Shenzhou (véhicule spatial)
Shenzhou (du chinois 神舟 : « vaisseau divin ») est le premier véhicule spatial habité développé par la Chine. Son premier vol sans équipage a eu lieu le et le premier taïkonaute a été lancé à bord de Shenzhou 5 le . Shenzhou a des caractéristiques très proches de celles du vaisseau russe Soyouz : d'une masse d'environ 7,84 tonnes pour une longueur de 9,1 mètres, il comporte comme ce dernier un module de service, un module de descente et un module orbital. Il permet d'embarquer un équipage de trois personnes et peut accomplir des missions d'une durée de 15 jours en orbite basse. Il dispose de capacités de manœuvres orbitales et d'une écoutille lui permettant de s'amarrer à un autre vaisseau ou à une station spatiale.
Véhicule spatial avec équipage
| Base de lancement | Jiuquan |
|---|---|
| Premier vol | 19 novembre 1999 |
| Nombre de vols | 12 |
| Statut | Opérationnel |
| Hauteur | 9,48 m. |
|---|---|
| Diamètre | 2,8 m. |
| Masse totale | 7,84 tonnes |
| Ergols | 1,14 t. |
| Source énergie | panneaux solaires |
| Atterrissage | sur le sol |
| Destination | Orbite basse (200 km) |
|---|---|
| Équipage | 3 |
| Rendez-vous | automatique |
Caractéristiques techniques
Shenzhou a été développé avec une importante assistance de l'industrie astronautique russe et reprend largement les solutions éprouvées du vaisseau Soyouz. Il comporte ainsi, comme celui-ci, trois modules[1] :
- Le module de service fournit l'énergie électrique et regroupe les systèmes de contrôle d'attitude et la propulsion.
- Le module de descente dans lequel l'équipage se tient au lancement et dans lequel il revient sur Terre.
- Le module orbital qui fournit un espace habitable complémentaire une fois le vaisseau en orbite. Le module orbital de Shenzhou diffère de celui de Soyouz : il dispose de moteurs lui permettant de manœuvrer et de panneaux solaires qui permettent d'effectuer un séjour prolongé après séparation des autres modules.
Le vaisseau Shenzhou a une masse d'environ 7,84 tonnes pour une longueur de 9,1 mètres c'est-à-dire qu'il est légèrement plus grand que le vaisseau Soyouz. Il permet d'embarquer un équipage de trois personnes et peut accomplir des missions d'une durée de 15 jours en orbite basse. Il dispose de capacités de manœuvres orbitales et d'une écoutille lui permettant de s'accoupler avec un autre vaisseau ou avec une station spatiale[1].
Le module de service
Le module de service d'une masse de 3 tonnes a la forme approximative d'un cylindre d'une longueur de 2,94 mètres pour un diamètre de 2,50 mètres. Il fournit l'énergie électrique, la propulsion et le contrôle d'attitude. L'énergie électrique est produite par des panneaux solaires qui se déploient en deux ailes rattachées de chaque côté du module donnant une envergure de 17 mètres au vaisseau. Chaque aile comprend 4 sections et la superficie totale atteint 24,48 m2. Les panneaux peuvent fournir 2,4 kW et en moyenne 1 kW. Contrairement à ceux de Soyouz, les panneaux solaires sont orientables pour maximiser l'énergie recueillie. Des batteries argent-zinc peuvent prendre le relais des panneaux solaires durant 6 heures en cas de défaillance de ceux-ci[1] - [2].
La propulsion principale est assurée par quatre moteurs-fusées fournissant chacun 2500 newtons de poussée (impulsion spécifique de 230 secondes) qui effectuent les corrections de trajectoire. Le contrôle d'attitude est pris en charge par 8 propulseurs de 150 newtons et 16 propulseurs de 5 newtons. Tous les moteurs utilisent le même mélange d'ergols liquides stockables hypergoliques : l'UDMH qui est combiné avec du peroxyde d'azote est stocké dans quatre réservoirs sphériques du module de service dont la contenance est de 230 litres, soit en tout 1 000 kg de carburant capable de fournir un delta-V total de 380 m/s. Les réservoirs d'ergols sont mis sous pression par de l'hélium stocké à 230 bars dans 6 réservoirs en titane d'une capacité de 20 litres. Le module comporte également un radiateur utilisé par le système de contrôle thermique principal et dimensionné pour rejeter en moyenne 1 kWh de chaleur produite par les composants électroniques et l'équipage[1] - [2].
