzhou-VI ein: Die Rakete vom Typ Langer Marsch 7 hob wie ein riesiger Drache vom Weltraumbahnhof Wenchang ab. Nachdem sich die Rakete und das Raumschiff stetig voneinander getrennt hatten, machte sich Tianzhou-VI schnell auf die Reise, um die Raumstation Tiangong zu verfolgen.

(Fotoquelle: CCTV News Weibo)

Dies bedeutet auch, dass das modernisierte Raumschiff Tianzhou offiziell in Betrieb genommen wird, nachdem die Raumstation Tiangong vollständig gebaut ist und in die Phase der Entwicklung von Weltraumanwendungen eintritt.

Mit der Benennung von Tianzhou setzt sich die „chinesische Romantik“ der chinesischen Luft- und Raumfahrtindustrie bei der Benennung von Raumfahrzeugen fort. Sein Hauptzweck besteht darin, verschiedene Materialien zu großen bemannten Raumfahrzeugen auf der Ebene der Raumstation zu transportieren. Es ist das „Tianzhou“, das Himmel und Erde verbindet. Mit anderen Worten: Es handelt sich um den Superkurier des bemannten Raumfahrtprogramms Chinas. Lassen Sie uns anhand von Tianzhou-VI darüber sprechen, wie dieser Superkurier hergestellt wurde.

Bevor ich den folgenden Text lese, möchte ich Sie vor dem Bildschirm fragen, welche Art der Expresslieferung Ihnen am besten gefällt? ja oder nein

„Mehr! Stabil! Schnell! Günstig!“

„Nur Kinder treffen Entscheidungen. Ich will sie alle!“

1. Mehr: Ich kann 7 Tonnen dieser Art von Fracht ziehen!

Bevor die Truppen ausrücken, müssen zunächst die Lebensmittel und Futtermittel verschickt werden. Eine ausreichende Materialversorgung ist der zentrale Faktor, der zahlreiche Großvorhaben bestimmt. Nach der Fertigstellung der Raumstation Tiangong wird für alle Arten von Verbrauch eine stetige Versorgung von der Erde erforderlich sein. Unter denselben Bedingungen ist es umso besser, je größer die Transportkapazität des Frachtraumschiffs ist.

Die Darstellung des Jungfernflugs von Tianzhou-1 und des Andockens an Tiangong-2 (eine verbesserte Tiangong-1). Die beiden haben eine ähnliche Form. Eine einfache Möglichkeit zur Beurteilung besteht darin, die Anzahl der Solarzellen auf einer Seite zu zählen. Das Tianzhou auf der linken Seite hat drei.

(Bildquelle: Referenz [1])

Derzeit sind weltweit nur vier Typen von Frachtraumschiffen im Einsatz, nämlich die chinesische Tianzhou, die russische Progress sowie die amerikanischen Cygnus und Dragon. Unter ihnen erreichte die Tragfähigkeit von Tianzhou erstaunliche 6,9 ​​Tonnen und übertraf damit die Tragfähigkeit der anderen drei Raumfahrzeuge von 2,2 bis 3,3 Tonnen deutlich [1]. Dies liegt hauptsächlich daran, dass Tianzhou auf Grundlage der ersten experimentellen Raumstation meines Landes, Tiangong-1, entwickelt wurde. Tiangong-1 ist ein 8,5 Tonnen schweres Ungetüm und erreicht fast die Kapazitätsgrenze der Rakete Langer Marsch 2F. Mit der Einführung der leistungsstärkeren Rakete vom Typ Langer Marsch 7 kann die Kapazität der entwickelten Tianzhou erheblich erweitert werden, wobei das Gesamtgewicht etwa 13,5 Tonnen betragen wird. Durch die Kombination einer großen Rakete und eines großen Raumfahrzeugs verfügt Tianzhou über eine höhere Transportkapazität als andere Frachtraumfahrzeuge.

Am 7. Mai 2023 befanden sich die Rakete Langer Marsch 7 und das Raumschiff Tianzhou 6 im vertikalen Transfer.

(Fotoquelle: Our Space)

Ab Tianzhou VI wurde das Raumschiff weiter modernisiert, insbesondere die Ladekapazität der abgedichteten Kabine wurde erheblich erhöht (um etwa 20 %), und die Gesamtkapazität erreichte 7,4 Tonnen, was eine größere Unterstützung der Raumstation ermöglichte [2].

