Shenzhou 15 () war die vierte bemannte Mission des Büros für bemannte Raumfahrt zur Chinesischen Raumstation. Während dieser Mission wurde die Bauphase der Chinesischen Raumstation abgeschlossen; am 24. Februar 2023 begann offiziell die Nutzungs- und Erweiterungsphase. Der Start der dreiköpfigen Besatzung mit einer Trägerrakete vom Typ Langer Marsch 2F/G vom Kosmodrom Jiuquan erfolgte am 29. November 2022, die Rückkehr am 3. Juni 2023. Mit 186 Tagen im All war dies die bis dahin längste Mission des Büros für bemannte Raumfahrt.
Sicherheitsaspekte Für die dritte Phase des Bemannten Raumfahrtprogramms, also Bau und Betrieb einer ständig besetzten Raumstation, was zwei Flüge pro Jahr erforderte, hatte man die Zuverlässigkeit der Trägerrakete Langer Marsch 2F/G von 97 % auf 98 % erhöht. Bei der Für diesen Start vorgesehenen Rakete mit der Seriennummer Y15 wurden im Vergleich zur vorangegangenen Mission 45 kleinere Verbesserungen vorgenommen, was die Zuverlässigkeit auf 98,95 % erhöhte. Auf dem 4. Foto ist auf der Rückseite des Startturms die weiße, schlauchförmige Rettungsrutsche zu sehen. Hierbei handelt es sich um eine durch Massentests der einzelnen Bauteile ermittelte Zahl, die besagt, dass es unter Annahme einer gleichbleibenden Zuverlässigkeit der Zulieferbetriebe bei jedem Start mit einer Wahrscheinlichkeit von 1,05 % zu einer Fehlfunktion kommt, die es nötig macht, dass die Mannschaft sich – zum Beispiel bei einem Brand auf der Startrampe – durch einen Stoffschlauch in einen Bunker unter der Startrampe fallen lässt oder – nachdem sie im Raumschiff Platz genommen hat – die Rettungsrakete an der Spitze das Raumschiff von der Trägerrakete wegzieht, sodass es mit den ausklappbaren Gitterflossen an der Nutzlastverkleidung und seinem Fallschirm landen kann.
Da sich 1,5 km nordwestlich der Startrampe, von der die bemannten Raumflüge starten, das Raumfahrzeugmontagegebäude befindet, und etwa die gleiche Distanz nordöstlich eine weitere Startrampe für kleinere Raketen, darf die Rettungsrakete das Raumschiff nur in einen gut halbkreisförmigen Bereich südlich dieser Einrichtungen befördern. Ursprünglich waren die Triebwerke der Rettungsrakete so eingestellt, dass das Raumschiff etwa 500 m südöstlich der Startrampe gelandet wäre. Bei ungünstigem Wind bestand jedoch eine gewisse Gefahr, dass das Raumschiff in brennende Raketentrümmer fiel. Daher entschied man sich dafür, ab Shenzhou 15 der Flugbahn der Rettungsrakete eine stärkere horizontale Komponente zu geben und die Richtung so zu ändern, dass das Raumschiff etwa 3 km südlich der Startrampe landen würde. Nach Berechnungen der Experten bestand nun eine Wahrscheinlichkeit von 99,996 %, dass die Mannschaft einen Fehlstart überleben würde, gegenüber 99,7 % bei Shenzhou 5 bis Shenzhou 14.
Die mit der Treibstoffkombination 1,1-Dimethylhydrazin und Distickstofftetroxid betriebenen Raketen der Serie Langer Marsch 2 können prinzipiell bei Außentemperaturen von −20 °C bis +40 °C starten, wobei die Temperatur um die Triebwerke durch Klimatisierung der bis kurz vor dem Start durch Flügeltüren verschlossenen Startrampe bei 15 °C gehalten wird. Für Starts im Winter (neben Shenzhou 15 bis dahin nur Shenzhou 1 und Shenzhou 4) gibt es zwei Gebläse, die Warmluft in die Nutzlastverkleidung befördern, um die Rückkehrkapsel und das Servicemodul mit den Treibstofftanks des Raumschiffs bei Raumtemperatur zu halten. Zum Zeitpunkt des Starts von Shenzhou 15 um 11 Uhr abends Ortszeit betrug die Außentemperatur auf dem Kosmodrom Jiuquan −17,3 °C. Dies war auch wichtig für die sechs Stunden vor dem Start im Raumschiff verstauten Fadenwürmer und Pflanzen, die die Raumfahrer zu Versuchszwecken mit zur Station nahmen, ebenso wie die frischen Äpfel und Weintrauben, die die Tiefkühlkost und Trockennahrung im All ergänzen sollten.
Besatzung Am 28. November 2022 wurden die Namen der Besatzungsmitglieder offiziell bekanntgegeben: Fei Junlong, Kommandant, zweiter Raumflug Deng Qingming, erster Raumflug Zhang Lu, erster Raumflug
Fei Junlong und Deng Qingming gehören zur ersten Generation der chinesischen Raumfahrer von 1998, Zhang Lu wurde 2010 in das Raumfahrerkorps aufgenommen. Mit einem Durchschnittsalter von 53 Jahren ist dies die bislang älteste Mannschaft im Bemannten Raumfahrtprogramm der Volksrepublik China. Dennoch stellten die Männer mit vier Außenbordeinsätzen während der Mission einen neuen chinesischen Rekord auf.
Missionsverlauf mini|Gruppenfoto nach der Ankunft. Hinten von links nach rechts Deng Qingming, Liu Yang, Cai Xuzhe, Zhang Lu, vorne Chen Dong und Fei Junlong. Sechseinhalb Stunden nach dem Start vom Kosmodrom Jiuquan koppelte das Raumschiff am 29. November 2022 um 21:42 Uhr UTC an der vorderen Bugschleuse des Kernmoduls Tianhe an. Zu diesem Zeitpunkt befand sich die Mannschaft von Shenzhou 14, deren Raumschiff an der Nadirschleuse des Kernmoduls angedockt war, noch an Bord. Die Besatzung von Shenzhou 15 begab sich von der Rückkehrkapsel in das Orbitalmodul ihres Raumschiffs und wechselte von den Schutzanzügen für den Flug in die blauen Bordanzüge, während der Innendruck des Raumschiffs an den Luftdruck in der Raumstation angeglichen wurde. Zwei Stunden nach der Ankoppelung, um 23:33 Uhr UTC, öffneten die jeweiligen Kommandanten Chen Dong und Fei Junlong die Luke der Kugelschleuse bzw. des Raumschiffs. Die Mannschaft von Shenzhou 15 wechselte in die Station und wurde von ihren Kollegen willkommen geheissen. Die offizielle Schlüsselübergabe, bei der die Position des Stationskommandanten von Chen Dong auf Fei Junlong überging, fand am 2. Dezember 2022 statt.
Wenn zwei Raumschiffe der gleichen Bauart angedockt sind, gestaltet sich der Funkverkehr zwischen den Raumschiffen und den Bodenstationen sowie zwischen den Raumschiffen untereinander schwierig. Die Herstellerfirma ergriff jedoch Maßnahmen, um die beiden Raumschiffe voneinander unterscheiden zu können. Dies ist zunächst für die durch die unterschiedliche Besonnungssituation bedingte unterschiedliche Klimatisierung der beiden Raumschiffe nötig (alle Komponenten der Raumstation sind über Löcher in den Ringen der Koppeladapter an einen gemeinsamen Kühlkreislauf angeschlossen), aber auch für die getrennte Abkoppelung im Falle einer plötzlichen Evakuierung. Um bei eventueller Panik Konfusion zu vermeiden und die Evakuierung zu beschleunigen, werden, wenn zwei Raumschiffe gleichzeitig angedockt sind, neben den Luken der Kugelschleuse „Hausnummern“ angeklebt. Die Druckliegen in den Raumschiffen sind den einzelnen Raumfahrern individuell angepasst – jeder muss zu seinem eigenen Raumschiff.
Nach gut vier Tagen, am 4. Dezember 2022 um 03:01 Uhr UTC verließ die Besatzung von Shenzhou 14 die Station, um neun Stunden später auf dem Ostwind-Landeplatz in der Nähe des Kosmodroms Jiuquan zu landen. Die Lebenserhaltungssysteme der Station mit zwei Toiletten hätten jedoch auch einen bis zu zehntägigen Aufenthalt von sechs Personen ermöglicht, falls eine planmäßige Rückkehr wegen schlechtem Wetter oder Ähnlichem nicht möglich gewesen wäre. Die Einstellungen am Lebenserhaltungssystem sind in den beiden Betriebsmodi „drei Personen“ und „sechs Personen“ unterschiedlich und mussten nach der Abreise der alten Besatzung zurückgesetzt werden, um eine Überlastung zu vermeiden.
