A Shenzhou-11 pertence já à segunda fase de desenvolvimento dos veículos Shenzhou cuja construção é baseada nas tecnologias desenvolvidas e testadas anteriormente tendo como objectivo as missões aos módulos TG-1 Tiangong-1 (2012) e TG-2 Tiangong-2 (2016) e posteriormente para a estação espacial modular Tiangong (2018 / 2020).
Quando pela primeira vez se olha para a figura da cápsula espacial tripulada chinesa Shenzhou, a primeira impressões que nos vem à memória é a sua semelhança com a cápsula espacial russa Soyuz. Porém, uma apreciação do veículo com mais atenção leva-nos a encontrar diferenças entre os dois modelos: as Shenzhou são maiores e a sua tecnologia de construção muito mais avançada.
Tal como a Soyuz, a Shenzhou é composta por um módulo orbital situado na frente do veículo, um módulo de reentrada e um módulo de serviço posterior. Nos primeiros voos da cápsula espacial Shenzhou, e ao contrário da Soyuz, o módulo orbital estava equipado com dois painéis solares, um sistema de propulsão autónomo e um sistema de controlo, permitindo assim a capacidade de voo autónomo após se separar do resto do veículo. Na sua actual versão, essa capacidade já não existe e os painéis solares foram removidos, sendo o módulo descartado (tal como na Soyuz) no final da missão e antes da reentrada atmosférica.
O programa Shenzhou recebeu fundos relativamente limitados se comparados com projectos equivalentes levados a cabo na antiga União Soviética (e mesmo na actual Rússia) e nos Estados Unidos. Em resultado, o desenvolvimento do projecto foi-se arrastando ao longo dos anos devido a factores económicos no complicado sistema financeiro chinês.
O desenvolvimento do projecto teve início em 1992 com os voos de testes a terem início em 1999. O desenvolvimento dos subsistemas da Shenzhou captou os esforços de centenas e centenas de engenheiros e técnicos de mais de 300 organizações em toda a China.
A Shenzhou foi desenvolvida para ser utilizada para o desenvolvimento das técnicas do voo espacial tripulado (encontro, acoplagem e actividades extraveículares) e mais tarde para ser utilizada como veículo de transporte para uma futura estação espacial chinesa e como veículo lunar.
O desenvolvimento do barco divino
Ao longo dos anos a China foi desenvolvendo as suas técnicas de reentrada de veículos desde a órbita terrestre utilizando trajectórias balísticas. Na década de 60 e 70 do século passado, surgiu o primeiro programa espacial tripulado chinês, o Shuguang-1 que acabou por ser cancelado devido a razões políticas em 1972. Em resultado dos estudos levados a cabo para o programa Shuguang-1 surgiu o programa do satélite de reconhecimento fotográfico FSW-1 com a capacidade de recuperação de cápsulas a partir da órbita terrestre desde 1976.
Entretanto, o desenvolvimento de um programa espacial tripulado continuou ao longo dos anos e em 1978 foram obtidas fotografias de astronautas chineses envergando fatos pressurizados em treinos no interior de câmaras de altitude e aos controlos do que parecia ser um cockpit relativamente avançado de um vaivém espacial. Ao mesmo tempo foi criada uma frota de navios destinados à recuperação e recolha de cápsulas no mar. Em Maio de 1980 uma cápsula espacial foi recuperada nas águas do sul do Oceano Pacífico após a realização de um voo suborbital. Porém, e no que deve ter sido um grande revés e frustração para muitos engenheiros espaciais chineses, em Dezembro de 1980 era anunciado por Wang Zhuanshan (Secretário-geral da Sociedade de Pesquisa Nova China e Engenheiro Chefe do Centro Espacial da Academia de Ciências Chinesa) que o programa de voos espaciais tripulados pela China seria adiado devido ao seu elevado custo.
Ao longo de uma década foram extremamente escassas as referências a um possível programa espacial tripulado chinês mas em Abril de 1992, o governo chinês decidiu que o custo de um programa espacial tripulado já poderia ser suportado pelo país. O Conselho Estatal decidiu que um veículo espacial tripulado deveria ser lançado no espaço antes do novo milénio de forma a estabelecer a China como uma das grandes potências mundiais. Ao programa espacial tripulado da China seria dada a designação Projecto 921, com a primeira fase a levar a um voo teste de uma cápsula em Outubro de 1999.
