Új generációs emberes űrhajó

Az űrhajó mély űrbeli változata

Az új generáció emberes űrhajója ( kínai 新一代 載人 飛船 / 新一代 载人 飞船, Pinyin Xīn Yī Dài Zàirén Fēichuán ) a kínai Shenzhou űrhajó utódmodelljének munkacíme . Van egy részben újrafelhasználható többcélú űrhajó különböző formációkban történő szállítására űrhajósok egy föld van ellátva, vagy Hold pályáján, és a visszatérés a Földre. Hosszú távon a Hold felszínére vagy a Marsra irányuló küldetésekre is felhasználható , így a Hold vagy a Föld pályáján utazó űrutazók egy másik űrhajóra vagy egy további modulra cserélnének, amely saját hajtással rendelkezik a további szállításhoz. Az „új generáció emberes űrhajója” pilóta nélküli teherhajóként vagy emberek és áruk egyidejű szállítására is használható.

fejlődés

2010 körül a Kínai Népköztársaság Emberi űrprogramjáért felelős személyek először belső megbeszéléseken javasolták, hogy egy sokoldalú űrhajót kell kifejleszteni, amelyben a küldetések széles skáláját lehet repülni az alapváltozat segítségével. 2015. március 31-én Zhang Bainan , a Kínai Űrtechnológiai Akadémia főpilóta űrrepülési osztályának főmérnöke az Acta Aeronautica et Astronautica Sinica néhány kollégájával együtt bemutatta az új személyzeti többcélú űrhajó koncepcióját. generációt a szakmai világba. Ekkor két típust feltételeztek: egy 14 tonnás felszálló tömegű űrhajót alacsony földi pályákon történő műveletekhez és-további leszállási meghajtásokkal-az aszteroidák és a Mars felé irányuló küldetéseket, valamint egy űrhajót 20 tonnás felszállási súly a legénységi holdraszálláshoz (ez egy holdmodul is szükséges). A tervezett moduláris űrállomás személyzetváltásához az űrhajónak képesnek kell lennie akár 6 személy szállítására. Annak érdekében, hogy minden tervezett küldetés megvalósulhasson, a minimális követelmény az volt, hogy az űrhajó életfenntartó rendszerei 21 napon keresztül önállóan működjenek, a hajó pedig egy űrállomáshoz vagy - Mars -küldetés esetén - egy összeszerelt élő modulhoz csatlakozik. nagy kapacitású hajó , akár két évig is az űrben maradhat.

2017 -ben megkezdődött a prototípus fejlesztése, amelyet Zhang Bainan 2018 márciusában nyilvánosan bejelentett. Az interjúk során a mérnök elárulta, hogy ez egy újrafelhasználható modell lesz. Hasonlóan alkalmas a Holdra és a Marsra való repüléshez. Ugyanakkor felhívta a figyelmet arra, hogy a sencsou űrhajókat most sorozatgyártásban gyártják, és az építendő űrállomás kapcsán sokáig használatban maradnak. Az 5. konferencia űrrepülést a Xi'an a 23./24. Október 2018 - által szervezett Műszaki Egyetem Északnyugat-Kínában és a Hivatal emberes űrrepülés az a Department for fegyverek fejlesztése a Központi Katonai Bizottság (CBSA) - az emberes űrhajók az új generációs végül bemutatták a nyilvánosság számára az első alkalommal Részlet. Az űrhajó kicsinyített modelljével végzett próbarepülés után 2016-ban (lásd alább) 2019 decemberében elkészült egy igazi prototípus.

