Shenzhou-5: China’s eerste bemande ruimtevlucht Ing. M.C.A.M. van der List Bradford Engineering B.V.
Na jaren van voorbereidingen werd China op 15 oktober 2003, na Rusland en de Verenigde Staten, het derde land dat zelfstandig bemande ruimtevluchten onderneemt. Op dat moment vertrok vanaf de lanceerbasis Jiuquan in Binnen-Mongolië een Lange Mars-2F raket met onder de neuskap het ruimteschip Shenzhou-5. Aan boord van de Shenzhou bevond zich China’s eerste taikonaut Yang Liwei (38).
Het begin China perfectioneerde al vroeg in haar ruimtevaartprogramma technieken om ruimtevaartuigen behouden terug te laten keren naar de aarde. Al voor de eerste Chinese satelliet DFH Mao 1 in april 1970 een baan om de aarde bereikte, waren er plannen voor een bemand ruimtevaartprogramma. Hoewel dit Shunguang-1 project in 1972 om politieke redenen alweer werd stopgezet, werd er een onbemande versie van het ontwerp ingezet voor militaire spionagedoeleinden. In 1976 voerde de eerste FSW satelliet een behouden landing uit en bracht hiermee rollen belicht filmmateriaal naar zijn militaire meesters in Beijing.
programma wel degelijk wenselijk was voor de opkomst van een technologisch sterk China, en dat dit de hoge kosten ervan kon rechtvaardigen. De regering bepaalde dat de eerste Chinees nog voor het einde van het millennium in de ruimte zou moeten vliegen, om zodoende gezicht te kunnen geven aan China’s rol als een van de leidende wereldmachten. Het nieuwe project werd in officiële kringen kortweg Project 921 genoemd. De eerste fase, 921-1, had tot doel een bemande capsule te ontwikkelen. De eerste bemande vlucht stond gepland voor oktober 1999, samenvallend met het vijftigjarige jubileum van de Chinese revolutie.
In de jaren daarna werd op een laag pitje gewerkt aan de sleuteltechnologieën die voor een bemande ruimtereis nodig zouden zijn. In 1978 verschenen foto’s in de media die Chinese astronauten in indrukwekkende ruimtepakken toonden. Ook werd een vloot van bergingschepen in de vaart genomen die over de hele wereld een gelande capsule uit de oceaan zou kunnen bergen. In mei 1980 werd een capsule met succes uit de zuidelijke Grote Oceaan geborgen na een suborbitale vlucht. Begin jaren tachtig meldden Chinese overheidsfunctionarissen echter dat er geen bemand project liep in verband met de hoge kosten daarvan.
Project 921 In april 1992 stelden de Chinese leiders vast dat een onafhankelijk bemand ruimtevaart-
RUIMTEVAART FEBRUARI 2004
Yang Liwei gaat aan boord van het Shenzhou-5 ruimtevaartuig. [Space Daily]
27
zijn Russische tegenhanger. De naar verhouding grote terugkeercapsule zou erop kunnen wijzen dat de 921-1 meer inzittenden mee kon nemen dan de driepersoons Soyuz. De plannen riepen verder op tot de ontwikkeling van krachtige draagraketten met motoren op kerosine en vloeibare zuurstof, in plaats van de giftige hypergolische brandstoffen die tot dan gewoonlijk in de Chinese raketten gebruikt werden. Helaas voor de technici in Shanghai werd hun ontwerp afgekeurd; de Chinese overheid wilde geen geld uitgeven aan de ontwikkeling van een nieuwe draagraket op nieuwe vloeibare brandstoffen. Men besteedde dat geld liever aan de ontwikkeling van vaste brandstof motoren, die ook voor militaire toepassingen konden worden ingezet. Van hogerhand werd besloten uit de bestaande Lange Mars-2E raket een nieuwe draagraket, met als aanduiding 2F, te ontwikkelen die voor de lancering van het 921-1 ruimtevaartuig gebruikt kon worden. De Chinese Academy of Space Technology (CAST), een aan de China Aerospace Science and Industry Corporation (CASIC) geaffilieerd instituut, zou de eindverantwoordelijkheid dragen voor het Project 921-1. CAST namhet Shanghai Bureau of Astronautics (verantwoordelijk voor het eerste, afgekeurde ontwerp) in de arm om samen met het Aerospace Medical Engineering Research Institute de capsule zelf te ontwikkelen en te bouwen. Rond dezelfde tijd werd ook begonnen met de constructie van een nieuw vluchtleidingscentrum nabij Beijing.
