Shenzhou (véhicule spatial)
véhicule spatial chinois
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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.
| Organisation |
 CMSA |
|---|---|
| Constructeur |
CASC |
| Type de véhicule | Véhicule spatial habité |
| Lanceur | Longue Marche 2F |
| Base de lancement | Jiuquan |
| Premier vol |
19 novembre 1999 (inhabité) 15 octobre 2003 (habité) |
| Dernier vol | Shenzhou 22 (2025) |
| Nombre de vols | 22 (dont 16 habités) |
| Statut | En service |
| Version décrite | À partir de Shenzhou 8 |
| Hauteur | 9,48 m |
|---|---|
| Diamètre | 2,8 m |
| Masse totale | ~7,84 t |
| Ergols |
1,14 t (MMH/NTO, module de service) 28 kg (H2O2, module de retour) |
| Propulsion |
4 x 2,5 kN (module de service) 8 x 150 N (module de service) 16 x 5 N (module de service) 8 x 150 N (module de retour) |
| Source d'énergie | Panneaux solaires |
| Atmosphère | Oxygène/azote à 1 bar |
| Atterrissage | Parachutes et rétrofusées |
| Destination |
Orbite terrestre basse Station spatiale chinoise |
|---|---|
| Équipage | 1-3 astronautes |
| Retour de fret |
~50 kg (avec équipage) ~350 kg (sans équipage) |
| Volume pressurisé | 14 m3 |
| Delta-V | 380 m/s |
| Autonomie |
<7 jours en vol libre >8 mois amarré à la CSS |
| Puissance électrique | 1,5 kW |
| Type d'écoutille | Système d'amarrage chinois (en) |
| Rendez-vous | automatique |
Le développement d'un véhicule spatial habité est considéré en Chine dès les années 1970 avec le vaisseau Shuguang (en), 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 politiques[1].
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
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[2] :
- 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 7,84 tonnes pour une longueur de 9,1 mètres 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[2].
Module de service
Le module de service d'une masse de 3 tonnes a la forme approximative d'un cylindre d'une longueur de 2,94 mètres pour un diamètre de 2,50 mètres. 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 17 mètres au vaisseau. Chaque aile comprend 4 sections et la superficie totale atteint 24,48 m2. Les panneaux peuvent fournir 2,4 kW et en moyenne 1 kW. 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[2],[3].
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 230 litres, soit en tout 1 000 kg de carburant capables de fournir un delta-V total de 380 m/s. 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 20 litres. Le module comporte également un radiateur utilisé par le système de contrôle thermique principal et dimensionné pour rejeter en moyenne 1 kWh de chaleur produite par les composants électroniques et l'équipage[2],[3].
Module de descente
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 2,517 m pour une longueur de 2,5 mètres. L'équipage pénètre dans le module par une écoutille de 70 cm de diamètre située à une extrémité. Le module dispose de deux petits hublots de 30 cm 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[2],[3].
Le volume intérieur est de 6 m3. 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[2],[3].
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[2],[3].
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[2],[3] :
- des panneaux solaires (12,24 m2) fournissant en moyenne 0,5 kW 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[2] :
- 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 2,25 m et de 2,8 m de long ; sa masse est de 1,5 tonne. Une écoutille de 80 cm de diamètre, située dans la partie inférieure, est utilisée pour les sorties extra-véhiculaires. Le module comporte également un hublot de 48 cm 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 8,35 mètres, 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 39 km, 120 secondes après le décollage[4].