Le module de descente
Le module de descente reprend la forme aérodynamique, les proportions et la disposition intérieure du module de Soyouz mais sa taille est supérieure de 13 %. Il est constitué d'une structure en titane recouverte de panneaux en aluminium. Son diamètre est de 2,517 m pour une longueur de 2,5 mètres. L'équipage pénètre dans le module par une écoutille de 70 cm de diamètre située à une extrémité. Le module dispose de deux petits hublots de 30 cm de diamètre et d'un système optique analogue au Vzor russe mais avec une ouverture plus importante qui permet à l'équipage de vérifier que le vaisseau est aligné correctement avant le déclenchement des rétrofusées chargées d'assurer le retour sur Terre. Mais contrairement au Vzor russe il ne fait pas saillie à la manière d'un périscope et ne permet donc pas de contrôler le déroulement d'un rendez-vous spatial. Ce contrôle devra être assuré à l'aide d'un système de caméras[1] - [2].
Le volume intérieur est de 6 m3. Les passagers sont allongés dans des couchettes moulées à leurs formes comme sur Soyouz et font face à une rangée de panneaux de contrôle modernes utilisant la technique des écrans plats. Les deux écrans principaux de type LCD, en couleur et à haute définition, permettent d'afficher des graphiques complexes et peuvent fournir à la demande la carte de la planète avec la position du vaisseau ou celle du point d'atterrissage visé. Un synthétiseur vocal génère des alarmes notamment lorsque le vaisseau dévie de sa trajectoire programmée. L'éclairage est réalisé par des lampes fluorescentes individuelles. L'essentiel de l'équipement électronique est monté sous les couchettes de l'équipage[1] - [2].
Sur la coque extérieure on trouve 6 antennes, les sorties des tuyères des propulseurs utilisés pour contrôler l'orientation du vaisseau durant la rentrée atmosphérique et un ensemble de connecteurs qui, comme sur le module Soyouz, permettent de relier le module de descente au module de service chargé de fournir l'énergie électrique, les gaz (azote et oxygène) et l'eau. Les liaisons électroniques entre les deux modules passent également par ces connecteurs. La technique d'atterrissage utilisée est la même que celle de Soyouz : un parachute principal unique est déployé et le bouclier thermique est largué peu avant l'arrivée au sol pour permettre le déclenchement de petites rétrofusées destinées à réduire la vitesse résiduelle[1] - [2].
Le module orbital
Le module orbital est situé à l'avant du vaisseau. Utilisé par l'équipage comme lieu de travail et de séjour une fois le vaisseau en orbite, il est largué au retour avant la rentrée atmosphérique et est détruit. Il sert également de sas lors des sorties extra-véhiculaires. Les premiers modèles sont équipés, contrairement au vaisseau Soyouz, avec plusieurs équipements qui n'existent pas sur Soyouz[1] - [2] :
- des panneaux solaires (12,24 m2) fournissant en moyenne 0,5 kW et un système de propulsion constitué de 16 petits propulseurs de 5 newtons de poussée consommant de l'hydrazine ; ces équipements permettent au module orbital de fonctionner de manière autonome[1] :
- une palette montée à l'extrémité sur laquelle sont fixés des équipements qui varient selon les missions.
Toutefois sur le modèle destiné à desservir la station spatiale, ces équipements sont remplacés par un système d'amarrage androgyne et le module a une configuration proche de celle de Soyouz. Le module a une structure en aluminium dont le diamètre est de 2,25 m et de 2,8 m de long ; sa masse est de 1,5 tonnes. Une écoutille de 80 cm de diamètre, située dans la partie inférieure, est utilisée pour les sorties extra-véhiculaires. Le module comporte également un hublot de 48 cm de diamètre situé à l'opposé de ce sas.