Bolygóközi küldetések

Zhang Bainan és kollégái a Marsra tartó járatokra kidolgoztak egy moduláris űrhajó koncepcióját, amely a Nemzeti Népi Kongresszus és a Kínai Népek Politikai Konzultációs Konferenciája után , 2021. március 12 -én közös nyilatkozatot adott ki, és elvárja, hogy a lehetséges megoldások a Mars körül keringő 2035 -re lehetséges lenne, hogy a Kínai Indító Járműtechnológiai Akadémia finomítsa. A tér közlekedési rendszer emberes Mars , amelyet a nyilvánosság elé tárt fel június 16, 2021 at a Global Space Exploration Conference in Saint Petersburg , a nukleáris meghajtó modul már nem dobni egymás után, mint egykor tervezett Zhang Bainan, de maradjon része az űrhajó teljes küldetésének. Az űrutazókat az új generáció emberes űrhajóján viszik a Mars űrhajóhoz, ahol átszállnak egy élő modulba. Az emberes űrhajó dokkolt állapotban marad, és további élet- és tárolóhelyként viszik a Marsra. Hazatérésük után az űrutazók leszállnak a földi emberes űrhajóval; a pályán maradt Mars űrhajó elvileg legalább részben újra felhasználható.

Ahhoz, hogy visszatérjen a Holdról vagy a Marsról, az űrkapszulának 11,2 km / s sebességgel kellett megbirkóznia a visszatéréssel . Amikor felmerültek az új többcélú űrhajó első tervei, Kínának még nem volt megfelelő könnyű anyaga az ablatív hővédő pajzshoz . Az 1960-as években kifejlesztett hővédő pajzsok, amelyek fenolgyantával átitatott szénszálas szövetekből készültek, ellenállnak a nagyon magas hőmérsékletnek, de tömegsűrűségük körülbelül 1,5 g / cm³, ami azt jelentette volna, hogy a hővédelem az újbóli belépő kapszula számára a tervezett méret (körülbelül ez a kétszeres visszatérő kapszula a Shenzhou űrhajónál) a teljes súly jelentős részét tette volna ki. Emiatt a Zhang Bainannal dolgozó mérnökök azt javasolták, hogy fejlesszenek ki egy úgynevezett "fenollal impregnált szénszálas ablatátort" (PICA), amely rövidre vágott szálakból készül, és amelynek tömegsűrűsége csak 0,27 g / cm³, és pl. csempeforma - szintén 2011 -ben a NASA Mars Tudományos Laboratóriumának kapszulájában használták. Ugyanaz a hővédő hatás mellett ez az anyag 30% -kal kevesebb.

Szerkezet és funkcionalitás

Az új generáció űreszközének átmérője 4,5 m. A földközeli űr számára készült változat 7,23 m hosszú, és maximális felszálló tömege 14 tonna. A mélyűrű változatban a hossza körülbelül 9 m, a maximális súly pedig 23 tonna. Mindkét változat ugyanazt a kúpos visszatérő kapszulát használja, alakja hasonló az American Dragon űrhajóhoz , de különböző szervizmodulok . Költségi okokból eltekintünk egy olyan pályamodultól , mint a sencsou űrhajóké, amely a fő küldetés után kísérleti platformként is pályán maradhat.

A szervizmodul négy fő motorja a monergolikus üzemanyag -hidroxil -aminnal és salétromsavval oxidálószerként (HAN) működik , amelyeket az Akadémia folyékony rakéta hajtómű -technológiai intézete gyárt . Ennek az az előnye az egyébként elterjedt üzemanyagokkal szemben, hogy nem mérgező. Alacsony fagyáspontú, nagy sűrűségű, és nagy fajlagos impulzust ad a motoroknak . Az üzemanyagtartály két rétegből áll, belső bélés alumíniumötvözetből és külső fal kompozit anyagból . Ily módon egy viszonylag nagy felületi feszültségű tartály valósítható meg - a mélyűrű változat a legnagyobb az összes kínai űrhajó közül. Helyzethez repülés közben, az űrhajó automata ellenőrző rendszer, amely a magatartás-szabályozás tolóerő, hogy megtartsa pozícióját képest kiegyenlített a föld mindhárom tengely és lehetővé teszi a nagy pontosságú pályára változás és fékezési manőverek.

