Yuanzheng

Yuanzheng (chinesisch 遠征系列 / 远征系列, Pinyin Yuǎnzhēng Xìliè, deutsch: Fernmarsch) i​st eine v​on der Chinesischen Akademie für Trägerraketentechnologie für d​en Gebrauch m​it Trägerraketen v​om Typ „Langer Marsch“ (长征, Pinyin Chángzhēng) entwickelte u​nd gebaute Familie v​on Kickstufen, sogenannte „Apogäumsmotoren“, d​ie es ermöglichen, Raumflugkörper a​us einem Transferorbit i​n eine mittlere o​der geostationäre Umlaufbahn z​u befördern. Der Name w​urde von Long Lehao (龙乐豪, * 1938), d​em einstigen Chefkonstrukteur d​er Changzheng 3A vorgeschlagen. Die Trägerrakete führt e​inen langen Marsch a​us der Atmosphäre hinaus durch, d​ie Kickstufe trägt d​ie Nutzlast d​ann noch höher u​nd weiter.[1]

Hintergrund

Da die zweite bzw. dritte Stufe der Trägerraketen Langer Marsch 2 und Langer Marsch 3 nur einmal gezündet werden kann, ist sie nicht dazu in der Lage, einen langgezogenen Transferorbit in eine kreisförmige geosynchrone oder geostationäre Umlaufbahn zu verwandeln. Daher begann die Chinesische Akademie für Trägerraketentechnologie 2009 unter der Leitung von Chen Yi (陈益), dem stellvertretenden Leiter des Labors 13 der Hauptentwicklungsabteilung,[2] mit der Entwicklung einer zusätzlichen Oberstufe, die in der ursprünglichen Version ein, in der Variante Yuanzheng 2 zwei „Flüssigkeitsraketentriebwerke 50D“ (液体火箭发动机, Pinyin Yètǐ Huǒjiàn Fādòngjī, daher kurz „YF-50D“) verwendet, die mit einer hypergolen, also selbstzündenden Treibstoffmischung aus Distickstofftetroxid und 1,1-Dimethylhydrazin einen Vakuumschub von 6,5 kN erzeugen. Ein derartiges Triebwerk liefert einen spezifischen Impuls von 315,5 s, im Falle der Yuanzheng 2 sind es 321,2 s. Erstmals der Öffentlichkeit vorgestellt wurde die Kickstufen-Familie von Ma Zhibin (马志滨) und seinen Kollegen 2013 in der Fachzeitschrift Missiles and Space Vehicles, damals nur aus der Yuanzheng 1 für die Changzheng 3A und der Yuanzheng 2 für die in Entwicklung befindliche Changzheng 5 bestehend.[3][4] Ihren ersten Einsatz hatte die Kickstufe am 30. März 2015, als eine Yuanzheng 1 den experimentellen Navigationssatelliten Beidou-3 IGSO 1-S (北斗三号试验卫星 I1-S) in einen um 55° geneigten geosynchronen Orbit beförderte.

Ein Sonderfall i​st die Yuanzheng 3, d​ie nicht v​on CAST, sondern v​on der Shanghaier Akademie für Raumfahrttechnologie (SAST) entwickelt wurde. Sie arbeitet n​ach demselben Prinzip, i​st etwa gleich groß w​ie die Yuanzheng 1, i​hr Triebwerk h​at aber e​twas weniger Schubkraft. Dafür k​ann die Yuanzheng 3 m​it bis z​u 10 Satelliten wesentlich m​ehr Nutzlasten i​n eine Umlaufbahn befördern a​ls die Modelle d​er Chinesischen Akademie für Trägerraketentechnologie.

Bislang w​aren alle Einsätze d​er Yuanzheng-Kickstufen erfolgreich (Stand Januar 2020).

