Der „vierstufige“ Prozess der Fluglagenanpassung, des Sinkflugs und des Fallschirmspringens zur Landung analysiert den Rückkehrprozess von Shenzhou XII!

Produziert von: Science Popularization China

Produziert von: Trantor Space

Hersteller: Computer Network Information Center, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Am 17. September 2021 landete die Rückkehrkapsel des bemannten Raumschiffs Shenzhou XII erfolgreich am Landeplatz Dongfeng. Nach Abschluss einer dreimonatigen Mission im Orbit ist das dreiköpfige Weltraum-Geschäftsreiseteam sicher nach Hause zurückgekehrt.

Der Prozess der Rückkehr der Rückkehrkapsel zur Erde ist voller Variablen und Gefahren, insbesondere vor dem Durchqueren der Atmosphäre. Zu diesem Zeitpunkt muss die Rückkehrkapsel mehrere Befehlsvorgänge abschließen und im entsprechenden Winkel in die Atmosphäre eintreten, bevor sie sicher zurückkehren kann.

Das wärmeisolierende Dach von Shenzhou XII ist der hitzebeständigste Teil (Fotoquelle: CCTV.com)

Beim Durchqueren der Atmosphäre kann die Temperatur der Wärmedämmung der Kabine eine Temperatur von 2.200 bis 2.600 K erreichen, was während dieser Zeit zu Kommunikationsstörungen führt. Das „Trio auf der Weltraum-Geschäftsreise“ musste viele Strapazen und Gefahren überstehen, bevor es nach Hause zurückkehren konnte.

Nach vorläufigen praktischen Tests ist die Technologie der Raumfahrzeuge der Shenzhou-Serie sehr ausgereift. Die erfolgreiche Landung von Shenzhou XII ist eine weitere Bestätigung der Rückkehrtechnologie des Raumfahrzeugs Shenzhou und zeigt auch die Zuverlässigkeit und Vollständigkeit des Unterstützungsstatus des Landeplatzes Dongfeng.

„Vier Schritte“ – der Rückgabeprozess von Shenzhou XII!

Shenzhou XII-Versammlungsausstellung (Fotoquelle: National Space Administration)

Vor der offiziellen „Heimkehr“ hatte der Rückkehrprozess von Shenzhou XII mehr als zehn echte Kampfübungen durchlaufen und die entsprechende Technologie war ziemlich ausgereift.

Der gesamte Rückgabeprozess lässt sich in „vier Schritten“ zusammenfassen.

In der ersten Phase verlässt Shenzhou XII die Raumstation und passt seine Fluglage an.

Zunächst drehte sich Shenzhou XII um 90 Grad gegen den Uhrzeigersinn. Das ursprünglich vordere Orbitalmodul wurde nach links verstellt, das Antriebsmodul nach rechts verschoben und es begann, seitwärts zu fliegen. Der Zweck dieses Schritts besteht darin, Shenzhou XII vom Orbitalmodul zu trennen und von einer Drei-Modul-Kombination in eine Zwei-Modul-Kombination umzuwandeln.

Anschließend dreht es sich um 90° gegen den Uhrzeigersinn, mit dem Antriebsmodul vorne und dem Rückkehrmodul hinten, also genau in der entgegengesetzten Ausrichtung wie beim Verlassen der Raumstation. Dieser Schritt ist die zweite Lageanpassung von Shenzhou XII, sodass das Antriebsmodul nach vorne zeigt. Nach der Einstellung des Nickwinkels wird der Motor gestartet und die Geschwindigkeit durch Motorbremsung reduziert.

Anschließend trat Shenzhou XII in die zweite Phase der Rückkehr ein und die Doppelkabinenkombination aus Rückkehrkapsel und Antriebskapsel führte einen antriebslosen freien Abstieg durch.

Ab einer Höhe von 393 Kilometern beginnen die Doppelkabinen mit dem Sinkflug, in 140 Kilometern Höhe trennt sich die Antriebskabine von der Rückkehrkabine. Zu diesem Zeitpunkt muss die Rückkehrkabine den richtigen Wiedereintrittswinkel wählen, damit sie gerade noch in die Erdatmosphäre eindringen kann.

