Ein historischer Fall: In unserem Land ist erstmals die Rückgewinnung der ersten Stufe einer Großrakete gelungen

Heute um 12:15 Uhr Peking-Zeit zündete unsere neue Generation großer Flüssigraketen, die Long March 10B, an der Startposition 2 des kommerziellen Raumfahrtstartplatzes in Hainan und hob ab. Sie brachte die Nutzlast erfolgreich in die vorgesehene Umlaufbahn – der Jungfernflug gelang.

Neben der Startmission erregte ein weiteres Experiment dieser Rakete große Aufmerksamkeit: die Rückgewinnung der ersten Stufe des Kernraketenkörpers.

In dem Gebiet des Südchinesischen Meeres, 430 Kilometer in Flugrichtung vom Startplatz entfernt, kehrte die erste Stufe des Kernraketenkörpers nach Abschluss ihrer Aufgabe zurück, sank senkrecht herab und landete sicher in dem riesigen Netz, das von der Seeplattform „Pilot“ aufgespannt wurde.

Dieses Netz ist 36 Meter hoch, auf einem großen Schiff mit einer vollen Verdrängung von 25.000 Tonnen montiert und speziell dafür ausgelegt, die Rakete aufzufangen.

Netzfang der ersten Stufe des Kernraketenkörpers von Long March 10B | Weibo @Raumfahrt-Träume verfolgen

Dieser Fang stellte zwei Rekorde auf. China ist nach den USA das zweite Land der Welt, das die Flugverifikation zur Rückgewinnung der ersten Stufe eines großen Flüssig-Trägerraketenkörpers abgeschlossen. Und die Verwendung eines Netzes zum Auffangen einer Rakete ist weltweit das erste Mal.

Personifizierte Darstellung des Netzfangs der ersten Stufe des Kernraketenkörpers von Long March 10B | stainless_squid

Warum muss eine Rakete zurückgewonnen werden?

Der direkteste Grund ist Kosteneinsparung.

Ein Beispiel: Ein Flugzeug fliegt von Peking nach Shanghai, tankt nach der Landung und wird überprüft, bevor es den nächsten Flug antreten kann. Herkömmliche Raketen funktionieren nicht so – sie werden nach einmaliger Nutzung unbrauchbar. Die erste Stufe schiebt die Nutzlast in den Himmel, stürzt nach Abschluss der Mission ab und wird verschrottet. Für den nächsten Start muss eine neue Rakete gebaut werden. Das wäre so, als würde man nach jedem Flug ein Flugzeug wegwerfen – die Kosten sind leicht vorstellbar.

Ausgerechnet die erste Stufe ist einer der teuersten Teile der gesamten Rakete: Sie ist die größte, hat die meisten Triebwerke und die komplexeste Technologie. Wenn sie zurückgewonnen, überholt und wiederverwendet werden kann – für mehrere, Dutzende Flüge –, können die Kosten pro Start stark gesenkt werden.

Nicht nur Kosteneinsparung ist ein Vorteil, sondern auch Geschwindigkeit. Der Bau einer großen Rakete dauert oft Monate oder sogar Jahre. Einwegverwendung bedeutet, dass man nur eine Rakete bauen und starten kann – der Startrhythmus wird durch die Produktionsgeschwindigkeit stark eingeschränkt. Wenn die zurückgefundene Rakete wiederverwendet werden kann, lässt sich der Rhythmus beschleunigen.

Dieser Weg wurde bereits erfolgreich beschritten: Die Falcon 9 von SpaceX in den USA erreicht mit der wiederholten Wiederverwendung ihrer ersten Stufe mehr als 100 Starts pro Jahr.

Daher ist die wiederverwendbare Rakete in den letzten Jahren zum globalen Haupttrend in der Raketenentwicklung geworden. Das Ziel ist dasselbe, aber es gibt mehr als einen Weg, es zu erreichen.

Warum die Netzrückgewinnung?

