Chinesisches Mondforschungsprogramm - Chinese Lunar Exploration Program

Chinesisches Mondforschungsprogramm

Programmabzeichen: eine Mondsichel mit zwei Fußabdrücken in der Mitte. Das Symbol ähnelt月, dem chinesischen Schriftzeichen für "Mond".
Land	China
Organisation	Chinesische Nationale Raumfahrtbehörde (CNSA)
Zweck	Roboter- Mondmissionen
Status	Aktiv
Programmverlauf
Dauer	2004 – heute
Erster Flug	Chang'e 1 , 24. Oktober 2007, 10:05:04.602  UTC ( 2007-10-24UTC10:05:04Z )
Letzter Flug	Chang'e 5 , 23. November 2020, 20:30  UTC ( 2020-11-23UTC20:30Z )
Erfolge	7
Fehler	0
Startplatz(e)	Xichang Satellite Launch Center Startplatz der Raumsonde Wenchang
Fahrzeuginformationen
Unbemannte(s) Fahrzeug(e)	Mond- Orbiter , Landers , Rovern und Probe Rückkehr Raumschiff
Trägerrakete(n)	Langer März-Raketen

Das chinesische Mondforschungsprogramm ( CLEP ; chinesisch :中国探月; pinyin : Zhōngguó Tànyuè ), auch bekannt als das Chang'e-Projekt ( chinesisch :嫦娥工程; pinyin : Cháng'é Gōngchéng ) nach der chinesischen Mondgöttin Chang'e , ist eine fortlaufende Reihe von Roboter- Mondmissionen der China National Space Administration (CNSA). Das Programm beinhaltet Mondorbitern , Landers , Rovern und Probe Rückkehr Raumschiff startete mit Long March Raketen . Kutter und Flüge werden durch eine Telemetrie überwacht, Ortungs- und Befehl (TT & C) System, das 50 Meter (160 Fuß) Funkantennen in nutzt Peking und 40 Meter (130 Fuß) Antennen in Kunming , Shanghai , und Ürümqi zu bilden eine 3.000 Kilometer lange VLBI- Antenne. Ein proprietäres Bodenanwendungssystem ist für den Downlink-Datenempfang verantwortlich.

Ouyang Ziyuan , ein Geologe, chemischer Kosmologe und leitender Wissenschaftler des Programms, war einer der ersten, der sich für die Ausbeutung nicht nur bekannter Mondreserven von Metallen wie Titan , sondern auch von Helium-3 , einem idealen Brennstoff für die zukünftige Kernfusion , einsetzte Pflanzen. Der Wissenschaftler Sun Jiadong ist Generaldesigner des Programms und Sun Zezhou ist stellvertretender Generaldesigner. Der führende Programmmanager ist Luan Enjie.

Die erste Raumsonde des Programms, der Mondorbiter Chang'e 1 , wurde am 24. Oktober 2007 vom Xichang Satellite Launch Center gestartet , nachdem er vom ursprünglich geplanten Datum vom 17. bis 19. April 2007 verschoben worden war. Ein zweiter Orbiter, Chang'e 2 , wurde am 1. Oktober 2010 gestartet. Chang'e 3 , bestehend aus Lander und Rover, wurde am 1. Dezember 2013 gestartet und am 14. Dezember 2013 erfolgreich sanft auf dem Mond gelandet. Chang'e 4 , bestehend aus Lander und Rover , wurde am 7. Dezember 2018 gestartet und landete am 3. Januar 2019 auf dem Südpol-Aitken-Becken auf der anderen Seite des Mondes. Eine Probenrückholmission, Chang'e 5 , die am 23. November 2020 startete und am 16. Dezember desselben Jahres zurückkehrte, brachte 1.731 g (61,1 oz) Mondproben zur Erde zurück.

Wie die offiziellen Insignien zeigen, die Form einer kalligraphisch aufkommenden Mondsichel mit zwei menschlichen Fußabdrücken in der Mitte, die an das chinesische Schriftzeichen 月, das chinesische Schriftzeichen für "Mond", erinnern , ist das ultimative Ziel des Programms, den Weg für a . zu ebnen bemannte Mission zum Mond. Chinas Chef der Nationalen Raumfahrtbehörde Chinas, Zhang Kejian, kündigte an, China plane den Bau einer wissenschaftlichen Forschungsstation am Südpol des Mondes „innerhalb der nächsten 10 Jahre“ (2019–2029).