De lancering van de Shenzhou met een CZ-2F draagraket. [Xinhua News Agency]
28
Al in 1992 kwamen de eerste plannen voor het ontwerp van de Project 921-1 capsule in de openbaarheid. Het door het Shanghai Astronautics Bureau gemaakte ontwerp bestond net als de Russische Soyuz capsule uit een terugkeercapsule, met erachter een aparte module met de motoren en andere systemen. Op de neus van de terugkeercapsule bevond zich tevens een baanmodule. Wat opviel was dat de baanmodule en motorsectie een stuk kleiner waren ten opzichte van de terugkeercapsule dan bij
In 1994 onderging Project 921-1 weer een wijziging. Het Russische ruimtevaartprogramma zat inmiddels dringend om geld verlegen en was bereid enkele van haar geavanceerde ruimtevaarttechnologieën te verkopen. In september 1994 legde de Chinese president Jiang Zemin een bezoek af aan het Russische vluchtleidingcentrum in Kaliningrad, en al snel bleek dat de twee landen elkaar gevonden hadden. In maart 1995 werd een overeenkomst getekend waarbij Russische technologie naar China geëxporteerd zou kunnen worden. Zo werden Russische levensondersteunende systemen, ruimtepakken, en zelfs
RUIMTEVAART FEBRUARI 2004
kale Soyuz capsules ter beschikking gesteld aan de Chinese ingenieurs. In 1996 volgden twee Chinezen, Wu Jie en Li Qingling, een opleiding tot ruimtevaarder in het Yuri Gagarin trainingscentrum in Rusland. Na hun opleiding keerden deze twee mannen terug naar China en begon de selectie van een astronautenkorps die later in totaal veertien leden zou tellen. Het 921-1 ontwerp werd aangepast en omvatte nu een terugkeercapsule die aërodynamisch een kopie was van de Soyuz, alleen vijftien procent groter. Ook kregen de baanmodule en motorsectie ongeveer dezelfde diameter als de terugkeercapsule, zodat de 921-1 uiterlijk ongeveer dezelfde verhoudingen ging vertonen als zijn Russische tegenhanger. In de tussentijd werden er nieuwe lanceerfaciliteiten gebouwd op de basis Jiuquan. In mei 1998 werd een testmodel van de Lange Mars-2F raket en het 921-1 ruimteschip naar het lanceerplatform gebracht.
Een nieuwe ster aan de hemel In juni 1999 maakte de Chinese overheid bekend dat de eerste onbemande testvlucht nog voor het einde van dat jaar zou worden uitgevoerd. Tezelfdertijd verschenen op Internet foto’s die de nieuwe raket op haar lanceerplatform toonden. Hoewel de bron van die foto’s tot op heden een mysterie is gebleven, bleek wel dat de Chinezen inderdaad ver waren in hun voorbereidingen. In september werd duidelijk dat de geplande testvlucht snel dichterbij kwam, toen vier bergingschepen China verlieten om hun posities in te nemen. Iedereen rekende op een lancering begin oktober, maar pas op 19 november vond de langverwachte lancering plaats. De Chinese president Jiang Zemin gaf het nieuwe ruimteschip de naam Shenzhou, wat zoveel betekent als ‘hemels schip’. De Shenzhou-1 landde behouden na een vlucht van 21 uren. Tot ieders verrassing liet China kort na de landing foto’s van de capsule op het landingsterrein zien. Ook werden beelden getoond van de lanceerfaciliteiten en het gereedmaken en lanceren van de raket. Hieruit bleek dat de Shenzhou op een paar
RUIMTEVAART FEBRUARI 2004
