Chongfu Shiyong Shiyan Hangtian Qi

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可重复使用试验航天器
Chongfu Shiyong Shiyan Hangtian Qi Y1
Typ: Experimenteller Raumgleiter
Land: China Volksrepublik Volksrepublik China
Betreiber: CALT
COSPAR-ID: 2020-063A
Missionsdaten
Start: 4. September 2020
07:30 Uhr (UTC)
Startplatz: Kosmodrom Jiuquan
Trägerrakete: Langer Marsch 2F/T
Landung: 6. September 2020
02:00 Uhr (UTC)
Flugdauer: 2 Tage
Status: gelandet
Bahndaten
Umlaufzeit: 91,3 min
Bahnneigung: 50,2°
Apogäumshöhe:  348 km
Perigäumshöhe:  332 km

Das Chongfu Shiyong Shiyan Hangtian Qi (CSSHQ) (chinesisch 可重复使用试验航天器 – „Wiederverwendbares experimentelles Raumschiff“) ist ein Testflugkörper für einen wiederverwendbaren Raumgleiter der Chinesischen Akademie für Trägerraketentechnologie.[1] Der 8,5 t schwere Raumflugkörper[2] wurde am 4. September 2020 um 07:30 Uhr UTC mit einer Trägerrakete des Typs Langer Marsch 2F/T vom Kosmodrom Jiuquan aus gestartet.[3][4][5]

Geschichte

Tianjiao 1

Im September 1986 verabschiedete der Staatsrat der Volksrepublik China das Nationale Programm zur Entwicklung von Hochtechnologie, wegen des Datums der Vorlage aus dem März jenen Jahres auch „Programm 863“ genannt.[6] In diesem Programm gab es damals sieben Fachbereiche die gefördert werden sollten, der zweite davon Raumfahrt, mit Schwerpunkt auf bemannter Raumfahrt.[7] Der sogenannte Fachbereich 863-2 war wiederum in mehrere Sektionen unterteilt, darunter die Sektion 863-204, die sich mit Raumschiffen befasste, die Raumfahrer zu einer Raumstation (Sektion 863-205) transportieren sollten. Im April 1987 wurde für den Fachbereich 863-2 eine Kommission aus sieben Experten berufen (863计划航天技术专家委员会),[8] dazu jeweils noch Expertengruppen für die einzelnen Sektionen (主题项目专家组). Noch im April 1987 startete die Expertengruppe der Sektion 863-204 eine Ausschreibung für „Konzept- und Machbarkeitsstudien für schwere Trägerraketen und Transportsysteme für den Hin- und Rückflug zwischen Weltraum und Erde“ (关于大型运载火箭及天地往返运输系统的概念研究和可行性论证). Mehr als 60 mit Luft- und Raumfahrt befasste Staatsbetriebe und Forschungseinrichtungen beteiligten sich an der Ausschreibung, und zwei Monate später waren – zum Teil von Konsortien – elf konkrete Vorschläge eingereicht. Aus diesen wurden sechs Vorschläge ausgewählt – alle von Instituten des Ministeriums für Luftfahrtindustrie und des Ministeriums für Raumfahrtindustrie – für die bis Ende Juni 1988, also innerhalb eines Jahres, detaillierte Berichte über die technische Machbarkeit (技术可行性论证报告) vorzulegen waren.[9] Bei einer Tagung von 17 Experten, die vom 20. bis 31. Juli 1988 in Harbin stattfand, kamen letztlich zwei Entwürfe in die Endauswahl:

Der v​on der 1. Akademie vorgeschlagene Raumgleiter w​ar mit e​iner Länge v​on 16,5 m u​nd einer Flügelspannweite v​on 12 m n​ur halb s​o groß w​ie der Space Shuttle u​nd hatte m​it angedachten 20 b​is 25 Tonnen n​ur ein Viertel d​er Startmasse. Der wesentliche Unterschied z​um Space Shuttle bestand darin, d​ass Tianjiao 1 k​ein senkrechtes Seitenleitwerk a​m Heck besaß, sondern aufgebogene Flügelspitzen, sogenannte „Winglets“, z​ur Erhöhung d​er Seitenstabilität nutzte. Anders a​ls der Space Shuttle w​ar Tianjiao 1, d​er einen Rumpf m​it einem Durchmesser v​on 4 m besaß, n​icht parallel z​u einem Tank montiert, sondern saß a​n der Spitze e​iner 46 m langen, n​icht wiederverwendbaren Trägerrakete v​on ebenfalls 4 m Durchmesser. Für d​ie Trägerrakete w​aren kryogene Flüssigsauerstoff/Flüssigwasserstoff-Triebwerke vorgesehen, e​ine Technologie, a​n der d​ie heutige Akademie für Flüssigkeitsraketentriebwerkstechnik z​war bereits s​eit 1961 arbeitete u​nd die a​b 1984 b​ei der Trägerrakete Changzheng 3 a​uch zum Einsatz kam, a​ber letztlich e​rst 1994 m​it dem YF-75 ausgereift war. Zur Unterstützung d​er Kernstufe w​aren zwei Flüssigtreibstoff-Booster v​on jeweils 33 m Länge u​nd knapp 3 m Durchmesser vorgesehen, e​in Konzept, a​n dem m​an seit 1986 arbeitete, d​as aber e​rst 1990 b​ei der Changzheng 2E seinen ersten Einsatz hatte.

Objektiv gesehen w​ar ein Raumgleiter z​um damaligen Zeitpunkt w​eit jenseits d​er technischen Möglichkeiten Chinas. Angesichts d​er weltweiten Euphorie für derartige Projekte – d​ie Sowjetunion arbeitete a​m Buran, d​ie ESA a​m Hermes, Japan a​m Hope – f​and Tianjiao 1 b​ei den i​n Harbin versammelten Experten jedoch durchaus Zustimmung. Das Raumschiff d​es Instituts 508 erhielt b​ei der finalen Bewertung 84,00 Punkte, d​er Raumgleiter d​er 1. Akademie 83,69. Nach weiteren Diskussionen wurden d​ie Pläne i​m Juli 1989 Deng Xiaoping vorgelegt, m​it der Empfehlung, zunächst d​as einfachere Raumschiff z​u bauen, m​it einem geplanten Erstflug i​m Jahr 2000, parallel d​azu aber a​uch das Raumgleiter-Projekt weiterzuverfolgen, m​it einem Erstflug 2015. Deng lehnte jedoch b​eide Projekte ab. Dies bedeutete zunächst d​as Ende d​er bemannten Raumfahrt i​n China.

Tianjiao 2

Im März 1990 zog sich Deng Xiaoping aus der aktiven Politik zurück, und im September 1992 startete Jiang Zemin das bemannte Raumfahrtprogramm der Volksrepublik China, nach dem Datum auch „Projekt 921“ genannt. Mit dem neuen Programm wollte man auf der Basis des einfachen Raumschiffs von 1988 in drei überschaubaren Schritten zu einer ständig besetzten Raumstation kommen. Parallel führte man jedoch bei der Chinesischen Akademie für Trägerraketentechnologie (seit Februar 1989 der neue Name der 1. Akademie) die Grundlagenforschung für einen Raumgleiter weiter.[10] Im Oktober 2006 wurde von der Firma ein Konzept mit einer vergrößerten Version des Raumgleiters von 1988 vorgelegt, dem Tianjiao 2 (天骄二号), nun mit Seitenleitwerk am Heck und ohne Winglets.[11] Als Trägerrakete war eine 5-m-Kernstufe aus dem am 8. August 2006 genehmigten Baukastensystem der „Trägerraketen der neuen Generation“ vorgesehen, wieder mit zwei Boostern. Für den Erstflug des Tianjiao 2 wurde damals das Jahr 2020 genannt.[12] Dieses Konzept wurde dann aber nicht weiter verfolgt.

