Shenzhou 8

Der erste unbemannte Flug seit über neun Jahren war ein weiteres Novum für Chinas bemanntes Raumfahrtprogramm: die erste Kopplung eines chinesischen Raumschiffes.

Ein Beitrag von Daniel Maurat. Quelle: EADS Astrium, DLR, Raumfahrer.net, CCTV, China Manned Space Engineering Office.

Vorgeschichte:

Die Vorgeschichte dieses Fluges reicht bis ins Jahr 2006: damals stellte China ssein Konzept für eine erste Raumstation vor, Tiangong 1. Dabei soll ein Shenzhou-Raumschiff an die Raumstation andocken und die Besatzung dann Experimente im Weltraum durchführen. Doch eine wichtige Technlologie fehlte China bisher für eine Raumstation: die Fähigkeit, zwei Raumschiffe im Orbit miteinander koppeln zu lassen. Da man nicht beim ersten Flug zur Raumstation das Leben einer Besatzung riskeiren wollte, falls die Kopplung schiefgehen sollte, wollte man eine unbemannte Mission starten, um die Kopplung zu testen. So kam man dazu, die Testmission Shenzhou 8 durchzuführen.

Startvorbereitungen: (26. Oktober 2011)

Der Transport zur Startrampe 1 der Launch Area 4 des Jiuquan Satellite Launch Centers in der Provinz Gansu in der Inneren Mongolei fand heute gegen 2:00 Uhr MESZ statt. Dabei wurde die Trägerrakete vom Typ Langer Marsch 2F mit ihrer Nutzlast, dem Raumschiff Shenzhou 8, aus dem Montagegebäude, in welchem die Rakete zusammengebaut wurde, zum etwa 1,5 km entfernten Startturm transportiert. Dort werden an der Rakete abschließende Tests sowohl an der Rakete als auch an der Raumkapsel durchgeführt, wobei sie danach betankt und auf den Start vorbereitet wird.

Die Nutzlast der Rakete, die Raumkapsel Shenzhou 8, ist ein unbemanntes Raumschiff, welches an der am 29. September gestarteten ersten chinesischen Raumstation Tiangong 1 (Raumfahrer.net berichtete) andocken soll. Dies wäre ein Testflug für den im Jahr 2012 stattfindenden ersten bemannten Flug zur Station, nämlich Shenzhou 9. Es ist ein erster Schritt zu einer eigenen modularen Station, deren Start in Richtung 2020 geplant ist.

Ein geplantes Experiment, das mit Shenzhou 8 transportiert werden soll, ist das vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Zusammenarbeit mit China entwickelte SIMBOX. Es vereint eine Zentrifuge und eine Wärmekammer, worin Proben von Pflanzen- und Tier- sowie menschlichen Immun- und Nervenzellen den Bedingungen des Weltraums ausgesetzt werden sollen. Die Ergebnisse des Experimentes in Shenzhou 8 werden mit Proben auf der Erde verglichen. So soll etwa erforscht werden, wieso zum Beispiel die menschliche Immunabwehr im Weltraum schwächer ist und Astronauten anfälliger für Infektionen werden. Es ist das erste Experiment in einer Shenzhou-Kapsel, das von einer anderen Nation als China entwickelt wurde.

Das deutsch-chinesische Experiement SIMBOX (Ian Benecken, tomtom, 29. Oktober 2011)

Das DLR ermöglicht erstmals mit SIMBOX wissenschaftliche Untersuchungen an medizinisch-biologischen Proben an Bord des chinesischen Raumschiffs Shenzhou 8. Bei dieser Mission ist die Shenzhou ein unbemannter Transporter, vergleichbar mit einer russischen Progress Kapsel. Shenzhou soll am 31.10. um 23:00 Uhr auf einer chinesischen Trägerrakete Langer Marsch 2F starten und nach zwei Tagen an die Raumstation Tiangong 1 ankoppeln. Mit Shenzhou 8 wird erstmalig im chinesischen Raumfahrtprogramm das Docken zweier Objekte im All getestet. Die Shenzhou-8-Mission soll 17 Tage dauern und am 17. November 2011 mit einer Fallschirmlandung vergleichbar mit den bemannten Sojus-Landungen in der Inneren Mogolei aufsetzen. Im Gegensatz zu einem russischen Progress-Frachter besitzt Shenzhou 8 ein voll funktionsfähiges Hitzeschild an dessen Rückkehrkapsel, in der sonst Raumfahrer sitzen, wo dieses Mal aber die SIMBOX installiert ist.

