Organizare | CNSA |
---|---|
Constructor | CASC |
Program | schimb valutar |
Camp | Explorarea lunii |
Tipul misiunii | Eșantion de misiune de întoarcere |
stare |
Misiune finalizată pe orbita Pământului (orbitator) |
Baza de lansare | Wenchang |
Lansator | Long Walk 5 |
Lansa | 23 noiembrie 2020 |
---|---|
Inserarea pe orbita în jurul lunii | 28 noiembrie 2020 |
Aterizând pe suprafața lunii | 1 st luna decembrie în anul 2020 |
Decolează de pe suprafața lunii | 3 decembrie 2020 |
Acostare pe orbită în jurul lunii | 5 decembrie 2020 |
Plecarea de pe orbita lunară către Pământ | 13 decembrie 2020 |
Capsula aterizând pe pământ | 16 decembrie 2020 |
Liturghie la lansare |
8.250 kg inclusiv 3.800 kg (tren de aterizare) 800 kg (modul de urcare) |
---|---|
Propulsie | Propulsori lichizi |
Masa de propulsor | 5 450 kg |
Controlul atitudinii | 3 axe stabilizate |
Sursa de energie | Panouri solare |
PCAM | Cameră panoramică |
---|---|
LRPR | Radar de penetrare la sol |
LMS | Spectrometru vizibil / infraroșu |
Chang'e 5 ( chineză :嫦娥 五号 ; pinyin : , de la Chang'e , zeița lunii în mitologia chineză ) este o probă lunară de probă spațială de returnare de la agenția spațială chineză ( CNSA ) dezvoltată și construită de CASC , cel mai mare producător din industria spațială din China. Misiunea face parte din a treia fază a Programului de explorare lunară chineză (CLEP), urmând orbitatorii Chang'e 1 și Chang'e 2 , precum și pe cei de aterizare Chang'e 3 și Chang'e 4 . Studiile asupra sondei încep imediat ce programul este lansat în 2004, apoi proiectul este aprobat definitiv în 2011. Misiunea Chang'e 5 T1 este lansată în2014 pentru a testa capsula de reintrare și diverse manevre pe orbita lunară.
Spre deosebire de sondele de returnare a eșantionului Luna sovietic , misiunea Chang'e 5 folosește metoda complexă de întâlnire pe orbită lunară într-un mod similar cu programul Apollo . Landerul care aterizează pe suprafața Lunii este echipat cu trei instrumente științifice pentru a furniza contextul locului de eșantionare: o cameră panoramică (PCAM), un radar de penetrare la sol (LRPR) și un spectrometru vizibil / infraroșu (LMS). Misiunea aterizează la nord de Oceanul Furtunilor pe partea vizibilă a Lunii, în regiunea neexplorată de până acum Mons Rümker . Se estimează că rocile găsite acolo au doar 1,2 miliarde de ani, mult mai tinere decât eșantioanele raportate de misiunile programului Apollo și Luna datate între 3,1 și 4,4 miliarde de ani. Studiul lor ar trebui să ofere o mai bună înțelegere a geologiei lunare , a cronologiei sale și a ultimelor evenimente vulcanice de pe suprafața sa.
Chang'e 5 cu o masă totală de 8,2 tone este alcătuit din patru module: orbitatorul , landerul , modulul de ascensiune și capsula de întoarcere. Misiunea începe23 noiembrie2020 de la baza de lansare Wenchang de pe insula Hainan la bordul lansatorului lung Long March 5 . Sonda este injectată pe orbita de transfer către Lună, apoi orbitorul frânează pentru a plasa cele patru module pe orbita lunară pe28. Landerul se separă pe29 noiembrie apoi a aterizat pe lună pe 1 st decembrie. Un braț robot și un burghiu preluează până la 4 kilograme de probe de până la 2 metri adâncime și apoi le transferă în modulul de ascensiune. Acesta din urmă decolează3 decembrieși se încadrează pe orbita în jurul Lunii Realizează o întâlnire spațială și se andochează automat cu orbiterul pornit5 decembrie, probele sunt apoi transferate în capsula de returnare. Modulul de ascensiune este separat, apoi13 decembrieorbitatorul manevrează pentru a părăsi orbita lunară către Pământ. După eliberare și apoi reintrarea atmosferică , capsula a aterizat cu succes în Mongolia Interioară sub o parașută pe16 decembrie, cu 1.731 grame de probe.
China devine împreună cu Chang'e 5 a treia țară după Statele Unite și Uniunea Sovietică care aduce probele lunare înapoi pe Pământ. Ultima astfel de misiune a fost sonda sovietică Luna 24 din1976.
Primele eșantioane lunare de întoarcere din istorie au avut loc în timpul cursei spațiale de la sfârșitul anilor.1960 până la mijlocul anilor 1970. La acea vreme, Statele Unite și Uniunea Sovietică erau angajate într-o competiție ideologică și tehnologică, iar Luna a luat rapid centrul. Cele două superputeri trimit mai întâi sonde acolo pentru a efectua survoluri (cum ar fi Luna 1 și Pioneer 4 ), apoi se plasează pe orbită ( Luna 10 și Lunar Orbiter 1 ) și, în cele din urmă, aterizează acolo automat ( Luna 9 și Surveyor 1 ). Împreună cu sondele lor robotizate, ei dezvoltă programe de zbor cu echipaj, al căror obiectiv este să aterizeze astronauții pe suprafața Lunii și să-i readucă pe Pământ. O astfel de arhitectură de misiune implică, prin urmare, capacitatea de a aduce înapoi mostre lunare.
În acest scop , NASA a dezvoltat în anii 1960 programului Apollo . Acesta din urmă adoptă metoda de întâlnire a orbitei lunare pentru a limita sarcina care urmează să fie pusă pe orbită de lansator, deși acest lucru are ca rezultat o arhitectură de misiune mai complexă. Astfel, racheta Saturn V injectează modulul de comandă și serviciu (CSM) și modulul lunar (LM) în orbita de transfer către Lună, care apoi ambii merg pe orbita lunară joasă. Cele două module se separă, apoi LM aterizează pe suprafața Lunii folosind etapa sa de coborâre. Odată ce operațiunile la sol sunt terminate, etapa de ascensiune a LM decolează de la suprafață și efectuează o întâlnire spațială cu CSM pe orbita lunară. Cele două module se separă, apoi CSM face călătoria de întoarcere pe Pământ și aterizează în ocean. Această arhitectură a misiunii dă roade și în 6 ocazii astronauții reușesc să aterizeze pe suprafața Lunii și să aducă probe înapoi, pentru o masă totală de 382 kilograme.
