Langer Marsch 6A: die erste Feststoff-Flüssigkeits-Trägerrakete meines Landes

Freunde, die sich mit ausländischen Trägerraketen auskennen, wissen sicher, dass es viele Arten ausländischer Trägerraketen gibt, die mit Feststoffboostern ausgestattet sind, wie etwa die Atlas-V-Trägerrakete der USA, die Ariane-5-Trägerrakete der Europäischen Weltraumorganisation, die H-2B-Trägerrakete Japans und die GSLV-Trägerrakete Indiens. Die mit den Trägerraketen meines Landes mitgelieferten Booster werden im Allgemeinen mit Flüssigkeitsantrieb betrieben, doch die im März dieses Jahres erfolgreich gestartete Trägerrakete Langer Marsch 6A füllte diese Lücke in meinem Land und wurde zur ersten Trägerrakete des Landes, die mit Feststoffraketenboostern ausgestattet ist.

Modifizierte Trägerrakete „Langer Marsch 6“ ins All gestartet

Erreichen Sie das 14-tägige Schnellstartziel

Am 29. März 2022 um 17:50 Uhr startete die Trägerrakete Langer Marsch 6A erfolgreich zwei künstliche Satelliten ins All und brachte sie reibungslos in die vorgegebene Umlaufbahn.

Anders als bei der Rakete „Langer Marsch 6“ beträgt der Durchmesser der ersten und zweiten Kernstufe der Rakete „Langer Marsch 6A“ jeweils 3,35 Meter. Was das Antriebssystem betrifft, ist die „Langer Marsch 6 Modified“ weiterhin mit zwei Flüssigsauerstoff-/Kerosin-Triebwerken des Typs YF-100 mit 120 Tonnen Schub in der ersten Stufe und einem Flüssigsauerstoff-/Kerosin-Triebwerk des Typs YF-115 mit 18 Tonnen Schub in der zweiten Stufe ausgestattet. Seitlich der Kernstufe sind vier Feststoffbooster mit einem Durchmesser von 2 Metern gebündelt. Die Booster verwenden einen zweistufigen Feststoffraketenmotor mit 120 Tonnen Schub. Der Durchmesser der Verkleidung wurde von 2,6 Metern bzw. 2,9 Metern bei der Langer Marsch VI auf 4,2 Meter bzw. 5,2 Meter vergrößert, sodass genügend Platz für zukünftige große Nutzlasten bleibt.

Die Gesamtlänge der Rakete „Langer Marsch 6A“ beträgt rund 50 Meter, bei einem Startschub von 7230 Kilonewton und einer Startmasse von rund 530 Tonnen. Es kann eine Transportkapazität von 4,5 Tonnen bis zu einer sonnensynchronen Umlaufbahn von 700 Kilometern erreichen.

Als erste Trägerrakete der neuen Generation der Langer-März-Serie meines Landes mit integrierten Feststoffboostern kann die „Langer-März-6A“ die kombinierten Vorteile von Flüssigkeitsraketentriebwerken (z. B. hohe Leistung und lange Betriebsdauer) und Feststoffraketentriebwerken (z. B. hoher Schub, zuverlässiger Betrieb sowie einfache Verwendung und Wartung) voll ausspielen. Die vier Feststoffbooster der „Langer Marsch 6A“ lieferten beim Start fast 70 Prozent des Schubs der gesamten Rakete.

Durch den Einsatz von Feststoffboostern wurde beim „Langer Marsch 6A“ ein modulares, kombiniertes und serialisiertes Design erreicht. Anschließend können durch die Anpassung der Booster eine Vielzahl von Konfigurationen gebildet werden, um eine Reihe von Trägerraketen mit einem breiten Spektrum an Transportkapazitäten, einer angemessenen Steigung und hoher Kosteneffizienz zu schaffen, um den vielfältigen und intensiven Bedarf an Satellitenstarts in der Zukunft zu decken.

Aufgrund der Vorteile von Feststoffraketentriebwerken, wie weniger Komponenten, relativ einfacher Aufbau und hohe Zuverlässigkeit, wurde das Bordleitungssystem der „Langer Marsch 6A“ um bis zu 55 % „abgespeckt“. Aufgrund der Vorteile von Feststoffraketentriebwerken, wie beispielsweise einfacher Betrieb und Wartung sowie langer Lagerzeit, konnte bei „Langer Marsch 6A“ schließlich die direkte Installation von Feststoffboostern am Startplatz realisiert und das Ziel eines schnellen Starts nach 14 Tagen Vorbereitungszeit am Raketenzielort erreicht werden.

Integriertes Motorzustandsdiagnosesystem

Natürlich ist die Verwendung von Feststoffraketenmotoren nicht nur gut. Der hohe Schub von Feststoffraketentriebwerken führt auch zu stärkeren Vibrationen. Darüber hinaus enthält die Abgasflamme von Feststoffraketentriebwerken heiße Feststoffpartikel, die die Strahlungswärme am Boden der Rakete erheblich verstärken. Um die komplexen Kräfte und die thermische Umgebung zu bewältigen, die durch den gemeinsamen Betrieb der Feststoff-Flüssigkeits-Triebwerke während des Fluges entstehen, erfordert die Konstruktion der Langer Marsch 6A eine genaue Vorhersage der mechanischen Umgebungsbedingungen der gebündelten Rakete und der thermischen Umgebung am Boden des zweiphasigen Feststoff-Gasstrahls.

