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Eine historische Perspektive auf chinesische Raumflugzeuge

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Dieser Artikel ist der erste eines zweiteiligen Blogbeitrags von China Aerospace Blog über chinesische Raumflugzeuge. Es legt den Kontext von Raumflugzeugen in China fest und geht auf frühere Versuche ein, solche Fahrzeuge zu bauen. Teil 2 wird eine Analyse der aktuellen Projekte in der Entwicklung von chinesischen Staats- und Privatunternehmen bieten.

Inhaltsverzeichnis

1 – Einführung in Raumflugzeuge
2 – Chinas Sicht auf das Thema: Raumflugzeug, Booster, Kapsel?
3 – Chinas frühe Raumfahrtindustrie und Projekt 863
4 – Die 2000er und 2010er: Hinweise auf ein erneutes Interesse an Raumflugzeugen

Einführung in Raumflugzeuge

Ein Raumflugzeug ist definiert als ein wiederverwendbares Raumfahrzeug, das den von seinem Körper und seinen Flügeln erzeugten Auftrieb verwendet, um beim Manövrieren in der Erdatmosphäre zu gleiten / zu fliegen, im Gegensatz zu Kapselraumfahrzeugen oder vertikalen Startboostern, die einer ballistischen Flugbahn folgen und normalerweise auf Fallschirme, Airbags oder Retroantrieb angewiesen sind landen.

Während Raumflugzeuge im Vergleich zu konventionelleren Raumfahrzeugen unbestreitbar Vorteile haben, waren die Kosteneffizienz der Wiederverwendbarkeit von Raumflugzeugen und die technischen Herausforderungen eine etwas schwierige Gleichung. Aus diesem Grund wurden Starts im Wesentlichen mit vertikalen Startraketen durchgeführt und bemannte Raumfahrzeuge waren fast alle Kapseln: Apollo, Soyuz, Shenzhou, Crew Dragon, Starliner usw.

Trotz alledem wurde in der Vergangenheit auf Raumflugzeugen eine enorme Menge an Arbeit geleistet. Im 20. Jahrhundert wurde sehr aktiv geforscht, um die Wissenschaft solcher Raumflugzeuge zu verstehen, die gleichzeitig mit den Herausforderungen der Hyperschall-Flugdynamik, der verfeinerten atmosphärischen Umgebung und der extremen Erwärmung konfrontiert sind. Es gab auch viele ehrgeizige Projekte, insbesondere während des „Spaceplane-Fiebers“ der 1970er und 1980er Jahre: DynaSoar, NASP, das Space Shuttle, Buran, Hermes, Dream Chaser, …; die Liste ist endlos. Die meisten wurden schließlich aufgrund von Haushaltszwängen oder technischen Schwierigkeiten aufgegeben. Diesem Thema wurde viel Literatur gewidmet, darunter die folgenden ausgezeichneten Bücher: [1], [2] und [3].

Space Shuttle LandungAbb. 1 – das Space Shuttle, ein emblematisches Raumflugzeug (Credits: NASA)

Chinas Meinung dazu: Raumflugzeug, Booster, Kapsel?

Aus früheren und gegenwärtigen chinesischen Raumfahrzeugen wissen wir, dass China sich für konventionellere Ansätze entschieden hat: Verbrauchsbooster, Senkrechtstarter, Kapseln für bemannte Raumfahrzeuge. Pläne für die Wiederverwendbarkeit haben das Raumflugzeug auch nicht wieder in die Gleichung gebracht: NewSpace-Startups rennen um den Bau von VTVL*-Raketen im SpaceX-Stil, und das zukünftige bemannte Raumfahrtprogramm des Landes wird auf ein bald getestetes "Next Generation Crewed Vehicle" angewiesen sein “, eine kegelförmige Kapsel.

Man könnte sich fragen, ob dies eine einfache Wahl war. Wie verliefen die Debatten unter der chinesischen Führung bei der Wahl einer Lösung gegenüber der anderen? Gab es trotz der Entwicklung von überwiegend Einweg-Senkrechtstart-Trägerraketen parallel eine Entwicklung von Raumflugzeugen?

Um diese Fragen zu beantworten, geht dieser Blogbeitrag auf die Geschichte der chinesischen Raumfahrtentwicklung ein und gibt einen Überblick über zukünftige Raumfahrtprojekte (siehe Teil 2).