Varianten

Derzeit g​ibt es fünf Varianten d​er Kickstufe:

Yuanzheng 1

Die Yuanzheng 1 (chinesisch 遠征一號 / 远征一号, Pinyin Yuǎnzhēng Yī Hào, kurz YZ-1) wurde für Trägerraketen vom Typ Changzheng 2C und Changzheng 3A entwickelt. Sie hat einen Durchmesser von 2,8 m, ist für eine Lebensdauer von 6,5 Stunden ausgelegt, kann zweimal gezündet werden und einen oder zwei Satelliten in eine mittlere Erdumlaufbahn (2000–36.000 km) oder eine geostationäre Umlaufbahn (35.786 km) befördern.[5][6] Die Yuanzheng 1 hatte ihren ersten Einsatz am 30. März 2015 und ihren vorerst letzten Einsatz am 16. Dezember 2019, bislang immer mit Varianten der Changzheng 3 und immer mit Beidou-Navigationssatelliten (meistens zwei pro Start):

Nr.	Zeitpunkt (UTC)	Raketentyp	Startplatz	Nutzlast	Art der Nutzlast	Anmerkung
1	30. März 2015 13:52	CZ-3C	Xichang	Beidou-3 IGSO 1-S	Experimentalsatellit	Erfolg
2	25. Juli 2015 12:29	CZ-3B	Xichang	Beidou-3 M1-S Beidou-3 M2-S	Navigationssatelliten	Erfolg
3	1. Februar 2016 07:29	CZ-3C	Xichang	Beidou-3 M3-S	Navigationssatellit	Erfolg
4	5. November 2017 11:45	CZ-3B	Xichang	Beidou-3 M1 Beidou-3 M2	Navigationssatelliten	Erfolg
5	11. Januar 2018 23:18	CZ-3B	Xichang	Beidou-3 M3 Beidou-3 M4	Navigationssatelliten	Erfolg
6	12. Februar 2018 05:03	CZ-3B	Xichang	Beidou-3 M5 Beidou-3 M6	Navigationssatelliten	Erfolg
7	29. März 2018 17:56	CZ-3B	Xichang	Beidou-3 M7 Beidou-3 M8	Navigationssatelliten	Erfolg
8	29. Juli 2018 01:48	CZ-3B	Xichang	Beidou-3 M9 Beidou-3 M10	Navigationssatelliten	Erfolg
9	24. August 2018 23:52	CZ-3B	Xichang	Beidou-3 M11 Beidou-3 M12	Navigationssatelliten	Erfolg
10	19. September 2018 14:07	CZ-3B	Xichang	Beidou-3 M13 Beidou-3 M14	Navigationssatelliten	Erfolg
11	15. Oktober 2018 04:23	CZ-3B	Xichang	Beidou-3 M15 Beidou-3 M16	Navigationssatelliten	Erfolg
12	18. November 2018 18:00	CZ-3B	Xichang	Beidou-3 M17 Beidou-3 M18	Navigationssatelliten	Erfolg
13	22. September 2019 21:10	CZ-3B	Xichang	Beidou-3 M23 Beidou-3 M24	Navigationssatelliten	Erfolg
14	23. November 2019 00:45	CZ-3B	Xichang	Beidou-3 M21 Beidou-3 M22	Navigationssatelliten	Erfolg
15	16. Dezember 2019 07:22	CZ-3B	Xichang	Beidou-3 M19 Beidou-3 M20	Navigationssatelliten	Erfolg

