Lanzamiento Shenzhou-8 (CZ-2F)

Por Daniel Marín, el 1 noviembre, 2011. Categoría(s): Astronáutica • China • Cohetes • Lanzamientos • sondasesp ✎ 19

China lanzó ayer día 31 de octubre a las 21:58 UTC la nave Shenzhou-8 a bordo de un cohete Larga Marcha CZ-2F (Y8) desde la rampa SLS-1 del Centro Espacial de Jiuquan. Se trata del octavo lanzamiento de una nave Shenzhou, aunque en esta ocasión no lleva tripulación. La Shenzhou 8 debe acoplarse próximamente a la primera estación espacial china, la Tiangong-1, lanzada el 29 de septiembre, para ensayar las maniobras necesarias de cara a las dos misiones tripuladas que deben tener lugar en 2012. Actualmente, la Shenzhou china y la Soyuz rusa son las únicas naves espaciales tripuladas en servicio.

Lanzamiento de la Shenzhou-8.

Shenzhou-8

La Shenzhou (神舟, shénzhōu, «navío divino» en mandarín) es un vehículo con capacidad para tres astronautas y ha sido diseñado tomando como base la Soyuz rusa. La Shenzhou-8 (神舟八号) tiene una masa total de 8082 kg, una longitud de 9,25 metros y una envergadura de 17 metros con los paneles solares desplegados. El volumen interno es de 14 metros cúbicos. Al igual que la Soyuz, la nave se encuentra dividida en tres módulos distintos:

  • Módulo Orbital (轨道舱, guǐdào cāng): tiene forma cilíndrica y unas dimensiones de 2,80 x 2,25 metros, con una masa de 1500 kg. Su volumen interior es de 8 metros cúbicos. En las primeras misiones estaba dotado de dos paneles solares de 2,0 x 3,4 metros que complementaban el suministro eléctrico de los paneles del Módulo de Servicio, además de poseer capacidad para vuelos autónomos como satélite independiente. En la misión Shenzhou 7 se utilizó como esclusa para realizar la primera actividad extravehicular (EVA) china. El módulo orbital está dotado de 16 pequeños propulsores para ayudar en la orientación del vehículo, aunque el sistema de propulsión y maniobra principal se encuentra en el módulo de servicio. En esta misión, el módulo está equipado por primera vez con un sistema de acoplamiento andrógino similar al APAS ruso empleado en las misiones de acoplamiento entre la ISS y el transbordador norteamericano.

 
Módulo orbital de la Shenzhou 7.

Variaciones de los módulos orbitales de las distintas Shenzhou (de izquierda a derecha, Shenzhou 3 a 7).
  • Módulo de Retorno o cápsula (返回舱, fǎnhuí cāng): es la sección en la que viajan los astronautas durante el lanzamiento y la reentrada terrestre. Tiene una forma similar al Aparato de Descenso (SA) de la Soyuz, aunque ligeramente más grande. Hay evidencias de que China utilizó al menos una antigua cápsula Soyuz 7K-T para diseñar esta delicada parte de la Shenzhou. Tiene unas dimensiones de 2,50 x 2,52 metros y una masa de 3240 kg, con un volumen interno de 6 metros cúbicos. Está construida en titanio y posee un escudo térmico ablativo de 450 kg. Al igual que la Soyuz, tiene dos ventanillas de 30 centímetros de diámetro y un visor para la orientación de la tripulación en órbita. A diferencia de su hermana rusa, este visor no está dotado de un periscopio, que será sustituido en las futuras misioens de acoplamiento por un sistema de cámaras. Incluye dos paracaídas (principal y de reserva) y un sistema de aterrizaje suave formado por cuatro pequeños cohetes de combustible sólido que se encienden a poca altura sobre el suelo. Durante el ascenso y la reentrada, los astronautas llevan un traje de presión intravehicular similar al Sokol KV2 ruso. La cápsula puede mantener una presión de 81-101 kPa (20-24 kPa de presión parcial de oxígeno), una humedad de 30%-70% y una temperatura de 17º – 25º C, aunque la reentrada se alcanzan los 40º C en el interior. Durante la reentrada, el control de actitud de la cápsula se logra con ocho pequeños impulsores de 150 N de empuje alimentados por un depósito de 28 kg de hidrazina (la Soyuz usa peróxido de hidrógeno para este cometido). De esta forma, la nave puede realizar un descenso controlado no balístico, sometiendo a la tripulación a una menor deceleración. 

