Ny generasjon bemannet romskip

Deep space versjon av romskipet

Bemannet romskip av den nye generasjonen ( kinesisk 新一代 載人 飛船 / 载人 载人 飞船, Pinyin Xīn Yī Dài Zàirén Fēichuán ) er arbeidstittelen for etterfølgeren til det kinesiske Shenzhou romskipet. Det er et delvis gjenbrukbart multifunksjonelt romfartøy i forskjellige konfigurasjoner for transport av astronauter i en bakke , eller månebane og for deres retur til jorden. På lang sikt kan den også brukes til oppdrag til overflaten av månen eller til Mars , hvor romfartsreisende i månen eller jorden vil endre seg til et annet romskip eller en tilleggsmodul med sin egen stasjon for videre transport. Det “bemannede romskipet til den nye generasjonen” kan også brukes som ubemannet lasteromskip eller for samtidig transport av mennesker og last.

utvikling

Rundt 2010 foreslo de ansvarlige for Manned Space Program of the People's Republic of China først i interne diskusjoner at det skulle utvikles et allsidig romskip der et bredt spekter av oppdrag kunne flys med en grunnleggende versjon. 31. mars 2015 presenterte Zhang Bainan , sjefingeniør for den viktigste bemannede romfartavdelingen til det kinesiske akademiet for romteknologi , sammen med noen kolleger i Acta Aeronautica et Astronautica Sinica konseptet med en ny generasjon bemannet flerbruks romfartøy til den profesjonelle verdenen. På den tiden ble det antatt to typer: et romskip med en startvekt på 14 tonn for operasjoner i baner på lav jord og - med ekstra bæreraketter - oppdrag til asteroider og til Mars, og et romskip med en startvekt på 20 tonn for bruk i bemannede månelandinger (dette vil i tillegg være en månemodul nødvendig). For endring av mannskapet i den planlagte modulære romstasjonen , bør romskipet kunne bære opptil 6 personer. For å gjøre alle planlagte oppdrag mulig, var minimumskravet at romfartøyets livsstøttesystemer fungerte uavhengig i 21 dager, og at skipet ble forankret til en romstasjon eller - i tilfelle et Mars-oppdrag - en levemodul til en sammensatt stort romfartøy, blir værende i rommet i opptil to år kan.

I 2017 startet utviklingen av en prototype, som ble offentlig kunngjort av Zhang Bainan i mars 2018. I intervjuer avslørte ingeniøren at det ville være en gjenbrukbar modell. Det er like godt egnet for flyreiser til månen og Mars. Samtidig påpekte han at Shenzhou romskip nå ble masseprodusert og vil forbli i bruk i lang tid i forbindelse med romstasjonen som skal bygges. På den femte konferansen om bemannet romfart i Xi'an 23./24. Oktober 2018 - organisert av Polytechnic University of Northwest China og Office for Manned Spaceflight of the Department for Weapons Development of the Central Military Commission (CMSA) - det bemannede romfartøyet til den nye generasjonen ble endelig presentert for publikum for første gang i detalj. Etter en testflyging med en nedskalert modell av romskipet i 2016 (se nedenfor) ble en ekte prototype fullført i desember 2019.

Interplanetære oppdrag

For flyreiser til Mars designet Zhang Bainan og kollegaer et konsept for et modulært romskip som, etter National People's Congress og den politiske rådgivende konferansen for det kinesiske folk, utstedte en felles erklæring 12. mars 2021, uttrykte forventningen om at mulige løsninger for bane Mars ville være mulig innen 2035 for å se har blitt raffinert av det kinesiske akademiet for lansering av kjøretøyteknologi. I romtransportsystemet for bemannet Mars-leting , som ble presentert for publikum 16. juni 2021 på den globale romutforskningskonferansen i St. Petersburg , blir ikke kjernedrivmodulene lenger kastet etter hverandre, slik en gang var ment av Zhang Bainan, men forblir en del av hele romskipets oppdrag. Romfarerne bringes til Mars-romskipet i den bemannede romskipet til den nye generasjonen, hvor de overføres til en levende modul. Det bemannede romskipet forblir forankret og blir ført til Mars som ekstra oppholds- og lagringsplass. Etter at de kom tilbake, lander romfarene på jorden i det bemannede romskipet; Mars-romskipet som forblir i bane kan i prinsippet i det minste delvis gjenbrukes.