Um desenho preliminar da cápsula espacial tripulada chinesa foi apresentado à Federação Internacional de Astronáutica em 1992. O desenho era reminiscente da Soyuz, com a cápsula a ter um desenho muito pouco usual de pêra e com os restantes módulos de serviço e orbital a terem um diâmetro mais pequeno do que a cápsula de reentrada. Para colocar o veículo em órbita foi proposto um novo foguetão lançador que utilizaria como propelentes o oxigénio líquido e o querosene. Esta proposta eliminaria assim a utilização de propelentes tóxicos utilizados no foguetão CZ-2E Chang Zheng-2E. Ao se juntar primeiros estágios idênticos iria permitir o transporte de cargas mais pesadas até à órbita terrestre, tal como um laboratório orbital.
Em Outubro de 1993 o Bureau de Astronáutica de Xangai (tarde designado como Academia de Tecnologia de Voo Espacial de Shanghai) publicou a proposta original do Projecto 921 para ser incluída nos Oitavo e Nono Planos Económicos Quinquenais. Foi proposto o desenvolvimento de seis novos foguetões lançadores e oito veículos espaciais, incluindo uma cápsula espacial tripulada. Porém, o plano do bureau não foi aprovado e os planos para o desenvolvimento de um novo lançador a oxigénio líquido e querosene foi abandonado, com os recursos a serem investidos no desenvolvimento de grandes motores de combustível sólido para utilização militar. Entretanto o Projecto 921 foi aprovado, mas seria lançado utilizando-se uma versão modificada do lançador CZ-2E Chang Zheng-2E e que seria denominado CZ-2F Chang Zheng-2F. Á Academia Chinesa de Tecnologia Espacial (ACTE), uma instituição afiliada da Corporação Industrial e Científica Aeroespacial Chinesa (CICAC), foi dada a responsabilidade pelo Projecto 921. Por seu lado, o ACTE subcontratou o Bureau de Astronáutica de Xangai e o Instituto de Engenharia e Pesquisa Médica Aeroespacial, para desenhar e desenvolver a cápsula espacial. A construção do veículo foi iniciada e um novo centro de controlo de voo foi construído no Nordeste de Pequim.
Novas alterações no Projecto 921 seriam introduzidas em 1994. A Rússia, com a sua falta de verbas para o programa espacial em geral, estava agora disposta a vender alguma da sua tecnologia no campo da aviação e tecnologia espacial. Em Setembro de 1994 o Presidente Jiang Zemin visitou pela primeira vez o Centro de Controlo de Voo (TsUP) em Kaliningrado e recebeu propostas de cooperação espacial entre as duas nações. Em Março de 1995 foi assinado um acordo entre a Rússia e a China para a transferência de tecnologia, incluindo também o treino de cosmonautas, a provisão de cápsulas Soyuz e sistemas de suporte de vida, a provisão de um sistema de acoplagem andrógino e de fatos espaciais. Em 1996 dois cosmonautas chineses, Wu Jie e Li Qinglong, iniciaram os treinos no Centro de Treinos de Cosmonautas Yuri Gagarin e após a graduação os dois homens regressaram à China e iniciaram a selecção de um grupo de 12 astronautas chineses.
O desenho do veículo tripulado do Projecto 921 foi modificado de forma a incluir uma cópia aerodinâmica aumentada da cápsula Soyuz e outros elementos de desenho russo. Entretanto novas instalações de lançamento foram construídas no centro espacial de Jiuquan e em Maio de 1998 um modelo do foguetão CZ-2F Chang Zheng-2F e da cápsula tripulada foram transportadas para a plataforma de lançamento para testes de adaptação.
Em Junho de 1999, e em coincidência com anúncios públicos de que o primeiro teste não tripulado da nova cápsula chinesa teria lugar em Outubro, foram reveladas misteriosamente na Internet fotografias do foguetão Lançador CZ-2F Chang Zheng-2F com uma ogiva do tipo Soyuz. Na altura as fotografias teriam sido reveladas por uma empresa de construção da Mongólia Interior que trabalhava nas obras de construção das instalações de lançamento. A carenagem de protecção era consistente na sua forma e tamanho com a que havia sido revelada em 1992 no novo lançador que seria cancelado. Tem muitas similaridades com as ogivas russas utilizadas com a Soyuz, mas uma comparação com fotos das ogivas da Soyuz na mesma escala revelam que a ogiva chinesa é muito maior.
