05.11.2011 / Autor: Daniel Maurat Raumfahrt > Raketen

Langer Marsch 5 / 6 / 7

Sie sollen die neue Generation von chinesischen Trägern werden: die Familie der Langer Marsch 5 / 6 / 7-Familie sollen in Zukunft nicht nur alle chinesischen Satelliten starten, sondern auch Taikonauten und Raumstationen in den Weltraum bringen.

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Geschichte

Mark Wade

Bild vergrößernEin Großteil der Versionen der CZ 5/6/7-Familie - Illustration
(Bild: Mark Wade)
Die Geschichte dieser Trägerfamilie begann im Jahr 2000, als die Regierung der Volksrepublik in Betracht zog, eine Reihe von Next-Generation Launch Vehicles, also Trägerraketen der neusten Generation, entwickeln zu lassen, um so den Zugang sowohl in den LEO als auch in den GTO für die nächsten 30 Jahre zu sichern. Dabei soll die Rakete nicht mehr den giftigen Treibstoffmix aus Unsymmetrischem Dimethylhydrazin als Treibstoff und Distickstofftetroxid als Oxydator, sondern Kerosin oder Wasserstoff als Treibstoff und Sauerstoff als Oxydator nutzen. Auch sollte diese Rakete modular aufgebaut werden, ähnlich der Atlas 5 und der Delta IV aus den USA oder der russischen Angara. Auch sollte sie schwerere Raumstationsmodule in einen erdnahen Orbit bringen können. Um diese Rakete zu bauen, beauftrage man den Konstrukteur Long Lehau als Chefkonstrukteur und die China Academy of Launch Vehicle Technology (CALT) als Hauptauftragnehmer.

CALT

Bild vergrößernModell einer CZ 5F
(Bild: CALT)
Die Entwicklung unter Long Lehau begann schließlich offiziell im Jahr 2001. Das Konzept bestand zunächst aus vier Elementen:

  • Die Zentralstufe soll einen größeren Durchmesser haben als bisherige chinesische Raketen und den Treibstoffmix aus LH2 (flüssiger Wasserstoff) als Treibstoff und LOX (flüssiger Sauerstoff) als Oxydator. Sie bildet den Kern der CZ 5.
  • Es gibt zwei Arten von Boostern: die größeren Booster basieren auf der Hauptstufe der DF 5, welche die Basis des Großteils der Langer Marsch-Flotte bisher war. Sie soll nun aber einen neuen Treibstoffmix, nämlich RP-1 (Kerosin) als Treibstoff und LOX als Oxydator, und neue Triebwerke nutzen. Die zweite Art von Booster sind etwas kürzer als die größeren und nutzen den gleichen Treibstoffmix, haben aber den gleichen Durchmesser wie die Booster der Langer Marsch-Versionen CZ 2E, CZ 2F, CZ 3B, CZ 3B/E und CZ 3C.
  • Für Missionen in den erdnahen Orbit reicht eine Kombination aus Erststufe und Boostern aus. Für Missionen in den geostationären Orbit aber braucht die Rakete eine zusätzliche Oberstufe, sie soll auf den Oberstufen der Langer Marsch 3-Serie basieren, aber den gleichen Durchmesser haben wie die Zentralstufe.


Am 26. September 2009 verkündete das CALT, dass man auf Basis der kleineren Booster der CZ 5 eine neue Rakete für kleine Nutzlasten in den erdnahen Orbit entwickeln will. Diese Rakete bekam den Namen CZ 6 und nutzt eine neue Oberstufe, welche, wie die Erststufe, RP-1 als Treibstoff und LOX als Oxydator nutzt.

ESA

Bild vergrößernEine CZ 6-Rakete - Illustration
(Bild: ESA)
Die CZ 6 ist nicht die erste Idee für eine Nutzung eines CZ 5-Boosters als eigene Trägerrakete. Schon noch dem Start des bemannten Raumschiffes Shenzhou 7 sprach man davon, die altbewährte CZ 2F nicht mehr als Träger für das bemannte Weltraumprogramm zu nutzen. Stattdessen sollte eine Rakete genutzt werden, die als Zentralstufe die größeren Booster und als Booster die kleineren Booster der CZ 5 nutzen soll. Eine neu entwickelte Zweitstufe mit einem RP-1/LOX-Antrieb vervollständigt die Rakete. Die zunächst CZ 2G/H genannte Rakete wurde 2010 schließlich in CZ 7 umbenannt und ihre modularität vergrößert. So soll sie nun auch eine kryogene Drittstufe nutzen, welche im Grunde genommen nichts anderes ist als eine adaptierte Drittstufe der Langer Marsch-Versionen CZ 3A, CZ 3B, CZ 3B/E und CZ 3C.