Programul lunar cu echipaj sovietic păstrează și metoda de întâlnire pe orbită lunară, cele trei componente ale acestuia fiind racheta N-1 super grea , nava spațială Soyuz 7K-LOK și modulul lunar LK . Dar, din diverse motive, programul nu a reușit, lansatorul N-1 nu a reușit de patru ori să ajungă pe orbită. Observând avansul făcut de americani, sovieticii au decis să dezvolte, în paralel cu programul lor lunar echipat, sonde robotice responsabile de readucerea probelor lunare. Pentru a simplifica arhitectura misiunilor lor și a le ușura sondele, ei decid că modulul de ascensiune se va întoarce direct pe Pământ după decolarea de la suprafață, fără a trece printr-o întâlnire pe orbită în jurul Lunii. În ciuda numeroaselor eșecuri, trei misiuni au reușit să readucă mostre de pe suprafața lunară: Luna 16 , Luna 20 și Luna 24 , pentru un total de 326 de grame.
Explorarea lunară a fost luată în considerare încă din anii 1960 de către oamenii de știință chinezi, dar abia la succesul sondei japoneze Hiten la începutul anilor 1990, ideea unui program de explorare spațială a fost luată în considerare în mod serios, dar liderii chinezi vor acorda prioritate un program mai ambițios cu echipaj Shenzhou . Comunitatea științifică chineză, în special Academia de Științe din China , va efectua mai multe studii de fezabilitate până când programul lunar numit Chang'e (numit după zeița Chang'e din mitologia chineză ) este aprobat înFebruarie 2003. Arhitectura programului împărțită în trei faze de complexitate crescândă este aprobată înianuarie 2004de premierul Wen Jiabao . Prima fază constă în plasarea unui orbitator în jurul Lunii, apoi aterizarea acolo și în cele din urmă aducerea înapoi a probelor. Pentru a depăși eventualele defecțiuni, fiecare sondă este construită în două exemplare.
Prima misiune a programului, Chang'e 1 , începe24 octombrie 2007de la baza de lansare Xichang și apoi orbitează luna două săptămâni mai târziu5 noiembrie. Misiunea este un succes complet și își îndeplinește toate obiectivele, inclusiv producerea primei hărți tridimensionale a Lunii, apoi se prăbușește în mod intenționat1 st martie 2009. Linia sa Chang'e 2 zboară mai departe1 st octombrie 2010apoi orbitează Luna patru zile mai târziu. Echipat cu instrumente mai eficiente, își îndeplinește obiectivele și face posibilă cartografierea cu precizie a locului preconizat pentru prima aterizare a programului, pe lângă testarea manevrelor care simulează o coborâre spre suprafața lunară. Apoi lasă orbita Lunii pe8 iunie 2011pentru a ajunge la punctul Lagrange L2 al sistemului Pământ-Soare. Manevrează din nou pentru a se plasa pe o orbită heliocentrică înainte de a zbura peste asteroid (4179) Toutatis le13 decembrie 2012.
Prima misiune din a doua fază a programului, Chang'e 3 , începe2 decembrie 2013la bordul unui Long March 3B , cel mai puternic lansator chinez de la acea vreme, apoi a aterizat cu succes în marea ploioasă de pe14 decembrie. A fost apoi prima aterizare pe Lună încă din perioada sovietică Luna 24 sonda în1976. Aterizarea utilizează o mică navă spațială , Yutu , care explorează suprafața Lunii timp de o lună înainte de a fi imobilizat de o defalcare. Căptușeala misiunii fiind deja construită, s-a decis să o folosească pentru a realiza prima aterizare din istorie pe partea îndepărtată a lunii . Acest lucru este îngreunat de incapacitatea de a stabili o legătură directă de telecomunicații cu Pământul, o problemă pe care inginerii chinezi o vor ocoli prin plasarea unui satelit de releu, Queqiao , pe orbită în jurul punctului Lagrange L2 al sistemului Pământ-Lună. Chang'e 4 decolează7 decembrie 2018 apoi aterizează cu succes pe 4 ianuarie 2019în craterul Von Karman , apoi desfășurarea rover-ului Yutu 2 .
Primele studii încep imediat ce proiectul este lansat în 2004, în timp ce China nu a lansat încă nicio sondă spațială. Scenariul inițial preferat de inginerii chinezi este acela al revenirii directe la modelul sondelor de returnare a probelor Luna sovietice. Acesta din urmă a recurs la o anumită traiectorie care a permis etapa de ascensiune, folosind o decolare foarte precisă de pe suprafața lunară, pentru a face călătoria de întoarcere pe Pământ fără a necesita o manevră de corectare a traiectoriei în timpul tranzitului. Această metodă face posibilă câștigarea în masă și simplitate, cu prețul unei alegeri foarte limitate a posibilelor locuri de aterizare, datorită criteriilor matematice ale traiectoriei de întoarcere care trebuie satisfăcute. Inginerii chinezi au decis în schimb să opteze pentru metoda de întâlnire pe orbită lunară , o arhitectură de misiune similară cu cea adoptată de americani și sovietici în programul lor lunar pilotat în anii 1960. Această tehnică are avantajul de a permite o aterizare în orice punct al lunii suprafață (inclusiv polii), pentru a aduce înapoi un eșantion mai mare și pentru a dezvolta tehnologii care pot fi utilizate a posteriori pentru o misiune echipată sau pentru întoarcerea unui eșantion marțian. Misiunea este aprobată oficial de guvern la data de1 st ianuarie 2011pentru un cost estimat la 2,5 miliarde de euro. Proiectul este supravegheat de Administrația de Stat pentru Știința, Tehnologia și Industria Apărării Naționale (SASTIND) prin Administrația Spațială Națională Chineză (CNSA). Ca și în cazul tuturor sondelor spațiale chineze, proiectarea și construcția misiunii sunt încredințate Companiei de Știință și Tehnologie China Aerospace (CASC) prin intermediul celor trei filiale ale sale dedicate cercetării și dezvoltării navelor spațiale. Astfel, Academia Chineză de Tehnologie a Lansatorului (CALT) este responsabilă pentru furnizarea rachetei Long March 5 (pe atunci încă în curs de dezvoltare în acel moment), în timp ce Academia Chineză de Tehnologie Spațială (CAST) devine principalul contractor al sondei. Dezvoltarea și construcția orbitatorului și a sistemului de ancorare cu etapa de ascensiune este încredințată Academiei din Shanghai pentru tehnologia zborului spațial (SAST).