Az űrhajó pályára állítására szolgáló napelemmodulok szintén a szervizmodulon találhatók, amelyet a földi légkörbe való visszatérés előtt lekapcsolnak, és ott felégetik. Viszont drága elektronikus rendszereket helyeznek el a visszatérő kapszulában, amikor csak lehetséges, amelynek magja Belső -Mongóliában való leszállás után újra felhasználható. Ebből a célból, az eltávolítható külső héj, amely arra szolgál, hővédelem , amikor újra megadni a légkörbe, eltávolítjuk, és a belső fémszerkezet van látva egy friss külső héjjal. A visszatérő kapszula úgy van kialakítva, hogy vízfelszínre is le tud szállni. A hosszú távú terv egy dél-kínai-tengeri tengeri terület kijelölése leszállóhelyként, és a Hainan-i Wenchang kozmodrom kiterjesztése Kína új űrközpontjává.

Emberek szállítójaként az űrhajó akár hét űrutazót is be tud vinni a föld körüli pályára vagy a Holdra; ha csak három űrutazó van a fedélzeten, további 500 kg rakományt lehet felvenni. A rakodópolcok nélkül, amelyek a bejárati nyílás jobb oldalán vannak rögzítve a kombinált konfigurációban, az űrhajó túlnyomásos kabinja 13 m³ belső teret kínál, ami valamivel több, mint a Shenzhou űrhajó; kihajtható étkezőasztal és külön WC is rendelkezésre áll. Tiszta ellátó űrhajóként a Changzheng-5 vagy Changzheng-7 hordozórakéta 4 tonna hasznos teherrel tud pályára szállítani. Ez kevesebb, mint a már használatban lévő Tianzhou ellátó űrhajó, amelynek indítókapacitása 6,5 tonna, de a Tianzhou -val ellentétben az új generációs űrhajó újrafelhasználható, és például tartalmazhat mikroorganizmusokat az űrállomáson vagy az ott előállított anyagok visszaveszik a földre, akár 2,5 tonna össztömeggel a közelebbi vizsgálathoz. Annak érdekében, hogy akár tíz felhasználást is lehetővé tegyen - számítások szerint a gazdasági optimum -, a kapszulát többek között légzsákokkal látták el leszállási segédeszközként. Ezek töredékére csökkentik az ütközési erőt, és így védik az űrhajót.

A jelenlegi Shenzhou űrhajóhoz képest a rádiórendszert is fejlesztették. Sencsouban a földi légkörbe való visszatérés során a rádiókapcsolat a misszióirányító központtal bizonyos időre megszűnik. Ennek oka a visszatérő kapszula körül erősen felmelegedett és ezáltal ionizált levegő, amely árnyékolja a rádiójeleket. Az új generációs űrhajó továbbfejlesztett kommunikációs rendszerei, amelyek jól védettek rádióáteresztő hővédő ablakokkal, behatolhatnak az izoláló plazmába, és az ereszkedés során fenntarthatják a kapcsolatot a földi állomásokkal.

Míg a Sencsou űrszonda, egy indító menekülési rendszer rendelkezik, amely veszélyes helyzetekbe hozza a hajót a kilövés előtt vagy alatt, és lehetővé teszi az ejtőernyős leszállást, ez a Changzheng 5 típusú hordozórakétákban nem, és változatai lehetségesek, mivel ez a burkolat formája a from- Saját Kármán-Ogive . Ehelyett az új generációs űrhajó vészhelyzetben használja a szervizmodul motorjait. Az új generáció , jelenleg fejlesztés alatt álló emberes rakétája szintén nem rendelkezik mentőrakétával. Ez csökkenti az űrhajó össztömegét és növeli rakodási kapacitását. A Fuzhou -i űrkonferencián 2020. szeptember 18-án bemutatott továbbfejlesztett változatban az űrhajó négy oldalsó stabilizáló bordával rendelkezik a szervizmodulon, hasonlóan a Boeing CST-100 Starlineréhez .

