Bilden Sie immer noch Fahrgemeinschaften oder fahren Sie mit anderen in Gruppen? Lass uns gemeinsam eine Rakete auf dem Schiff bauen

Im Zeitalter der rasanten Entwicklung der Sharing Economy kann jeder fast alles „teilen“: „Fahrgemeinschaften bilden“, „gemeinsam spielen“, „Gruppen-Sharing“ und alle Arten der „geteilten“ Wirtschaft haben das Leben aller bestimmt. Schließlich beruht die „Wettbewerbswirtschaft“ auf dem Prinzip „kleiner Gewinn, aber schneller Umsatz“, das es den Käufern einerseits ermöglicht, niedrigere Preise zu erzielen, und den Verkäufern andererseits, höhere Gewinne zu machen. Aber haben Sie schon einmal vom „Gruppenstart“ von Raketen gehört? Warum müssen Satelliten Fahrgemeinschaften bilden, um ins All zu gelangen? Welche Vorteile bietet dies? Werfen wir einen Blick darauf.

Satellitenstart erfordert Fahrgemeinschaften: Raketenfahrten in der Gruppe bieten viele Vorteile

Am 9. Juli 2021 brachte die Trägerrakete Langer Marsch 6 im Satellitenstartzentrum Taiyuan die Satellitengruppe „Zhongzi“ 02 in die vorgegebene Umlaufbahn, und der Start war ein voller Erfolg. Dies ist zudem das zweite Mal in diesem Jahr, dass die Rakete „Langer Marsch 6“ eine kommerzielle Startmission im Inland durchführt. Vor nicht allzu langer Zeit hat die Rakete „Langer Marsch 6“ mit der Methode „Ein Start für mehrere Satelliten“ erfolgreich mehrere kommerzielle Satelliten für in- und ausländische Nutzer ins All gebracht.

Die traditionelle Methode zum Starten von Satelliten besteht darin, einen Satelliten mit einer Rakete zu starten. Die Vorbereitung eines Raketenstarts kostet Dutzende Millionen Yuan und dauert mehrere Jahre, was einen erheblichen Arbeitsaufwand darstellt. Werden jedoch mehrere Satelliten zusammengefügt und mehrere Satelliten gleichzeitig oder nacheinander mit einer Trägerrakete in die Umlaufbahn gebracht, können die Kosten für den Satellitenstart erheblich gesenkt werden.

Für diesen Anwendungszweck wurde die Technologie „mehrere Satelliten in einer Rakete“ entwickelt. Seit dem 20. September 1981 startete mein Land mit der Rakete Storm 1 drei wissenschaftliche Versuchssatelliten und war damit das vierte Land der Welt, das die Technologie beherrschte, mehrere Satelliten mit einer einzigen Rakete zu starten. Derzeit erfreut sich die Satellitenstartmethode „mehrere Satelliten pro Rakete“ auch international großer Beliebtheit. Am 24. Januar 2021 beförderte die Rakete „Falcon 9“ der US-amerikanischen Space Exploration Technology Company 143 Satelliten ins All und stellte damit einen Rekord für die Anzahl der Satelliten auf, die bei einem einzigen Start ins All gebracht wurden. Den bisherigen Rekord hielt Indiens Trägerrakete PSLV-C37 Polar Satellite Launch Vehicle, die im Februar 2017 104 Satelliten in die Umlaufbahn brachte.

Theoretisch gilt: Je größer die Rakete und je höher ihre Tragfähigkeit, desto besser ist ihre Fähigkeit, mehrere Satelliten mit einer Rakete zu starten. Bei Satellitenstarts, insbesondere kommerziellen Starts, gilt jedoch: Je größer die Tragfähigkeit der Rakete, desto besser. Mit der Entwicklung der Mikroelektroniktechnologie werden Satelliten immer kleiner und verschiedene kubische Satelliten- und Mikrosatellitenkonzepte erfreuen sich großer Beliebtheit.

