Langer Marsch 5B-Rakete: Die einzigartigen Fähigkeiten des „großen Kerls“

Am 24. Juli um 14:22 Uhr startete die Trägerrakete Langer Marsch 5B erfolgreich das chinesische Raumstation Wentian Laboratory, das größte allein bemannte Raumfahrzeug der Welt, vom Weltraumbahnhof Wenchang in China .

Die Trägerrakete Langer Marsch 5B startet das Experimentalmodul Wentian (Foto von Wang Lei, einem Reporter von China Aerospace News)

Bei der Trägerrakete Langer Marsch 5B, die 2020 ihren Jungfernflug erfolgreich absolvierte, handelt es sich um eine auf Basis der Langer Marsch 5 verbesserte Trägerrakete, die speziell für den Transport großer Nutzlasten in eine niedrige Erdumlaufbahn konzipiert ist. Vereinfacht ausgedrückt wird die zweieinhalbstufige Konfiguration der Langer Marsch 5 in eine eineinhalbstufige Konfiguration geändert, d. h. die Kernstufe und die vier Booster bleiben unverändert und nur die zweite Kernstufe wird entfernt. Seine Hauptaufgabe besteht derzeit darin, die verschiedenen Komponenten der chinesischen Raumstation Tiangong zu starten. Der Erfolg oder Misserfolg der Flugmission „Langer Marsch 5B“ hängt direkt mit dem Erfolg oder Misserfolg des Baus der ersten Raumstation meines Landes zusammen.

Obwohl der Langer Marsch 5B etwa 3 Meter kürzer und 20 Tonnen leichter als der Langer Marsch 5 ist, hat er die meisten hervorragenden „Gene“ des Langen Marsch 5 geerbt. Wie beim Langen Marsch 5 hat die Kernstufe des Langen Marsch 5B einen Durchmesser von 5 Metern und ist mit vier Boostern mit einem Durchmesser von 3,35 Metern gebündelt. Obwohl die zweite Kernstufe entfernt wurde, wurde die Länge der Verkleidung erhöht, um den Hüllkurvenanforderungen des Raumstationsmoduls gerecht zu werden. die Gesamtlänge der Rakete beträgt etwa 53,7 Meter, die Startmasse beträgt etwa 849 Tonnen und die Transportkapazität in der erdnahen Umlaufbahn erreicht 25 Tonnen.

Die Trägerrakete Langer Marsch 5 startet das Experimentalmodul Wentian (Foto von Wang Lei, einem Reporter von China Aerospace News)

Anders als die Langer-March-5-Rakete, die sich durch Langstreckentransporte auszeichnet und sich auf geostationäre Umlaufbahnen und darüber hinaus konzentriert, ist die Langer-March-5B-Rakete eher ein Gewichtheber, der gut mit Nutzlasten größerer Masse zurechtkommt. Der Schwerpunkt liegt auf der erdnahen Umlaufbahn in einer Höhe von 300 bis 500 Kilometern und dient als Hauptkampffeld für den Bau der Raumstation meines Landes. Um die Baumission der Raumstation meines Landes abzuschließen, hat der „Langer Marsch 5B“ auch einige einzigartige Fähigkeiten entwickelt.

Spezialfähigkeit 1: Verkleidung „Großer Kopf“

Die Raumstation Tiangong meines Landes besteht aus einem Kernmodul und zwei Versuchsmodulen in T-förmiger Anordnung. Die drei großen Module, das Tianhe-Kernmodul, das Wentian-Labormodul und das Mengtian-Labormodul, wurden nacheinander von der Rakete Langer Marsch 5B in eine niedrige Erdumlaufbahn gebracht, um dort zusammengebaut zu werden und die Grundkonfiguration der Raumstation zu bauen. Obwohl zerlegt, ist die Größe der einzelnen Fächer immer noch erstaunlich. Das Kernmodul von Tianhe ist 16,6 Meter lang, hat einen Durchmesser von 4,2 Metern und wiegt 22,5 Tonnen. Das Wentian-Experimentiermodul hat eine axiale Länge von 17,9 Metern, ist also 1,3 Meter länger als das Tianhe-Kernmodul und hat einen ähnlichen Durchmesser und ein ähnliches Gewicht. Das Mengtian-Labormodul ist mit etwa 21 Tonnen etwas leichter, seine Länge und sein Durchmesser sind jedoch im Wesentlichen dieselben wie die des Wentian-Labormoduls.

Um ein so großes Raumstationsmodul unterzubringen, ist der „Langer Marsch 5B“ mit der längsten und größten Verkleidung meines Landes ausgestattet. Die Verkleidung ist 20,5 Meter lang und hat einen Durchmesser von 5,2 Metern. Die Verkleidung entspricht der Höhe eines sechsstöckigen Gebäudes und bietet einen geräumigen Raum, der speziell für den Start des Kernmoduls und des Experimentalmoduls der Raumstation geeignet ist. Die Verkleidung kann sicherstellen, dass das Raumstationsmodul während der Reise von der Erdoberfläche in den Weltraum nicht durch schädliche Umgebungsbedingungen wie aerodynamische Kräfte, aerodynamische Erwärmung und akustische Vibrationen beeinträchtigt wird.