Damit realisiert das DLR zum ersten Mal eine Kooperation mit der chinesischen Raumfahrtagentur CMSEO (China Manned Space Engineering Office). Auf der Apparatur sind sowohl 6 deutsche als auch 10 chinesische Experimente sowie ein deutsch-chinesisches Experiment installiert. Das DLR kooperiert eng mit der Chinesischen Akademie der Wissenschaften. Damit beweisen die Chinesen, dass sie nicht nur am Transport und Betrieb von Raumfahrzeugen interessiert sind, sondern eben auch an deren wissenschaftlicher Nutzung.

SIMBOX ist eine 25 kg schwere Appartur mit einem Volumen von 34 Litern. EADS-Astrium hat die SIMBOX auf der Basis der BIOBOX, welche ursprünglich für die Foton-Missionen entwickelt wurde, gebaut. Die Unterschiede der SIMBOX zur BIOBOX beinhalten Anpassungen des Interfaces zur Raumkapsel Shenzhou 8. Dazu mussten die Schnittstellen der SIMBOX zum Raumschiff u.a. für die Energieversorgung entsprechend angepasst werden. So könnte die SIMBOX-Technologie auch für weitere Missionen genutzt werden. Neben der eigentlichen Apparatur half das DLR seinen chinesischen Partnern dabei, wissenschaftliche Standards für Raumflugbedingungen zu entwickeln. Diese beinhalteten die Einrichtung entsprechender Laboranlagen zur Vor- und Nachbereitung der Experimente. Auch begleitet das DLR die entsprechenden Teams bei Betreuung und Auswertung der Experimente am Startplatz in Jiuquan und in Peking, wo die wissenschaftlichen Daten ausgewertet werden. Während der gesamten Mission haben deutsche Wissenschaftler von Peking aus auch Zugang zu Live-Daten von der SIMBOX, wodurch erste wissenschaftliche Erkenntnisse bereits im Orbit gewonnen werden können.

Herr Dr. Gruppe vom DLR-Raumfahrtmanagement erläuterte den strategischen Nutzen der Kooperation. Neben den wissenschaftlichen Fragen soll mit dem Projekt nachhaltig die internationale Zusammenarbeit intensiviert werden. Deutschland sei hier Vorreiter in Europa. Die Kooperation mit China verspricht zudem viel Potential. Chinesen und Deutsche haben in dem Projekt voneinander gelernt, was die weitere Zusammenarbeit viel leichter machen wird.

Dr. Peter Preu bestätigte gegenüber Raumfahrer.net noch einmal, dass die Chinesen sehr an eine längerfristige Zusammenarbeit, welche auch die chinesische Raumstation Tiangong 1 beinhaltet, interessiert sind. Vorstellbar wäre hier im längerfristigen Rahmen auch eine bemannte Kooperation in Form von deutschen Astronauten an Bord einer chinesischen Raumstation. Allerdings existieren vonseiten des DLRs dies bezüglich noch keine genaueren Pläne. Jedoch betonte Dr. Preu hier, dass, wenn es einmal soweit kommen würde, das DLR dann nichtmehr alleine agieren, sondern man als ESA an die Chinesen herantreten würde. Das DLR leistet hier mit SIMBOX nur Pionierarbeit um den Weg für mögliche zukünftige weitere Kooperationen zu ebnen. Jedoch sollen Gerüchten zufolge die 2009 neu ernannten ESA-Astronauten bereits chinesisch lernen. Ob dies auf eigenes Ermessen einzelner Raumfahrer passiert oder von der ESA angeordnet wurde, ist Raumfahrer.net zu diesem Zeitpunkt nicht bekannt.