Comparaison Soyouz-Shenzhou
| Module | Caractéristique | Shenzhou | Soyouz |
|---|---|---|---|
| Vaisseau complet | Masse | 7,8 tonnes | 7,21 tonnes |
| Longueur | 9,15 m. | 6,98 m. | |
| Diamètre maximal | 2,8 m. | 2,6 m. | |
| Module de service | Masse | 3 tonnes | 2,95 tonnes |
| dont ergols | 1100 kg | 900 kg | |
| Longueur | 2,94 m. | 2,3 m. | |
| Diamètre maximal | 2,8 m. | 2,2 m. | |
| Panneaux solaires | 2 de 24 m² | 2 | |
| Module de descente | Masse | 3,2 tonnes | 3 tonnes |
| Longueur | 2,5 m. | 1,9 m. | |
| Diamètre maximal | 2,5 m. | 1,17 m. | |
| Module orbital | Masse | 2 tonnes | 1,3 tonnes |
| Longueur | 2,8 m. | 2,2 m. | |
| Diamètre maximal | 2,8 m. | 2,25 m. | |
| Panneaux solaires | 2 de 12 m² | aucun |
Déroulement d'une mission
Entraînement de l'équipage
Construction et assemblage
Préparatifs et lancement
Le vaisseau Shenzhou est lancé par une fusée Longue Marche 2F depuis la base de lancement de Jiuquan située dans le désert de Gobi au nord-est de la Chine.
Séjour en orbite
Retour sur Terre
Historique des vols
Incident de novembre 2025
L'équipage de la station spatiale chinoise découvre en que le vaisseau spatial Shenzhou 20, qui était amarré à la station spatiale a été endommagé par des débris spatiaux au niveau d'un hublot et ne peut pas être utilisé pour ramener sur Terre les trois astronautes ayant achevé leur mission de 6 mois. En conséquence le vaisseau Shenzhou 21 également amarré à la station spatiale et qui avait amené la relève est utilisé le (Il y avait urgence car la station spatiale ne peut théoriquement accueillir 6 personnes que durant 8 jours) laissant l'équipage qui l'avait remplacé sans moyen de revenir sur Terre. Finalement le vaisseau Shenzhou 22 qui devait être utilisé au printemps 2026 est préparé en urgence (ce type d'événement, qui nécessite de disposer à tout moment d'un vaisseau de secours, est prévu dans les procédures du programme spatial habité chinois) et lancé sans équipage le . Il s'amarre à la station quelques heures plus tard[6].
Tableau récapitulatif
Le nombre de vol réalisé par l'astronaute est indiqué entre parenthèse s'il est supérieur à un, le présent vol inclus. À noter que la durée de la mission est celle du véhicule et n'est pas nécessairement la même pour l'équipage, en particulier si celui-ci retourne sur Terre dans un véhicule différent de celui dans lequel il est parti.
| Mission | Lancement | Atterrissage | Durée | Équipage (lancementatterrissage) | Objectifs et notes | Résultat |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Shenzhou 1 | 20 novembre 1999 | 21 h 22 min | Sans équipage | Qualification du véhicule Shenzhou | Succès | |
| Shenzhou 2 | 16 janvier 2001 | 6 j 18 h 22 min | Sans équipage | Qualification du véhicule Shenzhou | Échec partiel | |
| Shenzhou 3 | 1er avril 2002 | 6 j 18 h 51 min | Sans équipage | Qualification du véhicule Shenzhou | Succès | |
| Shenzhou 4 | 5 janvier 2003 | 6 j 18 h 36 min | Sans équipage | Qualification du véhicule Shenzhou | Succès | |
| Shenzhou 5 | 16 octobre 2003 | 21 h 25 min | Yang Liwei |
Premier vol spatial habité de la Chine | Succès | |
| Shenzhou 6 | 16 octobre 2005 | 4 j 19 h 33 min | Fei Junlong Nie Haisheng |
Premier vol avec deux astronautes | Succès | |
| Shenzhou 7 | 28 septembre 2008 | 2 j 20 h 28 min | Zhai Zhigang Liu Boming Jing Haipeng |
Premier vol avec trois astronautes, première sortie extravéhiculaire d'un astronaute chinois, dernière mission avec un équipage sans expérience spatiale | Succès | |
