Shenzhou (véhicule spatial)

Shenzhou (en chinois : 神舟 ; pinyin : Shénzhōu ; litt. « vaisseau divin ») est un véhicule spatial habité chinois conçu pour emmener un équipage de trois astronautes en orbite terrestre basse pour le compte de l'Agence chinoise des vols spatiaux habités (CMSA). Il fait de la Chine le troisième pays après la Russie (ex-Union soviétique) et les États-Unis à disposer d'une capacité de vol spatial habité indépendante. Construit par l'Académie chinoise de technologie spatiale (CAST), il est lancé depuis la base de lancement de Jiuquan en Mongolie-Intérieure à bord d'une fusée Longue Marche 2F, et a volé une vingtaine de fois.

Le développement d'un véhicule spatial habité est considéré en Chine dès les années 1970 avec le vaisseau , mais n'aboutit pas faute de moyens financiers dans le contexte de la révolution culturelle. Une nouvelle opportunité se présente dans les années 1990 avec la réforme économique chinoise et l'éclatement de l'Union soviétique. Le programme Shenzhou débute en 1992 et avance rapidement grâce aux transferts de technologie du vaisseau russe Soyouz, le premier vol inhabité a lieu dès 1999 puis le premier vol habité en 2003. Les vols suivants permettent de tester des technologies telles que les sorties extravéhiculaires et l'amarrage automatique en orbite avec les petites stations spatiales Tiangong 1 et 2. Puis à compter de 2022 le Shenzhou assure régulièrement la relève de l'équipage de la station spatiale chinoise Tiangong avec une rotation tous les six mois.

D'une masse d'environ 8 tonnes et long de 9 mètres, le vaisseau Shenzhou est légèrement plus grand et plus lourd que le Soyouz dont il reprend l'architecture, avec trois sous-ensembles : à l'arrière le module de service regroupant la propulsion, l'avionique, le contrôle thermique et les panneaux solaires ; au centre le module de descente, une capsule spatiale où se trouve le cockpit et l'équipage lors du décollage et du retour sur Terre ; et à l'avant le module orbital servant d'espace de vie et comprenant le système d'amarrage et l'écoutille assurant la jonction avec la station spatiale. Le module de descente est le seul à revenir sur Terre après la rentrée atmosphérique et l'atterrissage sous parachutes dans la steppe du désert de Gobi, il n'est pas réutilisé. En cas de danger pendant la phase de lancement, une tour de sauvetage permet d'éjecter la capsule. D'une autonomie de quelques jours en vol libre, le Shenzhou peut rester en orbite plus de 6 mois amarré à une station spatiale.

Contexte 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 politiquesI. Sourbès-Verger et D. Borel, p. 21-35 op. cit..

Historique

Développement 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.

Vols d'essais inhabités

Premiers vols habités

Stations spatiales Tiangong 1 et 2

Rotations d'équipage de la station spatiale chinoise

Caractéristiques techniques thumb|Le Shenzhou dans la configuration utilisée jusqu'à Shenzhou 7.

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 : 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 pour une longueur de 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.

Module de service

Le module de service d'une masse de a la forme approximative d'un cylindre d'une longueur de pour un diamètre de . 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 au vaisseau. Chaque aile comprend 4 sections et la superficie totale atteint . Les panneaux peuvent fournir et en moyenne . 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.

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 , soit en tout de carburant capables de fournir un delta-V total de . 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 . Le module comporte également un radiateur utilisé par le système de contrôle thermique principal et dimensionné pour rejeter en moyenne de chaleur produite par les composants électroniques et l'équipage.

Module de descente vignette|Le module de descente de la mission Shenzhou 13. Un hublot est au centre, la trappe du parachute en haut à droite. 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 pour une longueur de . L'équipage pénètre dans le module par une écoutille de de diamètre située à une extrémité. Le module dispose de deux petits hublots de 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.

Le volume intérieur est de . 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.

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.

Module orbital thumb|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 : des panneaux solaires () fournissant en moyenne 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 : 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 et de de long ; sa masse est de . Une écoutille de de diamètre, située dans la partie inférieure, est utilisée pour les sorties extra-véhiculaires. Le module comporte également un hublot de de diamètre situé à l'opposé de ce sas.

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 , 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 , 120 secondes après le décollage.

Comparaison Soyouz-Shenzhou