Chińska stacja kosmiczna – historia, budowa, najważniejsze fakty

Historia chińskich stacji kosmicznych rozpoczęła się od eksperymentalnego modułu Tiangong-1, a kulminacją jest dziś w pełni funkcjonalna, wielomodułowa stacja Tiangong, umieszczona na orbicie w 2021 roku. Obecnie ważąca około 60 ton konstrukcja stale gości trzyosobową załogę. Przyjrzyjmy się bliżej, jak przebiegała ta kosmiczna ewolucja.

Od czego rozpoczął się chiński program stacji orbitalnych?

Realizacja chińskiego programu załogowych stacji kosmicznych, znanego jako Projekt 921, przebiegała etapowo. Fundamentem pod przyszłą, wielomodułową stację stały się mniejsze laboratoria orbitalne z serii Tiangong. Ich głównym celem było przetestowanie w praktyce kluczowych technologii, takich jak automatyczne i ręczne cumowanie na orbicie, systemy podtrzymywania życia czy procedury długotrwałego pobytu załogi w kosmosie.

Pierwszym z tych obiektów był Tiangong-1, nazywany „Pałacem Niebiańskim”. Był to dwumodułowy statek o masie 9,4 tony, długości 10,4 metra i szerokości 3 metrów, który wyniesiono na orbitę 29 września 2011 roku. Początkowo poruszał się on po orbicie na wysokości około 350 kilometrów.

Do modułu Tiangong-1 w listopadzie 2011 roku automatycznie zadokował bezzałogowy statek Shenzhou 8, co było przełomowym manewrem. Kolejne misje były już załogowe. W czerwcu 2012 roku na pokładzie przebywała załoga Shenzhou 9, w skład której wchodziła pierwsza chińska astronautka, Liu Yang. Ostatnią załogową wizytę złożyła misja Shenzhou 10 w czerwcu 2013 roku, po czym obiekt został opuszczony.

Jak zakończyła się misja Tiangong-1?

Po 2013 roku niekontrolowany obiekt stopniowo obniżał swoją orbitę. Chińska agencja kosmiczna zgłosiła Organizacji Narodów Zjednoczonych, że w marcu 2016 roku utracono kontakt z Tiangong-1. Ponowne wejście w atmosferę było nieuniknione i intensywnie śledzone przez globalną Sieć Nadzoru Kosmicznego, która wykorzystuje naziemne i kosmiczne radary oraz czujniki optyczne. Ostatecznie fragmenty stacji spłonęły nad południowym Pacyfikiem 1 kwietnia 2018 roku, kończąc swoją misję.

Jak wyglądała ścieżka do budowy wielomodułowej stacji?

Po doświadczeniach z Tiangong-1, Chiny wystrzeliły w 2016 roku jego ulepszonego następcę – moduł Tiangong-2. Projekt ten umożliwiał już nieco dłuższe pobyty załogi. To właśnie do niego pod koniec 2016 roku zadokował statek załogowy Shenzhou 11, a w 2017 roku kluczowy dla logistyki, pierwszy chiński statek towarowy Tianzhou-1, oparty konstrukcyjnie na module Tiangong-1 i zdolny dostarczyć na orbitę około 6 ton ładunku.

Te testy były ostatnim sprawdzianem przed podjęciem decyzji o rezygnacji z planowanego, większego modułu Tiangong-3. Zebrane dane pozwoliły inżynierom przejść bezpośrednio do finalnego etapu – montażu pełnowymiarowej, wielomodułowej stacji kosmicznej, która docelowo przyjmuje stałe załogi.

Kiedy rozpoczęto montaż głównej stacji?

Kluczowy moment nastąpił 29 kwietnia 2021 roku, kiedy to z kosmodromu Wenchang wystrzelono za pomocą rakiety Chang Zheng 5B główny moduł całej konstrukcji. Ten segment, będący sercem i centrum dowodzenia, otrzymał nazwę Tianhe. Jego parametry są imponujące: masa 22,6 tony, długość 16,6 metra i średnica 4,2 metra. Wyposażono go w węzeł cumowniczy i systemy niezbędne do życia załogi.

Z jakich elementów składa się obecna stacja Tiangong?

Kompletna stacja kosmiczna Tiangong, umieszczona na niskiej orbicie okołoziemskiej o wysokości około 380 kilometrów i inklinacji 42,5 stopnia, składa się z trzech głównych modułów. Całkowita masa obiektu to około 60 ton, a zakłada się, że będzie on użytkowany przez co najmniej 10 lat.

