Schnelle Produktion und schnelle Markteinführung, neuer „Star“ und neues Konzept

Mit der rasanten Entwicklung der Raumfahrtindustrie werden Satellitendienste immer umfassender und stärker in unser Leben integriert, und zwar in einem Ausmaß, dass die Effizienz herkömmlicher Satellitenstarts den Anforderungen von Raumfahrtplanern und Kunden immer weniger gerecht wird. Welche Möglichkeiten gibt es, Satelliten schneller herzustellen und einzusetzen? Wird es bahnbrechende und zum Nachdenken anregende Zukunftspläne geben? Werfen wir einen Blick darauf.

"Basketball" und "Tablet" haben viele Varianten

Wir nutzen täglich Funkverbindungen und Internetdienste, doch mit der Ausweitung der Aktivitäten der Menschen und der Intensivierung des Austauschs zwischen den Regionen werden die herkömmlichen Servicemethoden allmählich unzureichend. Aufgrund der Kosten und technischer Einschränkungen können hohe Signaltürme von Basisstationen nicht alle Zielgebiete abdecken und Hochgeschwindigkeits-Glasfaserkabel können nicht alle Haushalte verbinden. Was sollten Wanderer tun, wenn ihr Handysignal in den tiefen Bergen und Wäldern verloren geht? Wenn Antarktisforscher über längere Zeit keinen Videokontakt zu ihren Familien haben, wird dies ihre körperliche und geistige Gesundheit sowie ihre Arbeitseffizienz beeinträchtigen?

Um diese Probleme zu lösen, hat die Luft- und Raumfahrtindustrie ein großes Skynet-Projekt geplant. Dabei hofft sie, mithilfe einer großen Zahl leistungsstarker Satelliten ein Satellitennetzwerksystem aufzubauen, das 100 Prozent der Erdoberfläche abdeckt und verschiedene Dienste in Echtzeit bereitstellt. Beispielsweise plant SpaceX mit „Starlink“ die Errichtung eines Netzwerks aus 42.000 Satelliten. Vielleicht wird bis dahin ein Client-Server von der Größe eines Koffers in der Lage sein, eine stabile Kommunikation für ein Gebiet von Zehntausenden Quadratkilometern bereitzustellen, und sogar ein Internet-Star wird in der Lage sein, seinen Fans auf dem Mount Everest eine reibungslose Live-Videoübertragung zu senden.

Schematische Darstellung der Starlink-Satellitenbereitstellung

Hinter dieser schönen Vision verbirgt sich der Bedarf an echter materieller Unterstützung, d. h. einer riesigen Zahl von Satelliten in der Umlaufbahn. Der erste Schritt, der zu bewältigen ist, besteht in der Schwierigkeit, Satelliten schnell herzustellen.

Der traditionelle Satellitenherstellungsprozess wird als „isolierte Insel“ beschrieben. Um den Luxus der „privaten Anpassung“ genießen zu können, sind von der Programmdemonstration über die detaillierte Konstruktion, Produktion, Lieferung, integrierte Montage und Prüfung ein hoher Zeit- und Kostenaufwand erforderlich.

In Zukunft werden Miniaturisierung und Integration der Schlüssel zur Satellitenfertigungstechnologie sein und gleichzeitig sicherstellen, dass die Satellitenleistung „ausreichend“ ist und sich leicht in Massenproduktion herstellen lässt. Dabei ist die Technologie von SpaceX vorerst führend und der Sonderstart von „Starlink“ hat sich bei rund „60 Satelliten pro Pfeil“ stabilisiert. Musk gab sogar bekannt, dass die neue Satellitengeneration nur die Größe eines normalen Basketballs haben werde. Das Werbevideo zeigt die spektakuläre Szene, in der das zukünftige „Starship“ eine große Anzahl von „Starlink“-Satelliten der zweiten Generation startet. Die Satelliten sind dicht in Scheiben angeordnet und die Scheiben werden von der Rakete einzeln „ausgespuckt“, was zeigt, wie klein die Satelliten komprimiert sind.

