Lanzamiento de la nave china Shenzhou 10 (CZ-2F/G)

China nos ha vuelto a recordar que es, junto a Rusia, el único país del planeta Tierra capaz de poner un hombre en el espacio. Hoy día 11 de junio a las 09:38 UTC ha despegado la nave tripulada Shenzhou 10 mediante un cohete Larga Marcha CZ-2F/G desde la rampa 921 del complejo de lanzamiento LC-43 del Centro Espacial de Jiuquan. La tripulación está formada por Nie HaishengZhang Xiaoguang y Wang Yaping. La Shenzhou 10 permanecerá 15 días en el espacio -12 de ellos acoplada a la estación espacial Tiangong 1-, dos más que la misión Shenzhou 9, por lo que batirá el récord chino de permanencia en el espacio. Wang Yaping es la segunda mujer china en órbita después de que Liu Yang volase en la Shenzhou 9. Esta es la quinta misión tripulada china y la tercera nave -la segunda tripulada- que se acoplará con la Tiangong 1, lanzada en septiembre de 2011.
La Shenzhou 10 se acoplará con la Tiangong 1 el 13 de junio y, tras realizar varios ensayos de acoplamientos manuales y automáticos, regresará a la Tierra el 26 de junio.

Tripulación

Nie Haisheng / Niè Hǎishèng / 聂海胜 (13 de octubre de 1964, 48 años): comandante de la Shenzhou 10. Piloto militar, teniente coronel de la Fuerza Aérea de la República Popular China (PLAAF) y miembro del Partido Comunista Chino, éste es su segundo vuelo espacial tras participar en la misión Shenzhou 6 en 2005 junto a Fei Junlong. Fue seleccionado como astronauta en enero de 1998. Ha permanecido 13 días y 19 horas en el espacio.

Nie Haisheng (www.news.cn).

Zhang Xiaoguang / 张晓光 (mayo de 1966, 47 años): operador de la Shenzhou 10. Piloto militar, miembro del Partido Comunista Chino y comandante de escuadrón de la PLAAF. Este es su primer viaje espacial.

Zhang Xiaoguang (www.news.cn).

Yuan Wang 6 / Wáng Yàpíng / 王亚平 (enero de 1980, 33 años): ayudante de laboratorio de la Shenzhou 10. Piloto militar y capitán de la PLAAF, además de miembro del Partido Comunista Chino. Fue la primera mujer astronauta china hecha pública por las autoridades, aunque Liu Yang voló primero en la Shenzhou 9. Este es su primer vuelo espacial.

Wang Yaping (www.news.cn).

Shenzhou 10

La Shenzhou (神舟, shénzhōu, “navío divino” en mandarín) es una nave espacial tripulada china con capacidad para tres astronautas y ha sido diseñada por la Academia China de Tecnología Espacial (CAST) tomando como base la Soyuz rusa. La Shenzhou 10 (神舟十号 o ) tiene una masa total de 8082 kg, una longitud de 9,25 metros, un diámetro de 2,80 metros y una envergadura de 17 metros con los paneles solares desplegados. El volumen interno es de 14 metros cúbicos y puede permanecer en el espacio hasta 20 días en vuelo libre sin acoplarse con una estación espacial.


Nave Shenzhou (Giuseppe De Chiara).
Insignia de la misión.

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 habitable 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 permitir que el módulo tuviese capacidad para vuelos autónomos como satélite independiente. En la misión Shenzhou 7 se utilizó como esclusa para realizar la primera actividad extravehicular (EVA) china. En las primeras misiones incorporaba 16 pequeños propulsores a base de hidrazina con un empuje de 5 N para ayudar en la orientación del vehículo, aunque a partir de la Shenzhou 7 estos propulsores fueron eliminados. En la parte frontal hay un sistema de acoplamiento andrógino similar al APAS-89 ruso empleado en las misiones de acoplamiento entre la ISS y el transbordador norteamericano. En las primeras misiones Shenzhou, el módulo orbital demostró su capacidad para permanecer hasta 200 días en el espacio de forma autónoma. Incluye una escotilla para el acceso de la tripulación en la rampa y que también se usa en actividades extravehiculares.
 
Módulo orbital de la Shenzhou 10 (China Space News).



Sistema de acoplamiento de la Shenzhou 10 en pruebas (China Space News).
 
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. Está unida al módulo orbital por una escotilla de 70 cm de diámetro. Incluye un paracaídas principal de 1200 metros cuadrados y 90 kg capaz de frenar la velocidad de descenso hasta los 8 m/s, así como un paracaídas de reserva. El escudo térmico se desprende a 6 kilómetros de altura, dejando al descubierto un sistema de aterrizaje suave formado por cuatro pequeños cohetes de combustible sólido (la Soyuz tiene seis cohetes) que se encienden a un metro de altura sobre el suelo para frenar la velocidad de descenso hasta los 3,5 m/s. 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 durante la reentrada se alcanzan los 40º C en el interior. En la reentrada, el control de actitud de la cápsula se lleva a cabo 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. Posee capacidad para amerizajes.

Cápsula de la Shenzhou 10.

Diferencias entre las cápsulas Shenzhou y Soyuz (7K-T).



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 una tonelada 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. El encendido para la reentrada del vehículo suele durar unos 75 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 de empuje 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 (con una superficie útil de 24,48 metros cuadrados) capaces de rotar sobre su eje (a diferencia de los paneles de la Soyuz, que son fijos) y generar 1 kW de potencia. 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).