Le lanceur Longue Marche 2F
Le vaisseau Shenzhou est lancé par une fusée Longue Marche 2F (également baptisée Shenjian qui signifie flèche céleste) dérivée de la Longue Marche 2E. La version 2F se différencie de la 2E par des procédures de contrôles qualité et différents dispositifs visant à réduire le risque de perte de l'équipage. Le principal dispositif est la tour de sauvetage destinée à arracher au lanceur l'ensemble constitué par le module de descente et le module orbital en cas de défaillance de la fusée. La tour est un cylindre de faible diamètre, haut de 8,35 mètres, comportant six propulseurs solides et surmontant la coiffe du lanceur. La tour de sauvetage est mise à feu par les systèmes internes du lanceur s'ils détectent une anomalie grave. Mais la séparation du vaisseau et de la fusée peut également être déclenchée par les contrôleurs au sol et les taïkonautes. La tour de sauvetage est larguée à une altitude de 39 km, 120 secondes après le décollage[3].
Comparaison Soyouz-Shenzhou
| Module | Caractéristique | Shenzhou | Soyouz |
|---|---|---|---|
| Vaisseau complet | Masse | 7,8 tonnes | 7,21 tonnes |
| Longueur | 9,15 m. | 6,98 m. | |
| Diamètre maximal | 2,8 m. | 2,6 m. | |
| Module de service | Masse | 3 tonnes | 2,95 tonnes |
| dont ergols | 1100 kg | 900 kg | |
| Longueur | 2,94 m. | 2,3 m. | |
| Diamètre maximal | 2,8 m. | 2,2 m. | |
| Panneaux solaires | 2 de 24 m² | 2 | |
| Module de descente | Masse | 3,2 tonnes | 3 tonnes |
| Longueur | 2,5 m. | 1,9 m. | |
| Diamètre maximal | 2,5 m. | 1,17 m. | |
| Module orbital | Masse | 2 tonnes | 1,3 tonnes |
| Longueur | 2,8 m. | 2,2 m. | |
| Diamètre maximal | 2,8 m. | 2,25 m. | |
| Panneaux solaires | 2 de 12 m² | aucun |
Déroulement d'une mission Shenzhou
Le vaisseau Shenzhou est lancé par une fusée Longue Marche 2F depuis la base de lancement de Jiuquan située dans le désert de Gobi au nord-est de la Chine.
Historique du développement
En 1978, la Chine annonce qu'elle prévoit, à terme, d'envoyer un homme dans l'espace. Le pays dispose de la technique de la rentrée atmosphérique depuis 1976 grâce au programme FSW, ce qui lui permet de lancer des satellites de reconnaissance avec des capsules récupérables. Toutefois, en 1980, le lancement du programme spatial habité est reporté pour des raisons à la fois économiques et politiques[5]. En 1992, dans un contexte économique redevenu favorable, le programme spatial habité est réactivé sous l'appellation projet 863-204. Le Conseil d’État annonce qu'un vaisseau spatial habité sera lancé avant la fin de la décennie afin de démontrer que la Chine fait désormais partie des grandes puissances. Le programme spatial habité chinois lancé à cette occasion et baptisé Projet 921 prévoit la construction d'un vaisseau spatial habité (projet 921-1), dont le premier vol doit avoir lieu en 1999, et un laboratoire orbital (1999-2). Pour lancer ces vaisseaux, la fusée Longue Marche 2F, une version adaptée de la Longue Marche 2E, doit être développée. Initialement, les responsables chinois envisagent de réaliser un engin entièrement nouveau. Toutefois, en 1994, un accord de coopération est mis en place avec la Russie : celle-ci, aux abois sur le plan économique, cherche à valoriser son savoir-faire dans le domaine de l'astronautique. Des modèles du vaisseau Soyouz sont vendus à la Chine et les futurs astronautes chinois (baptisés par la presse taïkonautes) commencent leur entraînement en Russie. Le vaisseau chinois est développé sur le modèle du vaisseau Soyouz. Le premier vol, sans équipage, a lieu le .