Em Julho foi anunciado o final dos trabalhos de construção do quarto navio de rasteio Yuan Wang, estando pronto para ser utilizado com os restantes três navios. Em princípios de Agosto surgiram rumores na imprensa asiática da ocorrência de uma explosão de propolente em Jiuquan destinado ao programa espacial tripulado, notícia que foi negada pelas autoridades chinesas poucos dias mais tarde. No entanto a data do primeiro lançamento não tripulado do Projecto 921 foi alterada de Outubro para “algures em 1999” e a data do primeiro voo espacial tripulado foi alterada para 2005.
Entretanto a cooperação sino-russa continuava e em Agosto de 1999 na Cidade das Estrelas, numa grande sala situada no segundo andar do Hidrolaboratório, um grupo de 15 a 20 técnicos chineses continuava os seus trabalhos que pareciam associados ao voo de experiências num avião de gravidade-0 e não ao treino para actividades extraveículares. O pessoal responsável pelo Hidrolaboratório era também responsável pelos voos parabólicos. As experiências que seriam transportadas eram da responsabilidade de Qin Yi do Grupo Oriental de Instrumentação Científica e o projecto era administrado na Cidade das Estrelas por Yuri L. Bogoroditsky, Chefe do Departamento de Desenvolvimento Económico Estrangeiro do Centro de Treinos de Cosmonautas Yuri Gagarin.
A possibilidade da iminência de um lançamento era assinalada com a partida dos quatro barcos Yuan Wang do seu porto de abrigo. Três das embarcações estavam estacionadas no Hemisfério Sul perto da latitude 35ºS, estando um junto à costa da Namíbia, um a Sudoeste da Austrália e outro a meio do Oceano Pacífico junto da linha internacional de mudança de data. O quarto navio estava estacionado perto da costa Sul do Japão de forma a receber informações e observar o final da fase de lançamento e da fase de recolha da cápsula em caso de uma abortagem do lançamento. Estações de rastreio terrestres estavam localizadas no centro de lançamento em Jiuquan, no Oeste da China, África do Sul e Paquistão.
O primeiro teste não tripulado do protótipo do Projecto 921 teve lugar 49 dias após a data prevista de 1 de Outubro de 1999. O Presidente chinês Jiang Zemin baptizou pessoalmente a cápsula espacial chamando-lhe Shenzhou (traduzido de muitas formas para “Barco dos Deuses”, “Barco Divino” ou “Mecanismo Divino”). Imagens do voo permitiram verificar a existência de um novo lançador CZ-2F Chang Zheng-2F, um edifício de montagem vertical, e mostraram a verdadeira configuração da cápsula espacial pela primeira vez. Neste primeiro voo o módulo orbital estava equipado com painéis solares fixos em vez dos painéis solares que se abririam nos voos posteriores.
As principais entidades responsáveis pela construção da Shenzhou foram o Instituto Chinês de Pesquisa de Tecnologia de Foguetões (ICPTF) e que é parte da CICAC, o Instituto Chinês de Pesquisa de Tecnologia Espacial (ICPTE) e o ATVES. Também envolvidos no desenho e teste da cápsula espacial estiveram a Academia de Ciências da China e o Ministério de Informação da Indústria.
Apesar de vários rumores durante o ano de 2000, o seguinte voo teste da Shenzhou só teve lugar em Janeiro de 2001. Este segundo voo transportou a bordo um macaco, um cão e um coelho, no que se tratou de um teste do sistema de suporte de vida da cápsula. A Shenzhou-2 demonstrou a capacidade de múltiplas activações do seu sistema de propulsão e executou três manobras para a elevação da sua órbita durante o seu voo. Após sete dias em órbita terrestre, o módulo de reentrada e o módulo de serviço separaram-se do módulo orbital. Após a manobra de travagem levada a cabo pelo módulo de serviço, o módulo de reentrada separou-se e aterrou na Mongólia Interior. A ausência total de fotografias após a aterragem levou a especulações acerca do sucesso da recuperação. Mais uma vez o módulo orbital continuou em órbita terrestre levando a cabo experiências em microgravidade.