Das derzeit weltweit gängigste Rückgewinnungsverfahren, vertreten durch die Falcon 9 von SpaceX, lässt die Rakete selbst zurückkehren und „stehen“. Die erste Stufe entfaltet während der Rückkehr vier große hydraulische Landeglieder und landet schließlich senkrecht auf einer Land- oder Seeplattform.

Die erste Stufe des Kernraketenkörpers der Falcon 9 landet auf der See-Rückgewinnungsplattform | SpaceX

Dieses Verfahren ist bereits sehr ausgereift, hat aber einen unvermeidlichen Nachteil: Vier große Landeglieder plus die dazugehörigen komplexen Dämpfungseinheiten erhöhen das Eigengewicht der Rakete erheblich.

Die Rakete muss sie vom Zünden an tragen, bis sie erst Sekunden vor der Landung benötigt werden. Jede Sekunde, in der sie sie trägt, verbraucht unnötig Nutzlastkapazität. Je stabiler die Glieder gebaut sind, desto weniger Fracht kann die Rakete transportieren.

Landeglieder der Falcon 9 | Ken Kremer

Die Long March 10B geht einen anderen Weg.

In den ersten großen Abschnitten der Rückkehr unterscheidet sie sich nicht wesentlich von anderen wiederverwendbaren Raketen. Nach der Trennung von erster und zweiter Stufe entfaltet die erste Stufe des Kernraketenkörpers Gitterflügel (kleine gitterförmige Flügel am Raketenkörper, die speziell die Fluglage in der Atmosphäre steuern), die Triebwerke zünden erneut, um die Geschwindigkeit zu dämpfen, und sie fliegt auf die im Südchinesischen Meer wartende Plattform „Pilot“ zu.

Die Plattform „Pilot“ bleibt nicht untätig: Sie hält sich mit ihrem dynamischen Positionierungssystem gegen Wind und Wellen fest in der vorgesehenen Zone.

Der eigentliche Unterschied liegt im letzten Schritt. Während die Falcon 9 zu diesem Zeitpunkt die Glieder ausfährt, um zu landen, braucht die Long March 10B das nicht. Sie fliegt über die Plattform, senkt die horizontale Geschwindigkeit auf Null und sinkt dann senkrecht herab. Auf der Plattform bildet das Seilnetz eine „Brunnen“-Form. Sobald die an dem Raketenkörper angebrachten Fangstangen das Netz berühren, verteilen das Seilnetz und die Dämpfungseinheiten die Kraft schrittweise, reduzieren die Sinkgeschwindigkeit der Rakete Stück für Stück und fangen sie schließlich sicher auf.

Schematische Darstellung des Raketennetz-Rückgewinnungssystems | Chinesische Akademie für Trägerraketentechnologie

Dieser Vorgang ähnelt stark der Landung eines Trägerflugzeugs auf einem Flugzeugträger. Ein Kampfflugzeug landet auf dem Flugzeugträger, indem es mit seinem Heckhaken die Fangseile auf dem Deck greift und abrupt zum Stillstand gebracht wird. Die Long March 10B wird ebenfalls „gefangen“ – der Unterschied ist, dass das Trägerflugzeug horizontal anfliegt, während sie senkrecht sinkt.

Auf diese Weise wird das Gewicht der Landeeinheit von der Rakete auf die Plattform verlagert. Die Rakete behält nur wenige leichte Fangstangen, und das eingesparte Gewicht kann vollständig für die Nutzlast verwendet werden.

Warum gelang der Erfolg direkt beim Jungfernflug?

Eine Rakete, die zum ersten Mal in den Himmel aufsteigt, gelang nicht nur problemlos in die Umlaufbahn, sondern schloss auch die weltweit noch nie durchgeführte Netzrückgewinnung ab.

Das lag nicht an Glück.

Vor heute wurde fast jeder einzelne Schritt dieses Vorgangs separat geübt.

