Kinesiskt månutforskningsprogram - Chinese Lunar Exploration Program

Kinesiskt månutforskningsprogram

Programinsignier: en månmåne med två fotavtryck i mitten. Symbolen liknar月, den kinesiska karaktären för "Moon".
Land	Kina
Organisation	Kinas nationella rymdförvaltning (CNSA)
Ändamål	Robotiska Moon -uppdrag
Status	Aktiva
Programhistorik
Varaktighet	2004 - nuvarande
Första flygningen	Chang'e 1 , 24 oktober 2007, 10: 05: 04.602  UTC ( 2007-10-24UTC10: 05: 04Z )
Sista flygningen	Chang'e 5 , 23 november 2020, 20:30  UTC ( 2020-11-23UTC20: 30Z )
Framgångar	7
Misslyckanden	0
Starta webbplatser	Xichang Satellite Launch Center Wenchang rymdskepps lanseringsplats
Fordonsinformation
Oskruvat fordon	månens omloppsbana , landare , rovers och prov -rymdfarkoster
Lanseringsfordon	Långa marsraketter

Det kinesiska månutforskningsprogrammet ( CLEP ; kinesiska :中国 探 月; pinyin : Zhōngguó Tànyuè ), även känt som Chang'e -projektet ( kinesiska :嫦娥 工程; pinyin : Cháng'é Gōngchéng ) efter den kinesiska mångudinnan Chang'e , är en pågående serie av robot månen uppdrag vid China National Space Administration (CNSA). Programmet innehåller månens omloppsbanor , landare , rovers och prov -rymdfarkoster som lanserades med hjälp av Long March -raketer . Lanseringar och flygningar övervakas av ett telemetri-, spårnings- och kommandosystem (TT&C) som använder 50 meter (160 fot) radioantenner i Peking och 40 meter (130 fot) antenner i Kunming , Shanghai och Ürümqi till bilda en 3 000 kilometer (1 900 mil) VLBI- antenn. Ett proprietärt markapplikationssystem ansvarar för nedlänkdatamottagning.

Ouyang Ziyuan , geolog, kemisk cosmologist , och programmet chefsforskare, var bland de första att förespråka utnyttjandet inte bara kända lunar reserver av metaller såsom titan , men också av helium-3 , ett idealiskt bränsle för framtida kärnfusion effekt växter. Forskaren Sun Jiadong är programmets general designer och Sun Zezhou är biträdande general designer. Den ledande programchefen är Luan Enjie.

Den första rymdfarkosten i programmet, Chang'e 1 månens orbiter, sjösattes från Xichang Satellite Launch Center den 24 oktober 2007, efter att ha försenats från det ursprungliga planerade datumet 17–19 april 2007. En andra orbiter, Chang'e 2 , lanserades den 1 oktober 2010. Chang'e 3 , som inkluderar en landare och rover, lanserades den 1 december 2013 och lyckades mjuklanda på månen den 14 december 2013. Chang'e 4 , som inkluderar en landare och rover , lanserades den 7 december 2018 och landade den 3 januari 2019 på Sydpolen-Aitken-bassängen , på bortre sidan av månen. Ett provåtergångsuppdrag, Chang'e 5 , som sjösattes den 23 november 2020 och återvände den 16 december samma år, tog 1731 g månprover tillbaka till jorden.

Som indikeras av den officiella insignierna, formen på en kalligrafisk begynnande månmåne med två mänskliga fotspår i mitten som påminner om den kinesiska karaktären 月, den kinesiska karaktären för "Moon", programmets slutliga mål är att bana väg för en besättning till månen. Kinas nationella rymdförvaltningschef Zhang Kejian meddelade att Kina planerar att bygga en vetenskaplig forskningsstation på månens sydpol "inom de närmaste tio åren" (2019–2029).

Programstruktur

Det kinesiska månutforskningsprogrammet är uppdelat i fyra huvudsakliga operativa faser, där varje uppdrag fungerar som en teknologisk demonstrator som förberedelse för framtida uppdrag. Internationellt samarbete i form av olika nyttolaster och en robotstation bjuds in av Kina.

Fas I: Orbitaluppdrag

Den första fasen innebar lanseringen av två månbanor och är nu faktiskt klar.

• Chang'e 1 , som lanserades den 24 oktober 2007 ombord på en Long March 3A -raket, skannade hela månen i oöverträffad detalj och genererade en 3D -karta i högupplösning som skulle ge en referens för framtida mjuka landningar. Sonden kartlade också överflöd och distribution av olika kemiska element på månytan som en del av en utvärdering av potentiellt användbara resurser.
• Chang'e 2 , som lanserades den 1 oktober 2010 ombord på en Long March 3C -raket, nådde månen på under 5 dagar, jämfört med 12 dagar för Chang'e 1 och kartlade månen ännu mer detaljerat. Den lämnade sedan månens bana och gick mot Lagrangian -punkten Earth – Sun L ₂ för att testa TT & C -nätverket. Efter att ha gjort det fullbordade den en flyby av asteroiden 4179 Toutatis den 13 december 2012, innan han begav sig ut i rymden för att ytterligare testa TT & C -nätverket.