Im Jahr 2019 beispielsweise startete mein Land etwa 80 Satelliten, von denen 67,5 % Mikrosatelliten waren. In den nächsten fünf bis zehn Jahren wird der Bedarf meines Landes an kommerziellen Kleinsatellitenstarts 4.000 übersteigen. Diese Satelliten wiegen oft nur einige zehn oder sogar nur wenige Kilogramm. Um Hunderte davon zu starten, ist eine „große Rakete“ mit einer Gesamtnutzlast von mehreren Tonnen erforderlich, was die „Fahrgemeinschaftszeit“ verlängert. Selbst wenn die gesamte Nutzlast zusammengebaut wird, besteht das Problem des Platzmangels. Auch bei kommerziellen Satellitenstarts sind die Miniaturisierung und Schnelligkeit von Raketen zum Haupttrend geworden.

Der „Kurier“ der neuen Raketengeneration: Langer Marsch 6

Da Satelliten immer billiger werden und Startmissionen immer zeitkritischer werden, sinken die Preisanforderungen für einzelne Transporte immer weiter. Als aufstrebende Kraft, die auf dem internationalen Markt für kommerzielle Satellitenstarts nicht ignoriert werden kann, wird der Bedarf meines Landes an einem neuen Typ kostengünstiger Raketen, mit denen verschiedene Satellitennutzlasten gestartet werden können, immer dringlicher. Die Trägerrakete „Langer Marsch 6“ ist die neue Generation meines Landes und wurde entwickelt, um diesen Bedarf zu decken.

Der „Langer Marsch 6“ und seine abgeleiteten Modelle werden hauptsächlich als Ersatz für das Modell „Langer Marsch 2CD“, die „Langer Marsch 4“-Serie und andere Trägerraketen verwendet. Wenn die Mess- und Kontrollbedingungen es zulassen, erreicht die Orbitalkapazität seines Hauptmarktes – SSO (Solar Geostationary Orbit, das sich nahezu auf einer polaren Umlaufbahn befindet und in der Regel eine Umlaufbahnhöhe von etwa 700 km aufweist) – eine Tonne. Damit wird das Problem der Überkapazitäten für den Start kleiner Satelliten in meinem Land gelöst, das auf den Mangel an kleinen Trägerraketen zurückzuführen ist. Wenn nur lokale Messungen und Steuerungen verwendet werden, kann eine Kapazität von 500 kg auch einen beträchtlichen Teil der SSO-Last abdecken. Dies bedeutet auch, dass beim Start von Satelliten mit leichterer Nutzlast die Telemetriemission ohne die Inanspruchnahme des Vermessungsschiffs Yuanwang, von Relaissatelliten und Mess- und Kontrollstationen in Übersee abgeschlossen werden kann, wodurch die Telemetriekosten der Startmission erheblich gesenkt werden.

Als Pionier bei der kommerziellen Einführung der neuen Generation von Trägerraketen meines Landes hat es seit Beginn seiner Geschäftstätigkeit den kommerziellen Weg des „Starts mehrerer Satelliten mit einem Start“ eingeschlagen. Obwohl es schön aussieht, mehrere Satelliten gleichzeitig zu verteilen, ist dies nicht einfach umzusetzen. Die wichtigste zu lösende Technologie besteht darin, Kollisionen zwischen Raketen und zwischen Satelliten zu verhindern, wenn eine große Anzahl von Satelliten gestartet wird. Darüber hinaus muss die Kompatibilität von Satelliten unterschiedlicher Größe und in unterschiedlichen Betriebsumlaufbahnen berücksichtigt werden. Zu diesem Zweck wurde in der Rakete Langer Marsch 6 erstmals eine serielle und standardisierte Schnittstelle für den Start mehrerer Satelliten eingesetzt, die eine hochpräzise Fluglagenanpassung und eine Vorwärtsbahnsteuerung der letzten Stufe der Rakete ermöglicht. Außerdem wurden Technologien wie die „Methode zur Steuerung der Umlaufdauer mehrerer Satelliten“ eingesetzt, um sicherzustellen, dass die Abstandsgeschwindigkeiten und -richtungen der Satelliten unterschiedlich sind und die Umlaufdauern zwischen mehreren Satelliten sowie zwischen Satelliten und der letzten Stufe der Rakete so verlängert werden, dass sie immer weiter fliegen und ein sicherer Abstand zwischen den Sternen sowie zwischen Sternen und Raketen gewährleistet wird.

