Tianzhou 5

Tianzhou 5 wurde am 12. November 2022 um 02:03 Uhr UTC von der Startrampe 201 des Kosmodroms Wenchang mit einer Trägerrakete vom Typ Langer Marsch 7 gestartet.[6] Zehn Minuten nach dem Start wurde der Zielorbit erreicht und das Raumschiff von der Trägerrakete abgetrennt.[10] Gut drei Minuten später wurden die Solarmodule entfaltet.[11] Am 12. November 2022 um 04:10 Uhr UTC, also 2 Stunden 7 Minuten nach dem Start dockte Tianzhou 5 an der Heckschleuse des Kernmoduls Tianhe autonom an. Dies stellte einen neuen Weltrekord dar und bedeutete, dass das Büro für bemannte Raumfahrt nicht nur in einem Notfall sehr schnell Versorgungsgüter zur Raumstation bringen konnte,[12] sondern auch empfindliches biologisches Versuchsmaterial für den regulären Forschungsbetrieb.

Die Verkürzung der Flugzeit von knapp sieben Stunden bei Tianzhou 4 auf etwas über zwei Stunden wurde nicht durch Veränderungen am Raumschiff erreicht, sondern durch eine verbesserte Führung, Navigation und Steuerung (GNC):

• Anstatt sich der Raumstation nach dem Abtrennen von der Trägerrakete über mehrere Erdumkreisungen und mehrere Bahnkorrekturmanöver schrittweise zu nähern, fand dies nun während einer einzigen Erdumkreisung mit zwei Bahnkorrekturmanövern statt. Dadurch verkürzte sich dieser Abschnitt des Fluges von mehr als vier Stunden auf etwa eine Stunde.
• Bei der Annäherung auf den letzten 5 km, die in mehreren Schritten mit Zwischenhalten auf Parkpositionen zur Verifizierung der Fluglage relativ zur Station erfolgt, verzichtete man auf mehrere Zwischenhalte und konnte so diesen Prozess von mehr als zwei Stunden auf etwa 40 Minuten verkürzen.

Diese Methode ist prinzipiell unabhängig vom Raumschifftyp, und man möchte sie langfristig auch bei den bemannten Shenzhou-Raumschiffen einsetzen, um die Anreise für die Raumfahrer zu verkürzen. Auch das auf dem Kosmodrom Jiuquan ständig bereitstehende Rettungsraumschiff könnte so schneller bei der Station sein. Bei der nun erprobten GNC-Methode gibt es vier Möglichkeiten, zwischen denen das Raumschiff autonom wählen kann, abhängig davon, mit welcher Präzision es von der Trägerrakete im Zielorbit ausgesetzt wurde: 2 Stunden, 3 Stunden, 5 Stunden oder 6,5 Stunden. Anders als bei den bisherigen Frachterankoppelungen befand sich diesmal eine Besatzung auf der Station, die bei einem Ausfall des Systems hätte eingreifen und das Koppelmanöver manuell durchführen können.[13]

Neben 1,4 t Treibstoff, Versorgungsgütern für die Mission Shenzhou 15 und in der Station zu installierenden Geräten für wissenschaftliche Experimente[10] brachte Tianzhou 5 auch einen sechsten, gut 100 kg schweren Momentenkreisel für das Wissenschaftsmodul Wentian ins All, der im Dezember 2022 von den Raumfahrern montiert wurde.[14] Zusammen mit den sechs an der Außenwand des Kernmoduls Tianhe montierten Momentenkreiseln dienen die Kreisel, die anders als Lageregelungstriebwerke keinen Treibstoff verbrauchen, dazu, die Fluglage der Raumstation stabil zu halten und nötigenfalls rasch zu verändern.[15] Die Ladung im Frachtraum, ohne den Treibstoff, wog etwa 5 t, was dem Frachter ein Startgewicht von 13,1 t gab.[16]