Tesztelés

Próbarepülés 2016

Június 25-én, 2016. Az első járat a Changzheng 7 hordozórakéta a Wenchang Űrközpont a Hainan, a modell az új visszatérő kapszula mérete csökkenthető, 0,63-szor, hoztak pályára. A modell kúpos alakú volt, a széles végén 2,6 m átmérőjű, 2,3 m magas és 2,6 tonna súlyú. A kapszula három összetevőből állt:

• Félgömb alakú hegy ejtőernyős kamrával, ejtőernyős kilökőkkel , navigációs műholdantennával és antennával a kommunikációhoz az izoláló plazmán keresztül, amikor visszatér.
• Külső fal, ablacív hővédővel , négy panelre osztva, amelyet méhsejt szerkezetű öntött panelekhez ragasztottak, és a tényleges utastérfal megerősítő támaszaihoz csavaroztak. A fal külső oldalán kis motorok voltak a hozzáállás szabályozására és a légáramlás érzékelői.
• Fém alaplemez, alatta rácstartó rendszerrel, alatta hővédővel. Az adatfeldolgozó berendezéseket, a tápegységet és a légáramlás mérőeszközeit a padlólemezre, a kabin belsejébe szerelték fel. A hővédő alján pneumatikus érzékelők voltak.

A teszt célja egyrészt az volt, hogy tesztelje a kúpos visszatérő kapszula repülési viselkedését, amikor újra belépett a légkörbe (a Shenzhou űrhajók harang alakú visszatérő kapszulát használnak). Abban az esetben, ha a kapszula csúcsával a légkörbe került, volt egy szuperszonikus stabilizáló ejtőernyő, amely felállította a kapszulát, és az erre a célra biztosított nagy végével fékezni tudott. Kipróbálni akarták az új űrhajó építésénél felhasznált anyagokat is, nem csak a hővédő pajzshoz tartozó fenollal impregnált szénszálas ablatátort, hanem azt az új ötvözetet is, amelyből maga a kabin készült. Ez az anyag erősebb és könnyebb volt, mint az űrhajókban korábban használt alumínium-magnézium ötvözet . A kapszula belsejében nem voltak életfenntartó rendszerek, és az ejtőernyők stb. Bevetésére szolgáló számos elektronikus komponenst eltávolítottak a visszaküldött Shenzhou űrhajókról, és az ellenőrzés után újra felhasználták.

Ebben a kísérletben csak a visszatérő kapszulát tesztelték. A szervizmodul szerepét a " Yuanzheng 1A " néven ismert Changzheng 7 hordozórakéta további felső szintje vette át . Ez a hipergolikus hajtógáz -keverékkel hajtott szakasz a szokásos rakétafázisokkal ellentétben többször is lőhető, és általában a műholdak magasabb pályára emelésére szolgál. Tíz perccel a felszállás után, helyi idő szerint este 8 órakor a Yuanzheng-1A a rá szerelt tesztkapszulával elvált az indítótól, és 200 × 394 kilométeres földközeli pályára lépett, ami hasonló a személyzettel végzett repülésekhez. . A 13. pálya után, 2016. június 26-án, pekingi idő szerint 15:04 órakor a Yuanzheng-1A megújított gyújtással kezdeményezte a visszatérést a földre.

A rakétafokozat ezután megváltoztatta helyzetét úgy, hogy a visszatérő kapszula alja 50 ° -kal dőljön a vízszinteshez. 15 óra 17 perckor a visszatérő kapszula 170 km magasságban elvált a Yuanzheng-1A-tól, amelyet ezután biztonságos pályára állítottak. Az ebben az esetben a Jiuquan Cosmodrome által irányított földi állomások hálózata átvette az irányítást a kapszula felett. 20 km magasságban elindult a stabilizáló ejtőernyő, amely a kapszulát a megfelelő helyzetbe hozta. Ezt aztán eldobták, a fékernyő kioldott, ami pedig kihúzta a főernyőt a kapszula tetején lévő kamrájából. Délután 3 óra 41 perckor a visszatérő kapszula leszállt - kezdetben sértetlenül - az Ostwind leszállóhelyen , a Badain -Jaran sivatagban, nem messze a kozmodromtól. 23 órakor a visszanyert kapszula teherautóval érkezett a Jiuquan Cosmodrome -ba.

