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Shenzhou


Die Shenzhou-Raumschiffe sind die Basis der bemannten chinesischen Raumfahrt. Mit ihnen flog der erste Taikonaut in den Orbit und es wird als Zubringer die chinesischen Raumstationen versorgen.

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Autor: Felix Korsch und Daniel Maurat, 14.08.2003 / 30.10.2011


China Manned Space Engineering Office

Bild vergrößernDie Raumkapsel Shenzhou 5 vor ihrem Einbau in die Rakete.
(Bild: China Manned Space Engineering Office)
Geschichte

Die Geschichte eines bemannten chinesischen Raumschiffes begann im Jahr 1989, als die chinesische Regierung beschloss, ein bemanntes Weltraumprogramm aufzubauen. Als Träger fand man schnell die Langer Marsch 2E, welche nur noch modifiziert werden musste. Daraus entwickelte sich die Langer Marsch 2F. Doch war die Frage um die Raumkapsel noch nicht sicher. Es gab eine Reihe von Vorschlägen, über eine bemannte Version der FSW-Rückführkapseln, die man schon in den 1970er Jahren besprochen hat über sogar einem Mini-Shuttle, ähnlich dem Konzept Hermes der ESA. Schließlich legten 1991 die drei großen chinesischen Weltrauminstitute, CAST (China Academy for Spaceflight Technology), SAST (Shanghai Academy for Spaceflight Technology) und CALT (China Academy for Launch Vehicle Technology ihre Verschläge vor. Dabei schlugen sowohl CAST als auch SAST ein Konzept, ähnlich dem des russischen Sojus-Raumschiffes, also ein Orbital-, ein Wiedereintritts- und ein Service-Modul, nur größer und mit einem neu konfigurierten Orbitalmodul, vor. Das Konzept von CAST wurde schließlich 1993 angenommen und die Firma zum Hauptauftragnehmer ernannt. SAST sollte dabei das Service Modul und das Antriebssystem entwickeln. Das bemannte Raumfahrtprogramm bekam zunächst den nichts sagenden Namen Projekt 921, das Raumschiff den Namen Projekt 921-1.

Simon Zajc

Bild vergrößernEin Shenzhou-Raumschiff mit zwei Solarellenpaaren im Weltraum - Illustration
(Bild: Simon Zajc)
In der darauffolgenden Zeit bekam China Hilfe bei der Entwicklung für ihr Raumschiff: Russland half dem Reich der Mitte damit, dass sie viel Technologie der Sojus-TM-Raumschiffe nach China transferierten. Unter anderem waren darunter die Wiedereintrittskapsel mit Landesystem, das Lebenserhaltungssystem, das Startabbruchssystem, androgyne Kopplungsstutzen vom Typ APAS 89 sowie Durckanzüge vom Typ Sokol, welche von den russischen Kosmonauten beim Start getragen werden. Insgesamt aber vergrößerten die Chinesen das neue Raumschiff, um so mehr Platz für die Crew zu erhalten.

Die wohl größte Veränderung betriaf das Orbitalmodul: Dieses wurde neu konstruiert und sollte nun in der Lage sein, auch nach dem Abtrennen vom restlichen Raumschiff autonom zu arbeiten. Dazu erhielt es ein Paar Solarzellen und ein eigenes Lageregelungssystem.

Nachdem China seine Ambitionen von einem bemannten Weltraumprogramm Ende der 1990er Jahre der Welt verkündete, brauchte das neue Raumschiff einen Namen. Diesen erhielt es vom chinesischen Präsidenten, Jiang Ze-Min. Er nannte das neue Raumschiff Shenzhou, was übersetzt soviel wie "Götterschiff" oder "göttliches Schiff" bedeutet.