Wiederverwendbares Raumtransportsystem

In dem am 27. Dezember 2016 vom Staatsrat veröffentlichten Weißbuch über Raumfahrtaktivitäten war als eines der Ziele für die folgenden fünf Jahre die Entwicklung von Technologien für ein wiederverwendbares Raumtransportsystem (天地往返可重复使用运输系统) angegeben. Beauftragt hiermit war das Hauptlabor im Forschungs- und Entwicklungszentrum der Chinesischen Akademie für Trägerraketentechnologie (一院研发中心总体室) unter seinem Leiter Chen Hongbo (陈洪波), wobei das Problem darin bestand, dass die Flugkörper nicht nur die Eigenschaften einer Rakete (also die Kernkompetenz der Akademie für Trägerraketentechnologie), sondern auch die eines Flugzeugs haben mussten.[13] Daher schloss die Firma ein Kooperationsabkommen mit der Fakultät für Luftfahrtwissenschaft und -technik der Universität für Luft- und Raumfahrt Peking, um gemeinsam Forschungen zur Belastung und Materialermüdung der Flügel durchzuführen, die technisch gesehen elastische Festkörper sind. Man versucht hier einen Kompromiss zwischen möglichst hoher Sicherheit und möglichst geringem Eigengewicht (also maximaler Nutzlast) der Flugkörper zu finden.

Chen Hongbo erläuterte im Oktober 2017, dass die Firma am Ende zu einem Fluggerät ähnlich dem damals aktuellen XS-1 der amerikanischen Defense Advanced Research Projects Agency kommen wollte, wo zwei als Raumgleiter ausgebildete Raketenstufen parallel zueinander montiert sind, entfernt vergleichbar dem Konstruktionsprinzip des Space Shuttle, und nach senkrechtem Start, Stufentrennung und Erfüllung ihrer Aufgaben beide wie ein Flugzeug horizontal landen, die erste Stufe aus einer niedrigeren Höhe – genannt wurde 2021 der Bereich 20–100 km – die zweite Stufe – das was man beim Space Shuttle „Orbiter“ nannte – nach einem Wiedereintritt aus der Umlaufbahn.[14] Als Einsatzgebiet des wiederverwendbaren Raumtransportsystems waren Stand 2017 erdnahe Umlaufbahnen von 300 bis 500 km Höhe angedacht, hauptsächlich zur Versorgung der Chinesischen Raumstation (Orbitalhöhe 340 bis 420 km), sowohl mit Gütern als auch als Personentransporter. Die Chinesische Akademie für Trägerraketentechnologie hatte aber auch militärische und touristische Anwendungen für das System ins Auge gefasst.[1][15] Der Orbiter des Systems, der am 18. September 2020 auf einer Raumfahrttagung in Fuzhou vorgestellt wurde, hatte die Form des Tianjiao 1, also ohne Seitenleitwerk und mit Winglets. Nun war der Erstflug für 2030 geplant.[16]

Am 11. März 2021 genehmigte die Vollversammlung des Nationalen Volkskongresses die Aufnahme des wiederverwendbaren Raumtransportsystems in die Liste der Nationalen wissenschaftlich-technischen Großprojekte, womit eine Finanzierung bis zum 31. Dezember 2035 sichergestellt ist.[17] Bei der in Entwicklung befindlichen – nicht aus dem Fonds für Nationale wissenschaftlich-technische Großprojekte geförderten – Trägerrakete Changzheng 8R, bei der die erste Stufe zusammen mit den mit ihr fest verbundenen Boostern senkrecht landet, können die Kosten pro Start auf 80 % einer entsprechenden Einmalrakete gesenkt werden.[18] Bei dem wiederverwendbaren Raumtransportsystem mit horizontal landenden Komponenten hofft man jedoch, wenn das Problem einer zerstörungsfreien und raschen Überprüfung von tragender Struktur, Triebwerken und Hitzeschutz einmal gelöst ist, die Kosten pro Start auf 10 % einer Trägerrakete mit entsprechender Nutzlast senken zu können.[19]

