"Fake" ist auch sehr leistungsfähig, Luft- und Raumfahrtsimulationsprodukte sind sehr nützlich

Kürzlich gab die indische Weltraumforschungsorganisation bekannt, dass bei gutem Wetter bald ein Landetest einer verkleinerten Version der wiederverwendbaren Trägerrakete (Reusable Launch Vehicle, RLV) durchgeführt werden soll. Wenn alles gut geht, könnten bis 2030 umfassende Tests des indischen RLV stattfinden.

Indische Medien veröffentlichen wiederverwendbare Trägerrakete

Raumfahrt ist ein Hochrisikogeschäft. Um die Risiken zu verringern, haben zahlreiche Luft- und Raumfahrtsimulationen eine große Rolle gespielt. Durch die Verwendung verschiedener verkleinerter und simulierter Versionen von Raumfahrzeugen können Forscher mit relativ kostengünstigen Flugtests so viele Probleme mit Designlösungen wie möglich aufdecken, Testdaten in einer nahezu realen Flugumgebung erhalten, die Risiken der Entwicklung von Flugzeugen in Originalgröße verringern und die Gesamtkosten der Raumfahrzeugentwicklung senken.

Werfen wir unten einen Blick auf diese „Fälschungen“ aus der Luft- und Raumfahrt!

Mini-Spaceshuttle

Tatsächlich ist Indiens RLV die „Krone“ der Raumfahrzeuge – das Space Shuttle. Nach den Plänen der indischen Weltraumforschungsorganisation wird seine Masse über 70 Tonnen betragen und seine Gesamtlänge mehr als 30 Meter. Bereits 2016 führte Indien im Rahmen seines bemannten Raumfahrzeugprogramms erfolgreiche Flugtests mit einer verkleinerten Version seines Space Shuttles durch. Das Programm trägt den Codenamen RLV-TD und sein Hauptziel besteht darin, suborbitale Flugtests durchzuführen und die Richtigkeit der Konstruktion der aerodynamischen Form, des Wärmedämmsystems, des Flugsteuerungssystems usw. des Space Shuttles zu überprüfen.

Indischen Medienberichten zufolge dauerte das RLV-TD-Projekt fünf Jahre, die Gesamtinvestition betrug lediglich 950 Millionen Rupien, also rund 1,3 Millionen US-Dollar. Verglichen mit den Hunderten von Millionen Dollar, die für die Konstruktion sowie die Forschung und Entwicklung des US-Space Shuttle aufgewendet wurden, ist es unglaublich günstig. Vom Aussehen her ist RLV-TD lediglich eine kleinere Version des US-Space Shuttles mit einer Masse von etwa 1,75 Tonnen, einer Länge von etwa 6,5 ​​Metern und einer Flügelspannweite von etwa 3,6 Metern, was in etwa der Größe des SUV entspricht, den wir täglich fahren.

Dieses verkleinerte Space Shuttle wurde 2016 direkt auf eine Feststoffrakete vom Typ S-9 gesetzt und in eine Höhe von 64.800 Metern gebracht. Nach dem Abwurf und der Trennung flog es noch etwa 770 Sekunden weiter und erreichte dabei eine Höchstgeschwindigkeit von Mach 5,5. Die endgültige physische Landung des RLV-TD erfolgte jedoch auf dem Wasser auf einer simulierten Landebahn etwa 450 Kilometer vom Startbereich entfernt. Dies ist nur einen Schritt davon entfernt, dass das Space Shuttle mit seinem eigenen Fahrwerk auf einer Flughafenlandebahn landen würde.

Indische Medien veröffentlichen wiederverwendbare Trägerrakete

Der von Indien in diesem Jahr angekündigte Test soll „diese Lücke schließen“. Berichten zufolge soll das verkleinerte Space Shuttle unter einen Hubschrauber gehängt und aus einer Höhe von 3.000 bis 4.000 Metern abgeworfen werden. Anschließend orientiert sich das Testfahrzeug an der Landebahn des Space Shuttles und setzt mit seinem Fahrwerk auf der dafür vorgesehenen Landebahn des Flughafens auf.