*VTVL: Vertikalstart Vertikallandung

Chinas frühe Raumfahrtindustrie und Projekt 863

Chinas Raumfahrtprogramm lässt sich bis in die frühen 1950er Jahre zurückverfolgen, als das weltweite Hauptinteresse am Weltraum der Entwicklung ballistischer Raketen galt, die nukleare Nutzlasten transportieren können. Chinas Interesse am Weltraum war nicht anders, und es begann mit der Entwicklung der Dongfeng-Raketenserie, angeführt von einigen brillanten chinesischen Rückkehrern wie Tsien Hsue-Shen. Wie in den meisten Ländern führte dies später zu einer Familie von Einweg-Trägerraketen, der Long March-Serie. In den späten 1980er und frühen 1990er Jahren hatte China bedeutende Startfähigkeiten entwickelt: Long March 2 und 4 Derivate konnten mehrere Tonnen in LEO/SSO starten, und die neu entwickelten Long March 3 (und 2E) hatten den Weg für den Start geebnet von GEO-Satelliten. China hatte seine ersten meteorologischen Satelliten (Fengyun) und Komsate (DFH-2) in die Umlaufbahn gebracht und mit dem abrufbaren Satellitenprogramm FSW eine gewisse Expertise im atmosphärischen Wiedereintritt erworben. Bisher keine wirklichen Anzeichen für ein Raumflugzeug.

Doch in dieser Zeit würde Chinas erster bestätigter Versuch stattfinden, ein Raumflugzeug zu konstruieren, auch wenn es am Ende auf Studienniveau blieb. Die 1980er Jahre waren ein Wahnsinn für Raumflugzeuge, als fast jede Industriemacht ihr eigenes Raumflugzeug für vollständig wiederverwendbare und kostengünstige Orbitalstarts entwarf. Die Vereinigten Staaten hatten ihr Space Shuttle bereits 1981 in Dienst gestellt, die UdSSR arbeitete an Buran, Europa an Hermes, Japan an HOPE usw. Im Zuge der US-Strategie für strategische Verteidigung investierten viele andere Länder massiv in die Grundlagenforschung, um sorgen für die nächsten Durchbrüche in der Raumfahrttechnologie.

Auch hier war China nicht anders und führte 1986 den 863-Plan ein, auch bekannt als der staatliche High-Tech-Forschungs- und Entwicklungsplan (国家高技术研究发展计划). Die Schwerpunkte von Plan 863 waren Biotechnologie, Raumfahrt, Informationstechnologie, Lasertechnologie, Automatisierung, Energie und Neue Materialien. Im Bereich der Weltraumtechnik befand sich ein bemanntes Raumfahrtprogramm mit dem Codenamen Project 863-204. 1987 wurde dann ein Ausschreibungsverfahren für ein bemanntes Raumfahrzeug aufgesetzt, an dem sich bis zu 60 chinesische Forschungsinstitute beteiligten. Es wurden 11 Projekte eingereicht, von denen 6 vom 863 Expertengremium ausgewählt und um eine eingehende Machbarkeitsstudie gebeten wurden.

Die sechs Projekte repräsentierten ein sehr breites Spektrum an Lösungen für den Weltraumtransport, von einer konservativen Kapsel über zwei Space Shuttle-ähnliche Vorschläge mit Tianjiao-1 und Chang Cheng-1 bis hin zu den viel futuristischeren V-2 und H-2, wobei letztere horizontal abheben und mit luftatmenden Triebwerken ausgestattet sind. Die Raumflugzeuge der zweiten Generation V-2 und H-2 galten als zu anspruchsvoll und wurden 1988 eingestellt. Die Debatte zwischen den konventionelleren Raumflugzeugen und der Kapsel ging jedoch weiter, und erst 1990 wurde das und Aerospace entschieden sich für die Kapsellösung, die kurzfristig als realistischer und wirtschaftlicher angesehen wird. Die Tianjiao-1-Lösung von CALT wurde zu diesem Zeitpunkt nie offiziell ausgeschlossen, das Raumflugzeug sei „ein langfristiges Ziel für etwa 2015“. Der Siegeszug der Kapsellösung führte 921 zur offiziellen Einführung des Programms in das Projekt 1992, auch bekannt als das Weltraumprogramm Shenzhou. Eine detailliertere historische Perspektive auf Projekt 921 findet sich in [4].

Projekt 863 VorschlägeAbb. 2 – jeweils Chang Cheng-1, Tianjiao-1, V-2 und H-2 (Credits: Mark Wade)

Die 2000er und 2010er: Hinweise auf ein erneutes Interesse an Raumflugzeugen

Trotz der Annahme des Projekts 921 und der erfolgreichen Mission des ersten Taikonauten an Bord von Shenzhou im Jahr 2003 wurde die Forschung an Raumflugzeugen wahrscheinlich zwischen den Instituten des CASC und verschiedenen akademischen Partnern fortgesetzt. Im Jahr 2006 präsentierte CALT auf der IAC in Sevilla die so genannte Roadmap 2006 [5], die einen 3-Stufen-Plan für wiederverwendbare Trägerraketen entwirrt, der als notwendige Technologie zur Senkung der Startkosten dargestellt wird. In dieser Roadmap wurde die Wiederverwendbarkeit durch das Heben von Raumfahrzeugen erreicht, die horizontal landen können. Schritt 1 war eine horizontal startende Trägerrakete mit vertikalem Start, ähnlich wie Tianjiao-1 und Chang Cheng-1 in Projekt 863. HTHL)-Raumflugzeug, und Schritt 2 wäre ein einstufiges HTHL-Raumflugzeug (SSTO). Damals sollte Step-3 „in 1 Jahren“ fertig sein und zusätzlich zu Long March 15, das sich in der Entwicklung befand, auf den Markt kommen.