Fas II: Mjuka landare/rovers

Före Chang-e 5 genomfördes ingen provåtergång på över fyra decennier.

Den andra fasen pågår och innehåller rymdfarkoster som kan mjuklanda på månen och distribuera månrovers .

• Chang'e 3 , som lanserades den 2 december 2013 ombord på en Long March 3B -raket, landade på månen den 14 december 2013. Den bar med sig en 140 kg (310 pund) månrover vid namn Yutu , som var utformad för att utforska ett område av 3 kvadratkilometer (1,2 kvadratkilometer) under ett tre månaders uppdrag. Det var också tänkt att genomföra ultravioletta observationer av galaxer, aktiva galaktiska kärnor, variabla stjärnor, binära, novae, kvasarer och blazarer, samt strukturen och dynamiken i jordens plasmasfär .
• Chang'e 4 lanserades den 7 december 2018. Ursprungligen planerad till 2015 var en back-up för Chang'e 3. Som ett resultat av uppdraget lyckades konfigurationen av Chang'e 4 justeras för nästa uppdrag. Den landade den 3 januari 2019 på Sydpolen-Aitken-bassängen , på bortre sidan av månen , och utplacerade Yutu-2- rovern .

Fas III: Prov-retur

Den tredje fasen inkluderade ett månprov -returuppdrag .

• Chang'e 5-T1 lanserades den 23 oktober 2014. Den var utformad för att testa rymdfarkosten för månens återkomst.
• Chang'e 5 lanserades den 23 november 2020, landade nära Mons Rümker på månen den 1 december 2020 och återvände till jorden med 2 kilo månjord den 16 december 2020.

Slutfas: Lunarrobotforskningsstation

Efter att "tre steg" -fasen är klar, är följande utvecklingen av en autonom månforskningsstation nära månens sydpol.

• Chang'e 6 , som förväntas lanseras 2024, kommer att undersöka topografin, sammansättningen och strukturen under ytan av Sydpolen – Aitken -bassängen . Uppdraget kommer att returnera prover till jorden.
• Chang'e 7 , som förväntas lanseras 2024, är ett uppdrag som kommer att utforska sydpolen efter resurser. Uppdraget kommer att omfatta en orbiter, en landare, en rover och en miniflygningssond.
• Chang'e 8 , som förväntas lanseras 2027, kommer att verifiera användningen och utvecklingen av naturresurser. Det kan innehålla en landare, en rover och en flygande detektor, samt ett 3D-utskriftsexperiment med in situ resursutnyttjande (ISRU) för att testbygga en struktur. Det kommer också att transportera ett litet förseglat ekosystemförsök. Det kommer att testa den teknik som är nödvändig för att bygga en månvetenskaplig bas.

Besatt besättningsfas

Från och med 2019 granskade Kina preliminära studier för ett bemannat månlandningsuppdrag på 2030 -talet och möjligen byggde en utpost nära månens sydpol med internationellt samarbete.

2035: Internationell månbas och applikation

År 2021 meddelade Kina och Ryssland att de kommer att bygga en månbas tillsammans, och formellt uppmanade fler länder och internationella organisationer att gå med i deras International Lunar Research Station (ILRS) -projekt som utvecklas av de två nationerna.

Uppdragslista

Utförde uppdrag

  Planerad hård landning   Planerad mjuk landning

Kommande uppdrag

Viktiga tekniker

Långdistans TT&C

Den största utmaningen i programmets fas I var driften av TT & C -systemet, eftersom dess överföringsförmåga behövde tillräcklig räckvidd för att kommunicera med sonderna i månbana. Kinas standard satellittelemetri hade en räckvidd på 80 000 kilometer (50 000 miles), men avståndet mellan månen och jorden kan överstiga 400 000 kilometer (250 000 miles) när månen är i apogee . Dessutom fick Chang'e -sonderna utföra många attitydmanövrer under sina flygningar till månen och under operationer i månbana. Avståndet över Kina från öst till väst är 5000 kilometer (3100 miles), vilket utgör ytterligare en utmaning för TT & C -kontinuitet. För närvarande har kombinationen av TT&C -systemet och det kinesiska astronomiska observationsnätverket uppfyllt behoven i Chang'e -programmet, men bara med en liten marginal.