Verkleidung der Trägerrakete Langer Marsch 5B (Foto aufgenommen von Wang Lei, einem Reporter von China Aerospace News)

Um sicherzustellen, dass eine derart große Verkleidung sowohl den Luftwiderstand der Rakete während des Fluges verringern kann als auch über ausreichende strukturelle Festigkeit verfügt, weist die Verkleidung außerdem die Form einer stromlinienförmigen Von-Kármán-Kurve auf. Da die Oberfläche des rotierenden Körpers mit der Von-Karman-Kurvenform im entfalteten Zustand keine Ebene ist, kann das bisherige Herstellungsverfahren der konischen Verkleidung nicht einfach verwendet werden und der Herstellungsaufwand wird um eine Ebene erhöht.

Spezialfähigkeit 2: Fähigkeit zur Trennung von Kabine und Rakete mit großem Durchmesser

Während der aktiven Flugphase, wenn der Motor läuft, kommt es in der Trägerrakete zu enormen Vibrationen und Überlastungen. Um die Sicherheit der transportierten Nutzlast zu gewährleisten, ist eine stabile und zuverlässige Verbindung zwischen Rakete und Nutzlast erforderlich, ähnlich wie der „Sicherheitsgurt“ im Auto die „Passagiere“ sichert und so für Sicherheit sorgt. Allerdings sind die Anforderungen höher als bei den „Sicherheitsgurten“ im Auto. Nach dem Eintritt in die Umlaufbahn muss die Trägerrakete die Nutzlast schnell und reibungslos ohne Verzögerung freigeben, da es sonst zu Schäden an der Nutzlast kommen kann.

Das Besondere an „Langer Marsch 5B“ ist, dass der Durchmesser der Verbindungsschnittstelle zwischen ihm und dem Raumstationsmodul mehr als 4 Meter beträgt. Bei solch einem großen Durchmesser und komplexen Belastungs- und Umgebungsbedingungen ist es notwendig, sowohl die Zuverlässigkeit und Sicherheit der Verbindung und die schnelle und zuverlässige Trennung zu berücksichtigen, als auch nachteilige Einflüsse wie beispielsweise die während des Trennvorgangs auftretende Stoßumgebung zu minimieren. Zu diesem Zweck wurde beim „Langer Marsch 5B“ eine Stoßdämpfungslösung aus „Stoßdämpferrahmen + Dämpfungskasten“ eingesetzt und auf dem Dämpfungskasten eine „Partikeldämpfungstechnologie“ angewendet, wodurch der Trennungsstoß und die Vibration an der Trennschnittstelle zwischen Kabine und Rakete wirksam verbessert wurden.

Die „Partikeldämpfungstechnologie“ ist eine neue Art der passiven Schwingungskontrolltechnologie. Es füllt eine große Anzahl winziger Partikel in den begrenzten geschlossenen Raum des vibrierenden Körpers und nutzt die Reibung und den unelastischen Zusammenstoß zwischen den winzigen Partikeln während der Vibration, um die Vibrationsenergie schnell abzuleiten und den Effekt der Stoßdämpfung zu erzielen.

Spezialfähigkeit 3: Fähigkeit zur direkten Umlaufbahn mit hohem Schub

Um sicherzustellen, dass die Nutzlast an einer präzisen Position, in einer präzisen Fluglage und mit einer präzisen Geschwindigkeit abgeworfen werden kann, verfügt die Trägerrakete in der letzten Stufe der Rakete im Allgemeinen über ein Raketentriebwerk mit geringem Schub und ist außerdem mit einem Antriebssystem zur Korrektur der Endgeschwindigkeit und zur Anpassung der Fluglage ausgestattet. Wir wissen jedoch, dass im Vergleich zur „Langer Marsch 5“ bei der „Langer Marsch 5B“ die zweite Kernstufe entfernt wurde. Daher wurden auch das Raketentriebwerk mit niedrigem Schub, die Endgeschwindigkeitskorrektur und das Antriebssystem zur Lageanpassung der zweiten Kernstufe entfernt.

„Langer Marsch 5B“ nutzt eine Rakete der ersten Stufe, um das Raumstationsmodul direkt in die vorgegebene Umlaufbahn zu bringen. Wenn das Raketentriebwerk der ersten Stufe abgeschaltet wird, verschwinden innerhalb weniger Sekunden etwa 140 Tonnen Schub, was dem plötzlichen „Bremsen“ eines Hochgeschwindigkeitszuges entspricht. Wie also stellt „Langer Marsch 5B“ sicher, dass das Raumstationsmodul präzise in die Umlaufbahn eintreten und die Rakete stabil am vorgesehenen Ort andocken kann?

Um diese Funktion zu erreichen, wurde bei der „Langer Marsch 5B“ die Genauigkeit der Lageregelung der Rakete verbessert und der Einfluss von Lenkfehlern auf die Genauigkeit durch die Einführung von Methoden zur Optimierung der Lageregelungsverstärkung und zusammengesetzten Lenkmethoden verringert. Durch die Anwendung dieser Steuerungsmethode wird sichergestellt, dass sich die Rakete beim Abtrennen in der besten Fluglage und genauesten Position befindet. Darüber hinaus ist die Rakete „Langer Marsch 5B“ mit zwei Deorbit-Raketen ausgestattet, so dass sie nach der Abtrennung und Freigabe des Raumstationsmoduls durch die Rakete der ersten Stufe rechtzeitig Manöver im Orbit durchführen kann, um die Umlaufbahn des Raumstationsmoduls zu umgehen, mögliche Kollisionen zu vermeiden und die Sicherheitsmarge bei der Trennung von Modul und Rakete zu erhöhen. Durch diese Maßnahmen wird die Langer Marsch 5B zur ersten Rakete, die ihre Nutzlast ausschließlich durch den Schub und den Flug der ersten Stufe präzise in der Umlaufbahn platzieren kann.