Langer Marsch 9

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Langer Marsch 9

Langer Marsch 9, kurz LM-9 (chinesisch 

長征九號

 / 

长征九号

, Pinyin

Chángzhēng Jiǔhào

, kurz CZ-9), ist eine bei der China Aerospace Science and Technology Corporation in Entwicklung befindliche Familie von superschweren Trägerraketen der Volksrepublik China. Die Grundversion der Rakete, deren Erstflug für 2028 geplant ist, soll primär dazu dienen, ab 2030 bis zu 50 t schwere Komponenten für die Bemannte Mondbasis ins All zu befördern,[1][2]

aber auch bei der Erkundung des äußeren Sonnensystems eingesetzt werden.[3] Wegen ihres großen Durchmessers kann die Rakete nicht mit der Eisenbahn transportiert werden und muss vom Kosmodrom Wenchang auf der Insel Hainan starten.[4]

Geschichte

Im Zusammenhang mit dem am 24. Januar 2004 gestarteten Mondprogramm der Volksrepublik China wurden bei der staatlichen China Aerospace Science and Technology Corporation (CASC), dem Hauptauftragnehmer in der chinesischen Raumfahrt, ab 2010 die ersten Konzepte und Machbarkeitsstudien für eine superschwere Trägerrakete erstellt. In den folgenden fünf Jahren kristallisierten sich aus den anfänglich mehreren dutzend Entwürfen drei Varianten mit jeweils zwischen 3000 und 4000 Tonnen Startgewicht heraus:

  • Eine dreistufige Rakete mit 10 m Durchmesser und vier Boostern von jeweils 3,35 m Durchmesser. Die 1. Stufe sollte vier mit Flüssigsauerstoff und Raketenkerosin arbeitende Triebwerke mit je 4800 kN Schubkraft besitzen, die Booster jeweils ein solches Triebwerk. Die 2. Stufe sollte zwei mit Flüssigsauerstoff und flüssigem Wasserstoff arbeitende Triebwerke mit je 2000 kN Schubkraft besitzen, die 3. Stufe zwei Sauerstoff/Wasserstoff-Triebwerke mit je 720 kN Schubkraft. Die Rakete wäre 100 m lang gewesen und hätte 100 t in eine erdnahe Umlaufbahn sowie 35 t in einen Transferorbit zum Mond transportieren können.
  • Eine zweistufige Rakete mit 9 m Durchmesser und vier Feststoffboostern von jeweils 3,5 m Durchmesser. Die Booster sollten in fünf hintereinander angeordnete Abschnitte unterteilt sein, deren Treibstofffüllung nacheinander abbrannte und einen Schub in der Größenordnung von etwa 10.000 kN erzeugen sollte. Die 1. Stufe dieser insgesamt 101 m langen Rakete wäre mit fünf Sauerstoff/Wasserstoff-Triebwerken von jeweils 2000 kN Schubkraft ausgestattet gewesen, die 2. Stufe mit einem Sauerstoff/Wasserstoff-Triebwerke von 2000 kN.
  • Eine zweistufige Rakete mit 9 m Durchmesser und vier Flüssigtreibstoffboostern von jeweils 3,35 m Durchmesser. Die 1. Stufe dieser 98 m langen Rakete sollte vier Sauerstoff/Kerosin-Triebwerke mit je 6500 kN Schubkraft besitzen, die Booster jeweils ein solches Triebwerk. Die 2. Stufe sollte zwei Sauerstoff/Wasserstoff-Triebwerke von je 2000 kN Schubkraft besitzen.

Im Vergleich der zweistufigen Varianten mit Feststoff- und Flüssigtreibstoffboostern konnte sich die Feststoffversion nicht durchsetzen. Wenn ein Feststofftriebwerk einmal gezündet ist, ist es nicht mehr regelbar – es läuft, bis der Treibstoff verbraucht ist. China hatte damals noch keine Erfahrung mit seitlich angebrachten Feststoffboostern; diese in der für die CZ-9 benötigten Größe so zu konstruieren, dass alle vier exakt zum gleichen Zeitpunkt das Ende ihrer Brenndauer erreichen, ist schwierig und hätte hohe Anforderungen an die Lageregelung der Kernstufe nach sich gezogen.