Der Einsatz gebündelter Feststoffraketentriebwerke bringt auch Veränderungen im Zündvorgang mit sich. Das heißt, beim Start der Rakete muss zuerst das Flüssigkeitsraketentriebwerk der ersten Stufe des Trägerraketenkerns gezündet werden und dann werden die Feststoffraketentriebwerke der vier Booster gezündet. Da sich das Feststoffraketentriebwerk nach der Zündung jedoch nicht mehr abschalten lässt, besteht bei einem Ausfall des Flüssigkeitsraketentriebwerks in der Kernstufe keine Möglichkeit, die Rakete zu stoppen und den Fehler zu beheben. Daher muss beim „Langer Marsch 6A“ der Zustand des Flüssigkeitstriebwerks der Kernstufe diagnostiziert werden, bevor der Feststoffbooster gezündet wird, um mögliche Probleme so früh wie möglich zu erkennen.

Die vier Feststoffraketen der modifizierten Rakete „Langer Marsch 6“

Zu diesem Zweck ist der „Langer Marsch 6A“ mit einem integrierten Motordiagnosesystem ausgestattet, das nur die Größe eines B5-Buches hat und in der Lage ist, Motorparameter schnell und genau zu erfassen und Echtzeitdiagnosen durchzuführen. Das System beginnt 2,5 Sekunden nach der Zündung des Flüssigkeitstriebwerks der Kernstufe mit der Motordiagnose und ermittelt durch 0,3 Sekunden kontinuierliche Überwachung und Diagnose, ob ein Motorfehler vorliegt. Wenn ein Triebwerksausfall festgestellt wird, führt es eine automatische Notabschaltung der Flüssigkeitstriebwerke der Kernstufe durch und unterbricht das Zündprogramm der Feststoffbooster, um deren Zündung zu verhindern.

Um den zuverlässigen Betrieb des Motorzustandsdiagnosesystems sicherzustellen, wurden nicht nur in der Frühphase große Mengen grundlegender Motorbetriebsdaten gesammelt, um eine genaue Beurteilung der Situation zu gewährleisten, sondern es wurden auch drei Sätze identischer Diagnosesysteme auf der Rakete konfiguriert, um den Motorstatus gleichzeitig zu diagnostizieren. Nur wenn zwei oder mehr Systemdiagnosen gleichzeitig einen Fehler feststellen, kann davon ausgegangen werden, dass es sich um einen Motorschaden handelt.

Darüber hinaus muss sich das Motorzustandsdiagnosesystem auch an die raue Umgebung anpassen, in der die Kernstufe des Langer Marsch 6A arbeitet. Da es sich bei dem Kernstufentriebwerk der „Langer Marsch 6A“ um ein kryogenes Flüssigsauerstoff-/Kerosintriebwerk handelt, beträgt die Temperatur des flüssigen Sauerstoffs -183°C. Unter dem Einfluss einer derart niedrigen Umgebungstemperatur erreichte die Umgebung um das Motorzustandsdiagnosesystem -40 °C. Wenn jedoch das Haupttriebwerk gezündet wird, steigt die Temperatur rund um das Triebwerksdiagnosesystem schnell auf 130 °C, begleitet von starken Vibrationen, und die Arbeitsumgebung ist äußerst rau.

Schematische Darstellung des Feststoffboosters der modifizierten Rakete „Langer Marsch 6“

„Smart Launch Site“ sorgt für Begleitung

Um den zuverlässigen Start des „Langer Marsch 6A“ zu gewährleisten, wurde auf dem 9A-Startplatz des Taiyuan Satellite Launch Center speziell ein „intelligenter Startplatz“ errichtet. Mithilfe der Technologie des Internets der Dinge werden Daten von Bodeneinrichtungen und -geräten einheitlich erfasst und integriert. Die Daten werden mithilfe der Big-Data-Technologie sortiert und integriert. Es ermöglicht eine vollständige Systemlageerkennung, eine vollständige intelligente Prozessverwaltung und -steuerung sowie eine vollständige Prozessantriebsgarantieunterstützung, wodurch die direkte Installation von Feststoffboostern am Startplatz und ein schneller Start innerhalb von 14 Tagen möglich sind, wodurch die Effizienz und Sicherheit von Weltraumstarts verbessert wird.

Die Startstation 9A kann vier Stunden lang unbemannt bleiben, bevor die Rakete gestartet und gezündet wird. Eine Reihe von Vorgängen vor dem Start werden vom Startsystem ferngesteuert. Dies ist einer Reihe „intelligenter Roboterarme“ zu verdanken, die automatisch andocken und auftanken können. Beim Befüllen oder Freigeben von Treibstoff in herkömmlichen Raketen kommt im Allgemeinen eine manuelle Andockung und eine automatische Ablösung vor Ort zum Einsatz. Dies erfordert, dass ständig jemand am Startplatz im Einsatz ist, aber der „intelligente Roboterarm“ ersetzt die manuelle Rolle vollständig. Dieser Roboterarm kann eine genaue Erfassung der Zielposition in komplexen Wetterumgebungen wie Regen, Schnee und Nebel gewährleisten, das zufällige Schütteln der Rakete durch Laständerungen oder Windeinfluss überwinden, die Füllventile der Rakete dynamisch in Echtzeit messen und verfolgen und ein genaues Andocken gewährleisten.