Yuanzheng 1A

Die Yuanzheng 1A (chinesisch 遠征一號甲 / 远征一号甲, Pinyin Yuǎnzhēng Yī Hào Jiǎ, kurz YZ-1A) wurde speziell für die mittelschwere Trägerrakete Changzheng 7 entwickelt. Hierbei handelt es sich um eine prinzipiell baugleiche aber verstärkte Version der Yuanzheng 1, mit einer Lebensdauer von mindestens 48 Stunden,[7] die 20 Mal gezündet werden und bis zu sieben Satelliten in einer vorprogrammierten Reihenfolge in verschiedenen Umlaufbahnen aussetzen kann.[8] Um dies zu erreichen, wurde die Treibstoffzuführung für das YF-50D-Triebwerk auf Pumpenförderung umgestellt, wodurch, während die Kickstufe im Orbit ihr Programm abarbeitet, nach dem Abschalten des Triebwerks immer wieder neuer Treibstoff zugeführt werden kann. Außerdem bekam die Yuanzheng 1A verbesserte Steuerdüsen für die Lageregelung sowie ein System zur präzisen Ausrichtung des Schubvektors des Haupttriebwerks. Auch die Temperaturregelung der Kickstufe wurde verbessert. Nachdem sie ihre Aufgaben erfüllt hat, verlässt die Yuanzheng 1A die Umlaufbahn und tritt in die Atmosphäre ein, wo sie vollständig verglüht, sodass kein Weltraummüll übrigbleibt.

Die Yuanzheng 1 A wurde bis jetzt (Stand Januar 2020) nur einmal eingesetzt, am 25. Juni 2016. Bei dieser Gelegenheit wurde zunächst der Technologieerprobungssatellit Aolong 1 (遨龙一号, deutsch: schlendernder Drache) ausgesetzt, der wiederum aus dem eigentlichen Satelliten mit Greifarm bestand, sowie einem kleinen Satelliten, der ein Stück Weltraummüll darstellte, womit das Einsammeln von mittleren und großen Trümmerstücken geübt werden sollte.[9] Anschließend wurden der 12U-Cubesat Aoxiang zhi Xing (翱翔之星) der Polytechnischen Universität Nordwestchinas sowie die Formationsflug-Testsatelliten Tiange Feixingqi 1 und 2 (天鸽飞行器一、二号) in verschiedenen Umlaufbahnen ausgesetzt. Danach fungierte die Kickstufe, auf der das experimentelle Satellitenbetankungsgerät Tianyuan 1 (天源一号) der Universität für Wissenschaft und Technik der Landesverteidigung befestigt war,[10] bei einem Test für das bemannte Raumschiff der neuen Generation als Servicemodul für ein verkleinertes Modell der Rückkehrkapsel.[11]

Yuanzheng 1S

Die Yuanzheng 1S (chinesisch 遠征一號商業型 / 远征一号商业型, Pinyin Yuǎnzhēng Yī Hào Shāngyè Xíng, deutsch: Fernmarsch 1, kommerzieller Typ, kurz YZ-1S) wurde ursprünglich für kommerzielle Satellitenstarts mit der Trägerrakete Changzheng 2C entwickelt. Sie hat nur eine kurze Lebensdauer von etwa einer Stunde[12] und zündet sofort, nachdem sie sich von der zweiten Stufe der Trägerrakete getrennt hat. Mit der Kickstufe steigt die maximale Nutzlast der Changzheng 2C für eine sonnensynchrone Umlaufbahn von 700 km Höhe von 1,2 t auf etwa 2 t.[13] Die Yuanzheng 1S hatte ihren ersten Einsatz am 9. Oktober 2018:

Nr.	Zeitpunkt (UTC)	Raketentyp	Startplatz	Nutzlast	Art der Nutzlast	Anmerkung
1	9. Oktober 2018 02:43	CZ-2C	Jiuquan	Yaogan 32-01A Yaogan 32-01B	Aufklärungssatelliten	Erfolg
2	24. August 2021 11:15	CZ-2C	Jiuquan	IFTS 1 IFTS 2 ?	Nationales Satelliteninternet	Erfolg
3	3. November 2021 07:43	CZ-2C	Jiuquan	Yaogan 32-02A Yaogan 32-02B	Aufklärungssatelliten	Erfolg