Ein weiteres Problem war der Startschub, und damit die maximal mögliche Nutzlast. Die ursprünglich angedachte Version der dreistufigen Rakete besaß nur einen Startschub von 38.400 kN und konnte damit 35 t auf den Weg zum Mond bringen. Die für den Dritten Großen Schritt des Mondprogramms der Volksrepublik China vorgesehene Stationierung einer ständigen Besatzung auf dem Mond erforderte jedoch den Transport von Wohnmodulen etc. in der Größenordnung von 50 t (zum Vergleich: die Module der Chinesischen Raumstation wiegen knapp 25 t). Dies war auch mit der stärksten der ursprünglichen Varianten, der zweistufigen Rakete mit Flüssigtreibstoffboostern, die einen Startschub von 52.000 kN besaß, nicht machbar. Daher entschied man sich 2015, als die Phase der vertieften Ausarbeitung begann, für eine vierte Variante:

  • Eine gut 4000 t schwere, dreistufige Rakete mit 9,5 m Durchmesser und vier Flüssigtreibstoffboostern von jeweils 5 m Durchmesser. Die 1. Stufe sollte vier mit Flüssigsauerstoff und Raketenkerosin arbeitende Triebwerke mit je 4800 kN Schubkraft besitzen, die Booster jeweils zwei solche Triebwerke, was einen gesamten Startschub von 57.600 kN auf Meereshöhe ergab. Die 2. Stufe sollte zwei mit Flüssigsauerstoff und flüssigem Wasserstoff arbeitende Triebwerke mit je 2200 kN Vakuumschub besitzen, die 3. Stufe vier Sauerstoff/Wasserstoff-Triebwerke mit je 250 kN Vakuumschub. Die Rakete wäre 93 m lang gewesen und hätte die erforderlichen 50 t in einen Transferorbit zum Mond transportieren können.

Als 2016, mit dem Beginn des 13. Fünfjahresplans, bei der Chinesischen Akademie für Trägerraketentechnologie und der Akademie für Flüssigkeitsraketentriebwerkstechnik, beides Unternehmensbereiche von CASC, die Entwicklung von Schlüsseltechnologien für das Projekt offiziell gestartet wurde, wurde diese Variante übernommen. Nur die Gesamtlänge der Rakete inklusive Nutzlastverkleidung erhöhte sich von 93 m auf 103 m, während alle anderen Parameter der Rakete – Durchmesser, Startgewicht, Startschub, maximale Nutzlast – gleich blieben.[1] Nachdem man bei der Herstellung von Zwischenringen mit 9,5 m Durchmesser für die tragende Struktur der Rakete, Segmenten für Tanks in derselben Größenordnung[5] sowie bei den Triebwerken gute Fortschritte machte,[6][7] beschloss der Staatsrat der Volksrepublik China Anfang 2021 endgültig, die Rakete zu bauen.[8] Die Finanzierung des Projekts erfolgt seit 2016 aus dem Fonds für Nationale wissenschaftlich-technische Großprojekte. Bis zum 31. Dezember 2020 waren 1,5 Milliarden Yuan ausgegeben (von der Kaufkraft her etwa 1,5 Milliarden Euro). Die gesamten Entwicklungskosten bis zur Indienststellung der Grundversion der Rakete wurden Anfang 2021 auf 100 Milliarden Yuan geschätzt.[1]

Im Juli 2021 wurden ein Tankboden von 9,5 m Durchmesser sowie ein Prototyp des YF-90-Triebwerks für die zweite Stufe fertiggestellt.[9][10]

Technische Daten

Modell CZ-9[1][11]
Stufen 3
Höhe 103 m
Durchmesser 9,5 m
Startmasse 4141 t[12]
Startschub 57.600 kN
Nutzlast 140 t LEO
50 t LTO (Mond-Transferorbit)
44 t MTO (Mars-Transferorbit)
1. Stufe
Durchmesser 9,5 m
Triebwerk 4 × YF-130 mit je 4800 kN Schub auf Meereshöhe
Treibstoff flüssiger Sauerstoff und Raketenkerosin
Booster
Anzahl 4
Durchmesser 5 m
Triebwerk 2 × YF-130 mit je 4800 kN Schub auf Meereshöhe
Treibstoff flüssiger Sauerstoff und Raketenkerosin
2. Stufe
Durchmesser 9,5 m am Wasserstofftank, zulaufend auf 7,5 m am Sauerstofftank
Triebwerk 2 × YF-90 mit je 2200 kN Vakuumschub
Treibstoff flüssiger Sauerstoff und flüssiger Wasserstoff
3. Stufe
Durchmesser 7,5 m
Triebwerk 4 × YF-79 mit je 250 kN Vakuumschub
Treibstoff flüssiger Sauerstoff und flüssiger Wasserstoff