 
Cápsula de la Shenzhou-7. Se aprecia la conexión de umbilicales con el módulo de servicio (parte inferior) y el visor de orientación (tapado con un protector rojo).


Interior de la cápsula de la Shenzhou-8 en el espacio. Se aprecia el símbolo de la buena suerte («fu») a la izquierda.


Interior de una cápsula Shenzhou.




Diferencias entre las cápsulas Shenzhou y Soyuz.



Vista del escudo térmico de la cápsula Shenzhou-7 desde el módulo de servicio.

  • Módulo de servicio o de Propulsión (推进舱, tuījìn cāng): es una sección cilíndrica donde se alojan los tanques de combustible y los motores de la nave. Tiene una masa de 3000 kg y unas dimensiones de 3,05 x 2,50 metros, con un diámetro máximo de 2,80 metros. Aloja 1000 kg de combustibles hipergólicos (MMH y tetróxido de nitrógeno) en cuatro tanques de 230 litros. El motor se alimenta mediante un sistema de presurización consistente en seis tanques de gas a alta presión de 20 litros cada uno. El motor principal tiene cuatro cámaras de combustión con un empuje de 2500 N cada una. El empuje total es por tanto de 5 kN, con un impulso específico (Isp) de 290 segundos. Para las maniobras de cabeceo y guiñada, la nave está dotada de ocho impulsores de hidrazina de 150 N de empuje situados en grupos de dos en la base del módulo cerca de las toberas del motor principal. Otros ocho motores de 5 N situados también en grupos de dos en otras partes del módulo ayudan en esta tarea. Por último, el giro y la traslación se logran con ocho impulsores de 5 N situados cerca de la unión con la cápsula. Además de los tanques de combustible, en este módulo se alojan los tanques de oxígeno y nitrógeno para la presurización de la nave. El módulo está dotado de dos paneles solares de 2,0 x 7,0 metros capaces de rotar sobre su eje (a diferencia de los paneles de la Soyuz, que son fijos). En la parte central del módulo de servicio se encuentra el radiador principal de la nave. Este módulo se encuentra conectado con la cápsula a través de umbilicales que se desconectan antes de la reentrada.

Módulo de servicio de la Shenzhou 7.
Detalle de las toberas del motor principal y los motores de maniobra.

La nave está dotada de un ordenador central redundante denominado CTU (Central Terminal Unit) que controla todos los sistemas. En el módulo orbital se encuentra otro CTU de reserva. El sistema de orientación incluye una unidad inercial primaria y un receptor GPS (en el futuro Beidou) como apoyo. Para facilitar las tareas del equipo de rescate, la cápsula comienza a emitir una señal VHF de 243 MHz a 40 kilómetros de altura, al mismo tiempo que transmite en HF las coordenadas del receptor de GPS. Además, una vez en tierra emite una señal de 406 MHz EPIRB (International Emergency Position Indicating Radio Beacon).

La reentrada de una nave Shenzhou tiene las siguientes fases:

  • T+0 minutos: Separación del módulo orbital cuando la nave se encuentra en órbita. De esta forma se ahorra combustible en la maniobra de frenado. La Soyuz TM rusas utilizaban este sistema hasta que a finales de los años 80 la tripulación de la Soyuz TM-5 se vio forzada a permanecer en el espacio una vez separado el módulo orbital (BO), que es donde se encuentran varios de los sistemas de soporte vital. Actualmente, el módulo orbital de las Soyuz se separa junto con el módulo de servicio (PAO).
  • T+1 minuto: encendido del motor principal para frenar la velocidad orbital.
  • T+4 minutos: apagado del motor.
  • T+23 minutos: se separa la cápsula del módulo de servicio. La nave se sitúa en posición perpendicular a la dirección de avance para evitar que colisionen los módulos.
  • T+36 minutos: se despliega el paracaídas principal. Al igual que las Soyuz, primero se despliegan dos paracaídas piloto y luego la cúpula principal.
  • T+39 minutos: separación del escudo térmico.
  • T+44 minutos: las cuerdas del paracaídas se ordenan mediante cargas pirotécnicas para que la nave cuelgue de dos puntos en vez de uno y el vehículo quede en posición horizontal respecto al suelo. La velocidad terminal de caída es de unos 8 m/s.
  • T+48 minutos: a poca altura sobre el suelo, se activan los cuatro retrochetes de combustible sólido mediante un altímetro de rayos gamma. La velocidad de impacto es de unos 3,5 m/s.
  • T+48 minutos 01 segundos: se activa el radiofaro y las luces estroboscópicas para guiar al equipo de rescate. Si la cápsula cae en el agua, se libera una sustancia fosforescente verde.