Der Wiedereintrittswinkel ist sehr wichtig. Wenn der Winkel zu groß ist, lässt sich die Geschwindigkeit des Raumfahrzeugs nicht mehr so ​​leicht kontrollieren. Wenn der Winkel zu klein ist, wird er von der dichten Atmosphäre zurückgeworfen, genau wie Steine, die man über das Wasser hüpfen lässt.

Die dritte Phase ist der Wiedereintritt in die Atmosphäre.

Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Rückkehrkapsel in einer Höhe von etwa 100 Kilometern und tritt mit einer Geschwindigkeit von etwa 7 Kilometern pro Sekunde in die Erdatmosphäre ein. Zu diesem Zeitpunkt reibt die Rückkehrkapsel heftig an der Atmosphäre und sieht vom Boden aus wie ein Meteor aus.

Bei hohen Temperaturen verbrennt die ablative Farbe und hinterlässt schwarze Flecken (Bildquelle: CCTV-Screenshot)

Die Temperatur der Isolationsoberseite am vorderen Ende der Rücklaufkapsel beträgt 2200 K bis 2600 K, was vergleichbar mit der Temperatur der Brennkammer eines Flugzeugtriebwerks ist.

Die Rückführungskapsel widersteht hohen Temperaturen durch Ablation von Materialien und ihre Haltung muss kontrolliert werden, um sie gemäß dem Hitzeschutzdesign warm zu halten. Zu diesem Zeitpunkt wird auch die Rückkehrkapsel von der Plasmaschicht umhüllt, wodurch eine schwarze Barriere entsteht. Erst wenn die Höhe auf 40 Kilometer sinkt, verschwindet die schwarze Barriere. Zuvor wird die Kommunikation zwischen der Erde und der Rückkehrkapsel unterbrochen.

Die vierte Phase besteht aus der Verzögerung und Landung mit dem Fallschirm.

In einer Höhe von etwa 10 Kilometern über dem Boden öffnete die Rückkehrkapsel den Führungsfallschirm und fuhr, nachdem der Führungsfallschirm vollständig aufgeblasen war, mit dem Ausfahren des Verzögerungsfallschirms fort.

Der Hilfshubschrauber hatte den Standort der Rückkehrkapsel bereits während der Landung entdeckt (Bildquelle: CCTV-Screenshot)

In einer Höhe von 8 Kilometern trennte sich der Verzögerungsfallschirm von der Rückkehrkapsel, anschließend wurde der Hauptfallschirm ausgelöst. Als nächstes folgt der langsame Abstiegsprozess. In einer Höhe von fünf Kilometern über dem Boden wirft die Rückkehrkapsel den wärmeisolierenden Boden ab, um die Umkehrtriebwerke freizulegen. Vor dem Aufsetzen auf den Boden werden in einer Höhe von 1 Meter über dem Boden vier Schubumkehrtriebwerke zur endgültigen Verzögerung gestartet.

Schließlich berührte das Raumschiff den Boden mit einer Geschwindigkeit von 2 Metern pro Sekunde. Wenn nach der Landung der Wind zu stark ist und der Hauptfallschirm die Rückkehrkapsel mitschleift, können die Astronauten den Hauptfallschirm manuell abschneiden.

Die Rückkehrkapsel von Shenzhou XII ist auf dem Boden gelandet (Bildquelle: CCTV-Screenshot)

Dynamische Rückführung plus Mess- und Regelgarantie sind die Highlights der beiden großen technischen Anwendungen

Um die Sicherheit der Astronauten umfassend zu gewährleisten, wurde der gesamte Rückkehrprozess mehr als zehn Praxistests unterzogen. Darüber hinaus nutzte Shenzhou XII bei seiner Rückkehr dieses Mal auch zwei Highlights der schwarzen Technologie.

Die erste Highlight-Technologie besteht darin, die bisherige zeitgesteuerte und Festpunkt-Rückgabemethode durch eine dynamisch adaptive Rückgabetechnologie zu ersetzen.