Auf die Frage von Raumfahrer.net bezüglich der Öffentlichkeitsarbeit der Chinesen in der Raumfahrt, die ja derzeit sehr dürftig ist, äußerte sich das DLR optimistisch. Hier wird vonseiten des DLR davon ausgegangen, dass innerhalb der nächsten 10 Jahre die chinesische Öffentlichkeitsarbeit etwa die heutige Qualität der Russen erreichen wird.

Start (31. Oktober 2011)

In den Tagen vor dem Start erfolgten die letzten Vorbereitungen an der deutsch-chinesischen SIMBOX, einer Sammlung von Experimenten. Dazu sagte Dr. Markus Braun vom Raumfahrtmanagement des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) gegenüber Raumfahrer.net, dass die Arbeiten nach einem genauen Zeitplan abliefen. So schauten sich Mitarbeiter von EADS Astrium alle 40 Experimenteinheiten der Flughardware sehr genau an, bevor diese in die SIMBOX-Anlage eingebaut werden durften. Beispielsweise wurde getestet, ob alle Pumpen und LED-Beleuchtungspaneele funktionstüchtig sowie alle Kammern sauber und wasserdicht geschlossen waren. Der gesamte Zusammenbau der Experimenteinheiten erfolgte gemäß einem „Final-Assembly-Procedure“ genannten Plan. Alle diese Prozeduren wurden präzise gemeinsam vom DLR und ihrem chinesischen Partner, der GESSA (General Establishment of Space Science and Application) abgestimmt und festgelegt.

Fünf Stunden vor dem Start wurde SIMBOX von Vertretern von DLR und Astrium an die chinesische Bodencrew, die verantwortlich für das „Launch-Processing“ war, übergeben, welche den geschlossen Inkubator anschließend in das startbereite Shenzhou-8-Raumschiff auf der Startrampe einbaute. Das DLR/Astrium-Team durfte nicht auf die Startrampe, da der gesamte Komplex ein militärisches Sperrgebiet darstellt.

Sobald SIMBOX an Bord installiert war (ca. 4,5 Stunden vor Start), wurden die Experimente extern mit Strom versorgt. Erst ca. 45 min vor Start wurde die Experimentierbox über das Versorgungssystem des Shenzhou-Raumschiffes versorgt. Davor bestand während des Transports von der Integrationshalle und den Labors für etwa 2,5 Stunden keine Stromversorgung.

Der Start erfolgte um 22:58 Uhr MEZ von der Startrampe 1 des Startbereiches 4 des Jiuquan Satellite Launch Center in der nordwestchinesischen autonomen Region Innere Mongolei in der Wüste Gobi. Nach 130 Sekunden waren die vier Booster ausgebrannt und wurden von der Rakete gelöst, wobei bei T+100 Sekunden schon der voll funktionsfähige Startrettungsturm abgetrennt wurde. 130 Sekunden nach dem Start folgte die Erststufe, die restliche Nutzlastverkleidung 208 Sekunden nach dem Start. Die Zweitstufe war nach 462 Sekunden Flug ausgebrannt, wobei die Verniertriebwerke noch bis T+583 Sekunden betrieben wurden. Danach wurde die Nutzlast ausgetrennt.

Die eingesetzte Rakete vom Typ Langer Marsch 2F ist die Hauptstütze des bemannten chinesischen Weltraumprogramms. Seit ihrem Erstflug im Jahr 1999 absolvierte sie neun Starts, wobei der bisher letzte am 29. September 2011 die erste chinesische Raumstation, Tiangong 1, ins All transportierte. Die Langer Marsch 2F basiert dabei auf der wenig erfolgreichen Langer Marsch 2E, wurde aber im Gegensatz zu ihr stark modifiziert, vor allem die Zweitstufe, die für die Shenzhou-Raumschiffe verstärkt wurde. Auch wurden die startkritischen Systeme, so etwa die Subsysteme der Triebwerke, redundant ausgelegt. Die größte Veränderung war eine neue Nutzlastverkleidung, die stark der der russischen Sojus-FG-Rakete bei bemannten Starts ähnelt.