Chinas Luft- und Raumfahrtunternehmen arbeiten zudem ständig an der Miniaturisierung und Integration von Satelliten, da dies nicht nur enorme kommerzielle Vorteile mit sich bringt, sondern auch einen Wettbewerb um die nationale Sicherheit darstellt. Vor Kurzem ist die neue Generation stapelbarer Flachsatelliten meines Landes in die Prototypen-Vorforschungsphase eingetreten.

Öffentlichen Informationen zufolge haben die betreffenden Unternehmen im Zuge der Optimierung des Satellitendesigns, der Substitution neuer Materialien, der Vereinfachung von Komponentenprozessen und der kontinuierlichen Iteration schrittweise die Herstellungskosten gesenkt und die Produktionseffizienz verbessert. Sie haben eine jährliche Produktion von etwa 100 Satelliten erreicht und es wird erwartet, dass sie in Zukunft Hunderte von Satelliten produzieren werden.

Insbesondere durch den erfolgreichen Einsatz der 3D-Drucktechnologie haben Forscher die Verarbeitungstechnologie von Nutzlasten wie Hochfrequenz-Mikrowellenleitern und Hochleistungsantennen verbessert, den Nutzlastraum auf ein Drittel des üblicherweise belegten Raums komprimiert und auch umfassende Indikatoren wie die Leistung einiger einzelner Maschinen und Systeme verbessert.

Auch das Erscheinen der neuen Satellitengeneration Chinas übertraf die Erwartungen vieler Menschen. Es unterscheidet sich von der quadratischen Schachtel oder dem großen runden Ball, den wir oft sehen. Es hat eine flache Form und seine Oberfläche ist dicht mit kleinen Geräten und Kabelbäumen beladen. Der mitgelieferte ultradünne Solarflügel ist eine 12-fache „Schiebetür“-Struktur, die aus mehreren miteinander verbundenen Solarmodulen besteht. Nach dem Falten und Festdrücken soll die Dicke nur noch wenige Zentimeter betragen.

Es ist denkbar, dass in naher Zukunft Dutzende oder sogar Hunderte von Tablet-Computern ähnelnden Satelliten der neuen Generation in der Nutzlastbucht der Langer-March-Rakete gestapelt werden. Sie werden Chinas schnelle Satellitenreaktionstruppe bilden, in Gruppen in den Weltraum stürmen und sich der großen Sache der umfassenden Echtzeitkommunikation auf der Erde und des Weltraum-Internets „widmen“.

"Riesenwal" und "Kanone" kommen zu Hilfe

Nachdem Satelliten miniaturisiert und integriert wurden, müssen Innovationen bei den Start- und Einsatzmethoden angestrebt werden. Einige Luft- und Raumfahrtforscher und -enthusiasten haben viele einzigartige neue Ideen entwickelt. Ihre Ziele sind dieselben: die Startkosten zu senken und Satelliten schnell und in großer Zahl in den Einsatz zu bringen.

Zunächst gibt es den Plan zum Start des Superluftschiffs. Ähnlich dem Prinzip eines Heißluftballons steigt ein Luftschiff auf, ohne eigene Energie zu verbrauchen, sondern nutzt stattdessen den Auftrieb der in der Atmosphäre allgegenwärtigen Luft. Sofern das Luftschiff groß genug ist, wird seine Tragfähigkeit erstaunlich groß sein, nämlich ausreichen, um Tausende von Mikrosatelliten zu transportieren, und es ist auch möglich, in Zehntausende Meter Höhe in die Stratosphäre zu fliegen.

Der größte Reiz dieses Plans besteht darin, dass er den Auftrieb der Luft nutzt. Das Luftschiff wird eine große Zahl von Satelliten in den erdnahen Weltraum befördern, wodurch die Startkosten voraussichtlich erheblich gesenkt werden. Es kann sich außerdem frei auf der horizontalen Ebene bewegen, den Startzeitpunkt flexibel erfassen und Rundflugdienste anbieten.

