Chiński program eksploracji Księżyca — Chinese Lunar Exploration Program

Chiński program eksploracji Księżyca
CLEP.png
Insygnia programu: półksiężyc z dwoma śladami stóp w środku. Symbol przypomina月, chiński znak oznaczający „Księżyc”.
Kraj  Chiny
Organizacja Chińska Narodowa Administracja Kosmiczna (CNSA)
Cel, powód Misje robota na Księżycu
Status Aktywny
Historia programu
Czas trwania 2004 – obecnie
Pierwszy lot Chang'e 1 , 24 października 2007, 10:05:04.602  UTC ( 2007-10-24UTC10:05:04Z )
Ostatni lot Chang'e 5 , 23 listopada 2020, 20:30  UTC ( 2020-11-23UTC20:30Z )
Sukcesy 7
Awarie 0
Uruchom witrynę(y)
Informacje o pojeździe
Pojazd(y) bez załogi orbitery księżycowe , lądowniki , łaziki i statki kosmiczne zwracające próbki
Uruchom pojazd(y)

Chinese Lunar Exploration Program ( CLEP ; chiński :中国探月; pinyin : ZhongGuo Tànyuè ), znany również jako Chang'e Projektu ( chiński :嫦娥工程; pinyin : Chang'e Gongcheng ) po chińskiej bogini księżyca Chang'e , to trwająca seria robotycznych misji na Księżyc przez Chińską Narodową Agencję Kosmiczną (CNSA). Program obejmuje orbitery księżycowe , lądowniki , łaziki i statki kosmiczne z próbkami , wystrzeliwane za pomocą rakiet Long March . Starty i loty są monitorowane przez system telemetrii, śledzenia i dowodzenia (TT&C), który wykorzystuje 50-metrowe (160-stopowe) anteny radiowe w Pekinie i 40-metrowe (130-stopowe) anteny w Kunming , Szanghaju i Ürümqi do tworzą 3000-kilometrową (1900-milową) antenę VLBI . Za odbiór danych w łączu w dół odpowiada autorski system aplikacji naziemnych.

Ouyang Ziyuan , geolog, kosmolog chemiczny , a program za główny naukowiec, był jednym z pierwszych zwolennikiem wykorzystywania nie tylko znanych księżycowych złóż metali, takich jak tytan , ale także od helu-3 , paliwem idealny dla przyszłej syntezy jądrowej władzy rośliny. Naukowiec Sun Jiadong jest głównym projektantem programu, a Sun Zezhou jest zastępcą głównego projektanta. Wiodącym menedżerem programu jest Luan Enjie.

Pierwszy statek kosmiczny programu, orbiter księżycowy Chang'e 1 , został wystrzelony z Centrum Wyrzutni Satelitarnych Xichang w dniu 24 października 2007 r., z opóźnieniem względem pierwotnie planowanego terminu 17-19 kwietnia 2007 r. Drugi orbiter, Chang'e 2 , został wystrzelony 1 października 2010 r. Chang'e 3 , który zawiera lądownik i łazik, został wystrzelony 1 grudnia 2013 r. i pomyślnie wylądował na Księżycu 14 grudnia 2013 r. Chang'e 4 , który obejmuje lądownik i łazik , został wystrzelony 7 grudnia 2018 r. i wylądował 3 stycznia 2019 r. na Basenie Bieguna Południowego-Aitken , po przeciwnej stronie Księżyca. Próbna misja powrotna Chang'e 5 , która wystartowała 23 listopada 2020 r. i powróciła 16 grudnia tego samego roku, przyniosła na Ziemię 1731 g (61,1 uncji) próbek księżycowych .

Jak wskazują oficjalne insygnia, kształt kaligraficznego rodzącego się półksiężyca z dwoma ludzkimi odciskami w środku przypomina chiński znak 月, chiński znak oznaczający „Księżyc”, ostatecznym celem programu jest utorowanie drogi dla załogowa misja na Księżyc. Szef Chińskiej Narodowej Agencji Kosmicznej, Zhang Kejian, ogłosił, że Chiny planują budowę naukowej stacji badawczej na południowym biegunie Księżyca „w ciągu najbliższych 10 lat” (2019–2029).

Struktura programu

Chiński program eksploracji Księżyca jest podzielony na cztery główne fazy operacyjne, przy czym każda misja służy jako demonstrator technologii w ramach przygotowań do przyszłych misji. Chiny zapraszają do współpracy międzynarodowej w postaci różnych udźwigów i stacji zrobotyzowanej.

Faza I: Misje orbitalne

Pierwsza faza obejmowała wystrzelenie dwóch orbiterów księżycowych i jest obecnie skutecznie zakończona.

