Mehr als 50.000 Schweißnähte! Sehen Sie, wie hart „Fat Five“ arbeitet, um „zum Feuer zu rennen“

Am 23. Juli brachte die Trägerrakete „Langer Marsch 5 Yao-4“, die von der Chinesischen Akademie für Trägerraketentechnologie der China Aerospace Science and Technology Corporation entwickelt und hergestellt wurde, die erste Marssonde meines Landes, „Tianwen-1“, erfolgreich in die vorgegebene Umlaufbahn. Die Startmission war ein voller Erfolg. Sehen wir uns diese Zahlenreihe an, um zu sehen, wie hart „Fat Five“ daran arbeitet, „zum Feuer zu eilen“.

Screenshot der simulierten Animation des Startvorgangs von Tianwen-1 (bereitgestellt von der Fifth Academy of China Aerospace Science and Technology Corporation)

„11.2“ – die höchste Geschwindigkeit von 11,2 km/s

Gemäß den Startanforderungen der Mission wird die Yao-4-Rakete vom Typ Langer Marsch 5 die Marssonde Tianwen-1 in die Luft heben und auf eine Geschwindigkeit von über 11,2 Kilometern pro Sekunde beschleunigen. So wird die Sonde direkt in die Transferbahn Erde-Mars geschickt und beginnt ihre Reise zum Mars.

Die Geschwindigkeit von 11,2 km/s ist die zweite kosmische Geschwindigkeit. Wenn die Geschwindigkeit eines Raumfahrzeugs diese Geschwindigkeit erreicht, kann es der Schwerkraft der Erde vollständig entkommen und zu anderen Planeten oder Asteroiden im Sonnensystem gelangen. Daher wird sie auch als „Fluchtgeschwindigkeit“ bezeichnet.

Wenn die von einer Trägerrakete gestartete Nutzlast ein Satellit oder ein Raumfahrzeug ist, führen sie alle periodische Bewegungen um die Erde aus. Die maximale Geschwindigkeit der letzten Stufe der Trägerrakete muss lediglich die erste kosmische Geschwindigkeit von 7,9 km/s überschreiten. Die erste kosmische Geschwindigkeit ist die Startgeschwindigkeit, die das Raumfahrzeug benötigt, um kreisförmige Bewegungen entlang der Erdoberfläche auszuführen. Sie wird auch „Orbitalgeschwindigkeit“ genannt. Wenn die Startgeschwindigkeit niedriger ist als diese Geschwindigkeit, kehrt das Raumfahrzeug unter dem Einfluss der Erdanziehungskraft zur Erdoberfläche zurück.

Zuvor hatte die Rakete vom Typ Langer Marsch 3B beim Start einer Mondsonde eine Startgeschwindigkeit von mehr als 10 Kilometern pro Sekunde erreicht. „Der Start der Marssonde mit der Yao-4-Rakete vom Typ Langer Marsch 5 ist das erste Mal, dass eine chinesische Rakete die zweite kosmische Geschwindigkeit von 11,2 Kilometern pro Sekunde erreicht und überschritten hat. Damit ist sie die höchste Geschwindigkeit einer Trägerrakete unseres Landes“, sagte Li Dongjie, Chefkonstrukteur der Rakete vom Typ Langer Marsch 5.

"42" - 42 Startspuren

Für allgemeine Startmissionen ist für ein Startfenster lediglich die Gestaltung einer Raketenstartbahn erforderlich. Der Start der Marssonde ist dieses Mal jedoch anders. Vergleicht man den Start mit Zielübungen, dann sind die Zielübungen beim Start einer Raumsonde für die Tiefen des Weltraums wie das Treffen eines „beweglichen Ziels“, da sich die relativen Positionen von Erde und Mars ständig ändern. Nur durch die ständige Anpassung der Startbahn kann die Sonde präziser in die Umlaufbahn eintreten und auf dem Weg zum Mars ihren eigenen Treibstoff sparen.

Zu diesem Zweck führte das Forschungs- und Entwicklungsteam ein verfeinertes „Narrow Window Multi-Orbit“-Design für die Raketenstartbahn durch. Gemäß der Berechnung des Missionsstartfensters hat dieser Start eine Fensterperiode von 14 aufeinanderfolgenden Tagen und die Breite des Startfensters beträgt jeden Tag 30 Minuten. Um eine höhere Präzision und Genauigkeit zu erreichen, unterteilten die Entwickler das 30-minütige Startfenster in drei Fenster zu je 10 Minuten und entwarfen für jedes Fenster Startorbits. Das heißt, für jeden Tag wurden drei Startbahnen für die Rakete vorgesehen. Während des 14-tägigen Zeitfensters wurden insgesamt 42 Startbahnen entworfen, wobei die Bahnabweichung in einem sehr kleinen Bereich gehalten wurde.

Wang Jue, Oberkommandant der Rakete „Langer Marsch 5“, sagte, dass die Planung so vieler Startbahnen für einen einzigen Start in der Geschichte der chinesischen Weltraumstarts beispiellos sei. Gleichzeitig wurde bei diesem Start erstmals eine automatische Umschaltung der Startbahnen erreicht, und die automatische Umschaltung und Auswahl der Startbahnen kann per Software erfolgen.

"35" - 35 Zuverlässigkeitsverbesserungen

Die verschiedenen Systeme der Langer-Marsch-5-Rakete werden weiterhin den drei Neuanalysen unterzogen, die aus Neudesign und Neuverifizierung bestehen. Dabei werden die Standardisierung und Wirksamkeit verschiedener Arbeiten unter Aspekten wie Designplänen, Produktproduktion und -herstellung sowie Betrieb und Prozesskontrolle umfassend geprüft. Durch technologische Verbesserungen kann die inhärente Zuverlässigkeit der Rakete weiter erhöht werden.