Stellen Sie sich einen tiefblauen „Riesenwal“ vor, der in Zehntausenden von Metern Höhe kreuzt. Seine spindelförmige Oberfläche ist in Wirklichkeit ein riesiges Solarpanel, das nicht nur das Luftschiff mit Strom versorgen, sondern auch Energie für den Start von Satelliten speichern kann. Bis eines Tages ein buntes Feuerwerk um den „Riesenwal“ herum aufblitzte und in seinem magischen Heiligenschein Satelliten zu ihren Koordinatenpositionen im Weltraum flogen.

Zweitens gibt es den Plan zum Start einer elektromagnetischen Kanone. Eine elektromagnetische Waffe ist eine „Kanone“, die die Amperekraft des elektromagnetischen Felds nutzt, um Projektile zu beschleunigen. In den 1970er Jahren führten westliche Länder erste Experimente mit elektromagnetischen Kanonen durch und beschleunigten erfolgreich ein 2 Gramm schweres Objekt auf 11.000 Meter pro Sekunde. Dies übertrifft die erste kosmische Geschwindigkeit. Mit anderen Worten: Wenn der Luftwiderstand nicht berücksichtigt wird, hat dieser kleine 2-Gramm-Kerl das Potenzial, ein Minisatellit der Erde zu werden. Da Satelliten immer kleiner und leichter werden, haben einige Länder elektromagnetische Superkanonen mit größerer Leistung und Energie getestet. Die Idee, elektromagnetische Kanonen zum Starten von Satelliten zu verwenden, kommt Luft- und Raumfahrtforschern ganz natürlich in den Sinn.

Von den USA entwickelte elektromagnetische Waffe

Viele Länder forschen seit vielen Jahren an elektromagnetischen Waffen, haben diese jedoch bisher noch nicht in die Praxis umgesetzt. Dafür gibt es zwei Hauptgründe: Erstens sind elektromagnetische Kanonen und ihre unterstützende Ausrüstung riesig, was ihre Installation in Flugzeugen, Schiffen und Fahrzeugen erschwert. Zweitens sind elektromagnetische Waffen zu teuer, um Granaten abzufeuern. Die Betriebskosten für eine einzige Granate betragen Zehntausende von Dollar.

Werden elektromagnetische Kanonen jedoch zum Starten von Satelliten verwendet, scheinen diese Nachteile vernachlässigbar oder werden sogar zu Vorteilen: Einerseits ist die Basis groß genug, um die gesamte Ausrüstung mit elektromagnetischen Kanonen unterzubringen, egal wie viel davon vorhanden ist, und die benötigte Fläche ist viel kleiner als bei herkömmlichen Raketenstartbasen. Andererseits sind die Startkosten von mehreren zehntausend Dollar im Vergleich zu den Herstellungs- und Treibstoffkosten herkömmlicher Raketen ein Tropfen auf den heißen Stein.

Natürlich sind mit dem Einsatz elektromagnetischer Raketen zum Starten von Satelliten noch immer zahlreiche technische Herausforderungen verbunden. Inwieweit können Satelliten beispielsweise in Zukunft miniaturisiert werden? Wenn der Satellit auf die Größe eines Apfels komprimiert werden kann, wird der Energieverbrauch der elektromagnetischen Kanone definitiv erheblich reduziert. Und kann der Satellit auch bei enormen Beschleunigungsbelastungen und starken elektromagnetischen Feldern sicher und unversehrt bleiben? Ich bin überzeugt, dass die Luft- und Raumfahrttechnik in Zukunft erfreuliche Antworten liefern wird. Eines ist jedoch merkwürdig: War die Satelliten-„Kanone“ damals ein Einzelschuss oder ein Dauerschuss? Die Mission zum Start von Zehntausenden Satelliten könnte innerhalb einer Woche abgeschlossen sein. (Autor: Sun Fei)