Der Vorteil hierbei besteht darin, dass der Landepunkt auf Grundlage der Echtzeit-Flugbahn des Raumfahrzeugs vorhergesagt werden kann, sodass die Rückflugbahn präzise gesteuert und die Position des Landepunkts genau erfasst werden kann. Diese Technologie nimmt im Vergleich zu anderen Technologien eine führende Position ein.

Aus den Videoaufnahmen der Rückkehrkapsel geht hervor, dass der Hubschrauber des Bodenunterstützungsteams bereits in der Nähe eingetroffen war, als die Rückkehrkapsel noch nicht den Boden berührt hatte. Dies zeigt, dass unsere Einschätzung der Flugbahn und des Landepunkts der Rückkehrkapsel sehr genau war.

Gleichzeitig verkürzt die dynamisch adaptive Rückkehrtechnologie auch die Rückkehrzeit, sodass die Rückkehrkapsel nicht mehr „zu einem bestimmten Zeitpunkt“ zurückkehren muss, sondern zurückkehren kann, solange die Bedingungen erfüllt sind. Dadurch verkürzt sich die Wartezeit der Astronauten bis zur Rückkehr zur Erde, was für den anschließenden normalisierten Betrieb der Raumstation von großer Bedeutung sein wird.

Das zweite technische Highlight ist die weltraumgestützte Mess- und Steuerungsunterstützung, die drei Tianlian-Relaissatelliten für weltraumgestützte Messungen und Steuerung nutzt.

Vom Verlassen der Umlaufbahn durch Shenzhou XII bis zur Abtrennung des Antriebsmoduls und von einer Höhe von 393 Kilometern bis 140 Kilometern wurden alle Messungen und Steuerungen durch den Satelliten Tianlian unterstützt. Der Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass die Abhängigkeit des Rückführungsprozesses von Bodenbeobachtungsstationen verringert wird.

Als neue Mess- und Kontrollmethode ist die weltraumgestützte Messung und Kontrolle branchenführend, was bedeutet, dass der gesamte Rückgabeprozess vom Tianlian-Satelliten überwacht wird. Die von der Realität völlig abweichende „Überwachung“ verdeutlicht zudem die technischen Grundlagen der Luft- und Raumfahrttechnik.

Regelmäßiger Betrieb der Raumstation

Shenzhou XII ist erfolgreich zurückgekehrt, und bald werden Tianzhou III und Shenzhou XIII übernehmen und „in den Himmel aufsteigen“, und in Zukunft wird es weitere Weltraummissionen geben.

Hier gilt ein Prinzip. Das Raumschiff Shenzhou verwendet einen rollierenden Backup-Startmodus.

Als Shenzhou XIII startbereit war, hatte Shenzhou XIV bereits alle Startvorbereitungen abgeschlossen.

Erst nachdem Shenzhou XIII das sichere Andocken an der Raumstation bestätigt hat, wird Shenzhou XIV in den Backup-Modus wechseln und wirklich „auf alle Eventualitäten vorbereitet“ sein.

Der rollierende Backup-Modus soll die Lebenssicherheit der Astronauten umfassend gewährleisten und wird auch der Rotationsmodus für den Normalbetrieb der Raumstation Tiangong sein. Anschließend werden die Astronauten von Shenzhou 13 sechs Monate lang im Orbit bleiben, und eine Weltraumreise von einem halben Jahr wird auch die Standardkonfiguration für zukünftige Raumstationsoperationen sein.

Von Shenzhou V bis Shenzhou XIII; Die Flugzeit erhöhte sich von 21 Stunden und 28 Minuten auf 6 Monate ... Astronauten können sich immer länger im Weltraum aufhalten und Reisen ins All werden immer einfacher.

Wir sind davon überzeugt, dass Chinas Raumfahrtprogramm auch weiterhin Durchbrüche erzielen wird und dass das Land bei der Erforschung des Universums immer größere und stetigere Fortschritte machen wird.