Die Rakete Langer Marsch 5Yao-4 basiert auf den Raketen Langer Marsch 5Yao-3 und Langer Marsch 5BYao-1 und weist insgesamt 35 technische Verbesserungen und Projekte zur Verbesserung der Zuverlässigkeit auf, die mehrere Systeme betreffen, wie etwa das Bordsteuerungssystem, das Messsystem, die Raketenkörperstruktur, das Druck- und Trägersystem, das Energiesystem und das Bodenstartunterstützungssystem. Durch Verbesserungen und Erweiterungen der Zuverlässigkeit ist die Rakete robuster und zuverlässiger geworden. Um beispielsweise die Abdichtung des Produkts zu verbessern, werden der Installationsschnittstelle verwandter Produkte Dichtungen hinzugefügt. Um die Betriebszuverlässigkeit des Produkts zu verbessern, werden zwischen einigen Ventilen Filter hinzugefügt. Um den zuverlässigen Betrieb des Produkts zu gewährleisten, wird die Befestigungsmethode des Sensorkabels verbessert usw.

Einige dieser Zuverlässigkeitsverbesserungen sind „nur einen Hauch“ entfernt. Beispielsweise vergrößerte die Schubkammer eines Motors im Hilfsantriebssystem die Kapillarlänge um 1 mm; und der Durchmesser des Ladungslochs in einem bestimmten Zünder wurde um 1 mm reduziert. Hinter diesen subtilen Veränderungen stehen die Einstellung und das Streben der Luft- und Raumfahrtarbeiter nach Spitzenleistungen.

„120+“ – Analyse und Bestätigung von über 120 wichtigen Flughandlungsindikatoren

Das Entwicklungsteam der Rakete „Langer Marsch 5“ betrachtet die „Abschlussanalyse und Bestätigung wichtiger Flugaktionsindikatoren“ der Rakete als besondere Analysearbeit und führt eine Abschlussprüfung der Produkt- und Systemfunktionen sowie der Leistungsindikatoren für Schlüsselaktionen und wichtige Verbindungen durch, die den Erfolg oder Misserfolg des Fluges beeinflussen, wie etwa Raketenzündung, Booster-Trennung, Verkleidungstrennung, Zwischenstufentrennung und Trennung von Rakete und Fahrzeug.

Das Entwicklungsteam übernahm die Idee der „Flugereigniskette“ und sortierte die beteiligten Produkte umfassend entsprechend der physischen Übertragungskette der Systemfunktionsrealisierung. Für die sortierten Produkte ermittelten sie auf der Grundlage einer Funktionsfehleranalyse die wichtigsten Designparameter der Produkte und führten eine Sortierung der wichtigsten Designparameter unter den Gesichtspunkten Funktion, Leistung, Installation und Schutzanpassungsfähigkeit durch. Nehmen wir die Anpassungsfähigkeit an die Umgebung als Beispiel: Bei Kabeln auf Pfeilen müssen wir auf den spezifischen Installationsort achten, darauf, ob ein wirksamer Schutz gewährleistet ist, ob sich die Anschlüsse in einer Umgebung mit Vibrationen abnormal trennen und auf andere spezifische Indikatoren.

Nach dem Betreten des Startgeländes bestätigte das Entwicklungsteam die Schließung der Schlüsselindikatoren basierend auf dem endgültigen Status des Produkts und den Testergebnissen erneut, um sicherzustellen, dass jede Schlüsselverbindung normal funktioniert.

„50000+“——Mehr als 50.000 Schweißqualitätsüberprüfungen und -bestätigungen

Die Qualität der Schweißnähte wirkt sich direkt auf die Realisierung der entsprechenden Produktfunktionen und -leistung aus, insbesondere bei einigen wichtigen Schweißnähten an der Raketenkörperstruktur, den Druckversorgungsleitungen und verschiedenen Ebenen der Raketentriebwerke. Diese Schweißnähte sind nicht nur zahlreich, sondern wirken sich auch direkt auf den Erfolg oder Misserfolg von Raketenstarts aus. Die Qualitätskontrolle von Schweißnähten war schon immer ein wichtiges Bindeglied bei der Qualitätskontrolle von Trägerraketenprodukten.

Als größte und komplexeste Trägerrakete meines Landes verfügt die Rakete „Langer Marsch 5“ über mehr als 50.000 Schweißnähte unterschiedlicher Art, bei den meisten handelt es sich um Schweißnähte der Stufe I. Das Forschungs- und Entwicklungsteam führte eine 100-prozentige Abdeckungsprüfung und Bestätigung der Schweißqualität durch verschiedene Prüfmethoden durch, wie etwa Röntgenradiographie, hydraulischer Luftdichtheitstest, Schweiß-Helium-Massenspektrometrieprüfung, Fluoreszenzprüfung, Oberflächenfärbungsprüfung, Ultraschallprüfung, Kerosindurchdringungsprüfung und Prüfung des Teststückschneidens. Unter anderem wurden auch die Schweißnähte der Motorprodukte einer Kalibrierungsprüfung unterzogen. Nach der Inspektion wurde festgestellt, dass die Qualität aller Schweißnähte an der Yao-4-Rakete vom Typ Langer Marsch 5 stabil und zuverlässig war und den Anforderungen für den Raketenflug entsprechen konnte.