punten toch verschilde van de Soyuz. Zo had de Shenzhou niet alleen zonnepanelen aan de motorsectie, maar ook de baanmodule was uitgerust met een paar zonnepanelen. Al op de eerste vlucht werd gedemonstreerd dat deze baanmodule zelfstandig in de ruimte kon functioneren. Kort voor de landing werd de baanmodule namelijk afgescheiden en deze zou nog acht dagen in een baan om de aarde blijven werken alvorens in de bovenste lagen van de dampkring te verbranden. Ondanks verschillende geruchten in 2000 duurde het toch nog tot januari 2001 eer de tweede Shenzhou in de ruimte verscheen. Nu werd een vlucht van maar liefst zeven dagen uitgevoerd en waren een aap, een hond en een konijn aan boord om de levensondersteunende systemen aan boord te testen. Ook werden voor het eerst de motoren verschillende malen ontstoken om de baan van het ruimtevaartuig te veranderen. Na een week landde de capsule in Binnen-Mongolië. In tegenstelling tot de eerste vlucht verschenen nu geen foto’s van de capsule na de landing. Dit gaf in de westerse media aanleiding tot geruchten dat de landing niet helemaal volgens plan was verlopen. China meldde eenvoudigweg dat de landing een herhaling van de eerste vlucht was en er dus niets bijzonders was te laten zien. Intussen voerde de baanmodule een nog zes maanden durend programma uit. Na die periode ontstak de baanmodule haar eigen manoeuvreermotoren om vervolgens in de bovenste lagen van de atmosfeer te verbranden. Hiermee toonden de Chinezen aan dat zij hun Shenzhou duidelijk met veelzijdige doelen hadden ontworpen. De baanmodules kunnen blijkbaar zelfstandig maar ook als modules voor een toekomstig ruimtestation gebruikt worden.
Televisiebeeld vanuit de ruimte tijdens de vlucht van Yang Liwei. [Chinese televisie]
29
In maart 2003 werd de derde Shenzhou gelanceerd en voerde eenzelfde vlucht uit als de Shenzhou-2. Dit was tevens de eerste keer dat een functionele ontsnappingstoren op de capsule bevestigd was. Tijdens de lancering werd deze als test van de capsule weggeschoten. Na de landing verschenen deze keer wel foto’s van de terugkeercapsule, wat de geruchten rond de landing van de Shenzhou2 eigenlijk alleen maar versterkte. Nog datzelfde jaar, op 29 december, verscheen Shenzhou nummer vier in de ruimte. Dit was duidelijk weer een verbeterde versie ten opzichte van haar voorgangers. Zo namen Chinese ruimtevaarders tijdens het aftellen plaats in het ruimteschip. Ongeveer een uur voor de lancering verlieten ze de capsule, waarna de Shenzhou-4 onbemand richting ruimte vertrok. Op 5 januari maakte de terugkeercapsule een behouden landing, terwijl de baanmodule nog zes maanden in de ruimte zou blijven. Na de geslaagde landing van de Shenzhou-4 leek alles gereed om een poging te ondernemen de eerste Chinees de ruimte in te sturen.
De geruchtenstroom neemt toe Al in het eerste kwartaal van 2003 waren er geruchten dat de volgende Shenzhou capsule bemand zou zijn. Hoeveel ruimtevaarders aan boord zouden zijn of hoelang de vlucht zou duren bleef echter nog lange tijd onduidelijk. In de zomer werd gemeld dat er drie man aan boord zouden zijn gedurende een
Yang Liwei naast de capsule op het landingsterrein. [Chinese televisie]
30
week durende testvlucht. Later begonnen de geruchten zich toe te spitsen op wat later inderdaad zou gaan gebeuren. Begin september verschenen in de Chinese media berichten dat de vlucht van de Shenzhou-5 één dag zou duren en dat er maar één ruimtevaarder aan boord zou zijn. Op dat moment was de integratie van de capsule en de draagraket al in volle gang en ook het voltallige Chinese astronautenkorps was op de lanceerbasis voor de laatste trainingen. Feit is dat zelfs geen van hen op dat moment wist wie de uitverkorene was voor de eerste vlucht. Ook de media bleven gissen en zelfs twee dagen voor de lancering werd door een Chinese krant Li Qinglong nog genoemd als de kandidaat voor de vlucht. Een dag later verschenen drie andere namen in de media, waaruit volgens het bericht op de ochtend van de lancering de meest geschikte en fitte persoon gekozen zou worden. Nu hadden de media het bij het rechte eind. Nie Haisheng, Yang Liwei of Zhai Zhigang; een van dit trio zou de geschiedenisboeken ingaan.