Próbarepülés 2020

Az igazi űrhajó első, pilóta nélküli tesztrepülésére 2020 májusában került sor. Ehhez egy 8,8 m hosszú és 21,6 tonnás prototípust használtak a mély űrből készült változathoz, amelyet 2020. május 5-én helyi idő szerint 18:00 óráig ( UTC 10:00 ), a Wenchang Satellite Changzheng 5B rakétaváltozatának első példányával Elindult a Launch Center . 488 másodperccel, körülbelül 8 perccel a felszállás után az űrhajó a tervek szerint pályára lépett. Annak érdekében, hogy a hordozórakéta teszteléséhez a lehető legnagyobb indítótömeget szerezzék be, az űrhajó szervizmodulját teljesen feltöltötték. A pekingi Űrirányítási Központ technikusai ezzel az üzemanyaggal fokozatosan növelték az űrhajó pályáját, minden pályával egy kicsit tovább, míg végül el nem érték a 300 × 8000 km -es, erősen elliptikus pályát. Ott űrtudományi kísérleteket végeztek, amelyek egy része a tervezett űrállomáshoz kapcsolódott. Egy kenőanyag kísérletben, például a migrációs viselkedését kopás részecskék súlytalanság kutatták, egy Ethernet szerint TTE szabványos átviteli sebességgel 1000 megabit / s teszteltük, a 3D-s nyomtató a hosszú-szál kompozit anyagot teszteltük, amelyekkel maguknak az űrutazóknak képesnek kell lenniük saját tartalék alkatrészeik kinyomtatására, valamint egy akusztikus nyomkövető eszközre, amely figyelmen kívül hagyja a háttérzajt, és képes lokalizálni az ütközés és a kapszulában különböző helyeken szimulált zajokat lehetséges szivárgás. 2020. május 8 -án, helyi idő szerint dél körül a Pekingi Űrirányító Központ parancsokat adott a visszatérési pályára. 12:21 órakor az űrhajó befejezte a fékezési manővereket, és elérte a visszatérő pályát. Jó órával később, 13: 33 -kor a visszatérő kapszula elvált a szervizmodultól.

Két részes ereszkedés légköri fékezéssel

A kínai űrállomás , amelyet az új űrhajó eredetileg ellátni szándékozik, csak 340–450 km magasságban kerüli meg a Földet. Hosszú távú tervezett visszatéréssel a Holdról azonban az űrhajó ellenőrizetlenül leesik Lagrange L ₁ pontjából , azaz 326 ₀₀₀ km magasságból, és 40 320 km / h sebességgel érkezik oda. Egy ilyen küldetési profilt 2014-ben teszteltek a Chang'e 5-T1 szondával , de sokkal kisebb és egyszerűbb volt, mint az új űrhajó visszatérő kapszulája. Most reális körülmények között meg kell próbálni nagy sebességgel és meredek megközelítési szögben újra belépni a Föld légkörébe - a szervizmodulból való elválasztáskor a kapszula kezdetben egyenesen lefelé lőtt. 2014-hez hasonlóan kétrészes süllyedést hajtottak végre légköri fékezéssel , amelyben a visszatérő kapszula kezdetben csak rövid időre merült a magas légkörbe , kissé lelassult a légkör áramlási ellenállása miatt, és miután ismét elérte a magasságot , ismét, most már lassabb sebességgel, mert a végső újra belépés a légkörbe felszállt. A hővédő burkolat külső oldalán akár 1000 ° C hőmérséklet is előfordulhat. Összehasonlításképpen: amikor a Holdról való visszatérés után visszatér a Föld légkörébe, a hőpajzs 3000 ° C-os hőmérsékletnek van kitéve.