Neu für die gesamte Raketenfamilie ist das neue Nummerierungssystem (CZ XYZ(/HO)), welche die unterschiedlichen Versionen besser voneinander unterschiedet. Dies sieht wiefolgt aus:

  • Die 1. Ziffer bezeichnet die Erststufe. Es stehen dabei drei Ziffern zur Auswahl, welche den Durchmesser der Stufe bezeichnen. Die 2 steht dafür für die Erststufe der CZ 6, die einen Durchmesser von 2,25 m verfügt. Die 3 bezeichnet die Erststufe der CZ 7 und hat einen Durchmesser von 3,35 m. Die 5 schließlich steht für die CZ 5, dessen Erststufe einen Durchmesser von 5,2 m hat.
  • Die 2. Ziffer steht für die Anzahl der kleinen Booster, welche bei der CZ 6 als erststufe genutzt werden. Diese Ziffern werden nur bei der CZ 5 und der CZ 7 vergeben. Dabei stehen drei Ziffern zur Verfügung: die 0 bedeutet, dass keine Booster dieses Types genutzt werden. Die 2 steht für zwei genutzte Booster. Die 4 schließlich steht für vier eingesetzte Booster.
  • Die 3. Ziffer steht für die Anzahl der großen Booster, die als Erststufe in der CZ 7 genutzt werden. Diese Ziffer wird nur bei der CZ 5 vergeben. Auch hier stehen drei Ziffern zur Verfügung: die 0 bezeichnet eine Version, die keine derartigen Booster nutzt. Die 2 steht für zwei eingesetzte Booster und die 4 steht für vier eingesetzte Booster.
  • Der Anhang steht bisher für eine zusätzliche Oberstufe. Diese kann bei der CZ 5 und der CZ 7 genutzt werden. Die kryogene Oberstufe wird mit dem Anhang HO bezeichnet.
Versionen

Die Raketen der CZ 5-Familie zeichnen sich durch eine hohe Modularität und eine große Variantenvielfalt aus:

ESA

Bild vergrößernEine CZ 5E-Rakete - Illustration
(Bild: ESA)
  • Die CZ 5 ist die Basis der gesamten Familie. Sie nimmt vier Booster auf, die je nach Version variierbar sind, und optional eine Zweitstufe für geostationäre Nutzlasten mittragen. Ihre Basis ist die kryogene Zentralstufe H-5-1, welche mit zwei Arten von Booster und einer Oberstufe aufgerüstet werden kann. Sie soll in sechs Versionen verfügbar sein:


    • Die CZ 5A, auch als CZ 540 bekannt, nutzt als Booster vier kleine Booster vom Typ K2-1, welche die Zentralstufe H5-1 beim Start unterstützen. Sie verfügt über keine zusätzliche Zweitstufe und kann nur Nutzlasten in einen erdnahen Orbit transportieren. Sie ist die kleinste LEO-Variante der CZ 5.


    • Die CZ 5B, auch als CZ 522 bekannt, nutzt als Booster zwei K2-1-Booster sowie zwei größere K3-1-Booster. Auch sie verfügt über keine Oberstufe und so nur dazu geeinget, LEO-Nutzlasten zu starten.


    • Die CZ 5C, auch als CZ 504 bekannt, nutzt vier K3-1-Booster als Startunterstützung und verzichtet auf eine Oberstufe. Diese LEO-Variante ist die stärkste verfügbare CZ 5 und kann bis zu 25 t in den LEO bringen.


    • Die CZ 5D, auch als CZ 540/HO bekannt, ist eine CZ 5A mit einer zusätzlichen Oberstufe vom Typ H5-2. Sie ist die kleinste Version der CZ 5, welche Satelliten in den GTO bringen kann.


    • Die CZ 5E, auch als CZ 522/HO bekannt, ist eine CZ 5B mit der H5-2 als Oberstufe. Sie sind auch auf den GTO-Betrieb spezialisiert.