Een historische vlucht Op 15 oktober 2003 om 01:00 uur GMT, het was 9 uur in de morgen in Beijing, was het zover. Op dat moment werd een Lange Mars2F raket gelanceerd met onder de witte neuskap het ruimteschip Shenzhou-5. Aan boord was de 38-jarige Yang Liwei. Tien minuten later kwam het ruimteschip in een baan om de aarde tussen 200 en 343 kilometer boven het aardoppervlak, terwijl de hoek met de evenaar 42,4 graden bedroeg. De lancering werd niet rechtstreeks uitgezonden, maar een half uur later verschenen de beelden op de Chinese televisiezenders. Ongeveer op dat moment meldde Yang dat hij zich goed voelde en het ruimteschip naar behoren functioneerde, waarop in het vluchtleidingscentrum een daverend applaus losbarstte. Anderhalf uur nadat het ruimteschip in haar baan was gekomen begon Yang aan de eerste van twee geplande drie uur durende rustperiodes. Tijdens deze eerste vlucht werden zoveel mogelijk risico’s vermeden. Zo voorzag het missieplan niet in het openen van het luik tussen de terugkeercapsule en de
RUIMTEVAART FEBRUARI 2004
baanmodule, alleen maar om eventuele problemen met het luik te voorkomen. Zodoende verbleef Yang gedurende zijn hele vlucht in de relatief kleine terugkeercapsule. Om 07:57 uur GMT brak een cruciaal moment aan in de vlucht. De Shenzhou ontstak haar motoren om de tot dan toe ellipsvormige baan cirkelvormig te maken op 343 kilometer hoogte. Hiermee werd aangetoond dat de motoren werkten en deze dus ook gebruikt zouden kunnen worden voor de noodzakelijke afremming voor de landing, op dat moment nog meer dan veertien uren in de toekomst. Anderhalf uur later was er een gesprek over de radio tussen Yang en generaal Cao Gangchuan, de Chinese Minister van Defensie. Elf uren na de lancering was er een live televisieverbinding en kon Yang met zijn vrouw en achtjarige zoon praten. Toen zijn zoon naar het uitzicht vroeg, meldde Yang dat hij foto’s had genomen die hij na de vlucht aan iedereen zou laten zien, zodat iedereen van onze mooie planeet zou kunnen genieten. Rond 15:00 uur GMT begon Yang aan zijn tweede drie uur durende rustperiode. Kort daarna begonnen de voorbereidingen voor de landing. Om 21:35 uur werd door het vluchtleidingscentrum het radiocommando voor de terugkeer naar de Shenzhou gezonden. Een minuut later werd de baanmodule afgescheiden; deze zou achterblijven in de omloopbaan. Twee minuten na de scheiding werden de motoren ontstoken en werd het ruimteschip net voldoende afgeremd, zodat het laagste punt van zijn baan binnen de atmosfeer kwam te liggen. Om 21:59 uur werd ook de motorsectie afgeworpen en stormde de eenzame Yang de atmosfeer tegemoet. Door de wrijving met de luchtlagen werd het hitteschild roodgloeiend terwijl de snelheid steeds verder afnam. Door de geïoniseerde lucht rond de capsule was gedurende enkele minuten geen radiocontact mogelijk. Acht minuten na de afscheiding van de motorsectie pikten helikopters het signaal van de snel dalende capsule op en vond er ook weer radiocontact tussen de Yang en de vluchtleiders plaats. Een loodsparachute trok vervolgens het hoofdvalscherm naar buiten. Onder deze
RUIMTEVAART FEBRUARI 2004
parachute daalde de capsule gestaag naar zijn landingsplaats. Om 23:23 uur landde de capsule waarbij kleine raketjes de laatste restsnelheid verminderden om de klap met de grond zoveel mogelijk te verzachten.
Het Chinese ruimtevaartuig Shenzhou (links) vergeleken met de Russische Soyuz. [J. Swarts]
Al een kwartier na de landing waren de berginghelikopters ter plaatse en ongeveer een half uur na de landing kon Yang uit de capsule geholpen worden. Na een hartelijke begroeting door de bergingmedewerkers bleek uit een korte medische controle dat Yang in een uitstekende conditie verkeerde. Al vijf kwartier na de landing ging Yang aan boord van een helikopter die hem naar Beijing zou vliegen. De weken erna maakte Yang een promotionele tournee door China, waarbij hij ook Hong Kong aandeed. Overal waar hij kwam werd hij door een uitbundige menigte onthaald.