2. Stabil: Vielseitig und absolut zuverlässig

Bei einem Frachtraumschiff reicht es nicht aus, über die erforderliche Transportkapazität zu verfügen; es muss auch ein Alleskönner sein, der verschiedene Anforderungen zuverlässig erfüllen kann. Der Betrieb der Raumstation erfordert viele Aspekte und Tianzhou hat bei der Planung bereits zu Beginn zahlreiche Details berücksichtigt.

Aufgrund von Faktoren wie dem geringen Luftwiderstand wird für die Aufrechterhaltung der Umlaufbahn einer großen Raumstation eine große Menge Treibstoff verbraucht. Das Raumschiff Tianzhou trägt eine große Menge Treibstoff mit sich, der im Orbit aufgefüllt werden kann, wodurch es zu einem „Weltraum-Tankwagen“ wird. Außerdem kann es nach dem Andocken seine Triebwerke starten, um die Umlaufbahn der gesamten Raumstation anzuheben und sie in einen „Weltraumanhänger“ zu verwandeln.

Astronauten sind die Seele der wissenschaftlichen Forschungsmissionen der Raumstation. Sie selbst sind sogar „wissenschaftliche Forschungsnutzlasten“ und haben entsprechende Richtungen in der Luft- und Raumfahrtmedizin hervorgebracht. Die menschliche Existenz bringt komplexe Bedürfnisse nach Nahrung, Kleidung, Unterkunft, Transport und Lebenserhaltung mit sich, die größtenteils durch die abgedichtete Kabine des Raumschiffs Tianzhou gedeckt werden. Tianzhou-6 konzentrierte sich auf die Verstärkung der Konstruktion der abgedichteten Kabine und die Verbesserung ihrer Versorgungskapazitäten. So transportierte Tianzhou-6 beispielsweise 70 Kilogramm frisches Obst, also doppelt so viel wie Tianzhou-5, und deckte damit den gesamten Nahrungsmittelbedarf der Astronauten.

Nachdem die Raumstation die Umlaufbahn erreicht hat, müssen wichtige Komponenten regelmäßig gewartet und ausgetauscht werden. Auch Außenbordaktivitäten erfordern den regelmäßigen Einsatz von Außenbordanzügen und Zusatzausrüstung. Auch für intra- und extravehikuläre Versuchsplattformen sind Versuchsmaterialien erforderlich, die für den Transport alle die Unterstützung des Raumfahrzeugs Tianzhou benötigen. Je nach den Eigenschaften der Gerätematerialien müssen einige in einer abgedichteten Kabine untergebracht werden, während andere an dem nicht abgedichteten Teil „aufgehängt“ werden können. Dabei müssen Innen- und Außenseite aufeinander abgestimmt sein, um die Transporteffizienz des Raumfahrzeugs zu maximieren.

Das Raumschiff Tianzhou ist zusätzlich zu den Außenbordteilen und dem Treibstoff vollständig mit Fracht beladen.

(Bildquelle: Referenz [1])

Darüber hinaus hat das Raumschiff Tianzhou Chinas glorreichen Rekord von „null Ausfällen“ bei bemannten Raumflügen fortgesetzt. Bisher waren 5 von 5 Markteinführungen erfolgreich, was es zu einem stabilen, zuverlässigen Allrounder macht.

3. Schnell: Schnelles Andocken, Ankunft im Weltraum innerhalb weniger Stunden

Die Raumfahrt unterliegt verschiedenen Einschränkungen der Orbitaldynamik und unterscheidet sich stark von den Bodentransportsystemen, mit denen Kuriere auf der Erde konfrontiert sind. Daher ist das Rendezvous und Andocken im Weltraum eine sehr schwierige Aufgabe: Das Raumfahrzeug muss innerhalb eines sehr kurzen Zeitfensters gestartet werden, dann in eine elliptische Umlaufbahn eintreten und seine Umlaufbahn anschließend wiederholt korrigieren, bevor es die Raumstation wie geplant treffen kann. Unter konservativen Umständen dauert es normalerweise etwa zwei Tage.

Mit der iterativen Entwicklung des Tianzhou-Raumfahrzeugs wurden die Fähigkeiten des Raumfahrzeugs zur Orbitsteuerung verbessert, die Genauigkeit der Orbitbestimmung und Navigation verbessert, die Steuerungs- und Leitstrategien kontinuierlich optimiert und die Andockzeit kontinuierlich verkürzt. Beispielsweise dauerte das Andocken von Tianzhou-1 zwei Tage, Tianzhou-5 hingegen schaffte es in nur zwei Stunden! Dies ist ein neuer Weltrekord und zugleich die theoretisch kürzeste Zeit, die ein Frachtraumfahrzeug benötigt, um die Arbeitsanforderungen zu erfüllen und gleichzeitig eine Erfolgsquote sicherzustellen: Das Andocken ist nach einer Erdumrundung abgeschlossen.