Yuanzheng 2

Die Yuanzheng 2 (chinesisch 遠征二號 / 远征二号, Pinyin Yuǎnzhēng Èr Hào, kurz YZ-2) wurde speziell für die schwere Trägerrakete Changzheng 5 entwickelt. Sie hat einen Durchmesser von 3,8 m, wiegt 1,8 t und besitzt zwei Triebwerke vom Typ YF-50D, die zweimal gezündet werden können[14] und zusammen einen Vakuumschub von 13 kN bzw. einen spezifischen Impuls von 321,2 s erzeugen. Die Lebensdauer der Kickstufe, die bis zu vier Satelliten[15] bzw. Sonden aus einer Transferbahn in niedere, mittlere und hohe Orbits oder eine Umlaufbahn um den Mond befördern kann, beträgt sieben Stunden.[16] Während dieser Zeit können die beiden über Pumpen mit Treibstoff aus je zwei kugelförmigen Tanks für Distickstofftetroxid und 1,1-Dimethylhydrazin versorgten Triebwerke für insgesamt 1105 Sekunden (etwa 18,5 Minuten) arbeiten.

Bei i​hrem ersten Einsatz a​m 3. November 2016 hatten d​ie ersten beiden Stufen d​er Trägerrakete d​en Experimentalsatelliten Shijian 17 zunächst i​n eine falsche Transferbahn gebracht. Die Kickstufe konnte d​ies jedoch kompensieren u​nd hob d​en Satelliten i​n den gewünschten geostationären Orbit, sodass d​ie Mission – d​er Erstflug d​er Changzheng 5 – a​ls Erfolg verbucht werden konnte. Auch b​ei ihrem nächsten Einsatz a​m 27. Dezember 2019 erfüllte d​ie Yuanzheng 2 a​lle Erwartungen.[17]

Yuanzheng 3

Die Yuanzheng 3 (chinesisch 遠征三號 / 远征三号, Pinyin Yuǎnzhēng Sān Hào, kurz YZ-3) hieß ursprünglich Tianyun 1 (天运一号, deutsch: Himmelstransporter 1), sie wurde ab 2013 von der Shanghaier Akademie für Raumfahrttechnologie für Trägerraketen der von dieser Firma hergestellten Changzheng-4-Serie und Changzheng 2D entwickelt und im November 2014 auf der Internationalen Luft- und Raumfahrtausstellung in Zhuhai erstmals der Öffentlichkeit vorgestellt.[18][19] Die Kickstufe ist für eine Einsatzdauer von 48 Stunden konzipiert, kann mindestens 20 mal gezündet werden und bis zu 10 Satelliten in unterschiedlichen Umlaufbahnen aussetzen.[20] Das Gerät besitzt einen Durchmesser von 2,95 m und ist 2,2 m hoch, die Schubkraft seines mit Distickstofftetroxid und 1,1-Dimethylhydrazin arbeitenden Triebwerks beträgt 5 kN. Bislang wurde die Yuanzheng 3 nur einmal eingesetzt, am 29. Dezember 2018. Bei dieser Gelegenheit setzte sie den Experimentalsatelliten Hongyan 1 (“鸿雁”星座首发星, deutsch: Schwanengans) für ein satellitenbasiertes Internetsystem mit in einer ersten Phase bis 2022 geplanten 60 Satelliten in einer niedrigen Umlaufbahn aus,[21][22] dazu noch sechs Atmosphärenforschungssatelliten des Typs Yunhai 2 (云海二号).[23]