Componentele Chang'e 5 sunt testate separat pe teren sau validate de misiuni anterioare folosind tehnologii similare (cum ar fi aterizarea cu succes a Chang'e 3, de exemplu). Dar eșantioanele de capsulă de întoarcere vor folosi metoda de reintrare cu ricoșare (în) care implică săriți pe atmosferă în timpul reintrării pentru a scădea treptat peste limita de viteză și încălzirea scutului termic . Deoarece o astfel de manevră nu a fost niciodată efectuată în China, SASTIND anunță înaugust 2014 că o misiune numită Chang'e 5 T1 (pentru Testul 1) trebuie să decoleze 2015pentru a-l valida într-o situație reală. La fel ca Chang'e 1 și 2, sonda reutilizează platforma unui satelit DFH-3 pe care este atașată capsula de reintrare, o versiune miniaturizată a capsulei de reintrare a navei spațiale cu echipaj Shenzhou . Ansamblul cântărește 2.450 de kilograme la decolare, inclusiv 1.065 de kilograme de propulsori și 330 de kilograme pentru capsula de retur. Lansarea a avut loc în cele din urmă mai devreme decât era de așteptat,24 octombrie 2014la bordul unei rachete 3C Long March de la baza de lansare Xichang . Sonda este injectată într-o cale liberă de întoarcere și apoi zboară peste Lună trei zile mai târziu27 octombriela o altitudine de 11.300 de kilometri, înainte de a reveni pe Pământ. În timp ce sonda se află la 5.000 de kilometri de aceasta din urmă,31 octombrie, capsula de reintrare este lansată la ora 21:53 UTC, apoi începe reintrarea sa atmosferică la ora 22:12 UTC. Revenirea în atmosferă merge așa cum era planificat, capsula recâștigând altitudinea, înainte de a cădea din nou spre Pământ. A aterizat în sfârșit în Mongolia Interioară la 22:42 UTC. Misiunea este un succes complet, făcând din China a treia țară după Statele Unite și Uniunea Sovietică care efectuează o misiune dus-întors pe Lună.
După abandonarea capsulei de întoarcere, platforma sondei manevrează în jurul Pământului și își prelungește misiunea. Zboară din nou peste lună23 noiembriepentru a efectua asistență gravitațională care îi permite să se plaseze pe orbită în jurul punctului Lagrange L2 al sistemului Pământ-Soare. Misiunea nu se termină acolo și sonda manevrează din nou pentru a se așeza pe o orbită circulară joasă de 200 de kilometri în jurul Lunii pe13 ianuarie 2015. Ulterior, misiunea efectuează diferite teste, simulând faze ale misiunii Chang'e 5, cum ar fi inserarea modulului de ascensiune pe orbita lunară și andocarea dintre acesta din urmă și orbitatorul. De asemenea, face posibilă fotografierea cu mare precizie (până la 1 metru de rezoluție) a potențialelor locuri de aterizare pentru viitoarele misiuni, pe lângă studierea câmpului gravitațional al Lunii.
Sonda se bazează în mare măsură pe tehnologiile dezvoltate pentru misiunile anterioare ale programului, inclusiv sistemul de aterizare Chang'e 3 și 4 . În plus, analiștii au descoperit că aceste aterizoare erau mai mari decât era necesar pentru roverul Yutu și Yutu 2 de 140 de kilograme, inginerii chinezi probabil că le supradimensionează, astfel încât să poată fi apoi reconfigurate pentru misiunile de returnare a eșantioanelor care au o etapă de ridicare grea. Capsula de retur este testată de lanoiembrie 2013cu teste de cădere. Orbiterul și modulul de ascensiune utilizează un nou motor de tracțiune de 3000 newton, care este testat pentru prima dată înDecembrie 2013. Este concediat cu succes de 37 de ori la sfârșitul luniinoiembrie 2014. Ulterior înianuarie 2015o serie de teste ale principalelor motoare ale trenului de rulare și ale modulului de ascensiune sunt efectuate pe o perioadă de 9 zile, înainte ca cele două module să fie aprobate definitiv la sfârșitul lunii martie. In timpul verii2015are loc o nouă serie de teste, inclusiv teste de tragere a propulsoarelor de atitudine într-o cameră de vid , un test de coborâre a landerului suspendat de un portic pentru a simula gravitația lunară și un test de separare a sistemului între sondă și rachetă. La decolarea de pe suprafața lunară, motorul principal al modulului de ascensiune ar trebui să pornească în timp ce este chiar deasupra dispozitivului de aterizare. Spațiul redus pentru evacuarea gazelor face această fază complexă, motiv pentru care este testată cu succes din iunie până îniulie 2015într-o cameră de vid care simulează condițiile de pe suprafața Lunii. Senzorii utilizați pentru andocarea automată pe orbita lunară între modulul de ascensiune și orbitator, versiunile miniaturizate ale celor utilizate pentru programul echipat, inclusiv senzorii lidar și cu microunde , au trecut testele de calibrare îndecembrie 2015. Bratul robotizat este livrat înăuntru2014. Burghiul de aterizare este testat pe diferite materiale, inclusiv cinci bazalturi de înaltă densitate, precum și cărămizi de gresie și argilă care simulează rocile susceptibile de a fi întâlnite. De asemenea, este testat într-o cameră de vid, fără aer pentru a disipa căldura, burghiul atinge o temperatură de 250 ° C în 4 minute. Deoarece astfel de condiții îl expun unui risc de rupere, se decide limitarea vitezei de găurire la 120 de rotații pe minut cu pauze regulate de 5 minute.
O versiune de testare a lansatorului lung Long March 5 și-a făcut drum de la clădirea de asamblare la platforma de lansare pentru prima dată23 noiembrie 2015cu un model al sondei Chang'e 5 sub carenaj. Cu exceptia2 iulie 2017cel de-al doilea zbor al rachetei s-a încheiat cu eșec, în timp ce lansarea Chang'e 5 era programată pentru mai târziu în an. Lansatorul fiind esențial pentru misiune, decolarea sondei a fost întârziată cu trei ani, timpul pentru identificarea problemei și efectuarea de noi zboruri de testare. 17 ianuarie 2020 CASC anunță că sonda Chang'e 5 - care a fost completă de atunci 2017 - va decola la sfârșitul lunii octombrie.