Die Darstellung des Andockens und der Wartung der gesamten Raumstation durch Tianzhou

(Fotoquelle: National Space Administration)

Daher hat das Raumschiff Tianzhou, das die Transportmission vom Weltraum zur Erde durchführt, die Transporteffizienz einer stündlichen Lieferung innerhalb der Stadt erreicht. Man kann sich ein Szenario wie folgt vorstellen: Der Astronaut sieht, wie die Bestellung um neun Uhr morgens verschickt wird und erhält sie um elf, ohne das Mittagessen zu verpassen.

4. Günstig: Eine äußerst kostengünstige Transportlösung

Der direkte Vorteil der Tianzhou-Raumsonde, „mehr, stabiler und schneller“ zu sein, besteht darin, dass die Nutzungshäufigkeit bei gleichem Kapazitätsbedarf stark reduziert werden kann. Beispielsweise muss die Internationale Raumstation jedes Jahr etwa acht Versorgungsmissionen mit Frachtraumfahrzeugen durchführen, während eine neue Charge von Frachtraumfahrzeugen, Tianzhou-6, nur drei Missionen alle zwei Jahre benötigt, um den Betriebsbedarf der Raumstation Tiangong zu decken. „8 zu 1,5“, Tianzhou hat klare Vorteile in Bezug auf die Kosteneffizienz.

Die Verringerung der Startanzahl bedeutet eine geringere Nutzung der Ressourcen der Startrampen, eine Einsparung wertvoller Zeit für die Test- und Wartungsteams der Frachtraumfahrzeuge, eine erhebliche Kostenreduzierung bei den teuren Trägerraketen und eine Entlastung der Astronauten bei Arbeitseinsätzen wie Rendezvous, Andocken und der Trennung der Raumfahrzeuge. Darüber hinaus können beim Start, Rendezvous und Andocken des Raumfahrzeugs Tianzhou das Datenrelais-Satellitensystem meines Landes zur Messung, Steuerung und Lenkung genutzt werden, wodurch die entsprechenden Kosten erheblich gespart werden. Darüber hinaus können Raumfahrzeuge nach Durchbrüchen bei Schlüsseltechnologien (wie etwa dem ultraschnellen Andocken) in Massenproduktion hergestellt werden, und die Kosten jedes einzelnen Raumfahrzeugs werden erheblich gesenkt.

Daher können die leistungsstarken Fähigkeiten des Tianzhou-Raumfahrzeugs der Raumfahrtindustrie meines Landes eine Menge Geld sparen, und diese Mittel können für die Entwicklung anderer Schlüsseltechnologien verwendet werden. Bessere Technologie ermöglicht mehr Leistung bei geringeren Kosten und Tianzhou ist ein hervorragendes Beispiel dafür.

In der letzten Phase der Mission wird Tianzhou alles daran setzen, die Umlaufbahn der Raumstation ein letztes Mal aufrechtzuerhalten und versuchen, ihre Umlaufbahn anzuheben, um den Auswirkungen des Luftwiderstands entgegenzuwirken. Anschließend verlässt es die Raumstation, beladen mit dem von der Raumstation erzeugten Müll, um Platz für das Andocken nachfolgender Raumfahrzeuge zu schaffen. Im letzten Moment wird er kontrolliert in die Erdatmosphäre eintreten und sich durch den intensiven Aufprall und die Hitze in einen blendenden Meteor verwandeln. Um die Auswirkungen möglicher Verbrennungsrückstände zu verhindern, zielt es in der Regel darauf ab, sein glorreiches Leben auf dem riesigen „Raumschifffriedhof“ im südlichen Pazifik zu beenden.

Quellen:

【1】Lei Jianyu Jia Dongyong Bai Mingsheng Feng Yong Li Xingqian. Forschung und Entwicklung des Frachtraumschiffs Tianzhou. Weltraumwissenschaftstechnologie. 2023:3;0006. DOI:10.34133/space.0006.

[2] Das neue Frachtraumschiff Tianzhou-6 wird Anfang bis Mitte Mai mit weiterer Fracht gestartet, Guangming Online.