Do wspomnianego modułu centralnego Tianhe dołączono dwa bliźniacze, ale funkcjonalnie różne moduły badawcze. Pierwszy z nich, Wentian, został zadokowany 24 lipca 2022 roku. Drugi, Mengtian, dołączył do kompleksu 31 października 2022 roku, finalizując tym samym główną fazę rozbudowy. Oba segmenty badawcze charakteryzują się bardzo zbliżonymi gabarytami: przy masie od 18 do 20 ton, ich długość wynosi 14,4 metra, a średnica 4,2 metra.

Kluczowym elementem logistyki stacji są dwa typy statków dokujących do wspomnianego węzła cumowniczego. Wymianę stałej, trzyosobowej załogi zapewniają zmodyfikowane statki załogowe Shenzhou. Z kolei zaopatrzenie w żywność, ubrania i narzędzia do eksperymentów naukowych dostarczają bezzałogowe frachtowce Tianzhou.

Stacja Tiangong zbudowana jest z modułu głównego Tianhe oraz dwóch laboratoryjnych segmentów Wentian i Mengtian, które połączono na orbicie w 2022 roku.

Jak prezentuje się konfiguracja całości?

Kształt końcowy konstrukcji na orbicie najlepiej obrazuje jej układ. Centralnym punktem jest moduł Tianhe, do którego na osi wzdłużnej mogą cumować statki transportowe. Z boku, poprzez węzeł cumowniczy, dołączone są prostopadle oba moduły badawcze – Wentian i Mengtian. Wizualnie przypomina to literę „T”. Właśnie taką pełną konfigurację mogliśmy zobaczyć na pierwszych oficjalnych fotografiach opublikowanych przez China Manned Space Agency pod koniec 2023 roku, wykonanych przez załogę misji Shenzhou-16 po odłączeniu się od stacji.

Co przyniesie przyszłość dla chińskiego „Niebiańskiego Pałacu”?

Pomimo osiągnięcia wstępnie założonej konfiguracji, plany rozwoju stacji Tiangong nie są zamknięte. Rozważana jest rozbudowa obiektu z trzech do sześciu modułów, co zwiększyłoby jego masę do około 180 ton. Dla porównania, to nadal zaledwie 40% masy Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, ale znacząco poszerzyłoby możliwości badawcze Chin.

Nieodłącznym elementem infrastruktury orbitalnej ma stać się również wielki teleskop kosmiczny o nazwie Xuntian. Urządzenie to, wyposażone w zwierciadło główne o średnicy ponad 2 metrów, oferuje zakładane pole widzenia około 300 razy większe od Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. Co kluczowe, Xuntian zostanie umieszczony na tej samej orbicie, co stacja Tiangong. Takie rozwiązanie docelowo pozwoli na regularny serwis i modernizację instrumentu z wykorzystaniem modułu Mengtian.

Jakie wyzwania wiążą się z obecnością dużych obiektów na orbicie?

Przypadek Tiangong-1 unaocznił, że każdy statek na niskiej orbicie, bez okresowego podnoszenia jej wysokości, prędzej czy później wejdzie ponownie w atmosferę. Atmosfera naszej planety, choć na wysokości 400 kilometrów jest już skrajnie rozrzedzona, stale generuje minimalny opór, spowalniając obiekt. Gdy ten obniży lot do około 200 kilometrów, pozostaje mu zaledwie kilka dni na orbicie.

Proces deorbitacji dużego obiektu jest gwałtowny i trudny do precyzyjnego modelowania. Jak wyjaśniał Jesse Gossner, inżynier mechaniki orbitalnej ze Szkoły Zaawansowanych Operacji Kosmicznych, zachowanie szybko poruszającego się statku przy wejściu w gęstsze warstwy przypomina nieco puszczanie kaczek na jeziorze – może odbić się od nich, jeśli trafi pod odpowiednim kątem. Ta analogia podkreśla, dlaczego nawet przy zaawansowanym monitoringu trudno wskazać dokładny punkt upadku szczątków, które mogą się rozproszyć nawet na odcinku 1,5 tysiąca kilometrów.

Podczas hamowania w atmosferze, w miarę jak opór rośnie, gorąca plazma zaczyna odrywać i topić zewnętrzne elementy konstrukcji. Zazwyczaj najpierw niszczone są panele słoneczne oraz anteny. Tylko najbardziej wytrzymałe materiały, z których inżynierowie wykonują newralgiczne oprzyrządowanie, mają szansę dotrzeć do powierzchni Ziemi. Specjaliści od wejść w atmosferę, tacy jak Bill Ailor, wskazują, że kluczowe jest tu warstwowe układanie materiałów ochronnych, a jednym z najlepszych wyborów pozostaje tytan.

Ryzyko, że konkretna osoba zostanie uderzona przez kosmiczne szczątki, jest około milion razy mniejsze niż szansa na wygraną na loterii.