Les missions du vaisseau Shenzhou
| Date de lancement | Mission | Équipage | Durée | Objectif | Charge utile / remarques |
|---|---|---|---|---|---|
| Shenzhou 1 | Sans | 21 h 22 min | Qualification du vaisseau | Récolte d'informations sur un mannequin représentant un passager | |
| Shenzhou 2 | Animaux | 6 j 18 h 22 min | Qualification du vaisseau | Etude du comportement animal en apesanteur | |
| Shenzhou 3 | Sans | 6 j 18 h 51 min | Qualification du vaisseau | Investigations sur le métabolisme humain à partir d'un mannequin | |
| Shenzhou 4 | Sans | 6 j 18 h 36 min | Qualification du vaisseau | Embarque quelques expériences scientifiques | |
| Shenzhou 5 | Yang Liwei | 21 h 25 min | Premier vol spatial habité chinois | ||
| Shenzhou 6 | Fei Junlong Nie Haisheng |
4 j 19 h 33 min | Premier équipage de deux personnes | ||
| Shenzhou 7 | Zhai Zhigang Liu Boming Jing Haipeng |
2 j 20 h 28 min | Premier équipage de trois personnes; Première sortie dans l'espace d'un chinois. |
Zhai Zhigang effectue une sortie dans l'espace (15 min). | |
| Shenzhou 8 | Sans | 16 j 13 h 33 min | Rendez-vous et amarrage avec Tiangong 1 | Diverses expériences scientifiques entées pour le compte de l'Europe. | |
| Shenzhou 9 | Jing Haipeng (2) Liu Wang Liu Yang |
12 j 15 h 25 min | Première occupation de Tiangong 1 | Liu Yang est la première chinoise à se rendre dans l'espace. | |
| Shenzhou 10 | Niè Hǎishèng (2) Zhang Xiaoguang Wang Yaping |
14 j 14 h 29 min | Deuxième occupation de Tiangong 1 | ||
| [6] | Shenzhou 11 | Jing Haipeng (3) Chen Dong |
32 j 6 h 25 min | Première occupation de Tiangong 2 | Record de durée dans l'espace pour des chinois. |
| Shenzhou 12 | Nie Haisheng (3) Liu Boming (2) Tang Hongbo |
Première occupation de la station spatiale chinoise |
Hommage
En , un astéroïde découvert par l'observatoire de la Montagne Pourpre a été nommé (8256) Shenzhou en l'honneur du vaisseau.
Notes et références
- China in space : the great leap forward, p. 267-271
- (en) Patrick Blau, « Shenzhou Spacecraft Overview », sur Spaceflight101 (consulté le )
- (en) Patrick Blau, « Long March 2F – Launch Vehicle », sur Spaceflight101 (consulté le )
- China in space : the great leap forward, p. 270
- I. Sourbès-Verger et D. Borel, p. 21-35 op. cit.
- (en) « Innovative features of Shenzhou-11 spacecraft »,
Bibliographie
- Philippe Coué, Shenzhou : les Chinois dans l'Espace, éditions L'Esprit du Temps, 2013
- Isabelle Sourbès-Verger et Denis Borel, Un empire très céleste : la Chine à la conquête de l'espace, Paris, Dunod, , 275 p. (ISBN 978-2-10-051729-9)
- (en) Brian Harvey, China in space : the great leap forward, Springer Praxis, (ISBN 978-1-4614-5042-9)
- (en) Brian Harvey, China's Space Program : from conception to manned spaceflight, London/Chichester, Springer Verlag, , 349 p. (ISBN 1-85233-566-1, lire en ligne)
- Philippe Coué, Shenzhou Les Chinois dans l'espace : Naissance d'une grande puissance spatiale, Le Bouscat, L'Esprit du temps, , 253 p. (ISBN 978-2-84795-265-0)