Az új generációs űrhajó visszatérő kapszulája kétszer olyan nehéz, mint a csak fékezőernyőt használó Shenzhou kapszula. A Shenzhou ejtőernyő már a világ egyik legnagyobbja, felszínét nem sikerült tovább bővíteni. Ezért a megoldást úgy választották, hogy egy stabilizáló ejtőernyő helyett kettő, egy fő ejtőernyő helyett három, a fékrakéták helyett hat légzsák helyezkedett el a kapszula külső széle körül. A légzsákok bizonyos távolságra felfújódtak a talaj felett, és helyi idő szerint 13 óra 49 perckor, 16 perccel az újrahasznosítható szervizmodulról való leválasztás után, a visszatérő kapszula leért a Jiuquan Cosmodrome Ostwind leszállóhelyére. Amikor a szél viszonylag erős volt, az arra biztosított sík területen landolt. A leszállás után a Kínai Űrtechnológiai Akadémia sajtóközleményében "embrionális formának" minősítette az űrhajót, amelyet a tesztrepülés során gyűjtött adatok alapján most tovább fejlesztenek egy igazi többcélú űrhajóvá. A perspektívát szemlélve: az 1999 -es első próbarepülés után további három pilóta nélküli repülésre került sor a sencsou űrhajón, egészen 2003 -ig, amikor a Shenzhou 5 lett az első kínai, aki felszállt az űrbe.

A hordozórakéta kiégett magfázisa 2020. május 11-én 15 óra 33 perckor (UTC) lépett be a légkörbe, miután 102 keringést hajtott végre az afrikai Atlanti-óceán partja felett, a Pekingi Űrirányító Központ további beavatkozása nélkül. 33 m hosszú és 5 m átmérőjű ez volt a legnagyobb űrhajó, amely belépett a Föld légkörébe a Szovjet 7 szovjet űrállomás 1991. február 7 -i lezuhanása óta . Tekintettel arra, hogy a magas légkör külső rétegei nehezen megjósolható fékezési hatást gyakorolnak a rakétafázisra, a konkrét baleseti helyet nehéz volt meghatározni.

Nem lehet úgy elhelyezni a pályát, hogy elkerüljék a sűrűn lakott területek feletti túlrepülést - és így a rakétafokozat körülbelül 15-20 perccel a baleset előtt átrepült New York város felett . Végül egy elefántcsontparti faluban tíz méter hosszú fémdarab esett az égből.

Négy nappal később, 2020. május 15 -én a visszatérő kapszula visszaérkezett a pekingi Kínai Űrtechnológiai Akadémiára , ahol először megvizsgálták a kapszula szerkezeti integritását. Ugyanilyen fontos volt azonban ellenőrizni az elektronikus rendszereket is, amelyek nagy része ezen az űrhajón nem a szervizmodulban, hanem a visszatérő kapszulában található. Az ellenőrzések célja annak megállapítása volt, hogy a tesztrepülés során használt kapszula felhasználható -e újra a következő vizsgálat során. 2020. május 29-én kirakták azt a 988 hasznos terhet, amelyet 54 kutatóintézet és 21 magáncég küldött űrhajóval a Van Allen-övbe , hogy nehezebb körülményeknek tegyék ki őket, mint amennyi a Tiangong űrlaborokban lehetséges volt , közel Föld körüli pályájukhoz. köztük számos növényi mag és olajtermeléshez használt mikroorganizmus. A kitűzött országzászlókat átadták a pakisztáni nagykövetnek, a 3D nyomtatót pedig a térhasználatra vonatkozó projektek és technológiák központjához .

web Linkek

• Videó a prototípus 2020. május 29 -i megnyitásáról és kirakásáról (kínai)

Egyéni bizonyíték