Trotz Indiens Ambitionen, ein Space Shuttle zu entwickeln, reicht die Schubkraft seiner aktuellen Raketen bei weitem nicht aus, um das über 70 Tonnen schwere RLV ins All zu befördern. Auch ist die Zukunft umfassender Tests im Jahr 2030 ungewiss. Offensichtlich wird Indiens Weg zur bemannten Raumfahrt ziemlich lang sein.

Mini-Raumflugzeug

In den 1990er Jahren entwickelten die Vereinigten Staaten die nächste Generation von Space Shuttles, deren offizieller Name eine unbemannte, einstufige, wiederverwendbare Trägerrakete mit Orbitalraketenantrieb und dem Spitznamen „VentureStar“ war. Um technische Risiken zu verringern, beschlossen die Vereinigten Staaten, zunächst einen Prototyp des X-33 zu entwickeln, der nur halb so groß wie die Venture Star war.

Nach den Vorstellungen der NASA wird die Startmasse von VentureSat bis zu 1.180 Tonnen betragen, wobei das Trockengewicht nur 10 % der gesamten Startmasse ausmacht, davon 5 % für die Hauptstruktur, 1,7 % für den Motor, 1,3 % für das Subsystem und 2 % für die Nutzlast. Wenn der Satellit in die Umlaufbahn gebracht wird, dürften die Kosten um 90 % sinken. Allerdings sind hierfür bahnbrechende Fortschritte bei einer Reihe von Schlüsseltechnologien erforderlich. Und die Frage, ob diese Technologien in Flugzeugen in Originalgröße eine ausreichende Leistung und Zuverlässigkeit zeigen können, ist für die wissenschaftliche Forschung zu einer schwierigen Frage geworden.

Zu diesem Zweck schlug die NASA vor, zunächst eine verkleinerte Version des X-33 zu entwickeln, um eine Reihe von Schlüsseltechnologien für die Venture Star zu überprüfen, darunter eine Lifting-Body-Konfiguration mit einem aerodynamischen Plug-Düsen-Triebwerk, eine leichte Verbundstruktur (wie beispielsweise ein Wasserstofftank), Hitzeschutztechnologie und hocheffiziente Betriebstechnologie. Es wird berichtet, dass eines der Testziele darin besteht, innerhalb von 7 Tagen drei aufeinanderfolgende Flüge durchzuführen, von denen einer darin besteht, innerhalb von 2 Tagen erneut zu fliegen.

Nach öffentlichen Angaben der NASA ist die X-33 20,29 Meter lang (21,73 Meter mit Düse), 5,88 Meter hoch, hat eine Flügelspannweite von 22,06 Metern und eine Startmasse von 129,4 Tonnen, wovon 95,3 Tonnen auf flüssigen Wasserstoff und flüssigen Sauerstoff als Treibstoff entfallen. Es wird im Senkrechtstartmodus 1.500 Kilometer in einer Höhe von unter 79.000 Metern fliegen und dann horizontal auf dem Flughafen landen. Die Fluggeschwindigkeit wird zwischen Mach 8 und 13,5 liegen.

X-33-Konzeptkarte

Allerdings hat die NASA die technischen Schwierigkeiten eindeutig unterschätzt. Während des Entwicklungsprozesses traten bei der verkleinerten Version des Raumflugzeugs Probleme auf. So war beispielsweise der Wasserstofftank aus leichtem Schichtverbundwerkstoff nicht geeignet und die Technologie des linearen aerodynamischen Flüssigkeitsraketentriebwerks entsprach nicht den Standards. Der Plan wurde schließlich im März 2001 aufgegeben. Dieses Mini-Raumflugzeug kostete die NASA jedoch durch Versuch und Irrtum 1,3 Milliarden Dollar, was viel billiger ist als der ursprünglich erwartete Prototyp.

Mini-Raumschiff

Das derzeit gängige bemannte Raumfahrzeug ist das Raumschiff. Während des Forschungs- und Entwicklungsprozesses verwenden Länder häufig Mini-Raumfahrzeuge, um Experimente durchzuführen, und mein Land ist da keine Ausnahme.

Am 25. Juni 2016 wurde im Rahmen der Jungfernflugmission der Trägerrakete Langer Marsch 7 eine verkleinerte Rückkehrkapsel eines Mehrzweckraumfahrzeugs ins All geschickt. Nach etwa 20 Stunden Flug im Orbit landete es erfolgreich am Landeplatz Dongfeng in der Inneren Mongolei.