Zukünftige Entwicklung

Die Grundversion der Rakete kann zwar auch eine Nutzlast von 140 t bis 150 t in eine erdnahe Umlaufbahn befördern, primär ist sie jedoch für den Einsatz im Rahmen des Mondprogramms gedacht. Für den Transport mittelschwerer Lasten in Erdumlaufbahnen sollen ab 2030 kleinere Versionen der Rakete entwickelt werden: die Changzheng 9A mit nur zwei Boostern und einer Nutzlast von 100 t in eine erdnahe Umlaufbahn, sowie die Changzheng 9B ohne Booster, dafür aber mit fünf Triebwerken vom Typ YF-130 bei der ersten Stufe und mit einer Nutzlast von 50 t in eine erdnahe Umlaufbahn.[1] Beide Varianten können bei Bedarf aber auch Nutzlasten in Transferbahnen zum Mond und zum Mars befördern: die CZ-9A (Startmasse 2661 t, Startschub 39.150 kN) 35 t zum Mond und 28 t zum Mars, die CZ-9B (Startmasse 1964 t, Startschub 24.470 kN) 20 t zum Mond und 12 t zum Mars.[13]

In der Planungsphase des Projekts hatte man sich bewusst gegen eine Wiederverwendbarkeit der Rakete entschieden, unter anderem um die Triebwerkskonstruktion zu vereinfachen – bei einer Einmalrakete müssen die Triebwerke nur für wenige Minuten arbeiten – und die Entwicklungskosten zu reduzieren.[14] Ab 2030 will man jedoch in einer zweiten Entwicklungsphase mit neuen Triebwerken vom Typ YF-135 auf eine teilweise Wiederverwendbarkeit der Rakete hinarbeiten. Das YF-135 hat mit etwa 3670 kN eine geringere Schubkraft als das YF-130, dafür sollen bei der ersten Stufe 16 dieser Triebwerke zum Einsatz kommen und die Stufe dann senkrecht landen, wie die erste Stufe der Changzheng 8R. Anders als bei jener Rakete sind bei der teilweise wiederverwendbaren Variante der Changzheng 9 jedoch keine Booster vorgesehen. Die zweite Stufe soll mit vier Sauerstoff/Wasserstoff-Triebwerken von jeweils 1200 kN Schubkraft arbeiten, die dritte Stufe mit einem solchen Triebwerk. Der Durchmesser der ersten und – in einer späteren Entwicklungsphase ebenfalls wiederverwendbaren – zweiten Stufe soll 10,6 m betragen,[15][16] der der dritten Stufe 7,5 m, und der der Nutzlastverkleidung 9 m. Als Nutzlast für eine erdnahe Umlaufbahn ist an 150 t gedacht, und an 53 t für eine Transferbahn zum Mond.[17] Die Startmasse der teilweise wiederverwendbaren Rakete soll mit 4122 t etwas geringer sein als bei der Grundversion, der Startschub mit 58.730 kN etwas höher. Auch die Gesamtlänge der Rakete liegt mit 108 m um 5 m über der Grundversion.[13]

In einer dritten Entwicklungsphase soll das Eigengewicht der Rakete mit neuen Materialien reduziert werden – derzeit verwendet man für Tanks und tragende Struktur Aluminiumlegierungen – um die maximal mögliche Nutzlast für eine erdnahe Umlaufbahn auf 200 t zu erhöhen. Hiermit sollen die Anforderungen für den Bau des Raumtransportsystems für bemannte Marserkundung sowie des Orbitalen Sonnenkraftwerks, letzteres in einem geostationären Orbit, erfüllt werden.[1]

Vergleich mit anderen Schwerlastraketen

Die stärksten derzeit verfügbaren oder in Entwicklung befindlichen Trägerraketen für den Transport in niedrige Erdumlaufbahnen (LEO) sind:

Rakete Hersteller Stufen Seiten­booster max. Nutz­last (LEO) max. Nutz­last (GTO) wieder­verwendbar inter­planetare Missionen bemannte Missionen Erstflug
CZ-9[18] China Volksrepublik CALT 3 4 140 t 66 t nein geplant nicht geplant ca. 2028
SLS Block 1B Vereinigte StaatenVereinigte Staaten Boeing 2 2 105 t > 42 t nein geplant geplant 2027 (geplant)
Starship Vereinigte StaatenVereinigte Staaten SpaceX 2 – > 100 t1 21 t[19]
(> 100 t2) 		voll­ständig geplant geplant 2022[veraltet] (geplant)
SLS Block 1 Vereinigte StaatenVereinigte Staaten Boeing 2 2 95 t > 27 t nein geplant geplant 2022[veraltet] (geplant)
Falcon Heavy Vereinigte StaatenVereinigte Staaten SpaceX 2 2 64 t 27 t Erst­stufe, Seiten­booster, Nutz­last­verkleidung ja nicht geplant 2018
New Glenn Vereinigte StaatenVereinigte Staaten Blue Origin 2 – 45 t1 13 t1 Erst­stufe möglich geplant ca. 2023[veraltet]
Angara A5V RusslandRussland Chrunitschew 3 4 37,5 t 12 t nein geplant geplant 2027 (geplant)
Delta IV Heavy Vereinigte StaatenVereinigte Staaten ULA 2 2 29 t 14 t nein ja nein 2004
Vulcan Vereinigte StaatenVereinigte Staaten ULA 2 6 27 t 13,6 t nein geplant nicht geplant[20] Ende 2022[veraltet] (geplant)
CZ-5 China Volksrepublik CASC 2–3 4 25 t 14 t nein ja nicht geplant 2016
1 Maximale Nutzlast bei Wiederverwendung aller wiederverwendbaren Komponenten. Ohne Wiederverwendung wäre eine größere Nutzlast möglich.
2 Bei Wiederbetankung im Orbit.