Am 13. November 2022 um 06:18 Uhr UTC öffnete die Besatzung von Shenzhou 14 die Schleuse des Frachters. Nach routinemäßiger Überprüfung der Luft auf Giftstoffe von einem eventuell beschädigten Treibstofftank des Servicemoduls betraten die Raumfahrer knapp eine Stunde später, um 07:03 Uhr UTC, den Frachtraum und begannen mit der Entladung.[17] Um ihnen die Arbeit zu erleichtern, hatten die Ingenieure der Chinesischen Akademie für Weltraumtechnologie bei Tianzhou 5 neben zusätzlichen Außenscheinwerfern (Flutlicht und Suchscheinwerfer) auch im Inneren des Frachtraums zusätzliche Lampen installiert.[13]

Für das Bemannte Monderkundungsprogramm hatte die Fabrik 529 der Chinesischen Akademie für Weltraumtechnologie eine mit Wasserstoff und Sauerstoff betriebene Brennstoffzelle entwickelt. Man denkt hier an eine erneuerbare Energieversorgung,[13] bei der das in der Brennstoffzelle entstehende Wasser anschließend mit durch Sonnen- oder Kernenergie erzeugtem Strom wieder in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt wird.[18] Etwa zwei Wochen nach dem Andocken des Frachters wurde die Brennstoffzelle, die sich auf der Außenseite des Raumschiffs im Vakuum befindet, in Gang gesetzt, um den Einsatz bei niedrigen Temperaturen und den Gastransport in der Schwerelosigkeit zu testen. Dabei wurde auch erprobt, wie sich eine unterschiedliche Leistungsentnahme auf die Effizienz der Brennstoffzelle auswirkt. Bei dem hier getesteten Modell handelt es sich um einen ersten Prototypen, der nun auf der Basis der ermittelten Daten praxistauglich gemacht werden soll.[19]

Ebenfalls auf der Außenseite des Frachters montiert ist ein von der Fakultät für Kernphysik und Kerntechnik der Lanzhou-Universität zusammen mit dem Forschungsinstitut für weltraumbezogene technische Physik Lanzhou und der Hauptabteilung Großprojekte der Chinesischen Akademie für Weltraumtechnologie entwickeltes und gebautes Gerät zur Messung von hochenergetischen Partikeln in einem breiten Energiespektrum. Man interessiert sich hierbei speziell für Protonen und Neutronen, konkret für die hochenergetischen Protonen der kosmischen Strahlung, die beim Auftreffen auf die Außenhülle des Frachters Neutronen erzeugen. Am 16. November 2022, vier Tage nach dem Andocken, wurde das Gerät in Betrieb gesetzt. Damit sollen Daten gesammelt werden, um den langdauernden Betrieb von Raumflugkörpern im Weltall sicherer zu machen.[20]

Außen auf dem Frachter, am Übergang vom Servicemodul zum Frachtmodul, befinden sich mehrere „Abschussvorrichtungen“ für Cubesats. Jeder der Satelliten sitzt in einer Röhre mit rechteckigem Querschnitt, aus der er mit Federkraft, ohne den Einsatz von Sprengmitteln oder Raketen, herausgeschleudert wird. Wie bei einem regulären Startturm befinden sich in dem Gerät Schnittstellen, über die der Frachter mit dem Satelliten kommunizieren kann.[21] Der von der Hangtian Dong Fang Hong GmbH zusammen mit Schülern aus Macau konzipierte und gebaute Amateurfunksatellit Xiwang 4, auch bekannt als „CAS-10“ oder „Kepu Weixing 1“ (澳门学生科普卫星一号),[4] ein Nachfolgeprojekt von CAMSAT XW-3, hat ein Format von 8U (228 × 455 × 100 mm) und eine Masse von 12 kg.[22] Mit ausgeklappten Antennen und Solarzellenflügeln hat er die Maße 1007 × 790 × 475 mm.[23] Dieser Cubesat wurde am 18. Dezember 2022, zwei Tage vor dem 23. Jahrestag der Wiedervereinigung Macaus mit China, um 01:30 Uhr vom Frachter ausgesetzt.[24][25][26] Etwa eine Stunde nach dem Start konnte ein japanischer Funkamateur die ersten Signale des Satelliten empfangen.[27]