Shijian 20

Shijian 20 (chinesisch 實踐二十號 / 实践二十号, Pinyin Shíjiàn Èrshí Háo, deutsch: e​twa „Praxiserprobung 20“) i​st ein chinesischer Technologieerprobungssatellit.

Shijian 20
Typ: Experimentalsatellit
Land: China Volksrepublik Volksrepublik China
Betreiber: Chinesische Akademie für Weltraumtechnologie
COSPAR-ID: 2019-097A
Missionsdaten
Masse: > 8000 kg[1]
Start: 27. Dezember 2019
12:45 Uhr (UTC)
Startplatz: Kosmodrom Wenchang
Trägerrakete: Langer Marsch 5
Status: aktiv
Bahndaten[2]
Bahnhöhe: 35.790 km
Bahnneigung: 0,6°
Am: 2. November 2021

Geschichte

Der v​on der Chinesischen Akademie für Weltraumtechnologie u​nter der Leitung v​on Li Feng (李峰) v​om Qian-Xuesen-Labor für Weltraumtechnologie[3] gebaute Satellit beruht a​uf dem n​eu entwickelten DFH-5-Bus d​er Firma u​nd dient dazu, d​ie Schlüsseltechnologien d​er neuen Satellitenplattform z​u erproben. Nach einigen Problemen m​it der Trägerrakete Langer Marsch 5 – der weitgehend baugleiche Vorgängersatellit Shijian 18 w​ar am 2. Juli 2017 s​echs Minuten n​ach dem Start i​n den Indischen Ozean gestürzt – h​ob Shijian 20 a​m 27. Dezember 2019 u​m 12:45 (UTC) v​om Kosmodrom Wenchang a​uf der Insel Hainan ab. Etwa 34 Minuten n​ach dem Start trennte s​ich der 8 t schwere Satellit v​on der Kickstufe d​er Rakete u​nd schwenkte i​n eine geostationäre Umlaufbahn ein.[4][5][6]

Besonderheiten

Solarpaneele

Der DFH-5-Bus besitzt zwei halbstarre Solarzellenflügel aus jeweils sechs Modulen, die ein „Kruzifix“ bilden und dem Satelliten in voll ausgeklapptem Zustand eine „Flügelspannweite“ von 45 m verleihen, rund 10 m mehr als beim Verkehrsflugzeug Boeing 737. Damit wird eine Leistung von 30 kW erzeugt,[7] wovon 18 kW für die Nutzlasten zur Verfügung stehen.[8] Die Solarpaneele sind sowohl von der Spannweite als auch von der Fläche her Chinas bislang größte ihrer Art, auch der Ausklappmechanismus ist so kompliziert wie noch nie. Einmal entfaltet, können die jeweils rund 50 kg schweren Solarzellenflügel von einem Motor langsam um die Längsachse rotiert werden, um sie möglichst zur Sonne hin auszurichten. Bei dem Kommunikationssatelliten NigComSat-1, der auf dem DFH-4-Bus basierte, war im April 2008 der Rotationsmechanismus an einem Solarzellenflügel ausgefallen, was im weiteren Verlauf zu einem Totalverlust des Satelliten führte. Daraufhin wurde der Antrieb von der Akademie für Weltraumtechnologie umkonstruiert.[9]

Breitband-Datenübertragung

Die Chinesische Akademie für Weltraumtechnologie arbeitet seit 2016 an Technologien für ein satellitengestütztes, von Militär und zivilen Kunden gemeinsam genutztes Internet, das besonders für Streamingdienste, mobile Kommunikation, Rettungsdienste und das Internet der Dinge von Interesse ist. Eines der Probleme hierbei ist, dass das für diese Zwecke an sich gut geeignete Ka-Band (27–40 GHz)[10] bereits stark genutzt wird. Daher trägt Shijian 20 nun einen vom Forschungsinstitut 504 der Chinesischen Akademie für Weltraumtechnologie entwickelten „Flexiblen Breitband-Transponder“ (broadband flexible transponder) für den Q/V-Bereich, also 33–75 GHz, wo sich das Gerät je nach Bedarf freie Frequenzen sucht.[11][12] Damit wird die praktisch erreichbare Datenübertragungsrate um das Vier- bis Fünffache erhöht und liegt bei einer genutzten Bandbreite von 5,5 GHz nun bei 70 Gbit/s. Ein erster Systemtest fand am 4. Januar 2020 statt, und vom 10. bis 14. März 2020 wurde erfolgreich der Frequenzwechsel getestet.[13]

Als nächstes soll nun die Datenübertragung bei verschiedenen Wetterverhältnissen erprobt werden, mit Schwerpunkt auf der Untersuchung der Absorptionsverluste durch Regentropfen, die in Ländern mit Monsunklima ein gewisses Problem darstellen.[14] In China arbeiten derzeit mehrere Firmen an auf dem DFH-5-Bus basierenden Kommunikationssatelliten mit Übertragungsraten von 100 Gbit/s bis 1 Tbit/s, die den an Projekten der Neuen Seidenstraße beteiligten Ländern und ihren Anrainerstaaten damit hochqualitatives Internet zur Verfügung stellen wollen, ohne dass aufwändige Glasfasernetze gebaut werden müssen.

Kommunikationslaser

Von der Volksbefreiungsarmee wird bei schlechtem Weltraumwetter, wenn der Sonnenwind den Funkverkehr stört, die sogenannte „optoelektronische Nachrichtenübermittlung“ mittels Laser, eine Hochgeschwindigkeitsvariante der alten Blinksignale, bereits routinemäßig eingesetzt.[15] Ebenso finden Kommunikationslaser auf den Beidou-Navigationssatelliten Verwendung, um ihren Flug in einer netzförmigen Satellitenkonstellation zu koordinieren. Anders als bei diesen Anwendungen, wo sich immer nur ein Laser auf dem Satelliten befindet, hat Shijian 20 ein vom Forschungsinstitut 504 über einen Zeitraum von 15 Jahren entwickeltes Infrarotlaser-Terminal mit drei verschiedenen Systemen, die über längere Zeit erprobt werden sollen, um für die Entwicklung zukünftiger Kommunikationslaser, vor allem für die voraussichtlich 2022 in Betrieb gehende modulare Raumstation, Daten aus dem praktischen Orbitalbetrieb zu sammeln.[5] Das derzeit auf Shijian 20 installierte Laser-Terminal erzielte bei einem Test Anfang April 2020 im Zweikanal-Betrieb, der im Vergleich zu einem einzelnen Laser neben der höheren Geschwindigkeit auch eine bessere Störsicherheit bietet, mit Quadraturphasenumtastung eine Übertragungsrate von 10 Gbit/s.[16]

Hybridantrieb

Shijian 20 verfügt über e​inen Hybridantrieb. Zum e​inen hat e​r ein Flüssigkeitstriebwerk, d​as einen h​ohen Vakuumschub liefert u​nd dazu diente, d​en Satelliten n​ach der Abtrennung v​on der Trägerrakete r​asch in s​eine geostationäre Umlaufbahn z​u bringen. Auch d​ie Steuerdüsen für d​ie Ausrichtung d​es Satelliten s​ind chemische Triebwerke. Für d​ie feinen Bahnkorrekturen während seiner voraussichtlich 16-jährigen Lebensdauer verfügt d​er Satellit außerdem über e​in Ionentriebwerk. Dieses erzeugt z​war nur e​inen geringen Schub, d​er sich a​ber in z​wei Stufen regeln lässt, wodurch d​er Satellit e​ine hohe Effizienz b​ei der Treibstoffnutzung erhält.[6]

Kühlsystem

Der DFH-5-Bus ist zwar relativ groß, seine Oberfläche genügt jedoch nicht, um die von den Nutzlasten im Regelbetrieb erzeugte Hitze abzustrahlen, vor allem, wenn sich diese im Zentrum des Gehäuses befinden. Aus diesem Grund verfügt der Satellit über einen geschlossenen Kühlmittelkreislauf. Über Röhren wird eine Flüssigkeit zu allen Geräten geleitet, wo sie die überschüssige Wärme aufnimmt und zu einem Kühlkörper an der Außenseite des Satelliten transportiert, der die Wärme dann ins Weltall abstrahlt. Besagter Kühlkörper aus einem Formgedächtnispolymer lag während des Starts flach an der Wand des Satelliten.[17][18] Nachdem Shijian 20 den korrekten Orbit erreicht und den Betrieb aufgenommen hatte, löste sich die Verriegelung automatisch und der Kühlkörper entfaltete sich.[7] Falls sich dieses Kühlsystem auf Dauer bewährt, könnte man so bei zukünftigen Satellitenplattformen im 10-Kilowatt-Bereich den Widerspruch zwischen der Abwärmeerzeugung der immer anspruchsvolleren Nutzlasten und der ungenügenden Gehäuseoberfläche elegant lösen. Da bei dem in Shijian 20 installierten Kühlsystem die Temperatur im Inneren des Satelliten bei 35 K, also −238 °C gehalten wird, wäre es auch für die Kühlung der empfindlichen Geräte in Tiefraumsonden geeignet, um deren Wärmerauschen zu reduzieren.[19]