Testflug 2020

Am 4. September 2020 wurde ein verkleinertes Modell des Orbiters getestet. Der Flugkörper wurde mit einer Trägerrakete des Typs Langer Marsch 2F/T gestartet, die in ihrer Nutzlastverkleidung von 12,7 m Länge und 4,2 m Außendurchmesser auch die Raumlabors der Tiangong-Serie ins All befördert hatte. Nachdem der Raumgleiter zwei Tage in einer um 50,2° zum Äquator geneigten, erdnahen Umlaufbahn von 332 km × 348 km Höhe verbracht hatte,[2] mit einer Umlaufzeit von 91,31 Minuten pro Orbit und einer Bahngeschwindigkeit von 7,7 km/s, landete er am 6. September 2020 um 02:00 Uhr UTC auf der 5 km langen Landebahn des hierfür bestimmten Militärflughafen bei Qingghar, Provinz Xinjiang.[20][21] Der Test wurde als Erfolg verbucht.[22] Eines der Dinge, die auf der oben erwähnten Raumfahrttagung zwölf Tage später jedoch als wichtig erachtet wurden, war eine Vorausberechnung der Lebensdauer des bei dem Raumgleiter verwendeten Hitzeschutzmaterials.[23] Es wird, wie einst beim XS-1, eine zehnmalige Wiederverwendung des Flugkörpers angestrebt.[13]

Neben d​em Raumgleiter w​urde bei diesem Testflug a​uch eine modernisierte Version d​er Trägerrakete erprobt. Die CZ-2F T3 w​ar mit e​inem vom Institut 12 d​er Akademie für Trägerraketentechnologie entwickelten System ausgestattet, d​as bei Fehlfunktion o​der Ausfall e​ines Haupttriebwerks automatisch d​ie Steuertriebwerke zündet u​nd versucht, m​it deren Hilfe e​inen sicheren, notfalls a​uch niedrigeren Orbit z​u erreichen. Dieses System, d​as bereits i​n eine a​m 9. Juli 2020 gestartete Trägerrakete v​om Typ Changzheng 3B eingebaut gewesen war, s​oll in Zukunft a​uch bei d​er Changzheng 2C z​um Einsatz kommen.[24]

Testflug 2021

Am 16. Juli 2021 startete ein Demonstrationsmodell eines wiederverwendbaren Suborbitalgleiters vom Kosmodrom Jiuquan und landete wenig später plangemäß auf dem 250 km südöstlich gelegenen Regionalflughafen von Badain Jaran, der Hauptstadt des Rechten Alxa-Banner, wo auf einer 2,4 km langen Landebahn normalerweise zweimotorige Propellermaschinen vom Typ Xi’an MA60 landen. Die Akademie für Trägerraketentechnologie beabsichtigt, den Suborbitalgleiter später als Komponente des wiederverwendbares Raumtransportsystems zu verwenden. Bei dem getesteten Flugkörper handelte es sich um einen Deltaflügler, fast schon einen Nurflügler, nicht unähnlich der ersten Stufe des XS-1.[25][26] Nach der Zündung seines Raketentriebwerks stieg der Flugkörper zunächst senkrecht auf. Als der Treibstoff verbraucht war, wurde er wie eine Höhenforschungsrakete noch eine Weile vom eigenen Schwung getragen, um dann auf einer parabelförmigen Bahn zur Erde zurückzukehren. Nachdem der Flugkörper in der dichteren Atmosphäre noch einige Male wie ein Segelflugzeug gekreist war, landete er schließlich in Badain Jaran.[27]