Chang'e 5 se bazează parțial pe tehnologiile dezvoltate pentru sondele anterioare ale programului Chang'e, în special pentru a doua fază dedicată aterizării pe Lună. Cu toate acestea, aceasta este prima misiune de returnare a eșantionului chinez și, ca atare, este cea mai complexă și ambițioasă misiune din program. Noile tehnologii dezvoltate pentru realizarea sa se învârt în esență în jurul fazei de colectare, întâlnire spațială și revenire pe Pământ. În special, acest lucru ar trebui să facă posibilă dezvoltarea ulterioară a misiunilor de returnare a eșantionului de la alte corpuri din sistemul solar, cum ar fi Marte sau asteroizii .
Obiectivele tehnologice ale misiunii sunt următoarele:
Obiectivele științifice ale misiunii sunt următoarele:
Landerul va ateriza în partea de nord-vest a Oceanului Furtunilor , într-o zonă în cea mai mare parte plată, la aproximativ 90 km nord-est de regiunea Mons Rümker, caracterizată prin roci vulcanice relativ tinere (coordonate: 41 -45 ° N, 49-69 ° W) . Această regiune a Lunii nu a fost până în prezent studiată de o misiune Apollo sau robotică și niciun eșantion de sol din această parte a Lunii nu a fost returnat pe Pământ. Această regiune se caracterizează prin concentrații mari de KREEP , un material caracterizat prin abundența de uraniu , toriu și potasiu . În această regiune, activitatea vulcanică este relativ recentă (comparativ cu restul Lunii - datând pe baza numărului de cratere ). Regiunea explorată ar putea include materiale recente (vechi de mai puțin de 3 miliarde de ani, care este tânără din punct de vedere selenologic). Regiunea Rümker este una dintre cele mai noi mări ale lunii. Știm că bazaltele sale bogate în titan se numără printre cele mai recente roci lunare dintre cele deținute pe Pământ : s-ar fi format acum mai puțin de 2,8 miliarde de ani. Obiectivul științific este de a determina când data activității vulcanice pe Lună.
Sonda spațială Chang'e 5 cuprinde 4 subansamble: orbitatorul , landerul , modulul de ascensiune și capsula de întoarcere pentru o masă cumulativă de 8.250 kilograme la decolare, făcându-l sonda (lunară și planetară) cea mai grea din istorie, depășind cele două sonde gemene sovietice ale programului Phobos . Această masă ridicată se explică în principal prin prezența a 5.450 kilograme de propulsori, adică 66 % din masa totală a navei spațiale. Această proporție foarte mare se explică prin numeroasele manevre pe care sonda trebuie să le efectueze în timpul misiunii sale, în special inserarea pe orbita lunară, aterizarea pe Lună, decolarea de pe suprafața sa și, în cele din urmă, injecția pe orbită. Sonda folosește un total de 77 de motoare rachete, inclusiv: 1 motor de tracțiune variabilă de 7.500 newtoni pentru lander, 2 motoare de 3.000 newtoni pentru orbiter și modulul de ascensiune, precum și propulsoarele de control.atitudine de 150 newtoni, 120 newtoni, 25 newtoni și 10 newtoni.
Orbitatorul în formă cilindrică este responsabil pentru manevrele corecțiilor traiectoriei în timpul tranzitului dintre Pământ și Lună, apoi de inserarea pe orbita lunară. După ce a decolat de la suprafață, modulul de urcare se montează pe orbitator pentru a transfera probele în capsula de reintrare. Acesta din urmă părăsește orbita lunară datorită orbiterului, aici însărcinat cu injecția în orbita de transfer către Pământ. Are un motor principal cu propulsori lichizi, cu o forță constantă de 3.000 de newtoni, precum și 2 aripi simetrice, fiecare cuprinzând 3 panouri solare care furnizează energie. Aceste două caracteristici îl fac o mașină similară orbiterului sondei marțiene Tianwen-1 . Ea are , de asemenea , mijloace de telecomunicații , în scopul de a transmite de telemetrie la sol de control și de a primi comenzi, precum și propulsoarele mici pentru a controla sale atitudine . În configurația de lansare, orbitatorul este fixat pe ultima treaptă a rachetei, cuprinde în plus un adaptor sub forma unui con trunchiat pe fața sa superioară care formează joncțiunea cu dispozitivul de aterizare. După andocarea cu modulul de ascensiune pe orbita lunară, un mecanism format din două brațe robotice este responsabil pentru transferul containerului de probă în capsula de întoarcere. Containerul este ghidat de șine, în timp ce brațele prind crestături în formă de triunghi inversat pe golul containerului, împiedicând containerul să se inverseze. Brațele robotice își repetă mișcarea de 4 ori pentru a finaliza transferul containerului.
Landerul este elementul responsabil pentru aterizarea pe suprafața Lunii cu modulul de ascensiune. Folosește o arhitectură și caracteristici foarte asemănătoare cu landerele utilizate de misiunile Chang'e 3 și Chang'e 4 care au precedat-o. Cu o masă uscată de o tonă, cântărește 3,8 tone cu combustibilii . Pentru a ateriza pe suprafața Lunii, folosește un motor principal de rachetă cu propulsor lichid a cărui forță poate fi modulată între 1.500 și 7.500 de newtoni. În acest fel, acesta funcționează continuu în timpul coborârii spre suprafața lunară prin reducerea treptată a forței sale, pentru a menține o decelerare constantă, ținând cont de iluminarea progresivă a navei spațiale datorită consumului de propulsori. Controlul atitudinii se bazează pe 28 de propulsoare mici, cu o propulsie de 10 și 150 newtoni. Energia este furnizată de două panouri solare care pot fi desfășurate și pliate la cerere, în special pentru a le proteja de proiecțiile de praf lunar în timpul aterizării care le-ar putea deteriora. O unitate inerțială este responsabilă pentru orientarea sondei, în timp ce în timpul coborârii spre suprafața lunară computerul de bord folosește pentru îndrumare un altimetru laser, un altimetru cu microunde, camere și senzori laser care imaginează solul în trei dimensiuni, în pentru a analiza suprafața și a identifica obstacolele. Precizia aterizării este de 700 de metri. Landerul este proiectat să funcționeze în condiții apropiate de mijlocul zilei lunare, când soarele îi furnizează suficientă energie prin intermediul panourilor sale solare. Spre deosebire de aterizatoarele Chang'e 3 și Chang'e 4, acesta nu este echipat cu o sursă de căldură radioactivă sau un generator termoelectric de radioizotop și, prin urmare, nu este conceput pentru a supraviețui noaptea lunară.