    • Die CZ 5F schließlich, auch als CZ 504/HO bekannt, ist die stärkste GTO-Variante der CZ 5-Familie und basiert auf der CZ 5C. Auch sie nutzt eine H5-2-Oberstufe und kann bis zu 14 Tonnen Nutzlast in den Geotransferorbit bringen, mehr als z.B. die europäische Ariane 5 und in etwa vergleichbar mit der amerikanischen Delta IV Heavy.


  • Die CZ 6 basiert, anders als die CZ 5, auf den K2-1-Booster der CZ 5 und nutzt sie als Erststufe. Als Zweitstufe wird die neue Zweitstufe K2-2 nutzen, die den gleichen Treibstoffmix wie die Erststufe nutzen soll. Sie soll vor allem kleinere Nutzlasten bis zu einem Gewicht von 1,5 Tonnen in einen sonnensynchronen Orbit bringen.


  • Die CZ 7 basiert schließlich auf den größeren K3-1-Booster der CZ 5, kann aber auch K2-1-Booster zur Startunterstützung nutzen. Als Zweistufe soll die K3-2 entwickelt werden, die, wie die K2-1 und die K3-1, RP-1 und LOX als Treibstoff und Oxydator nutzen soll.


    • Die CZ 7A, auch als CZ 300 bekannt, ist einfach eine Kombination aus K3-1 und K3-2 ohne zusätzliche Booster oder Oberstufe. Diese Version ist vor allem für den LEO-Betrieb ausgelegt.


    • Die CZ 7B, auch als CZ 320 bekannt, ist eine CZ 7A mit zwei zusätzlichen Boostern. Sie ist auch für den LEO-Betrieb ausgelegt und kann bis zu 3 Tonnen in diesen Orbit bringen.


    • Die CZ 7C, auch als CZ 340 bekannt, gleicht der CZ 7B, hat aber mit vier Boostern zwei mehr als die. Sie soll mit einer maximalen LEO-Nutzlastkapazität von 10 Tonnen die Shenzhou-Raumschiffe starten und so die CZ 2F beerben.


    • Die CZ 7D, auch als CZ 320/HO bezeichnet, ist eine CZ 7B mit einer zusätzlichen Oberstufe H3-3, die von der CZ 3-Familie stammt. Sie ist für den Transport in den GTO ausgelegt.


    • Die CZ 7E, auch als CZ 340/HO bekannt, ist eine CZ 7C mit der H3-3 als Oberstufe. Sie soll mit einer Nutzlastkapazität von 6 Tonnen in den Geotransferorbit die CZ 3B und die CZ 3B/E ersetzen.


ESA

Bild vergrößernEine CZ 7E-Rakete - Illustration
(Bild: ESA)
Technik

Die CZ 5 / 6 / 7-Familie ist auf höchstem Grad modular ausgelegt worden. So können mit sieben Stufen zwölf einzelne Raketen gebildet werden:

  • Die Booster vom Typ K2-1, auch als L-60 bezeichnet, sind den Boostern der CZ 2F, CZ 3B, CZ 3B/E und CZ 3C nachempfunden, sind aber länger und nutzen einen anderen Treibstoff. Auch werden sie als Erststufe für die CZ 6 genutzt. Sie sind an sich 25 m lang, hat einen Durchmesser von 2,25 m und wiegt voll betankt 69 t. Das neuentwickelte einzelne Triebwerk vom Typ YF-100 soll einen Schub von 1.175 kN bei einer Brenndauer von 145 Sekunden haben. Als Treibstoff nutzt man RP-1, als Oxydator LOX.


  • Die Booster vom Typ K3-1, auch als L-130 bezeichnet, basieren auf den Zentralstufen der CZ-Familien CZ 2, CZ 3 und CZ 4. Neben ihrer Nutzung als Booster der CZ 5 werden sie auch als Erststufe der CZ 7 genutzt werden. An sich ist eine K3-1 26 m lang, hat einen Durchmesser von 3,35 m und wiegt beim Start 147 t. Die zwei YF-100-Triebwerke leisten zusammen einen Schub von 2.350 kN bei einer Brenndauer von 165 Sekunden. Als Treibstoff nutzt man RP-1, als Oxydator LOX.


  • Die Erststufe, die H5-1 oder L-155, ist der Kern der CZ 5. Sie ist 31 m lang, hat einen Durchmesser von 5 m und wiegt voll betankt 175 t. Die zwei neu entwickelten Triebwerke vom Typ YF-77 liefern zusammen einen Schub von 1.100 kN bei einer Brenndauer von 475 Sekunden. Als Treibstoffkombination nutzt man den kryogenen Treibstoffmix aus LH2 als Treibstoff und LOX als Oxydator.