Einzelnachweise

  1. ↑ a b c d e f 巅峰高地: 长征九号重型火箭新节点：两型发动机整机装配完成，梦想照进现实. In: zhuanlan.zhihu.com. 6. März 2021, abgerufen am 9. März 2021 (chinesisch).
  2. ↑ China displays crewed moon landing mission elements. Abgerufen am 30. September 2021.
  3. ↑ 唐明军: 长二丁成功发射遥感三十五号04组卫星. In: weixin.qq.com. 19. August 2022, abgerufen am 20. August 2022 (chinesisch).
  4. ↑ Zhao Lei: Mighty Long March 9 carrier rocket set to debut in 2030. In: chinadailyhk.com. 26. November 2020, abgerufen am 10. März 2021 (englisch).
  5. ↑ 世界上最大的火箭贮箱瓜瓣在火箭院诞生！直径10米级，强度提升10%，成形精度达毫米级. In: calt.com. 2. Juli 2018, abgerufen am 2. August 2021 (chinesisch).
  6. ↑ Andrew Jones: China reveals details for super-heavy-lift Long March 9 and reusable Long March 8 rockets. In: spacenews.com. 5. Juli 2018, abgerufen am 10. März 2021 (englisch).
  7. ↑ Andrew Jones: China Space News Update - Issue #4. In: getrevue.co. 2. März 2021, abgerufen am 10. März 2021 (englisch).
  8. ↑ 国家航天局表示我国将研制重型运载火箭——长征九号. In: spaceflightfans.cn. 24. Februar 2021, abgerufen am 10. März 2021 (chinesisch).
  9. ↑ 国内首件！公司生产的重型运载火箭大大大大圆环正式亮相！ In: zhuanlan.zhihu.com. 30. Juli 2021, abgerufen am 20. August 2022 (chinesisch).
  10. ↑ 宋德坤: 重型运载火箭220吨级发动机完成首台工程样机生产. In: eastday.com. 28. Juli 2021, abgerufen am 20. August 2022 (chinesisch). Enthält ein Foto des Triebwerks mit Ingenieuren als Größenvergleich.
  11. ↑ 长征九号. In: calt.com. Abgerufen am 9. März 2021 (chinesisch).
  12. ↑ 重型火箭 新一代载人火箭 将助载人登月. In: bilibili.com. 10. Dezember 2021, abgerufen am 17. Dezember 2021 (chinesisch).
  13. ↑ a b 长征九号方案大改，拜入多发并联神教. In: spaceflightfans.cn. 25. Juni 2021, abgerufen am 25. Juni 2021 (chinesisch).
  14. ↑ 郑孟伟 et al.: 我国大推力氢氧发动机发展思考. (PDF; 727 KB) In: spaceflightfans.cn. 10. Dezember 2018, S. 17, abgerufen am 10. März 2021 (chinesisch).
  15. ↑ 龙乐豪院士的《中国火箭与航天》演讲视频 (ab 0:33:00) auf YouTube, 12. Juli 2022, abgerufen am 22. Juli 2022.
  16. ↑ 2020长八首飞、2030重型火箭首飞、2040核动力穿梭机重大突破……未来30年中国火箭发展重磅干货都在这. In: calt.com. 16. November 2017, abgerufen am 22. Juli 2022 (chinesisch).
  17. ↑ Andrew Jones: China could shift to fully reusable super heavy-launcher in wake of Starship. In: spacenews.com. 21. Juli 2022, abgerufen am 21. Juli 2022 (englisch).
  18. ↑ China displays crewed moon landing mission elements. Abgerufen am 30. September 2021.
  19. ↑ Starship Users Guide Revision 1.0 (PDF, 2 MB; Seite 5) auf der SpaceX-Website, März 2020, abgerufen am 19. März 2021 (englisch).
  20. ↑ Jeff Foust: Starliner launches to remain on Atlas 5. 22. Mai 2022, abgerufen am 4. September 2022 (englisch): „ULA has not announced plans to human-rate Vulcan.“
Chinesische Trägerraketen
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CZ-2F launch vehicle.png
In Erprobung:

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