  • Chang'e 1 , wystrzelony 24 października 2007 r. na pokładzie rakiety Long March 3A , zeskanował cały Księżyc z niespotykanymi dotąd szczegółami, generując trójwymiarową mapę w wysokiej rozdzielczości, która stanowiłaby punkt odniesienia dla przyszłych miękkich lądowań. Sonda zmapowała również obfitość i rozmieszczenie różnych pierwiastków chemicznych na powierzchni Księżyca w ramach oceny potencjalnie użytecznych zasobów.
  • Chang'e 2 , wystrzelony 1 października 2010 r. na pokładzie rakiety Long March 3C , dotarł do Księżyca w mniej niż 5 dni, w porównaniu do 12 dni w przypadku Chang'e 1, i zmapował Księżyc z jeszcze większą szczegółowością. Następnie opuścił orbitę księżycową i skierował się do punktu Lagrange'a L 2 Ziemia-Słońce w celu przetestowania sieci TT&C. Uczyniwszy to, 13 grudnia 2012 roku wykonał przelot obok asteroidy 4179 Toutatis , po czym udał się w przestrzeń kosmiczną, aby dalej testować sieć TT&C.

Faza II: Miękkie lądowniki/łaziki

Powracacz misji księżycowej Chang-e 5
Przed Chang-e 5 przez ponad cztery dekady nie przeprowadzono żadnych zwrotów próbek.

Druga faza jest w toku i obejmuje statki kosmiczne zdolne do miękkiego lądowania na Księżycu i rozmieszczenia łazików księżycowych .

  • Chang'e 3 , wystrzelony 2 grudnia 2013 r. na pokładzie rakiety Long March 3B , wylądował na Księżycu 14 grudnia 2013 r. Zawierał 140-kilogramowy (310 funtów) łazik księżycowy o nazwie Yutu , który został zaprojektowany do eksploracji obszaru 3 kilometry kwadratowe (1,2 mil kwadratowych) podczas 3-miesięcznej misji. Miał też prowadzić obserwacje w ultrafiolecie galaktyk, aktywnych jąder galaktyk, gwiazd zmiennych, układów podwójnych, nowych, kwazarów i blazarów, a także struktury i dynamiki ziemskiej plazmosfery .
  • Chang'e 4 został wystrzelony 7 grudnia 2018 r. Pierwotnie planowany na 2015 r. stanowił wsparcie dla Chang'e 3. Jednak w wyniku sukcesu tej misji konfiguracja Chang'e 4 została dostosowana do następna misja. Wylądował 3 stycznia 2019 r. na Basenie Bieguna Południowego-Aitken , po drugiej stronie Księżyca , i rozmieścił łazik Yutu-2 .

Faza III: Zwrot próbki

Trzecia faza obejmowała misję zwrotu próbek z Księżyca .

  • Chang'e 5-T1 został wystrzelony 23 października 2014 roku. Został zaprojektowany do testowania sondy powrotnej do Księżyca.
  • Chang'e 5 został wystrzelony 23 listopada 2020 r., wylądował w pobliżu Mons Rümker na Księżycu 1 grudnia 2020 r. i powrócił na Ziemię z 2 kilogramami księżycowej gleby 16 grudnia 2020 r.

Faza końcowa: Robotyczna stacja badawcza Księżyca

Po zakończeniu fazy „3 kroków” następuje rozwój autonomicznej stacji badawczej Księżyca w pobliżu południowego bieguna Księżyca.

  • Chang'e 6 , którego uruchomienie planowane jest na 2024 r., będzie badać topografię, skład i strukturę podpowierzchniową basenu Biegun Południowy–Aitken . Misja zwróci próbki na Ziemię.
  • Chang'e 7 , którego start ma rozpocząć się w 2024 roku, to misja, która będzie badać biegun południowy w poszukiwaniu zasobów. Misja obejmie orbiter, lądownik, łazik i mini-latającą sondę.
  • Chang'e 8 , który ma ruszyć w 2027 roku, będzie weryfikować wykorzystanie i rozwój zasobów naturalnych. Może obejmować lądownik, łazik i latający detektor, a także eksperyment drukowania 3D z wykorzystaniem wykorzystania zasobów in-situ (ISRU) w celu przetestowania budowy konstrukcji. Będzie również transportować mały eksperyment z zamkniętym ekosystemem. Przetestuje technologię niezbędną do budowy księżycowej bazy naukowej.

Faza misji z załogą

Zobacz także: chiński załogowy statek kosmiczny nowej generacji

Od 2019 r. Chiny dokonywały przeglądu wstępnych badań nad załogową misją lądowania na Księżycu w latach 30. XX wieku i prawdopodobnie budowały placówkę w pobliżu południowego bieguna Księżyca przy współpracy międzynarodowej.