Tabelle 1: Basisdaten

China Manned Space Engineering Office

Bild vergrößernShenzhou 7 im Orbit, aufgenommen vom Subsatelliten Baxing 1
(Bild: China Manned Space Engineering Office)

offizielle Bezeichnung:

Project 921-1

inoffizielle Bezeichnung:

Shenzhou

Agentur:

CNSA (China National Space Academy)

Hersteller:

CAST (China Academy of Spaceflight Technology)

Gesamtmasse:

7,8 t

Länge:

8,65 m

max. Durchmesser:

2,80 m

Spannweite:

19,40 m

Einzelmodule:

3

Crew:

3

Solarpaneele (bis Shenzhou 6):

4 (24 m²+12 m²) = 1,3 kW

Solarpaneele (ab Shenzhou 7):

2 (24 m²) = 0,87 kW



Orbitalsektion

China Manned Space Engineering Office

Bild vergrößernDas Orbitalmodul von Shenzhou 7 bei der Montage.
(Bild: China Manned Space Engineering Office)
Das Orbitalmodul der Shenzhou ähnelt nur noch in Ansätzen dem russischen Vorbild. Die auffälligsten Unterschiede sind die zylindrische Form des Moduls sowie (bei den ersten sechs Flügen) das zusätzliche Paar Solarpaneele. Dieses braucht es, um über eine längere Zeit autonom im Erdorbit arbeiten zu können. Das Modul an sich ist 2,8 m lang, hat einen Durchmesser von 2,8 m und wiegt voll betankt 1,5 t. Mit den Solarpaneelen hat es eine Spannweite von 10,8 m, wobei jedes Solarpaneel eine Länge von 3,5 m und eine Breite von 2 m hat. Diese Solarpaneele haben eine Fläche von 12,24 m2, womit sie eine Leistung von 0,5 kW generiert werden können. Um die Menge an elektrischer Energie, die sie erhalten, zu maximieren, sind sie drehbar angelegt, damit sie sich immer optimal zur Sonne ausrichten können. Im Inneren stehen der Besatzung 8 m3 Wohnvolumen zur Verfügung. Es besitzt auch über ein eigenes mit Hydrazin betriebenes Lageregelungssystem mit 16 x 5 kN-Triebwerken, welche über das eigene Steuerungssystem gesteuert wurden. Ab Shenzhou 7 verzichetete man aber beim Orbitalmodul über die Fähigkeit des autonomen Betriebes und entfernte Solarpaneele, Steuerungs- und Lageregelungssystem.

An der Front des Moduls befanden sich bis Shenzhou 7 eine Reihe von Nutzlasten, mit denen entweder die Erde untersucht werden konnte oder missionsspezifische Aufgaben erledigt werden konnten. Ab Shenzhou 8 befindet sich an dieser Stelle der Kopplungsstutzen, der aus dem russischen APAS 89-Kopplungsstutzen entwickelt wurde. Am gegenüberliegendem Ende des Moduls, dem Heck, befindet sich ein Kopplungsstutzen für die Landekapsel, wodurch die Besatzung zwischen den beiden Teilen des Raumschiffes wecheln kann. Vor der Landung wird die Luke zwischen beiden Modulen verschlossen und das Orbitalmodul abgesprent. Dies geschiet vor dem Deorbit-Manöver, um so Treibstoff zu sparen, den man sonst dazu benutzten müsste, auch noch das Orbitalmodul abzubremsen.

Das Orbitalmodul ist sehr vielseitig. Neben ihrer früheren Aufgabe als Forschungssatellit, wobei sie bis zu 200 Tage im Erdorbit betrieben werden konnte, wurde sie schon im Rahmen der Mission Shenzhou 7 als Luftschleuse für Außenbordaktivtäten (EVA) genutzt. Dazu verfügte sie über eine spezielle Luke in der Hülle, wodurch die Taikonauten aussteigen konnten.