For å komme tilbake fra månen eller Mars måtte romkapslen takle gjeninntreden med en hastighet på 11,2 km / s. Da de første planene for det nye multifunksjonelle romskipet oppsto, hadde Kina ennå ikke egnede lette materialer for et ablativt varmeskjold . Varmeskjoldene som ble utviklet på 1960-tallet, laget av karbonfiberstoffer fuktet med fenolharpiks tåler veldig høye temperaturer, men har en massetetthet på rundt 1,5 g / cm³, noe som ville ha betydd at varmebeskyttelsen for en gjeninnføringskapsel av planlagt størrelse (omtrent den doble returkapslen til Shenzhou-romskipet) ville ha utgjort en betydelig andel av totalvekten. Av denne grunn foreslo ingeniørene som jobbet med Zhang Bainan å utvikle en såkalt " fenolimpregnert karbonfiberablator " (PICA) laget av snarveisfibre som bare har en massetetthet på 0,27 g / cm³ og for eksempel - i flisform - også i 2011 ble det brukt kapsel fra Mars Science Laboratory of NASA . Med samme varmebeskyttelseseffekt, veier dette materialet 30% mindre.

Struktur og funksjonalitet

Romfartøyet til den nye generasjonen har en diameter på 4,5 m. Varianten for nær jordrom er 7,23 m lang og har en maksimal startvekt på 14 tonn. I den dype romvarianten er lengden rundt 9 m og maks vekt 23 tonn. Begge varianter bruker samme koniske returkapsel, lik form til det amerikanske Dragon-romskipet , men forskjellige servicemoduler . En bane-modul som den i Shenzhou- romskipene, som kan forbli i bane som en eksperimentell plattform etter hovedoppdraget, har blitt dispensert av kostnadshensyn.

De fire hovedmotorer servicemodulen arbeidet med monergolic drivstoff hydroksylamin og salpetersyre som oksidasjonsmiddel (HAN) fremstilt ved instituttet 101 for Academy for flytende rakettmotorteknologi . Dette har fordelen over de vanlige drivstoffene at det ikke er giftig. Den har lavt frysepunkt, høy tetthet og gir motorene en høy spesifikk impuls . Drivstofftanken består av to lag, med et indre fôr laget av en aluminiumslegering og en yttervegg laget av et komposittmateriale . På denne måten kunne en relativt stor overflatespenningstank realiseres - den dype romversjonen den største av alle kinesiske romfartøyer. For holdningskontroll under flyturen har romskipet et automatisk kontrollsystem som bruker holdningskontrollpropellere for å holde posisjonen stabil i forhold til jorden på alle tre aksene og muliggjør høy presisjon baneendring og bremsemanøvrer.

De solcellemoduler for å drive den i romskip bane er også plassert på hovedenheten, som er frakoblet før gjeninntreden i jordens atmosfære og brenner opp der. Om mulig ligger dyre elektroniske systemer i returkapslen, hvis kjerne kan gjenbrukes etter landing i Indre Mongolia . For dette formål fjernes det avtakbare ytre skallet, som fungerer som varmebeskyttelse når det kommer inn i atmosfæren igjen, og den indre metallstrukturen er forsynt med en frisk ytre hud. Returkapselen er bygget på en slik måte at den også kan lande på en vannoverflate. Den langsiktige planen er å utpeke et havområde i Sør-Kinahavet som landingssted og å utvide Wenchang Cosmodrome på Hainan til Kinas nye romfartssenter.

I sin konfigurasjon som folkebærer kan romskipet bringe opptil syv romreisende i jordbane eller til månen; hvis bare tre romfolk er om bord, kan det tas ytterligere 500 kg last. Uten lasthyllene, som er festet til høyre for adkomstluken i kombinert konfigurasjon, tilbyr romskipets trykkhytte et indre rom på 13 m³, som er litt mer enn Shenzhou romskip; det er et utfellbart spisebord og et separat toalett. I konfigurasjonen som et rent forsyningsromskip kan en Changzheng-5 eller Changzheng-7 bærerakett bære en nyttelast på 4 tonn i bane. Det er mindre enn Tianzhou forsynings romskip, som allerede er i bruk, med lanseringskapasitet på 6,5 tonn, men i motsetning til Tianzhou er det nye generasjons romskip gjenbrukbart og kan for eksempel inneholde mikroorganismer fra eksperimenter utført på romstasjonen eller materialer produsert der tar tilbake til jorden med en totalvekt på opptil 2,5 tonn for nærmere undersøkelse. For å muliggjøre opptil ti bruksområder - ifølge beregninger det økonomiske optimale - var kapselen blant annet utstyrt med kollisjonsputer som landingshjelpemiddel. Disse reduserer slagkraften til en brøkdel og beskytter dermed romskipet.