Einzelnachweise
  1. Gunter Dirk Krebs: SJ 20. In: space.skyrocket.de. Abgerufen am 8. April 2020 (englisch).
  2. SJ-20. In: n2yo.com. Abgerufen am 2. November 2021 (englisch).
  3. 孙琳、樊立辉: 南京大学田庆久教授、中国空间技术研究院李峰研究员来工程中心进行学术交流. In: software.henu.edu.cn. 2. April 2019, abgerufen am 8. April 2020 (chinesisch).
  4. 胡喆、周旋: 一身真功夫 亮点真不少——盘点实践二十号卫星上的“黑科技”. In: xinhuanet.com. 27. Dezember 2019, abgerufen am 8. April 2020 (chinesisch).
  5. Chris Gebhardt: Long March 5 conducts critical Return To Flight mission. In: nasaspaceflight.com. 27. Dezember 2019, abgerufen am 8. April 2020 (englisch).
  6. 赵竹青: 实践二十号卫星成功发射 掀开我国航天器升级换代新篇章. In: scitech.people.com.cn. 27. Dezember 2019, abgerufen am 8. April 2020 (chinesisch).
  7. Mark Wade: DFH-5 in der Encyclopedia Astronautica, abgerufen am 8. April 2020 (englisch).
  8. China Displays Cutting-edge Space Technology at Paris. In: cgwic.com. 17. Juni 2019, abgerufen am 8. April 2020 (englisch).
  9. 黄全权、鲁慧蓉: 中国研制并交付的尼日利亚通信卫星一号失效. In: chinanews.com. 12. November 2008, abgerufen am 8. April 2020 (chinesisch).
  10. 罗马廊檐: 实践-13/中星-16卫星：刷新国内高轨卫星技术“新指标”. In: blog.sina.com.cn. 18. April 2017, abgerufen am 8. April 2020 (chinesisch).
  11. 李煌: 卫星宽带柔性转发器中交换系统的设计研究与硬件实现. In: gb.oversea.cnki.net. Abgerufen am 8. April 2020 (chinesisch).
  12. Zhang Fei et al.: Design of a Near Perfect Reconstruction Prototype Filter on Flexible Transponder for Broadband Satellite Communications. In: researchgate.net. Abgerufen am 8. April 2020 (englisch).
  13. 实践二十号卫星：我国首个Ka频段宽带柔性转发器在轨测试第一阶段圆满成功. In: spaceflightfans.cn. 20. März 2020, abgerufen am 8. April 2020 (chinesisch).
  14. 张睿奇、郭洪英: 航天科技五院西安分院实践二十号卫星Q/V载荷技术圆满完成第一阶段在轨测试. In: spacechina.com. 10. April 2020, abgerufen am 10. April 2020 (chinesisch).
  15. 张宏洲: 2017军校巡礼第二十五站：航天工程大学. In: mod.gov.cn. 15. Juni 2017, abgerufen am 8. April 2020 (chinesisch).
  16. 速率高达10Gbps！实践二十号卫星激光通信通过在轨验证. In: spaceflightfans.cn. 8. April 2020, abgerufen am 8. April 2020 (chinesisch).
  17. 蒋建军 et al.: 形状记忆智能复合材料的发展与应用. In: jme.biam.ac.cn. 17. August 2018, abgerufen am 8. April 2020 (chinesisch).
  18. 夏爱兰: 神奇的形状记忆材料. In: xinhuanet.com. 27. September 2019, abgerufen am 8. April 2020 (chinesisch).
  19. 胡喆、周旋: 一身真功夫 亮点真不少——盘点实践二十号卫星上的“黑科技”. In: xinhuanet.com. 27. Dezember 2019, abgerufen am 8. April 2020 (chinesisch).
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