Landekapsel

China Manned Space Engineering Office

Bild vergrößernDie Landekapsel eines Shenzhou-Raumschiffes.
(Bild: China Manned Space Engineering Office)
Die Landekapsel basiert auf ihrem Pendant aus Russland, der Sojus. Sie ist aber im Gegensatz zu ihr größer und bietet mehr Raum in Inneren. Sie ist 2,5 m lang, hat einen Basisdurchmesser von 2,25 m und wiegt beim Start 3,24 t. Der Hitzeschild wiegt 450 kg und durch diesen ist die Landekapsel das einzige Element des Shenzhou-Raumschiffes, das auch zur Erde zurückkehrt. Im Inneren bietet es ein Volumen von 6 m3 und ist für drei Taikonauten ausgelegt. Es ist also etwa 13% größer als die Landekapsel der Sojus. Es hat im aktiven Zustand eine Lebensdauer von 20 Tagen und verfügt zur Lageregelung während der Zeit des Alleinfluges ohne Servicemodul, des Wiedereintritts in die Atmosphäre und dem Flug noch ohne Fallschirm über acht 150 N starke Lageregelungstriebwerke, welche Hydrazin als Treibstoff nutzen.

Im Inneren ähnelt die Shenzhou-Landekapsel stark derjenigen, die für die Sojus genutzt wird, ist aber moderner gestaltet. So nutzt man auch, wie im russischen Original, ein Pereskopsystem, mit dem die Taikonauten Objekte für das Docking mit dem Auge suchen oder das Raumschiff für den Wiedereintritt ausrichten können. Auch die Instrumente und die Flugsteuerungselemente ähneln denen der Sojus, sind aber moderner als die im russischen Raumschiff und die Taikonauten verbringen Start und Landung in individuell geformten Schalensitzen. Zuletzt gleichen sich die Landungtechniken beider Raumschiffe: wie auch bei der Sojus besitzt die Shenzhou-Landekapsel einen kleinen Hilfsschirm, der später den großen Hauptfallschirm aus seinem Stauraum zieht. Das Fallschirmsystem ist redundant ausgelegt, das heißt, dass die Kapsel über einen Reserveschirm verfügt. Der Hitzeschild wird kurz vor Landung abgeworfen und Sekunden vor der Bodenberührung feuern vier kleine Feststufftriebwerke im Boden der Kapsel, um sie weiter abzubremsen und die Landung für die Besatzung nicht zu hart werden zu lassen. Die Landekapsel ist für Landungen an Land ausgelegt, kann aber im Notfall auch eine Wasserlandung durchführen.

Servicemodul

China Manned Space Engineering Office

Bild vergrößernDas Servicemodul eines Shenzhou-Rumschiffes
(Bild: China Manned Space Engineering Office)
Das Servicemodul des Raumschiffes ist größer als sein Vorbild aus Russland und für längere Flüge ausgelegt. In ihm sind die wichtigsten Versorgungssystme, etwa Luft-, Wasser- und Energiesystem sowie die Triebwerke und die Lageregelung integriert. Es ist 2,94 m lang, hat einen Durchmesser von 2,5 m, wobei es an der Basis sogar einen Durchmesser von 2,8 m hat, und wiegt voll betankt 3 t. In ihm sind die Luft-, Wasser- und Treibstoffvorräte des Raumschiffes. Alleine an Treibstoff kann es 1 Tonne aufnehmen. Das Servicemodul verfügt über ein Paar Solarpaneele, welche aus vier Elementen bestehen. Diese vier Elemente werden vor dem Start zusammengeklappt, um Platz zu sparen, und erst im Welraum entfaltet. Insgesamt haben sie eine Spannweite von 17 m und haben eine Fläche von 24,48 m2, oder auch je eine Länge von 7,5 m bei einer Breite von 2 m. Sie können etwa 1 kW erlektrische Leistung generieren und so die Besatzung und die verschiedenen Systeme des Raumschiffes mit Energie versorgen.