Las naves Shenzhou (arriba) usan cuatro cohetes de combustible sólido para frenar su descenso. Las Soyuz (abajo) usan habitualmente cuatro, aunque disponen de seis.


Comparativa entre las versiones generales de la Soyuz y la Shenzhou.

En los próximos días, la Shenzhou-8 deberá acoplarse con la Tiangong-1 para ensayar las maniobras de acoplamiento automático necesarias para mantener un programa de estaciones espaciales. Se espera que el primer acoplamiento tenga una duración de doce días. En preparación para este encuentro, la Tiangong-1 realizó recientemente un cambio de orientación de 180º. Además, la estación circularizó su órbita, actualmente de 343 km de altura. Dentro de la Shenzhou-8 viajan un total de 17 experimentos de diferentes países, incluyendo el experimento SIMBOX alemán.

Acoplamiento entre la Shenzhou 8 y el Tiangong 1.

 Estación espacial Tiangong 1.
Interior del Tiangong-1 en órbita.

Historia del programa Shenzhou

China había intentado desarrollar en una fecha tan temprana como los años 60 y 70 un programa tripulado basado en las cápsulas de los satélites espía del Proyecto 911 (FSW). Este proyecto llegó a recibir el nombre en código de Proyecto Amanecer (Shuguang, 曙光) y el mismísimo Qian Xuesen se haría cargo de su desarrollo hasta su cancelación en 1972. Tendrían que pasar dos décadas hasta que en 1992 fuese aprobado el programa Shenzhou, conocido inicialmente como Proyecto 921, que estaría dirigido por Qi Faren.

Entre 1993 y 1996, China adquirió elementos claves de tecnología espacial rusa que le permitieron abaratar y acelerar el desarrollo de la cápsula Shenzhou. Entre estos elementos se encontraban una vieja cápsula Soyuz 7K-T -junto con sus sistemas de soporte vital-, partes del sistema de acoplamiento por radar Kurs, un sistema de acoplamiento andrógino APAS, trajes de presión Sokol y Orlán, planos de nave Zaryá y un motor criogénico RD-0120 usado en el cohete Energía. Además, varios pilotos y científicos chinos se sometieron a un intenso programa de entrenamiento en la Ciudad de las Estrellas.

Hasta la fecha se han llevado a cabo ocho misiones Shenzhou, tres de ellas tripuladas. Todas las misiones se han lanzado desde el Centro Espacial de Jiuquan, situado en la región de Mongolia Interior, y se han situado en una órbita con una inclinación de 42,4º:

  • Shenzhou-1 (20 de noviembre de 1999): primera prueba de la nave Shenzhou. La nave realizó con éxito un vuelo de 21 horas. El módulo orbital permaneció en órbita transmitiendo datos.
Shenzhou-1.
  • Shenzhou-2 (10 de enero de 2001): primer vuelo de una versión completa de la Shenzhou. Permaneció siete días en el espacio. En su interior transportó varios experimentos de microgravedad.
 
Shenzhou-2.
  • Shenzhou-3 (25 de marzo de 2002): prueba del sistema de navegación y control de la nave.
Shenzhou-3.
  • Shenzhou-4 (29 de diciembre de 2002): ensayo final antes de la primera misión tripulada.
Shenzhou-4.
  • Shenzhou-5 (15 de octubre de 2003): primer vuelo tripulado chino con el astronauta Yang Liwei a bordo. China se convertía así en la tercera nación del planeta en mandar un hombre al espacio por sus propios medios. Los objetivos de la misión eran modestos y la Shenzhou 5 se limitó a dar 14 vueltas a la Tierra. La duración del vuelo fue de 21 horas y 20 minutos.
Yan Liwei, primer astronauta chino.
  • Shenzhou-6 (12 de cotubre de 2005): primer vuelo tripulado chino con más de un tripulante. Fei Junlong (comandante) y Nie haisheng (ingeniero de vuelo) permanecieron cinco días en el espacio (115 horas y 32 minutos). El módulo orbital también permaneció en órbita.
 