Blik vooruit Zoals al uit het uitgebreide testprogramma bleek, is de vlucht van Yang Liwei geen eenmalige gebeurtenis, maar zullen in de toekomst meer Chinese ruimtevaarders in de ruimte verschijnen. Shenzhou is pas de eerste stap in Project-921, dat onder meer plannen voor een ruimtestation en herbruikbare ruimtetransportsystemen omvat. In tegenstelling tot officieuze berichten die rond de vlucht van de Shenzhou-5 in de media verschenen, lijkt China een bemand maanprogramma niet als een onmiddellijke prioriteit gesteld te hebben. De Chinese plannen die tot dusver voor de exploratie van de maan zijn bekend gemaakt, zijn allemaal onbemand van aard. Zo wil China in 2007 een kunstmaan in een baan om de maan plaatsen, een gegeven dat waarschijnlijk door de media verkeerd is uitgelegd als een bemande vlucht om de maan. De bemande
31
gewichtsklasse, waarmee de realisatie van een modulair ruimtestation met dezelfde proporties als de Russische Mir tot de mogelijkheden behoort. Het spreekt voor zich dat de Chinezen eerst zullen proberen rendez-vous en koppelingtechnieken te perfectioneren voordat zij aan de bouw van dit modulaire ruimtestation beginnen. Zo is het te verwachten dat er twee Shenzhou ruimtevaartuigen gelanceerd zullen worden, al dan niet bemand, die in de ruimte aan elkaar koppelen. Ook het uitvoeren van een ruimtewandeling zal hoog op het verlanglijstje van de missieplanners staan. Chinese bronnen meldden dat de volgende bemande Shenzhou wel eens twee jaar op zich zou kunnen laten wachten. De reden hiervoor is niet alleen om alle ervaring opgedaan met de Shenzhou-5 te implementeren in de nieuwe vlucht, maar wellicht ook om een van de bovenstaande elementen in de vluchtplannen op te nemen.
Tekening van het Chinese ruimtevaartuig Shenzhou. [J. Swarts]
ruimtevaartactiviteiten zullen zich komende decennia dan ook tot de ruimte dicht bij de aarde beperken en een ruimtestation zal hierbij een belangrijk doel zijn. De officiële start voor het ruimtestation, project 921-2, vond plaats in februari 1999. Omdat al tijdens de ontwikkeling van de Shenzhou de bouw van nieuwe krachtige draagraketten was afgewezen, werd besloten het ruimtestation te assembleren uit afzonderlijke modules die elk een massa tussen de 8 en 12 ton zullen hebben. Inmiddels is men in China echter toch begonnen aan de ontwikkeling van een nieuwe familie van draagraketten. Het doel hiervan is niet alleen de positie van China op de commerciële lanceermarkt te verstevigen; de zwaarste exemplaren zullen rond de twintig ton in een lage baan om de aarde kunnen brengen. Inmiddels wordt het ruimtestation 921-2 meer toegespitst op modules in deze
32
De derde stap van Project 921 zal een modern ruimtetransportsysteem zijn, bestaande uit een gevleugelde shuttle, en moet omstreeks 2020 operationeel zijn. Het valt nog te bezien of het daadwerkelijk zover komt. Zowel Amerika als Rusland hebben geprobeerd om efficiënte, (gedeeltelijk) herbruikbare ruimteschepen te ontwikkelen, maar dat bleek tot nu toe geen haalbare kaart. Er lijkt bij de huidige stand van de techniek geen andere bestaansreden te zijn voor herbruikbare systemen dan prestige. Dat laatste is echter net iets wat voorlopig een belangrijke, zo niet de belangrijkste, drijfveer zal blijven in de Chinese bemande ruimtevaart. Aan de andere kant zullen de Chinese ruimtevaartautoriteiten vanwege de nog grotere prestige misschien toch besluiten – als de toekomstige vluchten met de Shenzhou zonder grote problemen verlopen en een ruimtestation in een baan om de aarde verwezenlijkt is – hun aandacht op de maan te richten in plaats van op een herbruikbaar ruimtetransportsysteem.
RUIMTEVAART FEBRUARI 2004