Sammenlignet med det nåværende Shenzhou-romskipet er også radiosystemet forbedret. På Shenzhou går radiokontakten med misjonskontrollsenteret tapt i en viss tid under gjeninntreden i jordens atmosfære. Årsaken er den kraftig oppvarmede og dermed ioniserte luften rundt returkapslen, som beskytter radiosignalene. De forbedrede kommunikasjonssystemer i den nye generasjonen romskip, godt beskyttet av radio-gjennomtrengelige varmebeskyttende vinduer, kan trenge inn i det isolerende plasma og vedlikeholde kontakt med bakkestasjonene i hele nedstigningen.

Mens Shenzhou-romfartøyet, et lanseringsflyktningssystem, har som bringer skipet i farlige situasjoner før eller under sjøsetting i sikkerhet og muliggjør fallskjermlanding, er dette i bæreraketter type Changzheng 5 ikke og dets varianter er mulige, da dette er en kappe i form av en fra- Egne Kármán-Ogive . I stedet bruker den nye generasjonen romskip tjenestemodulens motorer i en nødsituasjon, som utløses etter at nyttelastkåpen først er åpnet og romskipet sprenges av av bæreraketten. Det bemannede missilet til den nye generasjonen , som for tiden er under utvikling , har heller ikke noe redningsmissil. Dette reduserer romskipets totale vekt og øker lastekapasiteten. I en forbedret versjon presentert 18. september 2020 på en romkonferanse i Fuzhou , har romskipet fire sidestabiliserende finner på servicemodulen, i likhet med CST-100 Starliner fra Boeing .

Testing

Testflyging 2016

25. juni 2016, på den første flyvningen til Changzheng 7- bæreraketten fra Wenchang Cosmodrome på Hainan, ble en modell av den nye returkapslen, redusert i størrelse til 0,63 ganger, brakt i bane. Modellen hadde en konisk form med en diameter på 2,6 m i den brede enden, en høyde på 2,3 m og en vekt på 2,6 tonn. Kapselen besto av tre komponenter:

• En halvkuleformet spiss med fallskjermkammer, fallskjermutkastere, navigasjonssatellittantenne og antenne for kommunikasjon gjennom isolasjonsplasmaet ved gjeninnføring.
• En yttervegg med det ablative varmeskjoldet delt inn i fire paneler , som ble limt på støpte paneler med en bikakestruktur og skrudd fast til forsterkningsstivene til selve hytteveggen. På utsiden av veggen var det små motorer for holdningskontroll og sensorer for luftstrømmen.
• En bunnplate av metall, under et gitterbjelkesystem og under varmeskjoldet. Databehandlingsutstyr, strømforsyningen og måleinstrumenter for luftstrømmen ble montert på gulvplaten, inne i kabinen. Det var pneumatiske sensorer nederst på varmeskjoldet.

Målet med testen var på den ene siden å teste flyoppførselen til den koniske returkapslen når den kom inn i atmosfæren igjen (Shenzhou romskip bruker en klokkeformet returkapsel). I tilfelle kapselen kom først ut i atmosfæren, var det en supersonisk stabiliseringsfallskjerm som ville reise kapselen slik at den kunne bremse med den store enden som ble gitt til dette formålet. De ønsket også å teste materialene som ble brukt i konstruksjonen av det nye romskipet, ikke bare den fenolimpregnerte karbonfiberablatoren for varmeskjoldet, men også den nye legeringen som selve kabinen ble laget av. Dette materialet var både sterkere og lettere enn aluminium-magnesiumlegeringen som tidligere ble brukt i romfartøy . Det var ingen livsstøttesystemer inne i kapselen, og mange elektroniske komponenter for utplassering av fallskjerm osv., Var fjernet fra returnerte Shenzhou romskip og gjenbrukt etter inspeksjon.