Bisher hat die Rakete „Langer Marsch 6“ sechs kommerzielle Startmissionen erfolgreich durchgeführt. Seit seinem ersten Start am 20. September 2015 hat er 20 Mikrosatelliten in die Weltraumumlaufbahn gebracht und damit einen neuen Rekord für den Start mehrerer Satelliten mit einer Rakete in meinem Land aufgestellt. Seitdem hat das Unternehmen fünf kommerzielle Startmissionen durchgeführt, alle im Startmodus „mehrere Satelliten mit einer Rakete“, mit einer Erfolgsquote von 100 %.

Einführungskosten: Sofortige Reduzierung der Versandkosten? Beginnen Sie mit Kraftstoff

Im Vergleich zur Rakete selbst gibt es bei einer Raketenstartmission einen weiteren nicht unerheblichen Kostenfaktor: die Treibstoffkosten.

Nach dem Prinzip „Auch eine Fliege ist Fleisch“ gilt: Je billiger der Raketentreibstoff, desto besser. Vor dem Start der Rakete „Langer Marsch 6“ verwendeten die kommerziellen Trägerraketen meines Landes hauptsächlich unsymmetrisches Dimethylhydrazin/Distickstofftetroxid (Oxidationsmittel), einen relativ teuren Treibstoff: Der internationale Durchschnittspreis liegt bei etwa 300 US-Dollar/kg. Nehmen wir als Beispiel die Trägerrakete Langer Marsch 3B, eine der wichtigsten kommerziellen Trägerraketen in meinem Land: Ihr kommerzieller Marktstartpreis beträgt ungefähr 60 Millionen US-Dollar und der Fabrikpreis der Rakete beträgt ungefähr 15 Millionen US-Dollar. Der von der Rakete verwendete Treibstoff (UDMH/N2O4 für die erste und zweite Stufe) kostet ungefähr 3 Millionen US-Dollar, was etwa 5 % des Startpreises und 16 % der Raketenkosten (einschließlich Treibstoff) entspricht.

Andererseits ist Kraftstoff auf Hydrazinbasis hochgiftig und erfordert besondere Sorgfalt bei der Lagerung und Betankung. Auch herabfallende Raketentrümmer können die Umwelt verschmutzen. Angesichts der heute immer strengeren Umweltschutzanforderungen verzichtete man bei der Rakete „Langer Marsch 6“ auf den herkömmlichen Hydrazin-Treibstoff und setzte stattdessen auf einen günstigeren und wartungsfreundlicheren Antrieb: das Flüssigsauerstoff-/Kerosin-Raketentriebwerk YF-100/YF-77 als Triebwerk der ersten und zweiten Stufe der Rakete. Als Mitglied der neuen Generation von Trägerraketen wurde der Raketenantrieb der Langer Marsch 6 unter dem Gesichtspunkt der Modularität entwickelt. Sein YF-100 ist der Booster der Langer Marsch 5 und der YF-77 ist mit der Rakete der zweiten Stufe der Langer Marsch 7 identisch. Die hohe Vielseitigkeit reduziert die Anzahl der Raketentriebwerke der neuen Generation, erhöht die Produktion und verteilt die Kosten. Gemeinsam ist dieser Generation von Raketentriebwerken, dass die verwendeten Materialien sauber, unbedenklich und günstig sind.

