Nehmen Sie teil und lüften Sie die Geheimnisse von „Xihe“! Der erste Solar-Erkundungssatellit meines Landes wurde erfolgreich gestartet!

Am 14. Oktober 2021 um 18:51 Uhr Pekinger Zeit startete mein Land erfolgreich den Solar Hα Spectrum Detection and Dual Super Platform Science and Technology Experiment Satellite mit der Trägerrakete Long March 2D vom Satellitenstartzentrum Taiyuan. Der Satellit erreichte erfolgreich die vorbestimmte Umlaufbahn und die Startmission war ein voller Erfolg.

Die Sonne geht im Osten auf und die Dunkelheit löst sich auf. Das Sonnenlicht scheint durch die Risse, heilig und warm, und die Menschen nennen es Hoffnung.

Mit Hoffnung im Herzen gehen die Menschen ihre Reise durch die Zeit immer weiter, vom Verzehr von rohem Fleisch und Trinken von Blut zum Kochen von Drachen und Rösten von Phönixen, von der Brandrodung zur intelligenten Automatisierung. Die Menschen begannen sich zu fragen: Was für eine Existenz hat die Sonne, die Hoffnung verbreitet? Rot am Morgen und am Abend, blendend am Mittag, das sind alle seine Erscheinungen, und das sind nicht alle seine Erscheinungen. Seitdem begannen die Leute zu denken, es wäre schön, wenn sie „raufgehen“ und einen Blick darauf werfen könnten.

Also machte sich „Xihe“ am 14. Oktober auf den Weg. Als erster Bote Chinas zur Sonnenbeobachtung wollte es den Menschen helfen zu erkennen, wer in der Sonne lebt.

(Videoquelle: Achte Akademie der chinesischen Gesellschaft für Luft- und Raumfahrtwissenschaft und -technologie)

Check in der Sonne

In der sonnensynchronen Morgen- und Abenddämmerungsbahn 517 Kilometer über dem Himmel blickt der 510 Kilogramm schwere „Xihe“ der Sonne entgegen. „Xihe“ ist der Name, den Internetnutzer dem ersten Solarerkundungssatelliten meines Landes nach einer Namenskampagne gegeben haben. Von da an verleiht das mythische Sternenmeer dem Ganzen einen Hauch legendärer Farbe.

Durch die duale Superplattform mit ultrahoher Zielgenauigkeit und ultrahoher Stabilität kann der mit dem Hα-Bildspektrometer ausgestattete „Xihe“ die Sonne auf zwei Arten besser beobachten: durch Weißlicht-Dauerspektrum-Bildgebung und durch spektrale Scan-Bildgebung.

Im Weißlicht-Kontinuum-Bildgebungsmodus kann ein vollständiges Sonnenbild aufgenommen werden. Dazu müssen Sie lediglich den Auslöser eines Mobiltelefons drücken, um ein Foto aufzunehmen.

⬆️Simulationsbild des Xihe-Satelliten

Im Spektralscan-Bildgebungsmodus kann das von „Xihe“ getragene Hα-Bildgebungsspektrometer durch Scannen der gesamten Sonnenscheibe in etwa 46 Sekunden mehr als 4.600 Spektren erfassen. Jedes Spektrum kann in ein Bild der Sonnenscheibe umgewandelt werden.

Die Hα-Spektrallinie ist in der Astronomie und Physik eine spezifische sichtbare rote Emissionslinie von Wasserstoff. Die Hα-Band-Spektrallinien im Sonnenspektrum sind die chromosphärischen Spektrallinien mit der stärksten Reaktion während Sonnenexplosionen und können die Eigenschaften der Quellregion der Explosion direkt widerspiegeln.

Chen Jianxin, Kommandant des Xihe-Satelliten der China Aerospace Science and Technology Corporation, erklärte, warum das Hα-Spektrum für die Detektion und Forschung ausgewählt wurde: „Xihe ist der erste Satellit weltweit, der eine spektrale Bildgebung des solaren Hα-Bandes vom Weltraum aus ermöglicht. Durch die Analyse der Hα-Spektrumdaten können wir Informationen über die untere Sonnenatmosphäre von der Photosphäre bis zur Chromosphäre gewinnen und so die Veränderungen physikalischer Größen wie Lufttemperatur und -geschwindigkeit während Sonneneruptionen ableiten und die dynamischen Prozesse und physikalischen Mechanismen von Sonneneruptionen untersuchen.“

Chen Changya, Geschäftsführer und stellvertretender Chefingenieur des Satelliten, wies darauf hin, dass „eine dramatische Veränderung des Sonnenmagnetfelds und ein Ausbruch der Korona Auswirkungen auf das Erdmagnetfeld und die Satelliten auf der Erde haben und Störungen in vielen Bereichen, einschließlich der Kommunikationssignale, verursachen wird.“

Er erläuterte auch die Bedeutung der Sonnenerkundung durch den Xihe-Satelliten. „Die bestehenden Weltraumwettervorhersagen unseres Landes stammen alle aus dem Ausland. Die erhaltenen Daten werden relativ verzögert bereitgestellt und ihre Authentizität lässt sich nur schwer garantieren, was sehr passiv ist. Nachdem Solarerkundungssatelliten wie der Xihe ins All geschickt wurden, wird mein Land in der Lage sein, relativ genaue Weltraumwettervorhersagen unabhängig und ohne Einschränkungen durch andere zu steuern.“

5mm in eine neue Ära

„Xihe“ ist ein solarer Doppelsupersatellit. Das „Double Super“ steht für ultrahohe Zielgenauigkeit und ultrahohe Stabilität.