Sistem de prelevare de probeOdată instalat, landerul are un braț robot controlat de la distanță cu 4 grade de libertate , lungime de 3,6 metri și cântărire de 22 de kilograme. Este proiectat să funcționeze în ciuda temperaturii lunare a suprafeței care depășește 100 ° C și precizia sa de poziționare este de 2 milimetri. O cameră telescopică este poziționată pe al doilea segment al brațului pentru a urmări operațiile. Capătul brațului este echipat cu două sisteme de colectare a probelor separate , numite de prelevare A și B. Acestea sunt plasate spate în spate pe o tavă , astfel încât brațul se rotește în ultima comună la locul una sau alta. Prelevatoarele în contact cu lunar regolitului . Eșantionul A are o lopată rotativă pentru săparea solului liber, care funcționează în colaborare cu o altă lopată telescopică pentru a colecta probe de mică adâncime. Mișcarea lor respectivă se obține folosind două motoare independente. Așezate una împotriva celeilalte, cele două lopete fac posibilă conținerea probelor și, astfel, transferarea lor în container. Samplerul B are o formă cilindrică cu 8 petale retractabile care în poziția desfășurată formează o emisferă. În timpul unei probe, petalele sunt în poziția deschisă și cilindrul este apăsat pe suprafață. Un motor învârte cilindrul pe sine, săpând în pământ folosind vârfurile petalelor care ies din marginile cilindrului. Când sunt complet așezate, petalele se extind pentru a conține proba, apoi probele sunt transferate în container. Un piston este responsabil pentru împingerea probei spre exterior pentru a goli cilindrul. Două camere sunt instalate paralel cu fiecare eșantionator pentru a urmări operațiunile de eșantionare. După fiecare colectare, probele sunt transferate într-un container situat pe lander lângă brațul robotizat. Când eșantioanele sunt terminate, brațul robotizat cu ajutorul probei A extrage containerul din corpul trenului de aterizare și îl plasează în modulul de ascensiune. Containerul și cele două eșantioane sunt proiectate de Universitatea Politehnică din Hong Kong . Landerul are, de asemenea, un burghiu tip percutie capabil să ia miezuri din solul lunar la o adâncime de 2 metri. Acestea sunt apoi stocate într-un tub kevlar care este transferat în modulul de ascensiune. Sistemul este capabil să preia maximum 4 kilograme de probe, dar scopul este de a colecta minimum 2 kilograme, dintre care 0,5 kilograme cu burghiul și 1,5 kilograme cu brațul robotizat.
Modulul de ascensiune cu o masă de 800 de kilograme este fixat pe puntea superioară a landerului, unde rămâne latent până la decolarea sa de pe suprafața Lunii. Un mecanism conectează lateral cele două vehicule, un canal prin care trec energia, datele și probele. Această interfață se desprinde apoi de modulul de ascensiune și se îndepărtează pentru a lăsa câmpul liber pentru decolare. Pentru a face acest lucru, folosește un motor principal cu o tracțiune de 3000 newtoni identici cu cel implementat pe orbiter și are 20 de propulsoare de atitudine pentru a controla orientarea acestuia și a efectua mici manevre. Duzul său este situat la doar 20 de centimetri de partea superioară a trenului de rulare, un mic deflector de flacără în formă de con acționează ca un fum prin controlul fluxului de gaze generate atunci când motorul este aprins. Acesta din urmă este izolat de restul modulului de ascensiune prin mai multe straturi de izolație termică, astfel încât căldura sa să nu-i afecteze componentele. Modulul de ascensiune este proiectat pentru a putea decola de pe suprafața lunară chiar și cu un lander înclinat la 20 de grade. Decolarea de pe suprafața lunară se bazează pe sistemul de ghidare, navigație și control, care se bazează pe date de la mai mulți senzori, și anume giroscopii , accelerometrele și priveliștile stelelor pentru a corecta traiectoria. Este proiectat pentru a face față diferitelor situații de urgență, cum ar fi oprirea prematură a motorului principal, în acest caz aprinzând propulsoarele de atitudine pentru a completa inserția orbită. Întâlnirea orbitală folosește un sistem miniaturizat de cel implementat în programul de zbor cu echipaj, cu o combinație de radar, laser și senzor cu microunde . Mecanismul de ancorare pasiv de pe modulul de ascensiune este format din 3 bare care formează un unghi de 120 ° între ele. Acestea sunt prinse de 3 cleme pe mecanismul orbitatorului, ținând cele două module ferm împreună. Probele sunt apoi transferate în capsula de returnare.
Capsula de retur este fixată în cea mai mare parte a misiunii pe orbitator, într-o cavitate dintre rezervoarele sale de propulsie. Arhitectura sa este foarte asemănătoare cu o versiune miniaturizată a navei spațiale cu echipaj Shenzhou , cu forma caracteristică a clopotului moștenită de la navele sovietice Soyuz și Zond . Capsula de retur include un scut termic responsabil pentru protejarea acesteia de căldura puternică generată în timpul reintrării atmosferice , mai ales că aceasta din urmă va fi la a doua viteză cosmică (aproximativ 11 kilometri / secundă ). În această fază, capsula are propulsoare de atitudine , controlând ridicarea și, prin urmare, traiectoria sa pentru a ateriza în zona vizată. Odată ajuns sub 10 kilometri de altitudine, își desfășoară parașuta de frânare, apoi parașuta principală, indicând poziția sa cu un far către echipele de la sol responsabile de recuperarea acesteia.
Landerul poartă trei instrumente științifice pentru a fi utilizate odată plasate pe Lună, toate responsabile pentru îndrumarea colectării probelor și furnizarea de elemente ale contextului geologic.