O peso da Shenzhou-2 era 100 kg inferior ao da Shenzhou-1 ao se utilizar uma nova técnica de montagem da cápsula. Entretanto o treino dos astronautas chineses prosseguia utilizando um dispositivo especial de treino que simula a ausência de gravidade. O dispositivo consiste numa câmara com um diâmetro de 15 metros e uma altura de 21 metros, instalada num túnel de vento vertical. A velocidade do vento atinge os 150 km/h, levitando assim os astronautas. A Shenzhou-3 foi lançada em Março de 2002 e a progressão em todo o programa começou a ser mais rápida a partir daqui. Esta foi a primeira missão equipada com o sistema de emergência. A Shenzhou-4 foi lançada em Dezembro de 2002 e foi o último ensaio antes da missão tripulada. Neste caso a tripulação que deverá tripular a Shenzhou-5 entrou na Shenzhou-4 e levou a cabo todos os procedimentos até um certo ponto na contagem decrescente. Após abandonarem a cápsula deu-se o lançamento da última missão não tripulada. Todos os sistemas foram verificados de forma satisfatória e a China encontrava-se pronta para levar a cabo para a sua primeira tentativa de colocar astronautas em órbita em Outubro de 2003.
A cápsula Shenzhou
A cápsula Shenzhou é muito semelhante à cápsula Soyuz. A configuração é muito parecida com o desenho original da Soyuz (Soyuz A) de 1962. Os instrumentos de orientação (consistindo de sensores de horizonte, sensores de fluxo iónico, sensores estelares e sensores solares) estão localizados na zona média inferior do módulo de serviço, tal como na Soyuz. Dois pares de painéis solares localizados no módulo de serviço (o módulo orbital esteve equipado com painéis solares nas primeiras missões), têm um total de 36 m2, indicando uma média de fornecimento de energia de 1,3 kW (quase três vezes mais do que na Soyuz e quase o mesmo do que era fornecido no primeiro módulo da estação espacial Mir).
O sistema de propulsão da Shenzhou consiste em quatro grandes motores principais de expansão na base da cápsula, com uma força total de 2.000 kgf ou 500 kgf por motor. O tempo total de queima na travagem orbital (retrotravagem) deverá ser de 30 s. Por outro lado, são utilizados motores de grande potência para manobras colocados em conjuntos de quatro pares no interior da base do módulo de serviço. A cápsula tem ainda motores de baixa potência para manobras colocados em conjuntos de quatro pares no exterior da base do módulo de serviço. Estes motores podem também ser utilizados em conjunto para original forças inversas. Quatro pares de motores para manobras de rotação e translação colocados no centro de gravidade da cápsula, mesmo abaixo da cápsula de reentrada. Estes não foram colocados em intervalos de 90º, mas sim em dois pares em cada lado da cápsula permitindo o seu uso para movimentos de translação somente no eixo vertical.
Ao contrário da Soyuz, o módulo orbital da Shenzhou tem uma forma cilíndrica. Uma plataforma de equipamento pode ser montada na zona frontal (tal como aconteceu nos primeiros voos). Aparentemente está localizada na zona inferior do módulo orbital uma grande escotilha que pode ser utilizada para actividades extraveículares, e acima dela está localizada outra grande escotilha tal como na Soyuz. No lado oposto do módulo encontra-se montado um pequeno módulo de equipamento.
Nas primeiras missões teste um complexo arranjo de equipamentos esteve montado no topo do módulo orbital. Nestes equipamentos estava incluído um anel semi-circular que poderia ser utilizado para a colocação de instrumentos em torno da sua parte inferior. Três antenas perpendiculares com um comprimento de 40 cm foram também abertas em órbita.
As cargas que inicialmente foram transportadas no módulo orbital foram todas científicas, porém, à medida que o programa foi progredindo, as cargas foram alteradas para experiências militares. A Shenzhou-4 aparentemente transportou uma carga destinada a interceptar sinais electrónicos (SIGINT), enquanto que a Shenzhou-5 estará prevista para voar com uma câmara de reconhecimento óptico com uma resolução de 1,6 metros. Também surgiram desenhos de uma configuração estranha da Shenzhou que mostravam o que pareciam ser “mandíbulas” na zona frontal do módulo orbital, sendo talvez algum tipo de mecanismo de captura.