Tiangong 1

El TIangong 1 (天宫一号) es un pequeño laboratorio orbital de 8,5 toneladas con una longitud de 9 metros (10,4 metros con el sistema de acoplamiento), un diámetro máximo de 3,35 metros y una envergadura de 23 metros con los paneles solares desplegados. Está formado por un módulo de servicio  (资源舱, zīyuáncāng) con los sistemas de propulsión y dos paneles solares, así como una sección presurizada (实验舱, shíyàncāng) de 15 metros cúbicos donde podrán vivir hasta tres astronautas. Los paneles pueden generar hasta 6 kW. Tiene un puerto de atraque frontal dotado de un sistema de acoplamiento andrógino derivado del APAS-89 ruso con una escotilla de 0,8 metros de diámetro. El Tiangong 1 tiene una vida útil de dos años y ha sido visitado por las naves Shenzhou 8, Shenzhou 9 y Shenzhou 10.

Tiangong 1.

El módulo de servicio incluye dos motores principales basados en los usados por la Shenzhou para maniobras orbitales, así como ocho motores vernier en la base del módulo. En el exterior del módulo presurizado se encuentran cuatro conjuntos de motores para maniobras de cabeceo y guiñada, esenciales para el acoplamiento. Almacena hasta una tonelada de combustibles hipergólicos en cuatro tanques de 230 litros cada uno. El sistema de presurización de los motores incluye dos tanques de 20 litros. El Tiangong 1 dispone de dos camarotes, sistemas de soporte vital, una bicicleta estática y un retrete. No tiene cocina propia, por lo que los astronautas deben usar la que se encuentra en el módulo orbital de la Shenzhou. Para el acoplamiento automático, la Shenzhou utiliza tres sistemas complementarios con el fin de calcular la distancia y velocidad relativas: un radar láser (LIDAR), un radar Doppler de microondas y una serie de cámaras CCD complementadas con marcas ópticas en el exterior del Tiangong. El radar de microondas se usa para distancias de 150 kilómetros como máximo hasta varias decenas de metros como mínimo, mientras que el sistema LIDAR se emplea para distancias inferiores a los 20 kilómetros. El sistema óptico entra en funcionamiento a menos de 100 metros de distancia.

Tiangong 1 (Giuseppe De Chiara).
 
La tripulación de la SZ-9 dentro del Tiangong 1 (Xinhua).

Larga Marcha CZ-2F/G

El Larga Marcha CZ-2F/G (长征二号F o LM-2F/G) es un cohete de dos etapas y cuatro aceleradores con una capacidad en órbita baja de 8400 kg en la versión tripulada y 8600 en la no tripulada. Es una variante mejorada del CZ-2F (a su vez basado en el CZ-2E) desarrollada para las misiones tripuladas Shenzhou y Tiangong. Tiene una masa de 479,8 toneladas, una longitud de 58,34 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 dinitrógeno).

CZ-2F con la Shenzhou 10 (www.news.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 814 kN en el vacío) 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.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 10.

La segunda etapa, L-90, tiene un tamaño de 15,5 m x 3,35 m, una masa de 91,500 kg (5500 kg en vacío) y emplea un motor YF-25 con un Isp de unos 289 s y 742 kN junto con un motor vernier con cuatro cámaras YF-23B (DaFY21-1) de 10,2 kN cada una y 282 s. Funciona durante 300 segundos. La segunda etapa se enciende antes de la separación de la primera etapa.

Segunda etapa del lanzador de la Shenzhou 10.

El CZ-2F incluye una torre de escape para salvar a la tripulación en caso de emergencia. El sistema, muy parecido al SAS del cohete Soyuz ruso, tiene una masa de 11260 kg y unas dimensiones de 15,1 x 3,8 metros. Está dorado de varios cohetes de combustible sólido, incluyendo un sistema de cuatro toberas para abortos a baja altitud, otro con ocho toberas para emergencias a media altitud y cuatro cohetes de gran altitud. Si el aborto tiene lugar en los primeros dos minutos del despegue se activan los cohetes de baja y media altitud. En caso de que la emergencia se produzca entre T+120 segundos y los T+160 segundos se emplearían los motores de gran altitud. A los T+160 segundos la torre es eyectada. Si la torre se activa, arrastra consigo a la parte superior de la cofia, así como al módulo orbital y a la cápsula de la Shenzhou.

Fases del lanzamiento:

T+ 0 s: despegue.
T+ 120 s: separación de la torre de escape.
T+ 154,79 s: separación de los aceleradores.
T+ 155 s: apagado de la primera etapa.
T+ 159 s: separación de la primera etapa.
T+ 212,503 s: separación de la cofia.
T+ 463,091 s: apagado del motor principal de la segunda etapa.
T+ 582,091 s: apagado de los motores vernier de la segunda etapa.
T+ 585,091 s: separación de la Shenzhou 10.

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).
Envío del cohete a Jiuquan (www.news.cn).
El buque de seguimiento Yuan Wang 6.
Ensamblaje del cohete (www.spacechina.com).
Preparando la Shenzhou.
Integración con el cohete.
Traslado del cohete a la rampa.
Presentación oficial de la tripulación, cuya composición fue un secreto hasta el 10 de junio (www.news.cn).
Entrenamiento de los astronautas.
Probando el traje de presión.
Los astronautas en la nave.
Lanzamiento.
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Videos:

Vídeo de la llegada del cohete al centro espacial:

Vídeo del entrenamiento de la tripulación:
Vídeo del entrenamiento en el simulador:
Vídeo del despegue:
Fuente: Daniel Marín (astrofísico)
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