Miljöanpassningsförmåga

Komplexiteten i rymdmiljön som möttes under Chang'e -uppdragen ställde strikta krav på miljöanpassning och tillförlitlighet hos sonderna och deras instrument. Högstrålningsmiljön i rymden på jorden och månen krävde härdad elektronik för att förhindra elektromagnetisk skada på rymdfarkostinstrument. Det extrema temperaturintervallet, från 130 grader Celsius (266 grader Fahrenheit) på rymdfarkostens sida mot solen till -170 grader Celsius (−274 grader Fahrenheit) på den sida som vetter bort från solen, ställde strikta krav på temperaturkontroll i detektornas konstruktion.

Omloppsdesign och flygsekvensstyrning

Med tanke på förhållandena i jordens, månens och rymdsondens trekroppssystem , är månens omloppsbana mer komplicerad än jordens kretsande satelliter, som bara behandlar ett tvåkroppssystem. Chang'e 1 och Chang'e 2 sonderna skickades först till mycket elliptiska jordbanor. Efter att ha separerat från sina skjutbilar gick de in i en jord-måneöverföringsbana genom tre accelerationer i den fasmodulerade banan. Dessa accelerationer genomfördes 16, 24 och 48 timmar in i uppdragen, under vilka flera banjusteringar och attitydmanövrer utfördes för att säkerställa att sonderna fångades av månens gravitation. Efter att ha arbetat i jorden-månens bana i 4–5 dagar gick varje sond in i en månförvärvsbana. Efter att ha kommit in i sina målbanor, genomfört tre bromsmanövrar och upplevt tre olika omloppsfaser, utförde Chang'e 1 och Chang'e 2 sina uppdrag.

Attitydkontroll

Månbanor måste förbli ordentligt orienterade med avseende på jorden, månen och solen. Alla detektorer ombord måste hållas vända mot månytan för att kunna slutföra sina vetenskapliga uppdrag, kommunikationsantenner måste vända mot jorden för att kunna ta emot kommandon och överföra vetenskapliga data, och solpaneler måste orienteras mot solen för att få kraft. Under månens bana rör sig också jorden, månen och solen, så attitydkontroll är en komplex trevektorkontrollprocess. Chang'e -satelliterna måste anpassa sin inställning mycket noggrant för att bibehålla en optimal vinkel mot alla tre kropparna.

Undvik risk

Under den andra fasen av programmet, där rymdfarkosten var tvungna att mjuklanda på månytan, var det nödvändigt att utarbeta ett system för automatisk undvikande av faror för att landarna inte skulle försöka röra på olämplig terräng. Chang'e 3 använde ett datorsynssystem där data från en nedåtvänd kamera, samt 2 olika enheter, behandlades med specialiserad programvara. Programvaran kontrollerade de sista etapperna av nedstigningen och justerade rymdfarkostens inställning och gasreglaget för dess huvudmotor. Rymdfarkosten svävade först på 100 meter (330 fot), sedan på 30 meter (98 fot), när den letade efter en lämplig plats att sätta ner. Den Yutu rover är också utrustad med framåtvända stereokameror och riskundvikande teknik.

Samarbete med Ryssland

I november 2017 tecknade Kina och Ryssland ett avtal om kooperativ mån- och djuputforskning av rymden. Avtalet omfattar sex sektorer som täcker mån och djupt utrymme, gemensam rymdfarkostutveckling, rymdelektronik, jordens fjärranalysdata och övervakning av rymdskräp. Ryssland kan också försöka utveckla närmare band med Kina i mänsklig rymdfärd, och till och med flytta sitt mänskliga rymdfärdssamarbete från USA till Kina och bygga en bemannad månlandare.

Galleri

• 

  Chang'e 4 lander på månen

• 

  Yutu-2- rover på ytan

Se även

• Kinesiskt rymdprogram
  • Tianwen -1 - Mars -uppdrag 2020
• Utforskning av månen
• Lista över uppdrag till månen

Referenser

externa länkar

• CLEP officiella webbplats
• Datalösning och informationsservicesystem för Kinas månutforskningsprogram
• "Kinas Lunar Exploration Program - engelska" . The People's Daily online . Hämtad 21 januari 2021 .
• Encyclopedia Astronautica
• De vetenskapliga målen för det kinesiska månutforskningsprojektet av 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) och Jiāng Jǐngshān (姜 景山) (2005). "Vetenskapliga mål och nyttolaster för Chang'E-1-månens satellit" (PDF) . Journal of Earth System Science . 114 (6): 789–794. Bibcode : 2005JESS..114..789H . doi : 10.1007/BF02715964 . S2CID  128428662 .CS1 -underhåll: flera namn: författarlista ( länk )