Einzelnachweise

1. 郭超凯: 揭秘“远征”上面级：卫星的“太空摆渡车”. In: m.chinanews.com. 16. Dezember 2019, abgerufen am 9. Januar 2020 (chinesisch).
2. 李柳青: 中国运载火箭技术研究院陈益副主任走进130514班“榜样论谈”. In: ase.buaa.edu.cn. 13. Dezember 2013, abgerufen am 8. Januar 2020 (chinesisch).
3. 马昆、马志滨 et al.: 上面级发展现状及趋势分析. In: 导弹与航天运载技术, 2013, 6, S. 24–28.
4. 中国长征八号火箭有望两年内首飞 可回收重复使用. In: mil.sina.cn. 6. November 2018, abgerufen am 6. Januar 2020 (chinesisch).
5. 张素: 升级版的中国“太空摆渡车”将带来什么？ In: chinanews.com. 25. Juni 2016, abgerufen am 8. Januar 2020 (chinesisch).
6. 带你认识远征上面级“四兄弟”. In: m.calt.com. Abgerufen am 8. Januar 2020 (chinesisch).
7. 我国远征上面级技术国际先进. In: calt.com. 26. Juni 2016, abgerufen am 8. Januar 2020 (chinesisch).
8. 长征七号第一次飞行，就搭载了这些VIP“乘客”. In: zhuanti.spacechina.com. 26. Juni 2016, abgerufen am 28. Februar 2020 (chinesisch).
9. 松鼠: 中国遨龙一号飞行器领全球风骚：用机械臂抓太空碎片. In: thepaper.cn. 28. Juni 2016, abgerufen am 9. Januar 2020 (chinesisch).
10. 长征七号搭载神秘遨龙一号 测试清理太空垃圾. In: mil.news.sina.com.cn. 27. Juni 2016, abgerufen am 9. Januar 2020 (chinesisch).
11. 李国利、曾涛、陈曦、梅常伟: 长征七号运载火箭搭载6类7项新型载荷 均为首次发射验证. In: gov.cn. 26. Juni 2016, abgerufen am 8. Januar 2020 (chinesisch).
12. 郭超凯: 揭秘“远征”上面级：卫星的“太空摆渡车”. In: m.chinanews.com. 16. Dezember 2019, abgerufen am 9. Januar 2020 (chinesisch).
13. 刘岩: 姜杰委员：多型运载火箭将相继承担重大航天工程任务. In: spaceflightfans.cn. 5. März 2021, abgerufen am 5. März 2021 (chinesisch).
14. Rui C. Barbosa: China conducts Long March 5 maiden launch. In: nasaspaceflight.com. 2. November 2016, abgerufen am 9. Januar 2020 (englisch).
15. 马昆、马志滨 et al.: 上面级发展现状及趋势分析. In: 导弹与航天运载技术, 2013, 6, S. 26.
16. 张素: 中国航天科技集团一院：“太空摆渡车”将添新款. In: chinadaily.com.cn. 29. Oktober 2016, abgerufen am 8. Januar 2020 (chinesisch).
17. Chris Gebhardt: Long March 5 conducts critical Return To Flight mission. In: nasaspaceflight.com. 27. Dezember 2019, abgerufen am 9. Januar 2020 (englisch).
18. 张雪松: 国产“太空巴士”争锋珠海. In: new.qq.com. 9. November 2014, abgerufen am 10. Januar 2020 (chinesisch). Das obere Bild zeigt die Yuanzheng 1.
19. 地王星星: 天运一号（TY-1）——航天八院基于肼基推进剂的多星上面级. In: lt.cjdby.net. 12. November 2014, abgerufen am 10. Januar 2020 (chinesisch).
20. 喻菲、吴晶晶、姬少亭: “金牌火箭”护送“悟空”上太空. In: xinhuanet.com. 17. Dezember 2015, abgerufen am 10. Januar 2020 (chinesisch).
21. Rui C. Barbosa: Long March 2D concludes 2018 campaign with Hongyan-1 launch. In: nasaspaceflight.com. 29. Dezember 2018, abgerufen am 10. Januar 2020 (englisch).
22. 胡喆: “鸿雁传信、永不失联”：“鸿雁”星座首发星成功发射 一期60颗卫星预计2022年组网运营. In: xinhuanet.com. 29. Dezember 2018, abgerufen am 10. Januar 2020 (chinesisch).
23. 李国利、李潇帆: 我国成功发射6颗云海二号卫星 搭载发射鸿雁星座首颗试验星. In: xinhuanet.com. 29. Dezember 2018, abgerufen am 10. Januar 2020 (chinesisch).