Zukünftige Entwicklung

Langfristig ist geplant, den Raumgleiter mit einem LOX/Methan-Triebwerk von 600 kN Schubkraft auszurüsten, das sich beim Pekinger Forschungsinstitut für Raumfahrtantriebe der Akademie für Flüssigkeitsraketentriebwerkstechnik in Entwicklung befindet.[28] Daneben arbeitet die Akademie für Trägerraketentechnologie aber auch an Staustrahltriebwerken.[29] Diese sollen laut Bao Weimin (包为民, * 1960), dem Aufsichtsratsvorsitzenden der China Aerospace Science and Technology Corporation,[30] ab 2045 bei horizontal startenden und landenden Raumflugzeugen eingesetzt werden.[16] Sowohl die Akademie für Trägerraketentechnologie als auch ihre Muttergesellschaft gehen davon aus, dass es mit dem für zehn Personen gedachten und mit Hyperschallgeschwindigkeit fliegenden „Neuartigen Fluggerät für den Pendelverkehr zwischen Himmel und Erde“ (新型天地往返飞行器)[31] nicht nur möglich sein wird, jeden Ort auf der Erde innerhalb einer Stunde zu erreichen, sondern dass es auch regelmäßige Verbindungen in den Orbit geben wird.[32][33] Im Jahr 2017 war noch eine Zwischenstufe bei der Entwicklung zu Raumflugzeugen vorgesehen, bei der ein horizontal startendes Trägerflugzeug mit einem kombinierten Antrieb aus Turbinen, Staustrahltriebwerken und Raketentriebwerken den Orbiter bis in eine gewisse Höhe tragen würde.[34][1] Dieser Plan war 2020 noch aktuell, nun aber mit einem geplanten Erstflug nach 2030.[16] Das Institut für Mechanik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften baut seit 2018 in Yanqi im Norden von Peking einen Hyperschall-Windkanal,[35] der 2022 fertiggestellt sein soll und wo Modelle des Raumflugzeugs getestet werden können.[31]