Chang'e 5 este o sondă spațială deosebit de grea (8,2 tone) care necesită lansarea sa să fie efectuată de racheta Long March 5 , cel mai puternic vehicul de lansare disponibil pentru China. Faza de tranzit către Lună durează aproximativ 5 zile după care sonda intră pe orbită în jurul Lunii. Modulul de aterizare și ascensiune se separă și apoi aterizează pe lună, în timp ce orbitatorul și capsula de reintrare rămân pe orbita lunară. Odată ce proba a fost prelevată, modulul de ascensiune decolează și face o întâlnire automată cu orbiterul pentru a transfera probele în capsula de reintrare. Se separă, apoi orbitatorul începe călătoria înapoi pe Pământ. Pe măsură ce acesta din urmă s-a apropiat, a eliberat capsula de reintrare care a făcut o reintrare atmosferică și a aterizat în Mongolia Interioară .
Sonda Chang'e 5 ajunge cu avionul la baza de lansare Wenchang diniulie 2020pentru a începe pregătirile. Presa de stat chineză spune că lansarea urmează să aibă loc la sfârșitul lunii noiembrie, fără a specifica ziua sau ora. Lansatorul Long 5 March a fost în cele din urmă transportat pe masa sa de lansare în clădirea sa de asamblare la platforma de lansare de pe17 noiembrie, călătoria de 2,8 kilometri care durează aproximativ 2 ore. Începe umplerea rezervoarelor de rachete cu oxigen lichid și hidrogen lichid criogen .23 noiembriela ora 10:30 UTC. Lansarea are loc noaptea din mai multe motive: mecanica orbitală impune constrângeri asupra poziției relative a Pământului și a Lunii; evita perturbațiile pe care radiația solară le-ar putea provoca asupra electronicii rachetei; densitatea mai mică de acoperire a norilor pe timp de noapte facilitează telecomunicațiile între controlul la sol și lansator; lumina zilei ar putea „orbi” antenele stațiilor terestre, care ar interfera cu urmărirea traseului sondei după ce s-a separat de rachetă.
23 noiembriela 20:30 UTC (T-0), sonda a decolat la bordul celui de-al șaselea exemplar al rachetei Long March 5 din baza de lansare Wenchang de pe insula Hainan . Cele patru rapeluri care oferă cea mai mare parte a forței de decolare includ fiecare două YF-100 , singurul motor rachetă chinezesc care arde kerosen și oxigen lichid. Se separă de etapa centrală așa cum este planificat la T + 3 minute, apoi carenajul este eliberat la T + 6 minute. Traiectoria rachetei a condus-o să zboare peste Luzon , cea mai mare insulă din Filipine , propulsoarele de rapel și carenajul care cad în ocean în largul coastei sale. Etapa centrală criogenică alimentată de două YF-77 funcționează până la T + 8 minute înainte de a se separa pe rând, cea de-a doua etapă preluând. Ceea ce rămâne din rachetă ajunge în cele din urmă pe o orbită terestră joasă cunoscută sub numele de parcare la T + 12 minute 20 secunde. Cele două motoare YF-75D din a doua etapă se aprind din nou la T + 28 minute timp de aproape 7 minute pentru a continua cu injecția trans-lunară . În cele din urmă, sonda s-a separat de etapa a doua la T + 36 minute 25 secunde, lansarea a avut succes. Panourile solare ale orbitatorului se desfășoară la T + 55 de minute, apoi urmează pe cele ale landerului. Sunt dispuse perpendicular, astfel încât să nu interfereze unul cu celălalt. Întreaga lansare este transmisă în direct de televiziunea chineză, în special prin intermediul camerelor de la fiecare etaj. Sonda se află apoi pe o orbită de transfer către Lună, adică o orbită terestră foarte eliptică de 200 × 410.000 de kilometri înclinați la 23,5 ° față de ecuator.
În timpul tranzitului către Lună, sonda trebuie să efectueze mai multe manevre de corecție a traiectoriei sau TCM (din engleza Trajectory Correction Maneuver ) pentru a compensa anumite perturbări, cum ar fi presiunea radiației cauzată de soare, care ar putea provoca abateri semnificative la sfârșitul accident vascular cerebral. Prima manevră de corectare a cursului are loc cu succes pe24 noiembriela 14:06 UTC cu motorul principal al orbitatorului de 3000 newtoni de forță aprins timp de 2 secunde. Această declanșare face posibilă și testarea funcționării sale corecte, pentru prevenirea manevrei cruciale de inserare pe orbita lunară. Mărimea corecției care trebuie efectuată este mică, deoarece precizia de lansare a fost mai bună decât se aștepta. Sonda se află în spațiu timp de 17 ore și se află la 160.000 de kilometri de Pământ. A doua manevră de corectare a cursului are loc pe25 noiembriela ora 14:06 UTC când orbitorul declanșează simultan două dintre motoarele sale de atitudine cu 150 newtoni de forță timp de 6 secunde. Sonda se află apoi la 270.000 de kilometri de Pământ și a fost în spațiu timp de 41 de ore. CNSA anunță, de asemenea, că toate sistemele sunt în condiții bune și că urmărirea și telecomunicațiile sondei cu solul sunt efectuate în mod normal de câmpul gravitațional al Lunii. Așa-numita manevră de inserție a orbitei lunare are loc pe28 noiembriela 12:58 UTC când motorul principal al orbitatorului este pornit continuu timp de 17 minute. Sonda zboară peste Lună la o altitudine de aproximativ 400 de kilometri, la 112 ore după ce a decolat din China. Această manevră plasează sonda pe o orbită eliptică pe care trebuie să o parcurgă timp de 24 de ore înainte de a frâna din nou pentru a se plasa pe o orbită joasă în jurul Lunii. Acest lucru se datorează masei foarte mari a sondei în comparație cu forța motorului orbiterului, ceea ce înseamnă că se recurge la două frâne succesive. A doua manevră a avut loc în cele din urmă29 noiembriela 12:23 UTC la 400 de kilometri altitudine. Sonda se potrivește pe o orbită circulară joasă la 200 de kilometri în jurul lunii, apoi separarea dintre lander și orbitator are loc pe29 noiembrie la 20:30 UTC.
Secvența de aterizare este foarte apropiată de cea implementată de sondele Chang'e 3 și Chang'e 4 . Landerul își folosește motorul principal pentru a se plasa pe o orbită de 200 × 15 kilometri, periselena fiind poziționată în amonte de locul țintă. Landerul rămâne pe această orbită timp de 3 zile, așteptând soare favorabil la locul țintei și analizându-l folosind senzorii de la bord. Secvența de aterizare începe pe1 st decembriela 14:57 UTC, când dispozitivul de aterizare își aprinde motorul de tracțiune variabil la nivelul periselenei, și acesta continuu timp de 700 de secunde în direcția opusă mișcării sale, pentru a reduce treptat viteza inițială, care a fost de 1,7 kilometri / secundă . Trenul de rulare devine mai ușor pe măsură ce combustibilii sunt consumați, deci reduce forța motorului său pentru a menține decelerarea constantă.
La aproximativ 2 kilometri altitudine, dispozitivul de aterizare își folosește propulsoarele de atitudine pentru a-și schimba treptat orientarea cu 90 ° , făcând astfel tranziția între faza de coborâre orizontală și verticală. Când este la numai 100 de metri deasupra suprafeței lunare, landerul își anulează viteza verticală pentru a analiza solul folosind mulți senzori, inclusiv o cameră optică și un senzor laser care imaginează relieful în trei dimensiuni. Landerul localizează astfel obstacolele și selectează un loc clar spre care se deplasează orizontal folosind propulsoarele sale de atitudine. Apoi coboară vertical la viteză constantă la o altitudine de 4 metri. Apoi își taie motorul principal și cade în cădere liberă, trenul de aterizare amortizând impactul. Contactul cu solul lunar are loc pe1 st decembrieLa 15:11 UTC, cu dispozitivul de aterizare coborând la 51,8 grade vest și 43,1 grade nord, acesta a fost înclinat cu 2 grade. Apoi efectuează un control de sănătate și își desfășoară cu succes panourile solare și antena parabolică direcțională.
Aterizarea are loc la începutul zilei lunare (durează 14 zile pe Pământ), când temperatura de pe suprafața Lunii este optimă pentru operațiunile la sol. În plus, dispozitivul de aterizare are nevoie de lumină solară bună, deoarece sistemele sale de eșantionare consumă multă energie. Odată instalat, landerul are 48 de ore pentru a colecta probele și a le transfera în modulul de ascensiune. Nu este conceput pentru a rezista scăderii drastice a temperaturii asociate cu noaptea lunară, iar sosirea acesteia din urmă va însemna sfârșitul misiunii sale. Utilizează instrumentele sale științifice, o cameră panoramică (PCAM), un radar de penetrare la sol (LRPR) și un spectrometru vizibil / infraroșu (LMS) pentru a studia locul de aterizare. Datele colectate fac posibilă furnizarea contextului geologic al eșantioanelor și selectarea celor mai promițătoare puncte științifice de eșantionare. Burghiul de aterizare este primul care intră în acțiune, are nevoie de un miez de sol de până la 2 metri adâncime, care este apoi transferat în containerul din partea de sus a modulului de ascensiune. CNSA anunță că forarea a fost efectuată cu succes1 st decembrie la 20:53 UTC.
Landerul își folosește brațul robotizat pentru a colecta regolitul lunar, pe care îl toarnă apoi în recipient. Brațul este echipat cu două eșantioane A și B, dar eșantionul B nu este în cele din urmă utilizat, deoarece este proiectat în cazul unui loc dificil de aterizare. Eșantionatorul A, care este aproape de o lopată, preia 12 eșantioane în loc de cele 15 planificate inițial, deoarece cantitatea de regolit colectată este mai mare decât cea așteptată. Cel mai rapid eșantion a durat 50 de minute. Un duplicat al landerului și brațul său robotizat sunt utilizate de echipajele de la sol pentru a simula prelevarea de probe și ghidarea operațiunilor. În plus, topografia zonei de eșantionare este reprodusă identic folosind imaginile obținute de lander pentru a reproduce fidel contextul geologic. Recipientul este etanșat la loc, astfel încât probele să nu fie contaminate la întoarcerea pe Pământ, apoi este transferat de brațul robotizat către modulul de ascensiune. După 19 ore de muncă, operațiunile la sol au fost finalizate pe2 decembriela ora 14:00 UTC. Landerul afișează, de asemenea, un mic steag al Republicii Populare Chineze, care este apoi capturat de camera panoramică.
În pregătirea pentru ancorarea cu modulul de ascensiune, orbitatorul eliberează adaptorul cu trenul de aterizare care nu mai este necesar 2 decembriela 19:46 UTC. Modulul de ascensiune decolează de pe suprafața lunară3 decembriela ora 15:10 UTC, intrând 6 minute mai târziu pe orbită în jurul Lunii folosind motorul său principal de 3000 newtoni, landerul servind drept masă de lansare. Aceasta este prima decolare dintr-un corp ceresc, altul decât Pământul, pentru o misiune spațială chineză. Lumina lunii împiedică modulul de ascensiune să se localizeze folosind obiectivele sale stelare , își folosește senzorii interni pentru a-i determina poziția și atitudinea, cu sprijinul telemetriei de control la sol. Orbita sa inițială este de 15 × 180 de kilometri în jurul Lunii. Întâlnirea spațială dintre orbitator și modulul de ascensiune are loc în patru faze, aducând succesiv cele două module la 50 de kilometri, 5 kilometri, 1 kilometru și apoi la 100 de metri unul de celălalt. Acoperirea este îngreunată de diferența de masă dintre cele două module, orbitatorul cântărind încă 2,3 tone față de doar 400 de kilograme pentru modulul de ascensiune. Este prima întâlnire și ancorare automată pe orbita unui corp ceresc altul decât Pământul din istorie. Modulul de ascensiune se oprește în cele din urmă pe orbiter5 decembriela 21:42 UTC. Recipientul pentru eșantion este transferat în capsula de retur la 22:12 UTC.