Programmstruktur

Das chinesische Mondforschungsprogramm ist in vier Hauptbetriebsphasen unterteilt, wobei jede Mission als Technologiedemonstrator in Vorbereitung auf zukünftige Missionen dient. Internationale Kooperationen in Form von verschiedenen Nutzlasten und einer Roboterstation werden von China eingeladen.

Phase I: Orbitale Missionen

Die erste Phase beinhaltete den Start von zwei Mondorbitern und ist nun effektiv abgeschlossen.

• Chang'e 1 , das am 24. Oktober 2007 an Bord einer Long March 3A- Rakete gestartet wurde, scannte den gesamten Mond in noch nie dagewesener Detailgenauigkeit und erzeugte eine hochauflösende 3D-Karte, die als Referenz für zukünftige weiche Landungen dienen sollte. Die Sonde kartierte auch die Häufigkeit und Verteilung verschiedener chemischer Elemente auf der Mondoberfläche als Teil einer Bewertung potenziell nützlicher Ressourcen.
• Chang'e 2 , gestartet am 1. Oktober 2010 an Bord einer Long March 3C- Rakete, erreichte den Mond in weniger als 5 Tagen, verglichen mit 12 Tagen für Chang'e 1 und kartierte den Mond noch detaillierter. Anschließend verließ es die Mondumlaufbahn und steuerte auf den Lagrange-Punkt Erde-Sonne L ₂ zu, um das TT&C-Netzwerk zu testen. Danach absolvierte es am 13. Dezember 2012 einen Vorbeiflug des Asteroiden 4179 Toutatis , bevor es in den Weltraum ging, um das TT&C-Netzwerk weiter zu testen.

Phase II: Weiche Lander/Rover

Vor Chang-e 5 wurde über vier Jahrzehnte lang keine Probenrückgabe durchgeführt.

Die zweite Phase ist im Gange und umfasst Raumfahrzeuge, die sanft auf dem Mond landen und Mondrover einsetzen können .

• Chang'e 3 , gestartet am 2. Dezember 2013 an Bord einer Long March 3B- Rakete, landete am 14. Dezember 2013 auf dem Mond. Es trug einen 140 Kilogramm schweren Mondrover namens Yutu , der entwickelt wurde, um ein Gebiet von . zu erkunden 3 Quadratkilometer (1,2 Quadratmeilen) während einer 3-monatigen Mission. Es sollte auch Ultraviolett-Beobachtungen von Galaxien, aktiven Galaxienkernen, veränderlichen Sternen, Doppelsternen, Novae, Quasaren und Blazaren sowie die Struktur und Dynamik der Plasmasphäre der Erde durchführen .
• Chang'e 4 wurde am 7. Dezember 2018 gestartet. Ursprünglich für 2015 geplant, war es ein Backup für Chang'e 3. Aufgrund des Erfolgs dieser Mission wurde die Konfiguration von Chang'e 4 jedoch für die nächste Mission. Es landete am 3. Januar 2019 auf dem Südpol-Aitken-Becken auf der anderen Seite des Mondes und setzte den Yutu-2- Rover ein .

Phase III: Probenrückgabe

Die dritte Phase umfasste eine Mondproben -Rückkehr-Mission .

• Chang'e 5-T1 wurde am 23. Oktober 2014 gestartet. Es wurde entwickelt, um die Mondrückkehr-Sonde zu testen.
• Chang'e 5 wurde am 23. November 2020 gestartet, landete am 1. Dezember 2020 in der Nähe von Mons Rümker auf dem Mond und kehrte am 16. Dezember 2020 mit 2 Kilogramm Mondboden zur Erde zurück.

Endphase: Mondroboter-Forschungsstation

Nach Abschluss der "3 Schritte"-Phase folgt die Entwicklung einer autonomen Mondforschungsstation in der Nähe des Südpols des Mondes.