Die Nutzlast herkömmlicher Satelliten ist häufig fest mit der Plattform verbunden. Wenn der Satellit jedoch in Betrieb ist, arbeiten mehrere Geräte gleichzeitig und es kommt zwangsläufig zu geringfügigen Vibrationen am Satellitenkörper. Die Arbeitsumgebung der Nutzlast ist nicht stabil. Als Ausführender hochpräziser Erkennungsmissionen benötigt „Xihe“ eine stabile Umgebung.

Wenn wir nicht miteinander auskommen, dann lass uns Schluss machen. Geleitet von der neuen Gesamtdesignmethode „dynamische und statische Isolierung und berührungslose Funktion“ führte das Forschungs- und Entwicklungsteam wichtige technische Forschungsarbeiten durch und entwickelte erfolgreich einen Magnetschwebeantrieb mit den Eigenschaften hoher Präzision, großer Bandbreite und Eigenstörungsfreiheit. Die Nutzlastkabine ist durch Magnetschwebetechnik mit der Plattformkabine verbunden, um eine physikalische Isolierung zu gewährleisten. Ohne Kontakt können die Vibrationen auf die Plattformkabine nicht übertragen werden und die Nutzlastkabine ist ziemlich stabil.

Allerdings stellt eine solche Konstruktion höhere Anforderungen an die Lageregelung des Satelliten.

Bei der Beobachtung der Sonne ändert das Hα-Bildspektrometer auf Xihe die Lage des Satelliten aufgrund der Anforderungen verschiedener Arbeitsmodi. Manchmal ist es notwendig, eine Flachfeldkalibrierung der Sonne durch 9 Beobachtungspunkte durchzuführen, manchmal ist es notwendig, die Satellitenlage zu steuern, um kontinuierliche Schwenk-Sweep-Beobachtungen der Sonne durchzuführen, und manchmal ist es notwendig, eine Dunkelfeldkalibrierung des Satelliten durchzuführen und die Satellitenlage zu steuern, um auf einen bestimmten Bereich im Weltraum zu zeigen. Wenn die Nutzlastkabine ihre Lage ändert, muss sich auch die Plattformkabine sofort ändern, um eine Kollision zu vermeiden. Diese neue Methode der kollaborativen Master-Slave-Steuerungsentkopplung von „aktiver Steuerung der Nutzlastkabine und passiver Steuerung der Plattformkabine“ macht die Erkennung von Satellitennutzlasten stabiler und genauer.

⬆️Satellit „Xihe“

Chen Changya sagte: „Anders als bei der allgemeinen Lageregelung herkömmlicher Satelliten besteht die Lageregelung der Nutzlastkabine, der Plattformkabine und der relativen Position der beiden Kabinen von ‚Xihe‘ aus einer Dreikreisregelung.“

Der Einstellabstand von plus oder minus 5 mm zwischen der Nutzlastkabine und der Plattformkabine scheint der Abstand zu sein, mit dem der Satellit in eine neue Ära stürmt.

Kabelloses Laden im Weltraum

Die Nutzlastkabine und die Plattformkabine sind getrennt, und herkömmliche Stromversorgungsmethoden können den Energieübertragungsbedarf nicht decken und gehören der Vergangenheit an. Das „kabellose Laden“ ist also da.

Wenn Sie eine andere Route wählen, ist der Abstand zwischen „wie leicht ist es zu gehen“ und „ob es möglich ist zu gehen“ oft nicht weit. Drahtlose Energieübertragung ist leichter gesagt als getan.

Schon Mitte bis Ende des 20. Jahrhunderts schlug die NASA eine Technologie zur drahtlosen Weltraumübertragung mittels magnetischer Induktion vor und setzte sie erfolgreich auf Satelliten ein. In meinem Land wurden bisher nur entsprechende experimentelle Arbeiten in Bodenlabors durchgeführt. Der Wunsch mehrerer Generationen chinesischer Astronauten war es, leistungsstarke und langlebige Technologie zur drahtlosen Energieübertragung auf Satelliten anwenden zu können.