| Shenzhou 8 | 17 novembre 2011 | 16 j 13 h 33 min | Sans équipage | Premier amarrage automatique à la station Tiangong 1, vol de test inhabité | Succès | |
| Shenzhou 9 | 29 juin 2012 | 12 j 15 h 25 min | Jing Haipeng (2) Liu Wang Liu Yang |
Première femme chinoise dans l'espace (Liu Yang), première mission habitée à bord de la station Tiangong 1 | Succès | |
| Shenzhou 10 | 26 juin 2013 | 14 j 14 h 29 min | Nie Haisheng (2) Zhang Xiaoguang Wang Yaping |
Seconde mission habitée à bord de la station Tiangong 1 | Succès | |
| Shenzhou 11 | 17 octobre 2016 | 18 novembre 2016 | 32 j 06 h 29 min | Jing Haipeng (3) Chen Dong |
Première et unique mission à bord de la station Tiangong 2 | Succès |
| Shenzhou 12 | 17 juin 2021 | 17 novembre 2021 | 92 j 04 h 11 min | Nie Haisheng (3) Liu Boming (2) Tang Hongbo |
Première mission à bord de la station spatiale chinoise | Succès |
| Shenzhou 13 | 15 octobre 2021 | 16 avril 2022 | 182 j 09 h 32 min | Zhai Zhigang (2) Wang Yaping (2) Ye Guangfu |
Première mission de six mois à bord de la station spatiale chinoise | Succès |
| Shenzhou 14 | 5 juin 2022 | 4 décembre 2022 | 182 j 09 h 25 min | Chen Dong (2) Liu Yang (2) Cai Xuzhe |
Rotation de l'équipage de la station spatiale chinoise, début de l'occupation permanente | Succès |
| Shenzhou 15 | 29 novembre 2022 | 3 juin 2023 | 186 j 07 h 25 min | Fei Junlong (2) Deng Quingming Zhang Lu |
Rotation de l'équipage de la station spatiale chinoise | Succès |
| Shenzhou 16 | 30 mai 2023 | 31 octobre 2023 | 153 j 22 h 41 min | Jing Haipeng (4) Zhu Yangzhu Gui Haichao |
Rotation de l'équipage de la station spatiale chinoise, première mission d'un astronaute civil (Gui Haichao) | Succès |
| Shenzhou 17 | 26 octobre 2023 | 30 avril 2024 | 187 j 06 h 32 min | Tang Hongbo (2) Tang Shengjie Jiang Xinlin |
Rotation de l'équipage de la station spatiale chinoise | Succès |
| Shenzhou 18 | 25 avril 2024 | 3 novembre 2024 | 192 j 04 h 25 min | Ye Guangfu (2) Li Cong Li Guangsu |
Rotation de l'équipage de la station spatiale chinoise | Succès |
| Shenzhou 19 | 29 octobre 2024 | 30 avril 2025 | 182 j 08 h 41 min | Cai Xuzhe (2) Song Lingdong Wang Haoze |
Rotation de l'équipage de la station spatiale chinoise | Succès |
| Shenzhou 20 | 24 avril 2025 | 19 janvier 2026 | 269 j 16 j 16 min | Chen Dong (3) Chen Zhongrui Wang Jie |
Rotation de l'équipage de la station spatiale chinoise, endommagé par une collision de débris spatial, rentre sur Terre sans son équipage de façon nominale | Succès |
| Sans équipage | ||||||
| Shenzhou 21 | 1er novembre 2025 | 14 novembre 2025 | 13 j 16 h 55 min | Zhang Lu (2) Wu Fei Zhang Hangzhong |
Rotation de l'équipage de la station spatiale chinoise, utilisé par l'équipage de Shenzhou 20 pour rentrer sur Terre après que leur véhicule ait été endommagé | Succès |
| Chen Dong (3) Chen Zhongrui Wang Jie | ||||||
| Shenzhou 22 | (prévu) | 6 mois (prévu) | Sans équipage | Rotation de l'équipage de la station spatiale chinoise, doit remplacer Shenzhou 21 | En cours | |
| Zhang Lu (2) Wu Fei Zhang Hangzhong | ||||||
| Shenzhou 23 | (prévu) | (prévu) | 6 mois (prévu) | Zhu Yangzhu Zhang Zhiyuan Lai Ka-ying |
Rotation de l'équipage de la station spatiale chinoise | Prévu |
? Lai Ka-ying ? |
Hommage et culture populaire
En , un astéroïde découvert par l'observatoire de la Montagne Pourpre a été nommé (8256) Shenzhou en l'honneur du véhicule.
Le Shenzhou joue un rôle majeur dans le film Gravity sorti en 2013 où il permet au personnage principal de rentrer sur Terre.