Bereits in der Bodenphase absolvierten die sieben Triebwerke der ersten Stufe zwei Festzündversuche: Die Rakete war an der Startposition befestigt, zündete, flog aber nicht ab. Dabei wurde speziell das Verhalten bei einem Schub von fast tausend Tonnen getestet, wenn alle sieben Triebwerke gleichzeitig laufen – sogar die erneute Zündung zum Dämpfen während der Rückkehr wurde am Boden vorausgeführt.

Ein noch wichtigerer Übungsversuch fand am 11. Februar dieses Jahres statt. China führte am Raumfahrtstartplatz Wenchang die Niedrigflug-Verifikation der Long March 10-Trägerraketenserie (Flugversuch zur Rettung bei maximalem dynamischen Druck des bemannten Raumschiffs Mengzhou) durch – der erste Flug der Long March 10-Serie im Prototypzustand.

Der im Februar dieses Jahres durchgeführte Niedrigflug-Verifikationsversuch der Long March 10 und der Rettungsflug bei maximalem dynamischen Druck des Raumschiffs Mengzhou | Xinhua Nachrichtenagentur

Bei diesem Versuch flog die erste Stufe der Rakete auf etwa 105 Kilometer Höhe, kehrte dann zurück, steuerte ihre Lage und dämpfte die Geschwindigkeit, schwebte fast in nur 5 Metern Höhe über der Meeresoberfläche, bevor die Triebwerke abgeschaltet wurden und der Raketenkörper senkrecht in die vorgesehene Zone im Meer eintauchte – der Aufschlagpunkt lag in der Nähe der Plattform „Pilot“, die zur Übung kooperierte.

Das war das erste Mal, dass die erste Stufe eines chinesischen Raketenkörpers auf dem Meer aufschlug.

Mit anderen Worten: Abgesehen von dem letzten Schritt, in dem sie ins Netz gelangte, war der gesamte Rückgewinnungsablauf bereits im Februar vollständig erfolgreich durchgeführt worden: Sind die Triebwerke zuverlässig, wenn sie während der Rückkehr mehrmals neu zünden? Hält der Raketenkörper der hohen Temperatur und dem Aufprall während der Rückkehr stand? Kann die Navigationssteuerung den Raketenkörper präzise zum Schiff bringen? Alle diese Fragen wurden bei diesem Versuch positiv beantwortet.

Der Prototyp-Raketenkörper schlug in der Nähe des Rückgewinnungsschiffs auf dem Meer auf | Xinhua Nachrichtenagentur

Daher ist es nicht so, dass die Long March 10B direkt beim Jungfernflug erfolgreich war – sondern vielmehr, dass sie eine Aufführung, die unzählige Male geübt wurde, auf die offizielle Bühne brachte und nur den letzten Schritt ergänzte: das Einfangen im Netz.

Was bedeutet das für die Zukunft?

Der erste Nutzen dieses Erfolgs kommt dem chinesischen bemannten Mondprogramm zugute.

China plant, die bemannte Mondlandung bis 2030 zu realisieren | CMS

Die Long March 10B ist keine einzeln agierende Rakete – hinter ihr steht die gesamte Long March 10-Serie, und diese Serie hat die Aufgabe, bis 2030 Chinesen zum Mond zu bringen.

Als erstes Mitglied der Serie, das in den Himmel aufsteigt, werden die Schlüsseltechnologien, die die Long March 10B heute verifiziert – wie mehrfaches Zünden der Triebwerke und Steuerung des Rückkehrflugs – zum gemeinsamen Vermögen der gesamten Serie. Sie sammeln wichtige technische und praktische Erfahrungen für die Entwicklung zukünftiger Modelle der Long March 10-Serie.

Auf der anderen Seite profitiert das intensiv im Aufbau befindliche Satelliten-Internet.

Das chinesische Niedrig-Erdumlaufbahn-Satelliten-Internet wird beschleunigt aufgebaut | CCTV Nachrichten

Die chinesischen Niedrig-Erdumlaufbahn-Konstellationen wie Guowang und Qianfan stehen kurz vor der großangelegten Vernetzung. Sol