In den ersten Wochen der Mission wurden neben der Montage und Entriegelung von Geräten in den Laborschränken des Wissenschaftsmoduls Mengtian vor allem zellbiologische und botanische Experimente mit Organismen durchgeführt, die mit dem Raumschiff zur Station gebracht worden waren und eine begrenzte Lebensdauer besaßen. Auch neues Gemüse, das neben seiner Funktion als Nahrungsergänzung auch der Dekoration dient, wurde gesät. Zu diesem Zeitpunkt stand der von Cai Xuzhe zu Beginn der Mission Shenzhou 14 gesäte Weizen noch in üppigem Grün. Wie sich bereits 2016–2018 im Raumlabor Tiangong 2 gezeigt hatte, wachsen Pflanzen unter den Bedingungen der Schwerelosigkeit zwar langsamer, leben aber wesentlich länger als auf der Erde.
Detektor für energetische Partikel Am 7. Januar 2023 wurde an der Außenwand der Schleusensektion im hinteren Teil des Wissenschaftsmoduls Wentian ein vom Nationalen Zentrum für Weltraumwissenschaften entwickelter und gebauter Detektor für energetische Partikel installiert. Hierbei wurde erstmals die Frachtschleuse des Wissenschaftsmoduls Mengtian verwendet. Ein Außenbordeinsatz war nicht nötig. Stattdessen platzierten die Raumfahrer das Gerät in der Schleuse und ergriffen es von außen mit dem kleinen aber präzisen mechanischen Arm des Wissenschaftsmoduls Wentian, der mit dem großen Arm des Kernmoduls Tianhe zu einem langen Arm mit einer Reichweite von 14,5 m zusammengekoppelt war. Sie hoben den Detektor zum anderen Ende der Raumstation und schoben ihn in seinen Steckplatz. Um 10:02 Uhr UTC war der Detektor platziert, um 11:18 Uhr UTC wurde der Strom eingeschaltet. Alle vier Messmodule des Detektors (Protonen mittlerer Energie, Elektronen mittlerer Energie, Neutronen, Partikel aller Art) funktionierten einwandfrei.
In den folgenden zehn Jahren dient der Detektor neben der Grundlagenforschung zum Weltraumwetter im erdnahen Raum (man interessiert sich speziell für von der Erdatmosphäre zurückgestrahlte Neutronen) und der Lieferung von Parametern zur Teilchenstrahlung für materialwissenschaftliche und biologische Experimente vor allem der Sicherheit von Station und Besatzung. Mehr als 40 % der Fehlfunktionen bei Raumflugkörpern werden durch Teilchenstrahlung hervorgerufen, wobei Partikel mit relativ niedriger Energie eine elektrostatische Aufladung von Leiterplatten und elektronischen Bauelementen verursachen können, was wiederum zu einem Spannungsdurchschlag führen kann. Partikel mit hoher Energie verursachen dagegen sogenannte „Bitflips“, bei denen der Zustand eines Bits im Bordrechner geändert wird, was wiederum zu falschen Befehlszeilen führt. Mit dem Detektor kann man Fehlfunktionen besser lokalisieren und beheben sowie die noch zu erwartende Lebensdauer von wichtigen Komponenten abschätzen. Außerdem liefert er präzise Daten zur Festsetzung des Zeitfensters für Außenbordeinsätze.
Die bei dieser Aktion gemachten Videoaufnahmen wurden vom Büro für bemannte Raumfahrt mit später aufgenommenen Erläuterungen von Zhang Lu und des für die Konstruktion der Frachtschleuse verantwortlichen Ingenieurs bei der Shanghaier Akademie für Raumfahrttechnologie zu einem Online-Kurs für Schüler zusammengeschnitten und am 18. Mai 2023 auf dem Weibo-Kanal der Dienststelle veröffentlicht. In den ersten sieben Stunden wurde das Video dort 40.000 mal abgerufen.
Bildgebender Plasmadetektor Im weiteren Verlauf wurde auf die gleiche Art, also ohne Außenbordeinsatz, ein bildgebender Plasmadetektor durch die Frachtschleuse nach außen gebracht und zu seinem Steckplatz am Wissenschaftsmodul Wentian gebracht. In dem Video ist ab 0:27 zu sehen, wie die Raumfahrer das Gerät durch die Schleuse nach außen bringen. Das ebenfalls vom Nationalen Zentrum für Weltraumwissenschaften entwickelte Gerät besitzt eine ausklappbare Langmuir-Sonde zur Messung von Elektronendichte und Elektronentemperatur sowie der entsprechenden Parameter für Ionen. Mit dem Ionen-Bildgeber kann eine dreidimensionale Darstellung der Ionenverteilung im Orbit der Raumstation erzeugt werden. Es wird die Zusammensetzung und Geschwindigkeit des Plasmas sowie das elektrische Potential, also die elektrische Aufladung auf der Außenwand der Raumstation gemessen, die langfristig zur Erosion des Materials führt.