Im Vergleich zu UDMH basiert das im YF-100/YF-77-Triebwerk verwendete kohlebasierte Kerosin für die Luft- und Raumfahrt auf den reichlich vorhandenen Kohlevorkommen meines Landes, ist billiger und weist einen geringeren Grad an externer Abhängigkeit auf. In Kombination mit leicht herzustellendem flüssigem Sauerstoff können die Kosten pro Kilogramm Kraftstoff von Hunderten von Dollar auf mehrere Dollar gesenkt werden. Selbst wenn man den Verlust von kryogenem Treibstoff während der Lagerung und Betankung berücksichtigt, können die Treibstoffkosten immer noch um mehr als zwei Drittel gesenkt werden. Ein weiteres herausragendes Merkmal des Treibstoffs Kerosin/Flüssigsauerstoff ist, dass er ungiftig und harmlos ist, schonender für Startplätze und Personal ist und bei der Verbrennung lediglich Wasser und Kohlendioxid erzeugt. Da Kerosin/flüssiger Sauerstoff zudem deutlich weniger korrosiv ist als herkömmlicher Hydrazin-Treibstoff, kann das Raketentriebwerk mehrfach getestet werden, was es auch potenziell wiederverwendbar macht, wenn der Motor der Rakete Langer Marsch 6 in Zukunft eingesetzt wird.

Internationale Preise für verschiedene flüssige Raketentreibstoffe. Das von der Rakete „Langer Marsch 6“ verwendete Kerosin weist ähnliche Spezifikationen wie der Treibstoff RP-1 auf und ist billiger als Stickstofftetroxid/unsymmetrisches Dimethylhydrazin (UDMH).

Günstiger und sorgenfreier Treibstoff ist für den Langen Marsch 6 nur der erste Schritt, um Geld zu sparen. Auch beim Langen Marsch 6 wurde viel Wert darauf gelegt, Treibstoff zu sparen. Die Triebwerke der ersten und zweiten Stufe der Langer Marsch 6 verwenden beide die Hochdruck-Nachverbrennungstechnologie (auch als gestufter Verbrennungszyklus bekannt). Der Hauptvorteil des Hochdruck-Nachverbrennungszyklus besteht darin, dass sämtliches Gas und sämtliche Wärme durch die Brennkammer abgeführt werden, wodurch das Raketentriebwerk „Langer Marsch 6“ während des Testlaufs einen Verbrennungswirkungsgrad von 98 % erreichen konnte. Die hohe Drucktoleranz der Brennkammer ermöglicht den Einsatz von Düsen mit einem größeren Expansionsverhältnis am Triebwerk, wodurch das spezifische Gewicht des Raketentriebwerks erhöht und jeder Tropfen Treibstoff in der Rakete optimal genutzt wird.

Für eine schnelle Lieferung ist „Trip Leveling“ auch die beste Option?

Neben den geringen Startkosten ist auch die Schnelligkeit ein großer Vorteil der Trägerrakete Langer Marsch 6.

Durch die „Drei-Ebenen-Technologie“ aus horizontalen Gesamttests, horizontalen Gesamtandockungen von Satellit und Rakete sowie horizontalen Gesamttransporten, Aufbau und Start konnte der Startvorbereitungszyklus der Langer Marsch 6 erheblich verkürzt werden. Ob es sich nun um die Langer Marsch 11 meines Landes, die „Minotaur“ der USA, die „Epsilon“ Japans oder andere Feststoffraketen handelt, die für ihre Schnellstartfähigkeit bekannt sind, der Startvorbereitungszyklus dauert dementsprechend 7 bis 16 Tage, während die Langer Marsch 6 höchstens 7 Tage benötigt, um Kundennutzlasten ins All zu befördern.

Mit dem fortlaufenden Start der Rakete „Langer Marsch 6“ hat sich der Vorhang für die neue Generation von Trägerraketen meines Landes gelüftet, die intensiv in der kommerziellen Raumfahrt eingesetzt werden sollen. Es ist denkbar, dass die Rakete „Langer Marsch 6“ in naher Zukunft eine relativ arbeitsreiche Zeit der Erfüllung internationaler und inländischer Handelsaufträge einläuten wird, da sie mit einer einzigen Rakete immer wieder Startmissionen von N Satelliten durchführen wird, um den Startanforderungen verschiedener Kunden gerecht zu werden.