Das Servicemodul verfügt über eine Reihe von Triebwerken: acht Triebwerke mit 150 N Schub am Heck dienen für kleine Bahnänderungsmanöver, etwa für ein Rendezvous-Manöver oder eine Kopllung. 16 Triebwerke mit einem Schub von je 5 N gehören zum Lageregelungssystem und dienen zur Lageregelung im Raum. Und zuletzt vier je 2,5 kN starke Haupttriebwerke, mit denen der Deorbit des Raumschiffes durchgeführt wird. Zum Betrieb nutzen alle Triebwerke einen Treibstoffmix aus Monomethylhydrazin (MMH) und Distickstofftetroxid (N2O4) als Oxydator. Es kann aktiv etwa 20 Tage im Orbit verbleiben, im "Stand-By"-Modus sogar fast ein Jahr.

ChinaNews.com

Bild vergrößernDas Raumschiff Shenzhou 8 während der Montage. Gut erkennbar am Orbitalmodul ist das neue Kopplungssystem
(Bild: ChinaNews.com)
Tabelle 2: Vergleich Shenzhou mit Sojus-A und Sojus-TMA

Sojus (A)

Sojus (TMA)

Shenzhou

Gesamtsystem

Gesamtmasse in kg:

5880

7250

7800

Länge in m:

7,40

7,48

8,65

Durchmesser in m:

2,30

2,72

2,80

Spannweite in m:

---

10,06

19,40

Orbitalsektion

Gesamtmasse in kg:

1300

1300

1500

Länge in m:

3,00

2,98

2,80

Durchmesser in m:

2,20

2,26

2,25

Rückkehrmodul

Gesamtmasse in kg:

2480

3000

3200

Länge in m:

2,30

1,90

2,059

Durchmesser in m:

2,20

2,17

2,50

Gerätesektion

Gesamtmasse in kg:

2400

2950

3000

Treibstoffmasse in kg:

830

900

1000

Länge in m:

2,10

2,60

2,94

Durchmesser in m:

2,10

2,17

2,50

Basisdurchmesser in m:

2,30

2,72

2,80



Rettungssystem

Xinhua

Bild vergrößernEine Attrappe der Nutzlastverkeidung. Gut sichtbar das Rettungssystem, ähnlich dem russischen SAS-Mechanismus.
(Bild: Xinhua)
Das Rettungssystem (auch LAS für Launch Abort System) der Shenzhou erinnert zwar an das der Sojus, doch besitzt es einige weltweit einzigartige Details. Entwickelt wurde es von der Academy of Aerospace Solid Propulsion Technology, auch (4th Academy) genannt. Der Rettungsturm an sich ist 15,1 m lang und hat einen Durchmesser von 67 cm. Mit ihm befestigt ist die Nutzlastverkleidung, welche über vier so genannte "Luftschaufeln" verfügt. Diese stabilisieren und steuern das zu rettende Raumschiff bei einer Aktivierungs des LAS. Bei einer Aktivierung werden das Orbitalmodul und die Landekapsel von der restlichen Rakete gerissen und in einen sicheren Abstand gebracht. Nachdem die Rettungsrakete ausgebrannt ist, eine sichere Entfernung zur Rakete erreicht ist und das LAS richitg ausgerichtet ist, wird die Landekapsel vom Orbitalmodul und von der Nutzlastverkleidung abgetrennt. Danach führt es eine normale Landung durch.

China Manned Space Engineering Office

Bild vergrößernDie Rettungsrakete vor der Montage mit der restlichen Rakete.
(Bild: China Manned Space Engineering Office)
Ein Problem dieses LAS ist, dass es schon nach 120 Sekunden Flug, noch vor den Boostern der Langer Marsch 2F, abgeworfen wird. Sollte es danach zu einem Umfall kommen, könnte man das Raumschiff nicht rechtzeitig von der Rakete wegbringen. Um dieses Problem zu umgehen, integrierte man auch noch die Nutzlastverkleidung ins Startabbruchsystem. Dazu rüstete man sie mit insgesamt acht Feststoffmotoren aus, die in der Lage sind, bis zur 200. Flugsekunde, also dem planmäßigen Abtrennen der Nutzlastverkleidung, die Kapsel und damit die Besatzung in sicherer Entfernung zur Rakete bringen können. Wenn es nach dem Abtrennen der Nutzlastverkleidung zu einem Problem geben sollte, kann sich das Raumschiff mit seinen eigenen Treibwerken von der Rakete trennen und so zu einem Notlandeplatz gelangen. Das gesamte System ist vollautomatisiert, kann aber auch von der Bodenkontrolle aktiviert werden. Im Falle einer Aktivierung des LAS fliegt die Kapsel entweder, wenn die Abtrennung vor T+200 Sekunden erfolgte, eine ballistische Kurve und landet dann in einer Schneise von Jiuquan bis zum südchinesischen Meer. Wenn der Abbruch schon so spät erfolgt, dass fast Orbitalgeschwindigkeit erreicht ist, macht die Raumkapsel eine Erdumrundung und landet dann in China.