Bare returkapslen ble testet i dette eksperimentet. Servicemodulens rolle ble overtatt av den ekstra øvre fasen av bæreraketten Changzheng 7, kjent som " Yuanzheng 1A ". Dette stadiet, drevet av en hypergolisk drivstoffblanding, kan, i motsetning til de vanlige rakettstadiene, skyte flere ganger og brukes vanligvis til å heve satellitter til høyere baner. Ti minutter etter start klokka 20 lokal tid, skiltes Yuanzheng-1A med testkapslen på den fra bæreraketten og gikk inn i en bane nær jorden på 200 × 394 kilometer, noe som er omtrent det samme som ved bemannede flyreiser . Etter den 13. bane, 26. juni 2016 klokka 15.04 Beijing tid , initierte Yuanzheng-1A retur til jorden med en fornyet tenning.

Rakettstadiet endret deretter posisjonen slik at bunnen av returkapslen ble tilbøyelig 50 ° til den horisontale. Klokka 15:17 skiltes returkapsel i en høyde av 170 km fra Yuanzheng-1A, som deretter ble plassert i en trygg bane. Nettverket av bakkestasjoner styrt i dette tilfellet fra Jiuquan Cosmodrome tok kontroll over kapselen. I en høyde av 20 km utløste stabiliseringsfallskjermen, som brakte kapselen i riktig posisjon. Dette ble deretter kastet av, bremseskytteren utløst, som igjen trakk hovedskjermen ut av kammeret på toppen av kapselen. Klokka 15:41 landet returkapslen - opprinnelig uskadet - på Ostwind landingssted i Badain-Jaran-ørkenen ikke langt fra kosmodromet. Klokken 23 ankom den gjenvunne kapslen til Jiuquan Cosmodrome med lastebil.

Testfly 2020

En første ubemannet testflyging av det virkelige romfartøyet fant sted i mai 2020. Til dette ble en 8,8 m lang og 21,6-tonns prototype av romfartsversjon brukt som 5. mai 2020 klokka 18:00 lokal tid (10:00 UTC ) med den første kopien av missilvarianten Changzheng 5B fra Wenchang Satellite. Launch Center lansert har vært. 488 sekunder, omtrent 8 minutter etter start, gikk romfartøyet i bane som planlagt. For å oppnå størst mulig lanseringsmasse for testing av bæreraketten ble romskipets servicemodul fullstendig påfylt. Teknikerne ved Beijing Space Control Center brukte deretter dette drivstoffet til gradvis å øke romfartøyets bane, litt mer for hver bane, til endelig en svært elliptisk bane på 300 × 8000 km var nådd. Romvitenskapelige eksperimenter ble utført der, hvorav noen var relatert til den planlagte romstasjonen. I et smøremiddeleksperiment ble for eksempel migrasjonsatferden til slitepartikler i vektløshet undersøkt, et Ethernet i henhold til TTE-standarden med en overføringshastighet på 1000 megabit / s ble testet, en 3D-skriver for langfiberkomposittmateriale ble testet, som romreisende selv skal kunne skrive ut sine egne reservedeler med, samt en akustisk sporingsenhet som ignorerer bakgrunnsstøy og kan lokalisere lydene - simulert i kapselen på forskjellige punkter - av en støt og luften rømmer gjennom en mulig lekkasje. 8. mai 2020 rundt klokka 12.00 lokal tid ga Beijing Space Control Center kontrollkommandoene for å svinge inn i returbanen. Klokka 12:21 hadde romskipet fullført bremsemanøvrene og nådde returbanen. En god time senere, klokken 13:33, ble returkapslen skilt fra servicemodulen.