  • Die Zweitstufe der CZ 5, die H5-2 oder L-45, ist eine Neuentwicklung, welche aber Technologie nutzt, die schon für die CZ 3-Familie entwickelt wurde und soll nur für Einsätze in den Geotransferorbit eingesetzt werden. Sie ist 10 m lang, hat einen Durchmesser von 5 m und wiegt voll betankt 42,3 t. Die zwei Triebwerke vom Typ YF-75D, welche für die Drittstufe der CZ 3A entwickelt wurde, liefern einen Schub von 394 kN bei einer Brenndauer von 700 Sekunden. Als Treibstoff nutzt man LH2, als Oxydator LOX.


  • Die Zweitstufe der CZ 6, die K2-2 oder L-9, ist eine Neuentwicklung für die CZ 6 und die kleinste Stufe im Sortiment. Sie ist 5 m lang, hat einen Durchmesser von 2,25 m und wiegt voll betankt 10,1 t. Das neuentwickelte einzelne Triebwerk vom Typ YF-115 liefert für eine Brenndauer von 200 Sekunden einen Schub von 147,1 kN. Als Treibstoff nutzt man RP-1, als Oxydator LOX.


  • Die Zweitstufe der CZ 7, die K3-2 oder L-18, ist eine Entwicklung extra für die CZ 7. Sie ist 7,5 m lang, hat einen Durchmesser von 3,35 m und wiegt voll betankt 20,2 t. Die zwei gebündelten Triebwerke vom Typ YF-115 liefern für eine Brenndauer von 200 Sekunden einen Schub von 294,2 kN. Als Treibstoff nutzt man RP-1, als Oxydator LOX.


  • Die Drittstufe der CZ 7, die H3-3 oder L-18, ist eine adaptierte Drittstufe der CZ 3-Familie. Sie ist 11,5 m lang, hat einen Durchmesser von 3 m und wiegt voll betankt 20,2 t. Die zwei Triebwerke vom Typ YF-75 liefern einen Schub von 167,17 kN bei einer Brenndauer von 500 Sekunden. Als Treibstoff nutzt man LH2, als Oxydator LOX.


Starts

Zurzeit (Stand: November 2011) ist der erste Start einer CZ 5 für das Jahr 2014 angesetzt. Als Startplatz wird zurzeit der neue Weltraumbahnhof Wenchang auf der Insel Hainan in Südostchina gebaut. Ab der Einführung dieser Raketenfamilie sollen die Versionen dieser Träger alle bisherigen chinesischen Raketen ersetzen. Dabei soll der Weltraumbahnhof Wenchang die bisherigen drei, nämlich Jiuquan, Xichang und Taiyuan, ersetzen, da diese sich entweder in dicht besiedeltem Gebiet (Xichang) befinden oder schon Alterserscheinungen zeigen (Jiuquan).

Die CZ 5-Familie und das bemannte Weltraumprogramm Chinas

Die im bemannten chinesischen Weltraumprogramm eingesetzte Raketen, die CZ 2F und ihre Abwandlung, die CZ 2G, sind an die Grenzen ihrer Möglichkeiten angelangt. Sie können zum Beispiel nicht ein größeres Raumstationsmodul starten, was für die zukünftige chinesische Raumstation essentiell sein wird. Außerdem nutzt man hoch toxische Triebstoffe, weswegen man diese Raketen ersetzen will. Für die bemannten Shenzhou-Kapseln wurde deswegen die CZ 2G/H entwickelt, die heute als CZ 7 bekannt ist. Mit dieser leistungsstärkeren und umweltfreundlicheren Rakete sollen nicht nur die bemannten Shenzhou-Flüge starten, sondern auch die auf der Raumstation Tiangong 1 basierenden Frachter gestartet werden. Sie hatte damit in etwa die Funktion der Sojus-Rakete in Russland.

Die CZ 5 dagegen soll vor allem die großen Raumstationsmodule starten, so etwa das Basismodul der geplanten modularen Raumstation. Es gibt aber auch Spekulationen, dass mehrere Raketen vom Typ CZ 5 dazu genutzt werden könnten, um damit ein Mondraumschiff auf den Weg zu bringen. Doch das ist heute noch Zukunftsmusik.
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