Sojus A und Shenzhou (Felix Kosch, 14.08.2003)

unbekannt

Bild vergrößernFrüher Entwurf des Raumschiffes Sojus-A, es weist gewisse Parallelitäten zum chinesischen Modell auf. Eine Kopie?
(Bild: unbekannt)
Beim Vergleich des Shenzhou-Raumschiffes mit ähnlichen Konstruktionen auf Seiten der ehemaligen Sowjetunion fällt westlichen Beobachtern auf, dass das chinesische Modell sehr einem frühen Entwurf des Sojus-Raumschiffes, namentlich Sojus A, gleicht. Jenes Raumschiff wurde ab Ende 1962 speziell zur Durchführung einer bemannten Mondumrundung konzipiert. Man merke an: die Chinesen planen ihrerseits eine Mondumrundung mit ihrem Shenzhou-Raumschiff! Sojus A wurde in seiner Auslegung von 1963 mit einer zylindrischen Orbitalsektion ausgestattet, was dazu führt, dass die Silhouetten beider Raumschiffe annähernd identisch sind. Die heute verfügbaren Daten über Sojus A als eines der frühesten Entwürfe eines Sojus-Raumschiffes weisen auch aus technischer Sicht eine gewisse Ähnlichkeit mit Shenzhou auf.



Peolple's Daily

Bild vergrößernDie Landekapsel von Shenzhou 1 kurz vor dem Aufsetzen in der mongolischen Steppe.
(Bild: Peolple's Daily)
Auf Seiten westlicher Beobachter führten diese rein optisch erschließbaren Zusammenhänge zu der Vermutung, dass das chinesische Shenzhou-Raumschiff in Wahrheit auf einem der frühen Sojus-Entwürfe basiert, welche man aus den Beständen russischer Konstruktionsbüros günstiger hätte erstehen können als etwa die Blaupausen der aktuellen Version Sojus-TMA. Diese Annahme steht allerdings im Widerspruch mit der Erkenntnis, dass China in Wirklichkeit Mitte der 90'er die Konstruktionspläne des Raumschiffes Sojus-T im Rahmen eines chinesisch-russischen Kooperationsvertrages erwarb.

Andererseits währe der eigenwilligen Auslegung der Orbitalsektion der Sojus A auch bei einer Mission mit dem Ziel der Mondumrundung eine besondere Bedeutung zugekommen: die Beherbergung weiterer technischer Systeme sowie umfangreicherer Forschungsmöglichkeiten. Das letztendliche Design von Sojus sah dies nicht mehr vor und eine technisch einfachere Version der Orbitalsektion mit einer kugelförmigen Auslegung setzte sich durch. Eine mögliche Schlussfolgerung wäre, dass China im Anbetracht des nun selbst gesteckten Zieles eines Mondfluges das damals angedachte System in gewissem Maße adaptierte. Hierfür gibt es freilich keine Belege und auch die technischen Daten können nicht als zuverlässige Indikatoren herangezogen werden, schließlich ist die allgemeine technische Anlehnung an das russische Pendant kein Geheimnis.

Missionen

Zu den einzelnen Mission der Shenzhou-Raumschiffe gibt es je einen eigenen Artikel, auf den näher auf die Mission des jeweiligen Fluges eingegeangen wird:



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