Siehe auch

Einzelnachweise
  1. 付毅飞: 中国研制可重复使用航天运载器 预计2020年首飞. In: news.cctv.com. 31. Oktober 2017, abgerufen am 27. Dezember 2021 (chinesisch).
  2. Gunter Dirk Krebs: Chongfu Shiyong Shiyan Hangtian Qi (CSSHQ). In: space.skyrocket.de. Abgerufen am 7. September 2020 (englisch).
  3. 我国成功发射可重复使用试验航天器. Xinhuanet. 4. September 2020. Abgerufen am 4. September 2020.
  4. China launches own mini-spaceplane reusable spacecraft using Long March 2F. Seradata. 4. September 2020. Abgerufen am 4. September 2020.
  5. Stephen Clark: China tests experimental reusable spacecraft shrouded in mystery. In: spaceflightnow.com. 8. September 2020, abgerufen am 26. Januar 2021 (englisch).
  6. 863计划. In: fmprc.gov.cn. Abgerufen am 25. Januar 2021 (chinesisch).
  7. 中国载人航天工程总设计师王永志接受访谈. In: news.sina.com.cn. 11. Oktober 2005, abgerufen am 25. Januar 2021 (chinesisch).
  8. 王永志. In: ysg.ckcest.cn. Abgerufen am 12. Januar 2021 (chinesisch).
  9. Tony Da: 中国航天史上有被取消或被搁置的计划吗？都有哪些背后的故事？ In: zhihu.com. 25. April 2018, abgerufen am 25. Januar 2021 (chinesisch).
  10. Mark Wade: Tian Jiao 1 in der Encyclopedia Astronautica, abgerufen am 25. Januar 2021 (englisch).
  11. Richard Fisher, Jr.: Shenlong Space Plane Advances China’s Military Space Potential. In: strategycenter.net. 17. Dezember 2007, abgerufen am 25. Januar 2021 (englisch).
  12. Mark Wade: Tian Jiao 2 in der Encyclopedia Astronautica, abgerufen am 25. Januar 2021 (englisch).
  13. 胡喆、白国龙: 我国正研制可重复使用的航天运载器 计划2020年首飞. In: 81.cn. 1. November 2017, abgerufen am 26. Januar 2021 (chinesisch).
  14. 苑萱: 亚轨道可重复使用航天器为何如此火热. In: spaceflightfans.cn. 26. Juli 2021, abgerufen am 26. Juli 2021 (chinesisch).
  15. 胡喆、白国龙: 新华社：中国正研制可重复使用的航天运载器 计划2020年首飞. In: spacechina.com. 1. November 2017, abgerufen am 27. Dezember 2021 (chinesisch).
  16. 中国载人登月计划续. In: spaceflightfans.cn. 12. Oktober 2020, abgerufen am 12. Oktober 2020 (chinesisch).
  17. 嫦娥六/七/八号、月球科研站“安排上了”. In: cnsa.gov.cn. 22. März 2021, abgerufen am 22. März 2021 (chinesisch).
  18. 宋征宇、肖耘 et al.: 长征八号：长征火箭系列商业化与智慧化的先行者. (PDF; 1,7 MB) In: jdse.bit.edu.cn. 17. Mai 2020, S. 11, abgerufen am 26. August 2021 (chinesisch).
  19. 闻悦、张涛: 发展重复使用航天运输系统究竟有多难？ In: 81.cn. 26. August 2021, abgerufen am 19. Dezember 2021 (chinesisch).
  20. Reusable Chinese Spacecraft Lands Successfully: State Media. In: reuters.com. 6. September 2020, abgerufen am 26. Januar 2021 (englisch).
  21. Geoff Brumfiel: New Chinese Space Plane Landed At Mysterious Air Base, Evidence Suggests. In: npr.org. 9. September 2020, abgerufen am 26. Januar 2021 (englisch).
  22. 李国利、赵金龙: 我国可重复使用试验航天器成功着陆. In: xinhuanet.com. 6. September 2020, abgerufen am 6. September 2020 (chinesisch).
  23. 外日球层与星际空间入选2020年宇航领域十大科学问题与技术难题. In: nssc.cas.cn. 19. September 2020, abgerufen am 26. Januar 2021 (chinesisch).
  24. 陈昕: 火箭院正在研制智慧火箭 将来发射成功率更高了. In: spaceflightfans.cn. 12. Oktober 2020, abgerufen am 26. Januar 2021 (chinesisch).
  25. 我国亚轨道重复使用运载器飞行演示验证项目首飞取得圆满成功. In: spaceflightfans.cn. 16. Juli 2021, abgerufen am 16. Juli 2021 (chinesisch).
  26. Andrew Jones: China launches secretive suborbital vehicle for reusable space transportation system. In: spacenews.com. 16. Juli 2021, abgerufen am 16. Juli 2021 (englisch).
  27. 中国亚轨道重复使用演示验证项目运载器首飞成功. In: std.stheadline.com. 16. Juli 2021, abgerufen am 17. Juli 2021 (chinesisch).
  28. 赵海龙、田原: 我国首台液氧甲烷闭式膨胀循环发动机热试车成功. In: spaceflightfans.cn. 22. September 2020, abgerufen am 26. Januar 2021 (chinesisch).
  29. 未来航天器发动机可自动“吸氧” 效率更高. In: calt.spacechina.com. 28. April 2018, abgerufen am 12. Oktober 2020 (chinesisch).
  30. 包为民院士. In: spacechina.com. 31. Oktober 2011, abgerufen am 31. Oktober 2020 (chinesisch).
  31. JF22 性能超群，中国天地往返飞行器高超音速飞行器曝光. In: spaceflightfans.cn. 22. August 2021, abgerufen am 22. August 2021 (chinesisch).
  32. 张逸之、秦宏: 我国计划在2045年实现航班化航天运输1小时全球抵达. In: xinhuanet.com. 18. September 2020, abgerufen am 31. Oktober 2020 (chinesisch).
  33. 胡蓝月: 争取未来15年内让航班化航天运输系统在中国落地. In: spaceflightfans.cn. 31. Oktober 2020, abgerufen am 31. Oktober 2020 (chinesisch).
  34. Jeffrey Lin und P.W. Singer: China could become a major space power by 2050. In: popsci.com. 18. Dezember 2017, abgerufen am 26. Januar 2021 (englisch).
  35. JF-22超高速风洞项目通过国家基金委中期检查. In: imech.ac.cn. 4. Januar 2021, abgerufen am 22. August 2021 (chinesisch).
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