To-delt nedstigning med atmosfærisk bremsing

Den kinesiske romstasjonen , som det nye romskipet i utgangspunktet er ment å levere, vil bare kretse rundt jorden i en høyde av 340–450 km. Med en langsiktig planlagt retur fra månen vil romskipet imidlertid falle ukontrollert fra Lagrange-punkt L ₁ , dvs. fra en høyde på 326 000 km, og ankomme dit med en hastighet på 40 320 km / t. En slik oppdragsprofil ble testet i 2014 med Chang'e 5-T1- sonden , men den var mye mindre og enklere enn returkapslen til det nye romfartøyet. Nå, under realistiske forhold, bør det forsøkes å komme inn i jordens atmosfære på nytt i høy hastighet og i en bratt innfallsvinkel - når den skilles fra servicemodulen, skjøt kapselen opprinnelig rett ned. Som i 2014 ble det utført en todelt nedstigning med atmosfærisk bremsing , der returkapslen i utgangspunktet bare kastet seg ned i den høye atmosfæren , bremset litt på grunn av atmosfærens strømningsmotstand og, etter at den hadde fått høyde igjen , igjen, nå i lavere hastighet, for den endelige gjeninngangen til atmosfæren tok fart. Temperaturer opp til 1000 ° C skjedde på utsiden av varmeskjoldet. Til sammenligning: når du kommer tilbake til jordens atmosfære etter retur fra månen, blir varmeskjoldet utsatt for temperaturer opp til 3000 ° C.

Returkapselen til den nye generasjonen romskip er dobbelt så tung som Shenzhou- kapselen, som bare bruker en bremseskjerm. Shenzhou fallskjerm er allerede en av de største i verden, og det har ikke vært mulig å forstørre overflaten ytterligere. En løsning ble derfor valgt med to i stedet for en stabiliseringsfallskjerm, tre i stedet for en hovedskjermskjerm, og i stedet for bremserakettene, seks kollisjonsputer arrangert rundt ytterkanten av kapselen. Kollisjonsputene blåste opp en viss avstand over bakken, og klokken 13:49 lokal tid, 16 minutter etter frakoblingen fra den ikke-gjenbrukbare servicemodulen, berørte returkapslen Ostwind landingssted ved Jiuquan Cosmodrome. Når vinden var relativt sterk, landet den på den flate overflaten som var gitt den. Etter landing beskrev det kinesiske akademiet for romteknologi romskipet i en pressemelding som "embryonal form", som nå ville bli videreutviklet til et ekte multifunksjonelt romskip basert på dataene som ble samlet inn under testflygingen. For å sette det i perspektiv: Etter den første testflygingen i 1999 fant det seg ytterligere tre ubemannede flyreiser på Shenzhou-romskipet, frem til 2003, da Shenzhou 5 ble den første kineseren som startet i verdensrommet.

Det utbrente kjernetrinnet til bæreraketten gikk inn i atmosfæren igjen 11. mai 2020 klokken 15:33 UTC etter 102 baner over den afrikanske Atlanterhavskysten uten videre inngripen fra Beijing Space Control Center. Med en lengde på 33 m og en diameter på 5 m var dette det største romfartøyet som kom inn i jordens atmosfære siden styrtet i den sovjetiske romstasjonen Salyut 7 7. februar 1991. Med tanke på den vanskelig forutsagte bremseeffekten som de ytre lagene av den høye atmosfæren utøvde på rakettfasen, var det spesifikke krasjstedet vanskelig å fastslå.

Det er ikke mulig å plassere bane på en slik måte at overflyging over tettbygde områder unngås - og så fløy rakettstadiet over New York City omtrent 15 til 20 minutter før styrten . Til slutt falt et metallstykke av ti meter langt fra himmelen i en landsby på Elfenbenskysten .

Fire dager senere, 15. mai 2020, kom returkapslen tilbake til det kinesiske akademiet for romteknologi i Beijing, hvor kapselen først ble undersøkt for strukturell integritet. Det var imidlertid like viktig å sjekke de elektroniske systemene, hvorav de fleste på dette romskipet ikke er plassert i servicemodulen, men i returkapslen. Kontrollene var ment å avgjøre om kapselen som ble brukt i denne testflygingen, kan brukes på nytt i neste test. 29. mai 2020 ble de 988 nyttelastene som 54 forskningsinstitutter og 21 private selskaper hadde sendt med romskip til Van Allen-beltet for å utsette dem for vanskeligere forhold enn det som var mulig i Tiangong- romlaboratoriene med deres jordbaner, blitt losset, inkludert mange plantefrø og mikroorganismer som brukes til oljeproduksjon. Landsflagg som ble fløyet sammen ble overlevert til den pakistanske ambassadøren, 3D-skriveren til senteret for prosjekter og teknologier for bruk av plass .

weblenker

• Video om åpning og lossing av prototypen 29. mai 2020 (kinesisk)

Individuelle bevis