2035: Międzynarodowa baza księżycowa i aplikacja

W 2021 r. Chiny i Rosja ogłosiły, że będą wspólnie budować bazę księżycową, a także formalnie zaprosiły więcej krajów i organizacji międzynarodowych do przyłączenia się do ich projektu Międzynarodowej Stacji Badawczej Księżyca (ILRS) opracowywanego przez oba narody.

Lista misji

Przeprowadzone misje

  Planowane twarde lądowanie   Planowane miękkie lądowanie

Misja
 Data uruchomienia
 Uruchom pojazd
 Data wprowadzenia na orbitę Data lądowania Data powrotu Uwagi
 Status
Główna
misja 		Rozszerzona
misja
Faza 1
Zmiana 1 24 paź 2007 Długi marca 3A 7 listopada 2007 1 marca 2009 - orbiter księżycowy; pierwsza chińska misja księżycowa. Powodzenie -
Zmiana 2 1 paź 2010 Długi marzec 3C 6 paź 2010 - - orbiter księżycowy; po misji na orbicie księżycowej przeleciał przedłużoną misję do 4179 Toutatis . Powodzenie Powodzenie
Faza 2
Zmiana 3 1 grudnia 2013 Długi marzec 3B 6 grudnia 2013 14 grudnia 2013 r. - lądownik i łazik księżycowy; pierwsze chińskie lądowanie na Księżycu, wylądował w Mare Imbrium z Yutu 1 . Powodzenie -
Queqiao 1 20 maja 2018 Długi marzec 4C 14 cze 2018 - - Przekaźnik satelity znajdującego się na Ziemi Księżyc L 2 pkt w celu umożliwienia komunikacji z chang'e 4. Bieżący -
Chang'e 4 7 gru 2018 Długi marzec 3B 12 gru 2018 3 sty 2019 - lądownik i łazik księżycowy; pierwsze w historii miękkie lądowanie na odległej stronie Księżyca , wylądował w kraterze Von Karman z Yutu 2 . Bieżący -
Faza 3
Chang’e 5-T1 23 paź 2014 Długi marzec 3C 10 stycznia 2015 - 31 paź 2014 Eksperymentalne technologie testowania w locie przed pierwszym zwrotem próbki z Księżyca; przetestowano kapsułę powrotną i autonomiczne techniki spotkań na orbicie księżycowej oraz inne manewry. Powodzenie Bieżący
Zmiana 5 23 lis 2020 Długi marca 5 28 lis 2020 1 gru 2020 16 gru 2020 Orbiter księżycowy, lądownik i powrót próbki; który wylądował w pobliżu Mons Rümker i zwrócił na Ziemię 1731 g księżycowej gleby. Moduł serwisowy złożył wizytę w Lagrange point L1, a także wykonał przelot księżycowy w rozszerzonej misji. Powodzenie Bieżący

Nadchodzące misje

Misja Data uruchomienia Uruchom pojazd Typ misji Uwagi
Faza 4
Chang'e 6 2024 Długi marca 5 Zwrot próbki księżycowej Orbiter księżycowy, lądownik i powrót próbki; zaplanowano lądowanie w basenie Biegun Południowy-Aitken w pobliżu południowego bieguna Księżyca .
Zmiana 7 2024 Długi marca 5 Badanie powierzchni Księżyca Księżycowy orbiter, lądownik, łazik i mini-latająca sonda; oczekuje się, że przeprowadzi dogłębną eksplorację księżycowego bieguna południowego w poszukiwaniu zasobów.
Zmiana 8 2027 Długi marca 5 Badanie powierzchni Księżyca Pełne szczegóły misji są obecnie nieznane; może przetestować nowe technologie, w tym system ISRU , przed przyszłą załogową eksploracją Księżyca.

Kluczowe technologie

Dalekiego zasięgu TT&C

Zobacz też: Chińska Sieć Kosmiczna

Największym wyzwaniem w Fazie I programu było działanie systemu TT&C, ponieważ jego zdolność transmisji wymagała wystarczającego zasięgu do komunikacji z sondami na orbicie księżycowej. Standardowa chińska telemetria satelitarna miała zasięg 80 000 kilometrów (50 000 mil), ale odległość między Księżycem a Ziemią może przekraczać 400 000 kilometrów (250 000 mil), gdy Księżyc znajduje się w apogeum . Ponadto sondy Chang'e musiały wykonać wiele manewrów orientacji podczas lotów na Księżyc oraz podczas operacji na orbicie księżycowej. Odległość w Chinach ze wschodu na zachód wynosi 5000 kilometrów (3100 mil), co stanowi kolejne wyzwanie dla ciągłości TT&C. Obecnie połączenie systemu TT&C i chińskiej sieci obserwacji astronomicznych spełniło potrzeby programu Chang'e, ale tylko z niewielkim marginesem.