Shenzhou-6.

Fei Junlong y Nie haisheng, la tripulación de la Shenzhou-6.
  • Shenzhou-7: primera actividad extravehicular (EVA) china y primera misión con tres astronautas (Zhai Zhigang, Liu Boming y Jing Haipeng). Boming y Zhigang realizaron una EVA de 25 minutos y 23 segundos desde el módulo orbital mientras Haipeng esperaba en el interior de la cápsula. Boming permaneció dentro del módulo con un traje Orlán-M ruso mientras Zhigang se aventuraba al exterior llevando un traje Feitian chino (basado en el Orlán). La tripulación puso además en órbita un pequeño minisatélite de 40 kg alojado en el módulo orbital.
Shenzhou-7.

La tripulación de la Shenzhou-7 (Zhai Zhigang, Liu Boming y Jing Haipeng) en el interior de la cápsula.

Larga Marcha CZ-2F

El Larga Marcha CZ-2F (长征二号F o LM-2F) es un cohete de dos etapas y cuatro aceleradores con una capacidad en órbita baja de 8130 kg. Es una variante del CZ-2E desarrollada para las misiones Shenzhou. Tiene una masa de 497 toneladas, una longitud de 58 metros (con la torre de escape) y un diámetro de 3,35 metros en la etapa central. El diámetro total es de 8,45 metros. El CZ-2F emplea combustibles hipergólicos en todas sus etapas (dimetilhidrazina asimétrica y tetróxido de nitrógeno).

Cohete Larga Marcha CZ-2F (www.news.cn).

CZ-2F con la Shenzhou-8 (china.com.cn).

La primera etapa (L-180) tiene unas dimensiones de 28,465 x 3,35 metros y una masa al lanzamiento de 198,830 kg (12550 kg al vacío). Emplea un motor YF-21B (DaFY 6-2) formado por cuatro motores YF-20B con 2961,6 kN de empuje en total (740,4 kN cada cámara al nivel del mar) y unos 255,6 segundos de impulso específico (Isp). El control de vuelo de la primera etapa se consigue mediante el giro de los motores.


Motor YF-21B de la primera etapa del cohete de la Shenzhou-8 (CAST).

La primera etapa se complementa con cuatro propulsores de combustible líquido LB-40 de 15,326 m x 2,25 m equipados cada uno con un motor YF-20B de 740,4 kN de empuje y un tiempo de encendido de 127,26 segundos.

Uno de los propulsores LB-40 del cohete de la Shenzhou-8 con la primera etapa al fondo.

La segunda etapa, L-90, tiene un tamaño de 14,223 m x 3,35 m, una masa de 91,414 kg (4955 kg en vacío) y emplea un motor YF-24B con un Isp de unos 292 s, dividido en un motor principal YF-22B (DaFY20-1) de 742 kN y uno vernier con cuatro cámaras YF-23B (DaFY21-1) de 11,8 kN cada una. El empuje total de la segunda etapa es de 738,4 kN y funciona durante 414,68 segundos.

Segunda etapa del lanzador de la Shenzhou-8.

El Centro de Lanzamiento de Jiuquan (酒泉卫星发射中心) se encuentra situado en pleno desierto de Gobi. Hasta que se inaugure el nuevo centro de Wenchang (文昌卫星发射中心) en la isla de Hainan, Jiuquan sigue siendo el centro de lanzamiento más moderno del país. Las instalaciones están divididas en dos zonas: una dedicada a la integración de vehículos -en la que destaca el Edificio de Ensamblaje Vertical o VPB (Vertical Processing Building), muy similar al VAB estadounidense (pero mucho más pequeño)-, y otra con dos rampas de lanzamiento.

Los tres centros espaciales chinos en activo: XSLC (Xichang), TSLC (Taiyuan) y JSLC (Jiuquan) (CASC).


Mapa del centro espacial (CALT).

El centro de Jiuquan visto en Google Earth: a la derecha se ven las dos rampas (Google).

Rampa número uno (Google).

Zona de integración de Jiuquan (CALT).

Interior del edificio de ensamblaje vertical VPB (CALT).

 
Montaje del CZ-2F de la Shenzhou-8 (CALT).



Pruebas en la cámara de vacío de la Shenzhou-8 (Xinhua/Gongchang.com). 


Montaje de la Shenzhou-8 en el centro espacial de Jiuquan. A diferencia de las Soyuz, que ya vienen ensambladas de fábrica, las Shenzhou se montan en el centro espacial. La integración con el cohete es en vertical y no en horizontal como en Rusia (chinanews.com).


Traslado de la Shenzhou-8 para ser integrada dentro de la cofia (Xinhua).


Torre de escape de la Shenzhou-8 (jz.chinamil.com).






Integración con la cofia (jz.chinamil.com).




Integración con el CZ-2F y colocación de la torre de escape.

 




Traslado a la rampa (china.com.cn).



Lanzamiento (china.com.cn).

Vídeo del lanzamiento (¡incluidas vistas del interior de la nave y el despliegue de los paneles solares!:




19 Comentarios

  1. Los chinos van a paso lento… pero seguro, así como van nadie duda que tienen un programa espacial tripulado serio y con buena planificación, van para grandes cosas.

    Por cierto… porque Roscosmos no aprende los chinos y pone unas cuantas cámaras en sus cohetes para disfrutar de las vistas en vivo :O

  2. No pongo en duda la calidad del programa espacial chino, y mucho menos estando insparado y casi copiado en el ruso, pero me queda un cierto sentimiento de si las capsulas son de la calidad sufuiciente, todos sabemos como fabrican los chinos… esperemos que sean igual de fiables o mas que las autenticas soyuz

  3. Bueno Oscar, para otras cosas los chinos no tendrán calidad parecida a la Occidental, pero en esto de las naves tripuladas… tienen una de 2, o se esmeran en la calidad para recibir a un astronauta sano y salvo sonriendo y saludando ante las cámaras o… en su lugar reciben una pila de escombros carbonizados de los cuales habrá que separar las partes del astronauta de lo que queda de la nave 🙁

  4. Me pregunto si algún veremos este mismo tipo de actividades siendo realizadas por la JAXA con un HTV y un HTV tripulado, o a la ESA, con un ATV y un ATV tripulado. O mejor todavía, todas ellas en cooperación, probando tecnologías para un esquema de exploración BEO.

    Una (muy) pequeña corrección respecto a tu entrada, el JSLC se encuentra en la provincia de Mongolia Interior (内蒙古), y no en la provincia de Gansu (甘肃) , lo cual ciertamente es un tanto paradógico considerando que es allí donde se encuentra la ciudad de Jiuquan.

  5. Los Chinos como cualquier pais industrializado, tiene distintos niveles de calidad segun su interes y tipo de industria. La industria aeroespacial no tiene el mismo nivel de calidad que fabricar juguetes o electronica barata para exportar :).

  6. Pero sabe alguien porque los aceleradores laterales se despegan al mismo tiempo que la primera etapa y no antes (los 5 emlementos se separan a una del resto).
    Francis

  7. @Franchute; gracias por el aviso. En cuanto pueda lo cambio 🙂

    @Tomassino: la URSS/Rusia hacía lo mismo con las misiones Soyuz no tripuladas. Es una buena oportunidad para practicar los procesos de ensamblaje y procesado del vehículo. Además, si ocurre un accidente se puede verificar que el sistema funciona realmente. En los lanzamientos fallidos del N1 o las misiones Zond la torre de escape funcionó perfectamente.

    @Fernando: no exactamente, puesto que el Tiangong es mucho más pequeño que la Salyut-1. Además en el futuro servirá como el equivalente de la Progress rusa. No todo en el programa espacial chino tiene un equivalente directo con el antiguo programa soviético 😉

    @Francis: hasta donde yo sé, la razón es la siguiente: la primera etapa del CZ-2F es la misma que la empleada en otras versiones del Larga Marcha. Si los aceleradores se separan milisegundos antes que la separación de la primera fase, los regímenes de aceleración en este delicado momento serán similares en todas las versiones que usen esta etapa, simplificando el diseño del cohete.

    Saludos.
    aceleradores laterales del CZ-2F/E

    Saludos.

  8. En el pie de foto «Módulo de servicio de la Shenzhou 7.» entiendo que lo que aparece en la foto es el modulo orbital… por lo demás, articulo perfecto.

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Por Daniel Marín, publicado el 1 noviembre, 2011
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