Entsprechend dem Entwicklungstrend der neuen Generation bemannter Raumfahrzeuge erforschen die von verschiedenen Ländern getesteten Mini-Raumfahrzeuge häufig neue Strukturen, neue Materialien, neue Einsatzmöglichkeiten und andere Bereiche. So haben Mini-Raumschiffe beispielsweise im Gegensatz zu ihren „Vorgängern“, die eine Kugel- oder Glockenform hatten, meist die Form eines umgekehrten Kegels, der oben klein und unten groß ist, und verfügen über eine Zwei-Kabinen-Konfiguration, wobei der Schwerpunkt auf der Verbesserung der bemannten Effizienz und der Raumausnutzung liegt.

Darüber hinaus wird bei der Rückkehrkapsel versucht, ein zweischichtiges Design aus Metallstruktur und Hitzeschutzstruktur zu verwenden, wobei die Hitzeschutzstruktur nach der Rückkehr zum Boden demontiert und ersetzt werden kann, was der Wiederverwendung förderlich ist. Es wird erwartet, dass es sich bei der neuen Generation bemannter Raumfahrzeuge im Allgemeinen um teilweise recycelbare Modelle handeln wird, wodurch erhebliche Betriebskosten eingespart werden.

Das Mini-Raumschiff wird kein Personal transportieren, sondern mit aerodynamischen Messsensoren ausgestattet sein, um Daten wie Oberflächendruck, Temperatur und Wärmefluss während des Wiedereintritts der verkleinerten Rückkehrkapsel in die Atmosphäre zu überwachen, aerodynamische Kennparameter zu ermitteln und wertvolle Daten für die aerodynamische Formgestaltung der zukünftigen Rückkehrkapsel für bemannte Raumfahrzeuge zu sammeln.

Simulierter Astronaut

Neben „falschen“ Space Shuttles, Raumfähren und Raumfahrzeugen haben auch „falsche“ Astronauten herausragende Beiträge zur Raumfahrtindustrie geleistet. Öffentlichen Informationen zufolge beförderten die Raumschiffe Shenzhou II, Shenzhou III und Shenzhou IV meines Landes während ihrer Weltraummissionen simulierte Astronauten, und das Raumschiff Shenzhou VIII führte seine erste Rendezvous- und Andockmission durch.

Simulierte Astronauten werden auch Körperpuppen genannt. Sie sehen echten Menschen sehr ähnlich, mit allen Gesichtszügen, einem Kopf, Rumpf und Gliedmaßen. Allerdings unterscheidet es sich von den Schaufensterpuppen in Bekleidungsgeschäften. Es handelt sich im Wesentlichen um ein humanoides Sensor- und Erkennungsgerät, das am Sitz installiert ist. Sein Körperbau, seine Masse, seine Haltung, sein Schwerpunkt usw. ähneln denen einer echten Person. Es verfügt außerdem über ein Gerät zur Simulation des menschlichen Stoffwechsels und eine Ausrüstung zur anthropomorphen physiologischen Signalgebung, mit der die Gewichtsgegengewichtswirkung des Raumfahrzeugs getestet werden kann. Bevor echte Astronauten ins All fliegen, haben simulierte Astronauten mehr Vorteile als Tiere. Schließlich ähneln ihre Funktionen und körperlichen Merkmale eher denen echter Menschen.

Generell müssen simulierte Astronauten die Bedingungen zum An- und Ausziehen von Raumanzügen erfüllen und die Raumanzüge in der Kabine entsprechend dem Flugstatus echter Astronauten tragen. Die Anzüge sind mit einer Testbox für physiologische Signale ausgestattet, die simulierte physiologische Signale wie Elektrokardiogramm, Atmung, Körpertemperatur und Blutdruck erfassen und physiologische Parameter wie Sauerstoffverbrauch und Puls in Echtzeit ermitteln kann, die denen echter Menschen ähneln. Nach der Erfassung werden die Hostdaten an den Boden übermittelt. Anhand dieser Daten kann beurteilt werden, ob die Wohnumgebung in der Kabine, die Signalübertragungsverbindung usw. normal sind, und der nächste bemannte Flug kann überprüft werden.