IAC 2006 CALT-ArtikelAbb. 3 – das Roadmap-Papier 2006 von CALT bei IAC

IAC 2006 3-Stufen-FigurAbb. 4 – Darstellung des 3-Stufen-Prozesses des CALT aus IAC-Papier

Eine weitere wichtige Neuigkeit bei Raumflugzeugen im selben Jahrzehnt war das Shenlong-Projekt, ein von den Chinesen gebauter Raumflugzeug-Demonstrator, der 2007 enthüllt wurde und von dem wenig bekannt ist. Shenlong wurde im Dezember 2007 international bekannt, als ein Foto des unter einem Xi'an H-6K Bomber befestigten Flugzeugs (siehe Abb. 5) im Internet veröffentlicht wurde. Das Vorhandensein von Staurohren, den dunkleren Oberflächen für den atmosphärischen Wiedereintritt, zeigt, dass dies wahrscheinlich ein funktionsfähiger Demonstrator war. Über seine Flüge ist nicht viel bekannt, obwohl in den Jahren 2010 und 2011 Gerüchte über atmosphärische und suborbitale Flüge aufkamen. Shenlongs Status sowie ein angeblicher Nachfolger von Aotian-1 sind bis heute unklar. Was die Anwendungen betrifft, so bleiben sie, genau wie ihr amerikanisches Gegenstück, die X-37B, ein Rätsel. Während die Shenlong durchaus ein Meilenstein innerhalb des 3-Stufen-Raumflugzeugprojekts von CALT sein könnte, ist auch bekannt, dass die Chinesen an ASAT-Technologie und Hyperschallraketen arbeiten. Als Beispiel dafür wurde die Hyperschallrakete DF-ZF/Wu-14 während der nationalen Militärparade Chinas im Oktober 2019 enthüllt und demonstrierte das starke Interesse an Hyperschallwaffen.

Shenlong-SchnappschussAbb. 5 – Der berühmte Schnappschuss, der Shenlong 2007 der Welt enthüllte (Credits unbekannt)

In jüngerer Zeit präsentierte CASC 2017 die Roadmap 2045, in der einige Meilensteine ​​aufgeführt sind, die zwischen 2020 und 2045 in Bezug auf Trägerraketen erreicht werden sollen [7]. Darunter ist die vollständige Wiederverwendbarkeit chinesischer LVs im Jahr 2035. Leider gibt es keine Informationen darüber, welche Designs bevorzugt werden. Zweifellos hat der Erfolg der wiederverwendbaren VTVL-Booster in den USA Chinas Entscheidungen beeinflusst, aber es ist wahrscheinlich, dass die Forschung an HTHL-Raumflugzeugen immer noch von einigen CASC-Akademien und -Instituten* verfolgt wird. Die China Academy of Aerospace Aerodynamics veröffentlichte beispielsweise 2019 ein Video über ein erfolgreiches Separationsexperiment zwischen einem zweistufigen Flügelflugzeug, das in einem Hyperschallwindkanal stattfindet [8].

Bleiben Sie dran für Teil 2 dieser Serie, der nächste Woche veröffentlicht wird.

*Siehe Teil 2 für eine detailliertere Darstellung der akademischen Bemühungen auf Raumflugzeugen.

CAAA TSTO-TrennungAbb. 6 – TSTO-Trennung im Hyperschall-Windkanal durch CAAA (Credits: CAAA)

Referenzen

[1] Wingless Flight – The Lifting Body Story, R. Dale Reed
[2] Im Angesicht der Hitzebarriere: Eine Geschichte der Hyperschalltechnik, TA Heppeenheimer
[3] Raumflugzeug Hermes: Europas Traum von unabhängiger bemannter Raumfahrt, Luc van den Abeelen
[4] Shenzhou-Programm (Projekt 921), SinoDefence.com, 25
[5] Fahrplan der wiederverwendbaren Trägerrakete für lange Strecken, CALT, 2006
[6] Chinas Raumfahrtprogramm, IASC, Juli 2011
[7] :2045年全面建成航天强国, ChinaNews, 16/11/2017
[8] Nation schafft Durchbruch beim Weltraumflugzeug-Projekt, ECNS, 23

Quelle: https://china-aerospace.blog/2020/05/05/chinese-spaceplanes-a-historical-perspective/

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