O módulo de reentrada foi conceptualmente baseado na Soyuz. A Rússia forneceu à China um veículo Soyuz completo e após o primeiro lançamento da Shenzhou alguns relatórios referiram fontes russas altamente colocadas dizendo que a China havia comprado uma cápsula de reentrada Soyuz à Corporação RKK Energia em meados dos anos 90 no que terá sido um acordo privado. Porém, foi referido que a cápsula fornecida teria um mínimo de instrumentação no seu interior.
A cápsula da Shenzhou é de facto 13% dimensionalmente maior que a cápsula Soyuz. Logo não se trata de material soviético, mas sim uma cópia à escala da forma aerodinâmica da Soyuz. A cápsula Shenzhou utiliza a mesma técnica de aterragem da Soyuz. A cápsula começa por largar um pequeno pára-quedas de arrasto seguido de um único pára-quedas laranja e branco. O sistema de aterragem suave (descarte do escudo térmico seguido da ignição de motores de aterragem suave momentos antes do impacto), é também semelhante ao da Soyuz. Existem algumas referências a um número diferente de motores de aterragem suave na base da cápsula. Ao contrário da Soyuz, a ligação ao módulo de serviço difere em detalhe e parece entrar na cápsula mais acima no corpo principal. A cápsula possui um arranjo na forma da colocação dos assentos dos seus tripulantes semelhante ao da Soyuz e permite a utilização por três astronautas ao contrário de algumas referências iniciais que indicavam a possibilidade de quatro astronautas poderem tripular a cápsula. Os astronautas possuem painéis de instrumentação com ecrãs planos. Um periscópio semelhante ao russo Vzor permite um meio de orientar a cápsula manualmente na retrotravagem e uma visão frontal durante as operações de acoplagem. O controlo manual da cápsula é feito utilizando um controlo manual semelhante ao da Soyuz.
O módulo de serviço, desenvolvido pelo ATVES, difere em muitos aspectos ao módulo de serviço da Soyuz. O módulo é mais alongado e mais largo, sendo a saia da base menos pronunciada. Os circuitos radiadores externos encontram-se numa montagem em torno do centro do cilindro. Os painéis solares, ao contrário dos painéis da Soyuz, podem ser rodados de forma a obter um máximo de insolação solar independente da atitude da cápsula. Os painéis têm uma área total de 24 m2. Os controlos de reacção, reminiscentes dos utilizados nas cápsulas Gemini, estão localizados no centro de gravidade da cápsula, sendo utilizados para manobras de rotação e translação do veículos durante as operações de acoplagem.
A tabela seguinte compara as dimensões e algumas características da Shenzhou com a Soyuz:
Sistema de emergência
A torre do sistema de emergência montada no topo da ogiva de protecção da Shenzhou, será activado em caso de algum mau funcionamento do foguetão lançador nas fases iniciais do voo. O sistema poderá separar a cápsula de reentrada e o módulo orbital do resto do lançador desde T-15m até à altura em que a ogiva de protecção é descartada a T+160 s. O sistema consiste numa torre de emergência, a parte superior da ogiva de protecção e os módulos de reentrada e orbital. Todo o conjunto tem um peso de 11.260 kg, com um comprimento de 15,1 metros e um diâmetro de 3,8 metros. O sistema tem uma fiabilidade de 99,5%.
Quando o sistema de detecção de falhas no foguetão CZ-2F Chang Zheng-2F detecta uma situação de emergência, activa automaticamente o sistema de emergência. Os controladores no solo também podem activar o sistema por comando remoto caso seja necessário. Nos voos tripulados os astronautas podem activar manualmente o sistema desde o interior da cápsula.
Após T+160s, uma abortagem do lançamento pode consistir simplesmente na desactivação dos motores do lançador, separação do módulo de reentrada e uma reentrada de emergência que levará a uma recolha quer em território chinês quer na zona costeira Sul do Japão.
Sistema de acoplagem
O sistema de acoplagem utilizado na Shenzhou-9 tem as suas raízes no sistema APAS-89/90. O mecanismo consiste num porto de acoplagem, balizas de rádio e repetidores, antenas de comunicações, radar UHF, medidor de distâncias laser, e o sistema de detecção electro-óptico. O diâmetro da escotilha é de 0,80 metros.