• Chang'e 6 , das voraussichtlich 2024 starten soll, wird die Topographie, Zusammensetzung und unterirdische Struktur des Südpol-Aitken-Beckens untersuchen . Die Mission wird Proben zur Erde zurückbringen .
• Chang'e 7 soll 2024 starten und ist eine Mission, die den Südpol nach Ressourcen erkunden wird. Die Mission umfasst einen Orbiter, einen Lander, einen Rover und eine Mini-Flugsonde.
• Chang'e 8 , das voraussichtlich 2027 auf den Markt kommt, wird die Nutzung und Erschließung natürlicher Ressourcen überprüfen. Es kann einen Lander, einen Rover und einen fliegenden Detektor sowie ein 3D-Druck-Experiment mit In-Situ-Ressourcennutzung (ISRU) umfassen, um eine Struktur zu testen. Es wird auch ein kleines versiegeltes Ökosystemexperiment transportieren. Es wird die Technologie testen, die für den Bau einer Mondforschungsbasis erforderlich ist.

Missionsphase mit Crew

Ab 2019 überprüfte China vorläufige Studien für eine bemannte Mondlandemission in den 2030er Jahren und baute möglicherweise in internationaler Zusammenarbeit einen Außenposten in der Nähe des Mondsüdpols.

2035: Internationale Mondbasis und Anwendung

Im Jahr 2021 kündigten China und Russland an, gemeinsam eine Mondbasis zu bauen, und luden weitere Länder und internationale Organisationen offiziell ein, sich ihrem von den beiden Nationen entwickelten Projekt der Internationalen Mondforschungsstation (ILRS) anzuschließen .

Liste der Missionen

Durchgeführte Missionen

  Geplante harte Landung   Geplante weiche Landung

Kommende Missionen

Schlüsseltechnologien

Langstrecken-TT&C

Die größte Herausforderung in Phase I des Programms war der Betrieb des TT&C-Systems, da seine Übertragungsfähigkeit eine ausreichende Reichweite benötigt, um mit den Sonden in der Mondumlaufbahn zu kommunizieren. Chinas Standard-Satellitentelemetrie hatte eine Reichweite von 80.000 Kilometern (50.000 Meilen), aber die Entfernung zwischen dem Mond und der Erde kann 400.000 Kilometer (250.000 Meilen) überschreiten, wenn sich der Mond im Apogäum befindet . Außerdem mussten die Chang'e-Sonden bei ihren Flügen zum Mond und bei Operationen in der Mondumlaufbahn viele Fluglagemanöver durchführen. Die Entfernung von Ost nach West durch China beträgt 5.000 Kilometer (3.100 Meilen), was eine weitere Herausforderung für die TT&C-Kontinuität darstellt. Gegenwärtig erfüllt die Kombination des TT&C-Systems und des chinesischen astronomischen Beobachtungsnetzwerks die Anforderungen des Chang'e-Programms, jedoch nur mit geringem Abstand.

Anpassungsfähigkeit an die Umwelt

Die Komplexität der Weltraumumgebung, die während der Chang'e-Missionen angetroffen wurde, stellte strenge Anforderungen an die Umweltanpassungsfähigkeit und Zuverlässigkeit der Sonden und ihrer Instrumente. Die strahlungsreiche Umgebung im Erde-Mond-Raum erforderte eine gehärtete Elektronik, um elektromagnetische Schäden an den Instrumenten von Raumfahrzeugen zu verhindern. Der extreme Temperaturbereich von 130 Grad Celsius (266 Grad Fahrenheit) auf der der Sonne zugewandten Seite des Raumfahrzeugs bis -170 Grad Celsius (-274 Grad Fahrenheit) auf der der Sonne abgewandten Seite stellt strenge Anforderungen an die Temperaturkontrolle in das Design der Detektoren.

Orbitdesign und Flugablaufsteuerung

Angesichts der Bedingungen des Drei-Körper-Systems Erde, Mond und einer Raumsonde ist das Bahndesign von Mondorbitern komplizierter als das von erdumlaufenden Satelliten, die nur mit einem Zwei-Körper-System umgehen. Die Sonden Chang'e 1 und Chang'e 2 wurden zuerst in hochelliptische Erdumlaufbahnen geschickt. Nachdem sie sich von ihren Trägerraketen getrennt hatten, traten sie durch drei Beschleunigungen in der phasenmodulierten Umlaufbahn in eine Erde-Mond-Transferbahn ein. Diese Beschleunigungen wurden 16, 24 und 48 Stunden nach Beginn der Missionen durchgeführt, während denen mehrere Bahnanpassungen und Fluglagemanöver durchgeführt wurden, um das Einfangen der Sonden durch die Mondgravitation sicherzustellen. Nach 4–5 Tagen Betrieb in der Erd-Mond-Umlaufbahn gelangte jede Sonde in eine Monderfassungsbahn. Nachdem sie ihre Zielbahn erreicht hatten, drei Bremsmanöver durchgeführt und drei verschiedene Bahnphasen erlebt hatten, führten Chang'e 1 und Chang'e 2 ihre Missionen durch.