Orbiterul și modulul de ascensiune se separă pe 6 decembriela 4:35 UTC, acesta din urmă rămâne conectat la interfața de andocare. Controlul la sol comandă în cele din urmă7 decembriela 22:59 UTC pentru ca modulul de ascensiune să-și folosească propulsia pentru ultima oară pentru a deorbit. Se prăbușește pe Lună 30 de minute mai târziu în punctul prevăzut, cu coordonate selenografice de 0 grade Vest și 30 grade Sud aproximativ. Această manevră face posibilă evitarea transformării în resturi spațiale, care ar fi putut afecta viitoarele misiuni lunare ale comunității internaționale. După 6 zile de așteptare pe orbita lunară pentru a viza o fereastră de transfer optimă, orbitatorul își folosește din nou motoarele pe12 decembriela 1h54 UTC și intră pe o orbită eliptică în pregătirea pentru întoarcerea pe Pământ. Această metodă în doi pași este similară cu cea utilizată în timpul inserării pe orbita lunară cu două săptămâni mai devreme. 13 decembrieLa 1h51 UTC orbiterul intră în cele din urmă pe o orbită de transfer către Pământ aprinzând patru dintre cele 150 de motoare newton ale sale timp de 22 de minute. Sonda spațială se află la o altitudine de 230 de kilometri deasupra Lunii în momentul manevrei. Ca și în timpul călătoriei exterioare la începutul misiunii, sonda a folosit manevre de corecție a traiectoriei pentru a-și regla cursul spre Pământ. Primul dintre acestea are loc pe14 decembriela 3:13 UTC când orbiterul declanșează două dintre cele 25 de motoare Newton pentru 28 de secunde. A doua manevră de corectare a cursului are loc pe16 decembrie la 1:15 UTC, orbitatorul folosind două dintre cele 25 de motoare Newton pentru 8 secunde.
16 decembriela ora 17:00 UTC, controlul la sol transmite parametrii de navigație către sondă, apoi capsula se separă de orbitator la o altitudine de 5.000 de kilometri deasupra Oceanului Atlantic de Sud. Orbitatorul efectuează apoi o manevră de evitare pentru a nu se dezintegra în atmosfera Pământului și pentru a conduce o potențială extindere a misiunii. La ora 17:33 UTC capsula își începe reintrarea atmosferică la a doua viteză cosmică , sau 11,2 kilometri pe secundă, pentru o altitudine de aproximativ 120 de kilometri deasupra solului. În timpul acestei faze, scutul termic atinge peste 2000 ° C, în timp ce forma capsulei generează ridicarea care îi permite să-și controleze traiectoria de reintrare. Acesta din urmă folosește metoda de reintrare cu ricoșare (în) : capsula efectuează o reintrare la o altitudine de 60 de kilometri înainte de a sări din atmosferă. Apoi descrie o parabolă până la o altitudine maximă cuprinsă între 100 și 140 de kilometri, apoi cade din nou și își continuă reintrarea la o viteză mai mică. Această metodă face posibilă extinderea fazei de reintrare atmosferică, limitând astfel decelerarea și încălzirea scutului termic. La o altitudine de aproximativ 10 kilometri, capsula își desfășoară parașuta, apoi aterizează în cele din urmă așa cum a fost planificat în stindardul Siziwang din Mongolia Interioară pe16 decembriela ora 17:59 UTC. Echipajele de la sol ajung la scurt timp la locul de aterizare în pregătirea transportului cu elicopterul a capsulei la Beijing, unde va fi extras containerul de probă.
Dimineața de 19 decembrieo ceremonie are loc la Beijing la sediul Administrației Spațiale Naționale Chineze (CNSA), reprezentat de directorul său Zhang Kejiang, care cu această ocazie predă în mod oficial probele Academiei Chineze de Științe (CAS), reprezentată de președintele său Hou Jianguo. Recipientul este scos din capsulă și apoi cântărit, după care se anunță că misiunea a returnat 1.731 grame de probe. Ceremonia are loc în prezența vicepremierului Chinei Liu He . Probele sunt apoi transferate într-un laborator dedicat de la Observatoarele Astronomice Naționale ale Academiei Chineze de Științe (NAOC). Acestea sunt stocate acolo și studiate într - o atmosferă inertă de azot atmosferă , în special folosind microscopie optica , microscopie electronică de baleiaj , sau chiar cu raze X prin spectrometrie de fluorescență . În plus față de cercetările științifice, probele vor fi expuse și în muzee sau oferite cadouri șefilor de stat străini. În special, este planificat ca acestea să poată fi partajate la nivel internațional, astfel încât să poată fi studiate de alte agenții spațiale. Cu toate acestea, directorul adjunct al CNSA, Wu Yanhua, a declarat într-o conferință de presă că, din cauza politicii de excludere chineze a NASA (în) adoptată de Congres în2011, Statele Unite nu vor putea primi probe.
Două nave de clasă Yuanwang au fost poziționate în Oceanul Pacific înainte de lansare pentru a oferi relee de telecomunicații și urmărirea rachetelor. La aproximativ 6 minute după decolare, nava Yuanwang-6 detectează vehiculul și apoi își blochează ținta pentru a transmite datele de zbor către centrele de control din Wenchang și Beijing. Nava Yuanwang-5 preia după un zbor de 30 de minute. În total, cele două clădiri au transmis telecomunicațiile timp de 18 minute și 20 de secunde. Nava Yuanwang-3, de asemenea desfășurată, trebuie să furnizeze o parte din monitorizare pe parcursul desfășurării misiunii.
În timpul decolării, o parte din telecomunicații și monitorizarea se face datorită stației de la sol de Kourou din Guyana , apoi în timpul revenirea pe Pământ la sfârșitul misiunii , prin care din Maspalomas în Insulele Canare operate de către Institutul Național de industria aerospațială tehnologie , agenția spațială spaniolă . Acest lucru ajută la calcularea exactă a traiectoriei capsulei de întoarcere, care este decisivă pentru anticiparea locului de aterizare. Acest sprijin este oferit în temeiul unui acord între Administrația Spațială Națională Chineză (CNSA) și Agenția Spațială Europeană (ESA).
La fel ca și în cele două faze anterioare ale programului de explorare lunară a Chinei , a fost construită o linie de sondă în caz de eșec al misiunii. Dacă are succes, această sondă numită Chang'e 6 trebuie lansată în2023pentru a readuce probe din Polul Sud lunar. Chang'e 7 a cărui decolare este programată pentru2024este o sondă care cuprinde un orbitator, un satelit de releu, un lander, un rover și un robot de sărituri care trebuie să exploreze Polul Sud al Lunii. Purtând un total de 23 de instrumente științifice, va trebui să efectueze un studiu aprofundat al mediului lunar și al Polului Sud, în căutarea unor resurse precum prezența apei. Chang'e 8 se datorează, de asemenea, să aterizeze la Polul Sud lunar pentru a efectua experimente in situ de utilizare a resurselor (ISRU), utilizând în special imprimarea 3D . Aceste misiuni trebuie să constituie un embrion al unei baze lunare robotizate, pregătind terenul și testând tehnologiile pentru sosirea viitoare a taikonauților.