Um eine drahtlose Energieübertragung mit hoher Leistung über Satelliten zu ermöglichen, muss man die Komplexität der Weltraumumgebung überwinden und mit den ständig wechselnden Temperaturen und unbekannten Änderungen des Magnetfelds umgehen. Anders als beim kabellosen Laden von Mobiltelefonen erfordert das „kabellose Laden“ im Weltraum nicht nur eine hohe Leistung, sondern auch, dass der Strom mehrfach umgewandelt wird. Sowohl Solarmodule als auch Batterien liefern Gleichstrom. Bei der drahtlosen Energieübertragung zwischen Nutzlastkabine und Plattformkabine ist ein Umwandlungsprozess von Gleichstrom in Wechselstrom in Magnetfeld und anschließend von Magnetfeld in Wechselstrom in Gleichstrom erforderlich.

Das Forschungs- und Entwicklungsteam des 811 Institute der Eighth Academy und das Team von Liu Yanming von der Xidian University arbeiteten zusammen und konnten nach zahlreichen Demonstrationen und Vergleichen innerhalb von mehr als einem Jahr erfolgreich die technischen Probleme der gemeinsamen Stromversorgung der Plattformkabine und der Nutzlastkabine, der Stromversorgung der Kabinen und der Energieübertragung im Weltraum lösen und so die effektive Energieversorgung des Satelliten unter verschiedenen Bedingungen sicherstellen.

Chen Jianxin erklärte: „‚Xihe‘ ist der erste Satellit in China, der eine leistungsstarke und langlebige drahtlose Energieübertragung nutzt. Durch das drahtlose Energieübertragungssystem wird die Energie von der Plattformkabine kontinuierlich an die Nutzlastkabine übertragen.“

⬆️Satellit „Xihe“

Schnelle Datenübertragung von Angesicht zu Angesicht

Die spezielle Doppelkabinen-Trennstruktur von „Xihe“ stellt zudem höhere Anforderungen an die Datenübertragung, sodass die Weltraum-Laserkommunikationstechnologie „freiwillig“ zum Einsatz kam. Die vom Laserzentrum-Team des 802. Instituts der Achten Akademie entwickelte Hochgeschwindigkeits-Laserkommunikationseinheit zwischen den Kabinen nahm ihren Betrieb auf, nachdem das Raumschiff „Xihe“ problemlos in die Umlaufbahn eingetreten war. Von da an ist es für die unterbrechungsfreie Datenübertragung zwischen den Kabinen zuständig.

Im Gegensatz zu anderen Beobachtungsdaten ist die Intensität des Sonnenlichts stark genug, sodass die generierte Datenmenge sehr groß ist. Daher ist die schnelle Übertragung und Speicherung von Daten die Garantie für die zeitnahe und effektive Durchführung wissenschaftlicher Forschung.

Chen Changya führte aus: „Wenn die Sonneneruption ihren Höhepunkt erreicht, wird die Datenmenge aus Langzeitbeobachtungen sehr groß sein. Zu diesem Zeitpunkt werden einige der Daten nicht nur an das Satellitenzentrum auf der Erde übertragen, sondern auch vorübergehend im Speicher des Satelliten gespeichert.“

Das Laserkommunikationssubsystem ist mit einer Hochgeschwindigkeits-Laserübertragungsschnittstelle ausgestattet, die die Datenübertragungsrate wissenschaftlicher Nutzlasten deutlich erhöhen und die Bandbreite der Datenübertragung innerhalb des Satelliten erheblich verbessern kann.

Chen Changya sagte: „Die Übertragungsdistanz der Laserkommunikation zwischen den Kabinen ist kurz, aber der Ablenkwinkel ist groß. Die Datenübertragung kann erreicht werden, wenn die Nutzlastkabine und die Plattformkabine nicht ganz gerade ausgerichtet sein müssen.“ Gleichzeitig verfügt die einzelne Maschine über 10 verschiedene Schnittstellen, die den speziellen Anforderungen der verschiedenen Übertragungsgeschwindigkeiten der Plattform gerecht werden, Daten schnell verarbeiten und eine reibungslosere „schnelle Übertragung von Angesicht zu Angesicht“ ermöglichen.

In Zukunft wird mein Land auch einen umfassenden Sonnenerkundungssatelliten starten – das Advanced Space-based Solar Observatory (ASO-S). Chen Jianxin erklärte, dass „der Satellit weitere Weltraumteleskope tragen wird, um sich auf die Beobachtung des Zustands der oberen Sonnenatmosphäre zu konzentrieren, und dass er Xihe hinsichtlich Beobachtungsebenen und Beobachtungsbändern effektiv ergänzen wird.“

Chen Changya sagte: „Die Verifizierung der Dual-Super-Plattform ist von großer Bedeutung. In Zukunft können wir aus Xihe sogar eine Reihe von Satelliten machen, egal ob große oder kleine. Die Solarforschung ist von großer Bedeutung. In Zukunft müssen wir mehr Solarforschungssatelliten starten, um rechtzeitig mehr Solarinformationen zu erhalten und die Präzision und Genauigkeit der Weltraumwettervorhersage meines Landes zu verbessern.“

Die Zukunft ist hier.

„Xihe“ blickte erneut zur Sonne und drückte auf den Auslöser.

(Chinesische Luft- und Raumfahrtnachrichten)