Einstellungskontrolle

Mondorbiter müssen in Bezug auf Erde, Mond und Sonne richtig ausgerichtet bleiben. Alle Detektoren an Bord müssen zur Mondoberfläche gerichtet sein, um ihre wissenschaftlichen Missionen zu erfüllen, Kommunikationsantennen müssen zur Erde gerichtet sein, um Befehle zu empfangen und wissenschaftliche Daten zu übertragen, und Sonnenkollektoren müssen zur Sonne ausgerichtet werden, um Strom zu gewinnen. Während der Mondumlaufbahn bewegen sich auch Erde, Mond und Sonne, daher ist die Lageregelung ein komplexer Drei-Vektor-Regelungsprozess. Die Chang'e-Satelliten müssen ihre Fluglage sehr sorgfältig anpassen, um einen optimalen Winkel zu allen drei Körpern beizubehalten.

Gefahrenvermeidung

In der zweiten Phase des Programms, in der die Raumsonden auf der Mondoberfläche weich landen mussten , musste ein System zur automatischen Gefahrenvermeidung entwickelt werden, damit die Lander nicht versuchen, auf ungeeignetem Gelände aufzusetzen. Chang'e 3 nutzte ein Computer-Vision- System, bei dem die Daten einer nach unten gerichteten Kamera sowie zweier Entfernungsmesser mit spezieller Software verarbeitet wurden. Die Software steuerte die letzten Stufen des Sinkflugs, indem sie die Fluglage des Raumfahrzeugs und die Drosselung seines Haupttriebwerks anpasste. Das Raumfahrzeug schwebte zuerst auf 100 Metern (330 Fuß), dann auf 30 Metern (98 Fuß), während es nach einem geeigneten Ort zum Aufsetzen suchte. Der Yutu- Rover ist außerdem mit nach vorne gerichteten Stereokameras und Gefahrenvermeidungstechnologie ausgestattet.

Zusammenarbeit mit Russland

Im November 2017 unterzeichneten China und Russland ein Abkommen zur kooperativen Mond- und Weltraumforschung. Die Vereinbarung umfasst sechs Sektoren, die Mond- und Weltraum, gemeinsame Entwicklung von Raumfahrzeugen, Weltraumelektronik, Erdfernerkundungsdaten und Überwachung von Weltraummüll abdecken. Russland könnte auch versuchen, engere Beziehungen zu China in der bemannten Raumfahrt aufzubauen und sogar seine Zusammenarbeit in der bemannten Raumfahrt von den USA nach China zu verlagern und einen bemannten Mondlander zu bauen.

Galerie

• 

  Chang'e 4 Lander auf dem Mond

• 

  Yutu-2- Rover auf der Oberfläche

Siehe auch

• Chinesisches Weltraumprogramm
  • Tianwen-1 - Marsmission 2020
• Erkundung des Mondes
• Liste der Missionen zum Mond

Verweise

Externe Links

• Offizielle CLEP-Website
• Datenfreigabe- und Informationsdienstsystem des chinesischen Mondforschungsprogramms
• "Chinas Mondforschungsprogramm - Englisch" . Die Volkszeitung online . Abgerufen am 21. Januar 2021 .
• Encyclopedia Astronautica
• Die wissenschaftlichen Ziele des chinesischen Mondforschungsprojekts von Ouyang Ziyuan
• 我国 发射 首颗 探 月 卫星 专题
• 嫦娥 探 月 专题
• Sūn Huīxiān (孙辉先), Dài Shùwǔ (代树武), Yáng Jiànfēng (杨建峰), Wú Jì (吴季) und Jiāng Jǐngshān (姜景山) (2005). "Wissenschaftliche Ziele und Nutzlasten des Mondsatelliten Chang'E-1" (PDF) . Zeitschrift für Erdsystemwissenschaften . 114 (6): 789–794. Bibcode : 2005JESS..114..789H . doi : 10.1007/BF02715964 . S2CID  128428662 .CS1-Wartung: mehrere Namen: Autorenliste ( Link )