Die gestartete Nutzlast ist das unbemannte Raumschiff Shenzhou 8. Die Shenzhou-Raumschiffe sind vergrößerte und modernisierte Versionen des russischen Sojus-Raumschiffes, das schon seit 1967 alle russischen Kosmonauten in den Weltraum bringt. Erstmalig ist die Shenzhou 8 mit einem Kopplungsstutzen ausgerüstet, der dem russischen androgynen APAS 89-Kopplungsstutzen ähnelt, der auch im amerikanischen Space Shuttle genutzt wurde. Im Gegensatz zum Original wurde das chinesische Produkt vergrößert, damit größere Elemente die Luke passieren können. Die Mission von Shenzhou 8 besteht darin, an die vor einem Monat gestartete chinesische Raumstation Tiangong 1 zu koppeln. Es wird der erste Versuch Chinas sein, zwei Raumschiffe miteinander zu koppeln. Dafür nutzt man auch ein eigenes Laserentfernungssystem, das in vom Prinzip her auch im europäischen ATV verwendet wird. Die Kopplung erfolgt ähnlich wie bei den russischen Systemen Sojus und Progress. Dieser Flug ist gleichzeitig auch eine Testmission für die nächsten zwei Flüge zur Raumstation, nämlich Shenzhou 9 und Shenzhou 10. Diese beiden Flüge werden bemannt sein.

Das Ziel der Mission ist die chinesische Raumstation Tiangong 1. Sie ist eine umgebaute Version des Shenzhou-Raumschiffes. Man modifizierte das Service-Modul von Shenzhou für einen längeren Aufenthalt im Orbit und baute ein neues Orbitalmodul darauf. Die Raumstation an sich ist 9 m lang, hat einen Durchmesser von maximal 2,8 m und wiegt voll betankt und beladen 8,4 Tonnen. Am Service-Modul ist ein Paar von Solarzellen befestigt, welche etwas größer ist als das von Shenzhou. Das Orbitalmodul ist im Volumen in etwa vergleichbar mit dem ISS-Modul Rasswjet. Genauso wie Shenzhou besitzt es einen androgynen Kopplungsadapter, der dem APAS 89 ähnelt.

37 Minuten nach dem Start nahm die SIMBOX ihren Betrieb auf und sendete erste Telemetrie-Daten zum Boden. Von nun an werden am Tag mindestens 5 Übertragungszeiten von jeweils 15 Minuten Dauer für die Übertragung von wichtigen Informationen der Experimentierbox. Diese Daten sind wichtig für die sich am Boden befindende Kontrollbox. Eine detaillierte wissenschaftliche Auswertung der Experimente kann jedoch erst nach erfolgreicher Landung und Bergung erfolgen.

1. Kopplung (2. November 2011)

Seit dem Start von Shenzhou 8 am Montagabend unserer Zeit Raumfahrer.net berichtete jagte das Raumschiff seinem Ziel, der Raumstation Tiangong 1, hinterher. Um die Bahn von Shenzhou 8 an die der Raumstation anzupassen, musste das Raumschiff fünf Zündungen seiner Triebwerke durchführen. Heute führte Shenzhou 8 eine Reihe von Annäherungsmanövern durch, wobei man die Entfernung zu Tiangong 1 mittels eines Radars und eines Laserentfernungssystems ermittelte.

Die beiden Raumschiffe koppelten schließlich vollautomatisch um 18:29 Uhr MEZ über der nordchinesischen Provinz Shanxi, wo es gerade Nacht war, aneinander. Die Nachtkopplung war notwendig, um für das Lasersystem möglichst störungsfreie Bedingungen herzustellen. Beim ersten, Soft Docking genannten Vorgang, hätten noch keine Raumfahrer durch die Luke gehen können, da es noch einen Spalt zwischen beiden Raumschiffen gab. Dies liegt an der Konstruktionsweise des Kopplungsmechanismus. Der Spalt wurde durch das Kopplungssystem, welches auf dem russischen APAS 89 basiert, anschließend geschlossen. Nach einer Viertelstunde war auch die luftdichte Verbindung, das Hard Docking, erfolgt. Daraufhin erklärte der Kommandant des chinesischen Weltraumprogramms, General Chang Wanquan, das Manöver für erfolgreich. Anschließend wurde ein Brief von Chinas Präsidenten Hu Jintao vorgelesen, welcher aufgrund des G-20-Gipfeln in Cannes nicht anwesend sein konnte.

Dieses Manöver war die erste Kopplung Chinas und macht das Reich der Mitte zur vierten Nation, nach den USA, Russland und der ESA, die diese Technologie beherrscht.

2. Kopplung (14. November 2011)

Beide Raumschiffe koppelten heute Vormittag nach 10 Tagen und 20 Stunden gemeinsamen Fluges voneinander ab. Dabei entfernte sich Shenzhou 8 bis zu 140 m von der Raumstation. Nach Erreichen dieser Entfernung begann sie wieder ein Anflugmanöver. Dieses Mal wurde es, im Gegensatz zum ersten Docking, aber im Sonnenlicht durchgeführt, um die Entfernungssensoren, vor allem das Laserentfernungssystem, zu testen. Beide Raumschiffe dockten schließlich um 22:37 Uhr Pekinger Zeit (15:37 Uhr MEZ) aneinander. Kurz darauf erklärte man die Kopplung für einen Erfolg.

Beide Raumschiffe werden noch bis zum Donnerstag, dem 17. November, gemeinsam fliegen. Danach wird Shenzhou 8 abkoppeln und noch am gleichen Tag in der Wüste Gobi landen. An Bord der Rückkehrkapsel befindet sich u.a. das deutsch-chinesische Gemeinschaftsexperiment SIMBOX. Forscher warten schon sehnsüchtig auf seine Rückkehr, um mit ihren Untersuchungen beginnen zu können.

Landung (17. November 2011)

Zunächst koppelte das Raumschiff gestern Abend um 18:30 Uhr Pekinger Zeit (11:30 Uhr MEZ) von der chinesischen Raumstation Tiangong 1 ab. Danach begann das Rauschiff seine Vorkehrungen für die Landung. Dazu wurde zunächst heute Vormittag das Orbitalmodul des Raumschiffes abgeworfen. Dadurch muss weniger Masse abgebremst werden und man spart so Treibstoff und damit auch Gewicht. Nach diesem Manöver wurde das Versorgungs- und das Rückkehrmodul voneinander getrennt. Das Rückkehrmodul korrigierte seine Lage, um so einen sicheren Wiedereintritt zu gewährleisten. Zu dieser Zeit begann man, das Landegebiet im Siziwang-Banner in der Inneren Mongolei, zu räumen. Das Raumschiff trat gegen 12 Uhr MEZ in die Erdatmosphäre ein. Etwa 8 km über dem Boden öffnete sich zunächst ein Hilfsschirm, der wiederum den Hauptfallschirm herauszog. Die Kapsel landete schließlich um 12:33 MEZ wieder auf der Erde.

Dieser Flug war der insgesamt 8. Flug des Shenzhou-Programms und es mangelte wieder einmal nicht an Erstleistungen: Herausstechend dabei ist das erste Dockingmanöver am 2. November 2011. Der gesamte Flug galt als Übungsflug für die nächsten beiden Flüge im chinesischen Shenzhou-Programm, nämlich Shenzhou 9 und Shenzhou 10, wobei zum ersten Mal eine chinesische Raumstation bemannt fliegen wird.

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