Adaptacja środowiskowa

Złożoność środowiska kosmicznego napotkana podczas misji Chang'e narzuciła surowe wymagania dotyczące adaptacyjności środowiskowej i niezawodności sond i ich instrumentów. Środowisko o wysokim promieniowaniu w przestrzeni Ziemia-Księżyc wymagało wzmocnionej elektroniki, aby zapobiec uszkodzeniom elektromagnetycznym instrumentów statku kosmicznego. Ekstremalny zakres temperatur, od 130 stopni Celsjusza (266 stopni Fahrenheita) po stronie statku zwróconej ku Słońcu do -170 stopni Celsjusza (-274 stopni Fahrenheita) po stronie odwróconej od Słońca, narzucał surowe wymagania dotyczące kontroli temperatury w konstrukcja detektorów.

Projektowanie orbity i sterowanie sekwencją lotu

Biorąc pod uwagę warunki systemu trzech ciał: Ziemi, Księżyca i sondy kosmicznej , konstrukcja orbity księżycowych orbiterów jest bardziej skomplikowana niż satelitów okrążających Ziemię, które zajmują się tylko układem dwóch ciał. Sondy Chang'e 1 i Chang'e 2 zostały po raz pierwszy wysłane na wysoce eliptyczne orbity Ziemi. Po oddzieleniu się od swoich pojazdów nośnych weszli na orbitę transferową Ziemia-Księżyc z trzema przyspieszeniami na orbicie modulowanej fazowo. Przyspieszenia te przeprowadzono 16, 24 i 48 godzin podczas misji, podczas których przeprowadzono kilka korekt orbity i manewrów orientacji, aby zapewnić przechwycenie sond przez grawitację księżycową. Po 4–5 dniach pracy na orbicie Ziemia-Księżyc każda sonda weszła na orbitę pozyskiwania Księżyca. Po wejściu na swoje docelowe orbity, przeprowadzeniu trzech manewrów hamowania i doświadczeniu trzech różnych faz orbity, Chang'e 1 i Chang'e 2 wykonały swoje misje.

Kontrola postaw

Orbitery księżycowe muszą być odpowiednio zorientowane względem Ziemi, Księżyca i Słońca. Wszystkie detektory pokładowe muszą być skierowane w stronę powierzchni Księżyca, aby wykonywać misje naukowe, anteny komunikacyjne muszą być skierowane w stronę Ziemi, aby odbierać polecenia i przesyłać dane naukowe, a panele słoneczne muszą być skierowane w stronę Słońca, aby pozyskiwać energię. Podczas orbity Księżyca poruszają się również Ziemia, Księżyc i Słońce, więc kontrola orientacji jest złożonym procesem trójwektorowym. Satelity Chang'e muszą bardzo ostrożnie dostosować swoje położenie, aby utrzymać optymalny kąt względem wszystkich trzech ciał.

Unikanie zagrożeń

Podczas drugiej fazy programu, w której statki kosmiczne miały miękkie lądowanie na powierzchni Księżyca, konieczne było opracowanie systemu automatycznego unikania zagrożeń, aby lądowniki nie próbowały lądować na nieodpowiednim terenie. Chang'e 3 wykorzystywał komputerowy system wizyjny , w którym dane z kamery skierowanej w dół, a także 2 urządzenia do pomiaru odległości, były przetwarzane przy użyciu specjalistycznego oprogramowania. Oprogramowanie kontrolowało końcowe etapy opadania, dostosowując położenie statku kosmicznego i przepustnicę jego głównego silnika. Sonda zawisła najpierw na 100 metrach (330 stóp), a następnie na 30 metrach (98 stóp), szukając odpowiedniego miejsca do osadzenia. Yutu rover jest również wyposażony w kamery stereo przodem i technologii unikania zagrożenia.

Współpraca z Rosją

W listopadzie 2017 r. Chiny i Rosja podpisały porozumienie o współpracy w eksploracji Księżyca i kosmosu. Umowa obejmuje sześć sektorów, obejmujących przestrzeń kosmiczną i kosmiczną, wspólne opracowywanie statków kosmicznych, elektronikę kosmiczną, dane teledetekcji Ziemi i monitorowanie śmieci kosmicznych. Rosja może również dążyć do nawiązania bliższych więzi z Chinami w zakresie lotów kosmicznych z udziałem ludzi, a nawet przeniesienia współpracy w zakresie lotów kosmicznych z USA do Chin i zbudowania załogowego lądownika księżycowego.

Galeria

  • Lądownik Chang'e 4 na Księżycu

  • Łazik Yutu-2 na powierzchni

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki