Chang'e 5

Chang'e 5
Nivel de aterrizaje y avance
ID de NSSDC	2020-087A
Objetivo de la misión	Luna de la tierraPlantilla: sonda / mantenimiento / objetivo del cuadro de información
Cliente	CNSAPlantilla: sonda de Infobox / mantenimiento / cliente
Lanzacohetes	5 de marzo largoPlantilla: sonda Infobox / mantenimiento / cohete portador
construcción
Masa de despegue	8,2 tPlantilla: sonda de Infobox / mantenimiento / masa de lanzamiento
Curso de la misión
Fecha de inicio	23 de noviembre de 2020Plantilla: Sonda del cuadro de información / mantenimiento / fecha de inicio
plataforma de lanzamiento	Cosmódromo de WenchangPlantilla: sonda de Infobox / mantenimiento / plataforma de lanzamiento
Plantilla: sonda de Infobox / mantenimiento / historial 23 de noviembre de 2020 empezar 28 de noviembre de 2020 Entrada a la órbita lunar 1 de diciembre de 2020 Aterrizando en la luna 3 de diciembre de 2020 Comienza desde la superficie de la luna. 5 de diciembre de 2020 Acoplamiento con el orbitador 13 de diciembre de 2020 Orbitador deja la órbita lunar 16 de diciembre de 2020 El aterrizaje de la cápsula de retorno en Earth Orbiter se interrumpe para continuar la misión a 15 de marzo de 2021 Orbita alrededor de L 1 en el sistema Tierra-Sol. 30 de agosto de 2021 Inicio del vuelo de regreso al sistema Tierra-Luna ? Fin de la misión de seguimiento

Chang'e 5 ( chino 嫦娥 五號 / 嫦娥 五号, Pinyin Cháng'é Wǔhào ) es una sonda espacial no tripulada de la República Popular China para la exploración lunar, que se lanzó el 23 de noviembre de 2020 a las 8:30 p.m. ( UTC). ). El 1 de diciembre de 2020 a las 3:11 p.m., la sonda aterrizó al noreste del macizo volcánico Mons Rümker en Oceanus Procellarum . Desde allí, trajo 1731 g de polvo lunar y muestras de rocas a la tierra. Chang'e 5 fue la primera misión de retorno de China y la primera misión de retorno de muestra lunar desde la misión soviética Luna-24 en 1976. La sonda fue construida por la Academia China de Tecnología Espacial y lleva el nombre de la diosa lunar china Chang'e .

visión de conjunto

El Programa Lunar de la República Popular China , lanzado oficialmente el 24 de enero de 2004 por el Primer Ministro Wen Jiabao después de trece años de trabajo preparatorio, consta de los Tres Grandes Pasos (大 三步):

1. Exploración no tripulada
2. Aterrizaje tripulado
3. Estacionar una tripulación permanente

La misión Chang'e 5 concluye el Primer Gran Paso, que a su vez se divide en los Tres Pequeños Pasos (小 三步):

1. En el Primer Pequeño Paso , Chang'e 1 entró en órbita lunar con Chang'e 1 en 2007 y Chang'e 2 en 2010.
2. El segundo pequeño paso consistió en aterrizar en la luna y explorar con un rover . Esta fase incluye la misión Chang'e 3 (2013) y la misión Chang'e 4 en la parte posterior de la luna a partir de enero de 2019.
3. En el tercer pequeño paso , se recolectaron 5 muestras con Chang'e del lado de la luna que mira hacia la Tierra y se llevaron a la Tierra. Con Chang'e 5-T1 ya estaba el reingreso de la nave espacial fue probado con éxito en la atmósfera de la Tierra desde la órbita lunar.

Estas misiones están destinadas a preparar un alunizaje tripulado en la década de 2030 y, en un futuro lejano, una base lunar permanentemente ocupada en el borde sur de la cuenca Aitken del Polo Sur en el lado opuesto de la luna. Por ejemplo, la gente está pensando en extraer oxígeno del óxido de hierro (III) en el material de la superficie de la luna .

Curso de la misión

La sonda de 8 m de altura tenía un peso total de despegue de 8,25 t, de las cuales 5,45 t eran combustible diergoler . La sonda consta de cuatro módulos:

• el módulo de aterrizaje que se suponía que debía recolectar alrededor de 2 kg de roca,
• una etapa de ascenso conectada que devolvió las muestras a una órbita lunar,
• el orbitador al que se acopló la etapa de ascenso con una maniobra de encuentro automática,
• la cápsula de reentrada que devolvió las muestras a la Tierra.

El Langer Marsch 5 fue elegido como vehículo de lanzamiento . Después de un accidente que involucró a este cohete el 2 de julio de 2017, la sonda completamente probada y lista para lanzar se almacenó en una sala de la base de desarrollo y producción para naves espaciales de gran tamaño de la Academia China de Tecnología Espacial en Tianjin . La sonda se verificó a principios de marzo de 2020.

Comience y gire en una órbita lunar

El lanzador en el lanzamiento

La sonda se lanzó desde el cosmódromo de Wenchang el 23 de noviembre de 2020 a las 8:30:12 p.m. UTC (24 de noviembre, 4:30:12 a.m. hora local) . Además de los requisitos resultantes de la posición relativa de la tierra y la luna, y la protección contra el viento solar que la masa del globo ofrece al cohete durante la noche, una de las razones para la elección de la ventana de lanzamiento mucho después de la medianoche fue el tiempo en Hainan . En este momento hay relativamente poco viento y apenas hay cambios en el clima. La capa de nubes es más delgada antes del amanecer, lo que significa menos atenuación para la transmisión de datos de telemetría en la banda de microondas. La fina capa de nubes hace que sea más fácil seguir el camino con telescopios, y también es más fácil monitorear la forma de las llamas del motor para el análisis de fallas en caso de accidentes por la noche que con un cielo brillante de fondo.

Después de la separación de la primera etapa, la segunda etapa se encendió y llevó la sonda a una órbita de estacionamiento, donde permaneció inactiva por un corto tiempo. Luego, la segunda etapa se volvió a encender y llevó la sonda a transferir la órbita a la luna. Después de dos maniobras de corrección de órbita programadas el 24 y 25 de noviembre, la sonda llegó a la luna el 28 de noviembre de 2020 tras un tiempo de vuelo de 112 horas. A las 12:58 UTC, el motor de 3 kN del orbitador se encendió durante 17 minutos a una distancia de 400 km de la superficie lunar . Como resultado, la sonda se desaceleró a menos de la velocidad de escape (2,3 km / s) del satélite terrestre, fue empujada hacia el campo gravitacional de la luna y giró en una órbita alargada con una órbita de ocho horas como estaba planeado. Después de tres órbitas a la luna, se llevó a cabo otra maniobra de frenado el 29 de noviembre a las 12:23 p.m. UTC y la sonda se bajó a una órbita circular a una altitud de 200 km. La inclinación de la órbita al ecuador de la luna también se modificó ligeramente.

Alunizaje

Lugar de aterrizaje de Chang'e 5
El lugar de aterrizaje 20 km al oeste del surco lunar Rima Sharp cerca del macizo de Louville  ω
posición	43,1 °  N , 51,8 °  W Coordenadas: 43 ° 6 '0 "  N , 51 ° 48' 0"  W.Luna 43,1 -51,8

Lugar de aterrizaje de Chang'e 5 cerca del macizo de Louville ω (hablado: Louville Omega) al oeste del surco lunar de Rima Sharp

Imagen LRO del 2 de diciembre de 2020 con el módulo de aterrizaje y el nivel de ascenso.

El Oceanus Procellarum en el noroeste del frente de la luna había sido elegido como la ubicación para el muestreo . Además de consideraciones prácticas como el terreno relativamente plano, que permite un aterrizaje seguro, y la buena radiación solar, es decir, suficiente suministro de energía, se esperaba que este lugar de aterrizaje proporcionara una mejor comprensión de la actividad volcánica en la luna. Después de la evaluación de muestras de suelo que habían sido devueltas por las sondas soviéticas y los astronautas del Apolo de áreas más al este, se asumió que se alcanzó el máximo de actividad volcánica hace 3.500 millones de años, pero luego desde el comienzo de la era Eratosthenischen antes de hace 3.150 millones de años lentamente. debilitado. Sin embargo, observaciones más recientes desde la órbita sugieren que los volcanes activos pueden haber existido hace mil millones o dos. Si se encontraran mayores cantidades de los elementos radiactivos generadores de calor uranio y torio en las muestras de suelo traídas de Chang'e 5, esto mejoraría nuestra comprensión de esos procesos y la estructura interna de la luna .

Dado que la temperatura en la superficie lunar fluctúa entre 127 ° C bajo la luz solar directa y -183 ° C durante la noche lunar, los ingenieros que trabajan con el gerente del proyecto Lai Xiaoming (赖小明) temían que las plataformas de excavación y perforación con sus brazos mecánicos se expandieran. y contrato como resultado de que el Metal podría dañarse. Por lo tanto, se intenta llevar a cabo toda la misión en un día lunar.

El 27 de noviembre de 2020 , salió el sol en el lugar de aterrizaje previsto, el macizo montañoso volcánico Mons Rümker . El 29 de noviembre de 2020 a las 8:40 p.m. UTC, el módulo de aterrizaje con la etapa de ascenso montada en él se desacopló del orbitador e inició la aproximación de aterrizaje. Después de separarse del orbitador a una altitud de 200 km, el módulo de aterrizaje con la etapa de ascenso montada en él tuvo que bajar su órbita en dos etapas.

El proceso de aterrizaje real se inició el 1 de diciembre de 2020 a las 14:57 UTC. El motor principal controlable del módulo de aterrizaje (ver más abajo) redujo gradualmente la velocidad horizontal de la sonda de 1,7 km / sa cero mientras al mismo tiempo se enderezaba. Al igual que con las dos sondas anteriores , Chang'e 3 y Chang'e 4 , el módulo de aterrizaje de funcionamiento autónomo se detuvo a unos 100 m sobre el suelo para obtener una visión general del terreno utilizando su escáner láser tridimensional . El módulo de aterrizaje buscó de forma independiente un lugar nivelado libre de rocas, ya que el módulo de aterrizaje funcionaría más tarde como una plataforma de lanzamiento para la etapa de ascenso (ver más abajo), esto era incluso más importante que con las sondas anteriores, sobre las que luego descendió lentamente. , evitando la formación de polvo si es posible. Después de 14 minutos, a las 15:11 UTC, Chang'e 5 aterrizó en la luna. El lugar exacto de aterrizaje se encuentra a 51.837 ° de longitud oeste y 43.099 ° de latitud norte, en la llanura al noreste de Mons Rümker y 20 km al oeste del surco lunar de Rima Sharp cerca del macizo de Louville Omega . Después de aterrizar, la sonda desplegó sus módulos solares y la antena direccional.

Muestreo

Después de aterrizar y desplegar los módulos solares, primero se soltó el mecanismo de bloqueo del mecanismo de perforación, luego la sonda comenzó a tomar una muestra de suelo con su taladro de perforación (ver más abajo). El radar de penetración terrestre del módulo de aterrizaje reveló que no solo había una losa de roca oculta debajo del lugar de aterrizaje, sino también varias capas de rocas más pequeñas. Si este último hubiera entrado en el núcleo de perforación sin daños, habrían formado "nudos" duros en el tubo de aramida que podrían haber obstaculizado el bobinado. Por lo tanto, después de considerar todos los factores, como el consumo de energía al perforar a través de la losa de roca dura, se tomó la decisión de profundizar solo 1 m en la profundidad en lugar de los 2 m deseados. Eso fue sin ningún problema. El núcleo de perforación, protegido por el tubo de aramida, se enroló y se guardó en un contenedor de transporte cilíndrico, que se selló para evitar que se mezclara con las otras muestras de suelo. Este proceso se completó después de dos horas el 1 de diciembre de 2020 a las 8:53 p.m. UTC. Luego, la sonda comenzó a usar su pala excavadora para tomar muestras de material de la superficie en 12 ubicaciones alrededor del módulo de aterrizaje, lo que tomó un total de 15 horas. Cada cucharada llena de regolito se empacó individualmente en un tubo de muestra y luego se colocó en otro contenedor de transporte desarrollado por el Instituto de Investigación 510 de la Academia China de Tecnología Espacial en Lanzhou . A continuación, este cilindro también se selló herméticamente. El 2 de diciembre de 2020 a las 2 p.m. se completó todo el muestreo.

Antes del aterrizaje, se dispuso de los resultados de las mediciones de teledetección sobre la composición de la roca en la zona de aterrizaje. En consecuencia, es basalto con un bajo contenido de titanio . Contiene una fracción de masa de alrededor del 6 al 9 por ciento de óxido de titanio (IV) (TiO ₂ ), mientras que la proporción de óxido de hierro (II) (FeO) en la región de basalto es de alrededor del 17,5 por ciento. Las muestras de suelo deberían proporcionar información más precisa al respecto. El área de aterrizaje se encuentra en un contexto geológico más amplio, ya que la meseta es relativamente joven con un estimado de 1.300 millones de años. La mayor parte del vulcanismo lunar, por otro lado, ocurrió hace poco más de 2 mil millones de años, es decir, 700 millones de años antes.

Volver a empezar

La sonda aterrizó en un lugar plano sin cráteres ni protuberancias, el muestreo se realizó sin las dificultades temidas y, a las 19 horas, requirió significativamente menos tiempo del planeado. Finalmente, se dobló un pequeño asta de bandera en el módulo de aterrizaje y se extendió la bandera nacional hecha de fibra sintética que no se decolora. El 3 de diciembre de 2020 a las 12:07 p.m. UTC, comenzó la cuenta regresiva para el inicio de la etapa de ascenso. Los paneles solares del módulo de aterrizaje se doblaron y colocaron verticalmente para evitar daños. A las 3:10 p.m., se liberó el bloqueo entre el módulo de aterrizaje y el escalón de ascenso de 800 kg y un mecanismo de resorte empujó este último hacia arriba. Luego se encendió el motor de 3 kN de la etapa de ascenso; los gases calientes de la combustión fueron desviados hacia un lado por un pequeño deflector de flujo en el módulo de aterrizaje. Una cámara desarrollada por el Instituto de Investigación de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Relacionada con el Espacio en Beijing en la parte superior del módulo de aterrizaje filmó el proceso de despegue y lo transmitió a la Tierra.

El módulo de aterrizaje no era una plataforma de lanzamiento normal. Los ingenieros de la Academia China de Tecnología Espacial habían realizado numerosas pruebas en la tierra para asegurarse de que la etapa de ascenso podría haber comenzado incluso si el módulo de aterrizaje se hubiera detenido en una superficie inclinada 20 °. Gracias a un reconocimiento preliminar exhaustivo, incluso por parte del orbitador de la sonda de prueba Chang'e 5-T1 , que fotografió el lugar de aterrizaje planeado desde una altura de solo 15 km en abril de 2015, la inclinación real del módulo de aterrizaje hacia la horizontal fue de solo 2 °. Sin embargo, el cálculo exacto fue difícil. Todavía no hay una red de satélites de navegación en la luna; esto se construirá gradualmente a partir de la misión Chang'e 7 en 2024. Por lo tanto, el nivel de ascenso voló inicialmente verticalmente hacia arriba, determinó su posición con la ayuda de la red espacial china y sus propios sensores estelares y giró hacia una órbita fuertemente excéntrica con un periseleno de 15 km y un aposeleno de 180 km. Seis minutos después del despegue, tras una distancia de vuelo de unos 250 km, se apagaron los motores.

Maniobra de acoplamiento

Después de un total de cuatro maniobras de corrección de órbita, la etapa de ascenso atracó dos días después, el 5 de diciembre de 2020 a las 21:42 UTC, a una altitud de 200 km con el orbitador, una maniobra para la cual solo una ventana de tiempo de 3.5 horas estaba disponible. La parte superior del orbitador toroidal , en cuyo receso central se colocaría la cápsula de reentrada, estaba rodeada por una transmisión de presión y una cubierta protectora (marcada en amarillo en la ilustración de arriba) para el inicio desde la Tierra y la hora. en órbita lunar. Esta cubierta protectora , que previamente había protegido el complejo recubrimiento protector contra el calor de la cápsula de reentrada , desarrollado por el Instituto de Investigación de Materiales de la Academia China de Tecnología de Vehículos de Lanzamiento , de las grandes diferencias de temperatura en el espacio y los iones de la energía solar. viento , fue despedido poco antes de la cita con la etapa de ascenso. La etapa de ascenso y el orbitador se acercaron inicialmente de forma remota desde el Centro de Control Espacial de Beijing , luego de forma independiente desde una distancia de 100 km, ya que no era posible un control preciso debido al largo tiempo de propagación de la señal entre la luna y la tierra. Para la navegación en la última etapa, se utilizó un sistema de radar desarrollado por el 25 ° Instituto de Investigación de la Academia de Tecnología de Defensa con un transmisor en el orbitador y un respondedor en la etapa de ascenso, que también se utilizó de forma similar en 2017 cuando Se utilizó la nave espacial de transporte Tianzhou 1 que estaba acoplada con el laboratorio espacial Tiangong 2 . Para la misión a la luna, sin embargo, el peso de los dispositivos se había reducido a la mitad a alrededor de 4,4 kg. Además de determinar la posición, este sistema también utilizó este sistema para comunicarse entre el orbitador y la etapa de ascenso.

Separación de la etapa de ascenso (izquierda) y el orbitador (derecha)

A medida que se acercaba, el orbitador agarró con nueve garras de agarre dispuestas en tres grupos de tres por tres barras de agarre en forma de estrella en la parte superior del escalón de ascenso. Las garras se plegaron y tiraron de la plataforma de ascenso hacia el orbitador para que se colocara justo encima de la escotilla superior de la cápsula de reentrada. El contenedor con las muestras de suelo se trasladó a la cápsula de reingreso y esta se selló para evitar la contaminación con material terrestre en el aterrizaje. El acoplamiento tomó 21 segundos desde el primer contacto hasta el bloqueo. A las 22:12 UTC, exactamente media hora después del acoplamiento, se completó el proceso de transferencia.

El 6 de diciembre de 2020 a las 04:35 a.m. UTC, la etapa de ascenso se desacopló del orbitador y permaneció inicialmente en órbita lunar, que abandonó el 7 de diciembre de 2020 a las 22:59 UTC siguiendo un comando correspondiente del Centro de Control Espacial de Beijing. Media hora más tarde, a las 11:30 p.m., el nivel de ascenso golpeó la luna en 0 ° de longitud oeste y 30 ° de latitud sur; de esta manera se evitaron los desechos espaciales en el espacio cercano a la luna. El punto de impacto se encuentra entre los cráteres Regiomontanus y Walther en el suroeste del frente lunar .

regreso

Exponer la cápsula de reentrada

Después de seis días en órbita antigua, el orbitador realizó una maniobra de corrección orbital el 12 de diciembre de 2020 a las 01:54 UTC, aumentando el aposeleno de su órbita mientras mantenía el periseleno de 200 km. La órbita cambió de circular a elíptica. El 13 de diciembre de 2020 a las 01:51 a.m., cuatro propulsores de control de actitud, cada uno con un empuje de 150 N, se pusieron en marcha durante 22 minutos a una distancia de 230 km de la superficie lunar. Como resultado, el orbitador giró con la cápsula de reentrada a una órbita de transferencia a la Tierra. Otra maniobra de corrección de la órbita tuvo lugar el 16 de diciembre a la 1:15 a.m., durante la cual dos propulsores de control de actitud, cada uno con un empuje de 25 N, se encendieron durante 8 segundos. Medio día después, a las 5:00 p.m., el orbitador desplegó la cápsula de reentrada a una altitud de 5000 km sobre la tierra por orden del Centro de Control Espacial de Beijing . Luego, el orbitador encendió su motor para recuperar la distancia de la tierra.

El aterrizaje de la cápsula de reentrada tuvo lugar como en la misión de prueba Chang'e 5-T1 después de un descenso en dos partes con frenado atmosférico . La cápsula entró en la atmósfera por primera vez a las 17:33 UTC a una altitud de 120 km a una velocidad de 11,2 km / so 40.320 km / h. El escudo térmico ablativo en la parte inferior se calentó a 3000 ° C, mientras que la temperatura dentro de la cápsula era de solo 28,5 ° C. El escudo térmico consistía en un material que podía absorber una energía de 6 MW / m², el revestimiento de protección térmica en la pared lateral era todavía de 1,5 MW / m². Al poco tiempo, la cápsula encendió pequeños motores, abandonó la atmósfera y volvió a entrar en el espacio. Ahora su pared exterior se enfrió a -120 ° C, lo que ejerció una presión considerable sobre el material. La segunda entrada a la atmósfera fue de 7.8 km / so 28.080 km / h, aproximadamente la velocidad a la que las naves espaciales Shenzhou regresan de la órbita. Ahora el escudo térmico solo se calentó hasta 1800 ° C. A una altura de 10 km sobre el suelo, se desplegó el paracaídas estabilizador y poco después el paracaídas de frenado. El aterrizaje tuvo lugar el 16 de diciembre de 2020 a las 5:59 p.m. UTC en el área de la pancarta de Dörbed en Mongolia Interior .

Gracias a un cuidadoso seguimiento de la órbita , el lugar de aterrizaje se conocía con exactitud, y los equipos de rescate que operaban por separado, uno con helicópteros y otro con vehículos, tenían la cápsula a pesar de la oscuridad, el aterrizaje tuvo lugar a las 2 am hora local, y las temperaturas eran inferiores. 20 ° C en el nevado Llegó rápidamente a la estepa. Primero, se colocó un "camisón" de tres capas en la cápsula para protegerla del frío, luego se llevó en camión a la Base de Entrenamiento del Ejército Táctico de Zhurihe (中国人民解放军 陆军 朱 日 和 合同 战术 训练 基地) en el área. de la Derecha Söned Banner traído. Desde allí, la cápsula fue trasladada en un avión de transporte a Beijing , donde llegó a última hora de la tarde del 17 de diciembre de 2020 (hora local). Primero, la cápsula se llevó a la empresa de fabricación, la Academia China de Tecnología Espacial . Allí se abrió bajo la supervisión de la Agencia Espacial Nacional de China en presencia de representantes de la prensa y se retiró el contenedor con las muestras de suelo. En una ceremonia solemne en el edificio de la Agencia Espacial Nacional el 19 de diciembre de 2020, su director Zhang Kejian presentó el contenedor de muestra sin abrir a Hou Jianguo, presidente de la Academia de Ciencias de China desde el 25 de noviembre de 2020 .

La secuencia de la misión fue mucho más complicada que la de las sondas de retorno soviéticas de la Luna . Allí, la primera etapa de ascenso tenía que alcanzar una altitud de 54.500 km . Después de eso, sin embargo, regresó directamente a la Tierra en caída libre. En Chang'e 5, en cambio, el combustible solo tenía que llegar al orbitador en la órbita lunar en la etapa de ascenso. Esto permitió que se tomara más material de muestra de la luna, también porque la cápsula de reentrada de construcción robusta y, con 300 kg, relativamente pesada, no aterrizó en la luna, sino que permaneció en el orbitador.

Otra ventaja en comparación con el concepto Luna de 1969 es que, gracias al paso intermedio con el orbitador, que toma las muestras en la órbita lunar, las sondas Chang'e no solo pueden lanzarse desde las proximidades del ecuador lunar y directamente a la tierra, pero también, por ejemplo, de la región polar sur de la luna. El paso intermedio también hace que el horario sea más flexible, incluso si la etapa de ascenso sin calefacción y que solo funciona con energía solar debe comenzar antes del atardecer. Una de las cosas que debían probarse era si las cargas útiles del módulo de aterrizaje construido de manera similar podrían sobrevivir a la noche iluminada por la luna. Sin embargo, no fue posible volver a poner en funcionamiento el espectrómetro y el radar de penetración terrestre después del inicio de la etapa de ascenso el 3 de diciembre de 2020.

Motores

Los cuatro módulos del Chang'e 5 contenían un total de 77 motores hipergólicos fabricados por la Academy for Liquid Rocket Engine Technology , desde pequeños motores de control de actitud con 10  N , 25 N y 150 N de empuje hasta el motor principal del módulo de aterrizaje, cuyo empuje de 1,5 kN a 7, se podrían regular 5 kN. A diferencia de las sondas Chang'e 3 y Chang'e 4 , cuyos motores solo necesitaban funcionar hasta el aterrizaje, el desarrollo de Chang'e 5 se basó en el supuesto de que los motores de la etapa de ascenso durarían hasta diez días cargados electrostáticamente. El polvo lunar podría estar expuesto a los dispositivos de recolección de muestras . Se tomaron medidas especiales de protección contra el polvo en estos motores para garantizar un regreso seguro de la etapa de ascenso a la órbita lunar.

Cargas útiles de Lander

El módulo de aterrizaje, basado en el autobús Chang'e 3 , estaba equipado con un telémetro láser , un escáner láser de imágenes tridimensionales y una cámara de aterrizaje para el proceso de aterrizaje de obstáculos para evitar automáticamente, así como una cámara panorámica, un espectrómetro y un radar terrestre con el que se deberían rastrear y evitar si es necesario los cantos rodados de superficie incrustados en el regolito , que podrían ser peligrosos para el taladro.

Se utilizaron dos dispositivos para tomar las muestras de suelo:

• Un taladro de perforación de núcleo con cabeza de carburo de tungsteno desarrollado en la Universidad Politécnica de Harbin y construido en la Fábrica 529 de la Academia de Tecnología Espacial (航天 五 院 529 厂) en Beijing , que funciona según el principio de un taladro de percusión a través de la roca con un máximo de Mohs dureza de 8 a 2 m Debe penetrar profundamente y perforar al menos un testigo . Un tubo de pared delgada hecho de aramida pasaba por el interior de la broca hueca , que se cerraba y se levantaba después del final del proceso de perforación por medio de un mecanismo de alambre de resorte cosido en el extremo inferior. Por un lado, la manguera mantenía unido el material del núcleo de perforación, evitaba que se mezclara y conservaba así la secuencia de las distintas capas de suelo. Por otro lado, el tubo de aramida suave permitió doblar y enrollar el núcleo de perforación para que encaje en el escalón de ascenso.

• Para las muestras de regolito de la superficie lunar, se utilizó un brazo mecánico, también desarrollado en Harbin, con una pequeña pala excavadora al final. El brazo de 3,7 m de largo y solo 3,1 kg de un compuesto de matriz de aluminio - carburo de silicio - metal (AlSiC) hizo posible, gracias a varias juntas y un rango de giro de 120 °, tomar muestras en un área de siete a ocho metros cuadrados. Cada cucharada llena de regolito se empacó primero individualmente en el extremo frontal del brazo usando un mecanismo de vibración y separación y luego se colocó en un recipiente de muestra directamente detrás de él. Esto aseguró que las muestras de diferentes lugares en las cercanías del país no entraran en contacto entre sí. Cuando el receptáculo de la muestra estuvo lleno, todo el mecanismo se levantó en el escalón y se separó del brazo en la junta de la paleta.

El taladro y la excavadora se colocaron en lados opuestos de la sonda, que aterrizó con la excavadora en el lado soleado y el taladro en la sombra. Trabajar con la excavadora era relativamente exigente y querían que los técnicos del Centro de Control Espacial de Beijing tuvieran una buena vista del suelo. Por otro lado, se temía que el taladro pudiera sobrecalentarse. El dispositivo con un consumo de energía de unos buenos 1000 W fue diseñado de tal manera que todavía funcionaba correctamente a temperaturas de hasta 180 ° C (la temperatura máxima de trabajo para los taladros en la tierra es de 100 ° C), pero como precaución, el taladro estaba mejor colocado a la sombra.

Muestras de terreno

La relación entre las muestras de superficie recolectadas con la pala excavadora y el material perforado fue de alrededor de 3: 1, casi 1,5 kg de material de superficie y casi 300 g de material de las capas más profundas. La cantidad total originalmente prevista de 2 kg era la cantidad máxima que se podía transportar a la órbita lunar con el empuje dado de los motores. Sin embargo, en vista del subsuelo inesperadamente rocoso (ver arriba), la muestra de perforación quedó satisfecha con una cantidad que era más de 200 g menos para no poner en peligro la misión. Cuando se pesó el recipiente de la muestra después de que la sonda regresó, se encontró que se habían recolectado exactamente 1731 g de suelo. A modo de comparación: la sonda soviética Luna 24 perforó a una profundidad de 2,25 m en 1976. Sin embargo, dado que la perforadora era más delgada, solo obtuvo 170 g de material.

Después de que la Agencia Espacial Nacional China entregó el contenedor aún sellado con las muestras de suelo a la Academia de Ciencias el 19 de diciembre de 2020, fue escoltado a través de Beijing hasta la sede del Observatorio Astronómico Nacional en la calle Datun. Allí se había construido un laboratorio especial desde 2015, en el que se pueden examinar y almacenar las muestras de suelo. Uno de los problemas con el estudio de muestras de suelo de la luna es que solo tiene una exosfera muy delgada , cercana al vacío. Si el contenedor hubiera sido dañado o abierto incorrectamente al aterrizar, el aire terrestre y las partículas de polvo habrían sido aspiradas inmediatamente y contaminaron las muestras de suelo. Por lo tanto, las muestras se sellaron primero a prueba de gas en la luna. Dado que la cápsula de reentrada también se cerró herméticamente después de que se transfirió el recipiente de la muestra, lo cual era necesario para la protección contra el calor en el momento del aterrizaje, las muestras se protegieron contra la contaminación varias veces.

El almacenamiento ex situ a largo plazo de las muestras lunares se lleva a cabo en una instalación de la Universidad de Hunan en Shaoshan , el lugar de nacimiento de Mao Zedong , que cumple con las regulaciones de control de desastres . Algunas de las muestras se exhiben en el Museo Nacional de China en Beijing; esto debería mantener viva a la población interesada en la ciencia y la tecnología . Otros museos pueden tomar prestadas muestras de suelo por un período de hasta dos meses; este período puede extenderse un mes a pedido. La primera exposición con una muestra de suelo fuera de Beijing tuvo lugar en Hong Kong del 26 de junio al 9 de julio de 2021 . Además, algunas de las muestras de suelo se entregarán a la Oficina de Asuntos del Espacio Ultraterrestre de las Naciones Unidas para su posterior distribución y se utilizarán como obsequios en visitas de estado.

Comisión de expertos para muestras de suelo de la luna

El material de suelo almacenado en los Observatorios Nacionales, que representa la mayor parte de la cantidad total, se dividió en porciones más pequeñas. Abril de 2021, se publica un catálogo correspondiente con fotos de los granos de arena y rocas en el sitio web del programa lunar, donde los científicos nacionales y extranjeros pueden enviar solicitudes de usuario. Los datos y hallazgos obtenidos de las muestras de suelo, así como los datos obtenidos por el espectrómetro de la sonda y el radar de penetración terrestre entre el 1 y el 3 de diciembre de 2020 en la Luna, pueden ser accedidos por usuarios registrados en la misma página.

Se pueden tomar prestadas muestras de suelo, si está bien justificado, también para métodos de investigación en los que se destruye el material. En este último caso, sin embargo, el experimento respectivo debe documentarse en video para tener evidencia del paradero del material. Las aplicaciones son aprobadas por el Centro de Exploración Lunar y Proyectos Espaciales de la Agencia Espacial Nacional de China después de que hayan sido evaluadas y priorizadas por la Comisión de Expertos en Muestras de Suelo de la Luna (月球 样品 专家 委员会). Esta comisión, con un mandato de cuatro años cada una, está formada por un presidente y de ocho a diez miembros más, siendo el presidente no mayor de 70 años en el momento de asumir el cargo, el resto de miembros un máximo de 65 (el estatuto la edad de jubilación en China es de 60 años para los hombres y 55 para las mujeres). Los comisionados son propuestos por el Ministerio de Educación , el Ministerio de Ciencia y Tecnología , el Ministerio de Recursos de la Tierra , la Academia de Ciencias de China y la Fundación Nacional de Ciencias Naturales . Sobre la base de estas sugerencias, la Agencia Espacial Nacional selecciona a los miembros del comité después de amplias consultas y teniendo en cuenta solo sus calificaciones profesionales; la consideración de los aspectos de política exterior, etc. no se lleva a cabo hasta la aprobación final de las solicitudes de usuario por parte de la Oficina Nacional. Agencia Espacial. La primera comisión está formada por los siguientes miembros:

• Zhu Rixiang (朱 日 祥, * 1955), Instituto de Geología y Geofísica de la Academia de Ciencias de China, Presidente
• Xu Yigang (徐义刚, * 1966), Instituto de Geoquímica, Academia China de Ciencias, Guangzhou
• Hou Zengqian (侯增谦, * 1961), vigilantes de depósitos , vicepresidente de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales
• Zheng Yongfei (郑永飞, * 1959), Facultad de Ciencias de la Tierra y el Espacio , Universidad China de Ciencia y Tecnología , Hefei
• Liu Jianjun (刘建军), Observatorios Astronómicos Nacionales de la Academia de Ciencias de China
• Wan Yusheng (万 渝 生, * 1958), Centro de Pekín para sondas de iones
• Shen Bing (沈 冰), Facultad de Ciencias de la Tierra y el Espacio, Universidad de Beijing
• Hui Hejiu (惠 鹤 九), Departamento de Geociencias e Ingeniería Geotécnica de la Universidad de Nanjing
• Li Ziying (李子颖, * 1964), geólogo, Corporación Nuclear Nacional de China

Si es necesario, la comisión también puede invitar a expertos extranjeros de los campos especializados pertinentes a participar en sus reuniones. Sin embargo, el número de extranjeros que participan en una reunión no puede exceder de 1/3 de los miembros del comité, es decir, tres para el período 2021-2025. Los expertos extranjeros tienen derecho a votar en las decisiones sobre la asignación de muestras de suelo.

La primera ronda de premios tuvo lugar el 11 de junio de 2021. Los solicitantes de muestras de suelo tuvieron que hacer una presentación en Powerpoint de diez minutos de su proyecto de investigación y luego responder a las preguntas de los expertos durante otros tres minutos. Ningún instituto de investigación extranjero se postuló para esta ronda. La mayoría de los solicitantes eran universidades e instituciones de la Academia de Ciencias de China, pero también representantes de la industria como la Academia de Tecnología Espacial de China (una subsidiaria de la Corporación de Ciencia y Tecnología Aeroespacial de China ) y el Instituto de Investigación Geológica de Beijing del Centro Nacional Nuclear de China. Corporation (核 工业 北京 地质 研究院), el material necesario para dos proyectos de investigación. Un mes después, el 12 de julio de 2021, la comisión de expertos había tomado su decisión. Se aprobaron 31 de 37 solicitudes, en su mayoría proyectos de investigación sobre vulcanismo en la luna y la historia del desarrollo de la luna. Se emitieron muestras lunares con un peso total de 17,4764 g. Otra ronda de premios tendrá lugar en septiembre de 2021.

Exposición en el Museo Nacional

El 27 de febrero de 2021, se inauguró una exposición titulada "Moon Sample 001" (月球 样品 001 号) en el Museo Nacional de China en Beijing. Además de la cápsula de reingreso original y su paracaídas, así como más de otros 40 objetos del programa lunar de la República Popular China, se exhiben 100 g del material de muestra en un recipiente en forma de Zun hecho de cristal de plomo. , la cantidad alusiva al centenario del Partido Comunista en 2021 que representa China . Las dimensiones del contenedor también son simbólicas: la altura de 38,44 cm representa la distancia media de 384.400 km entre la tierra y la luna, el ancho de 22,89 cm para la duración de la misión de 22,89 días. El contenedor simboliza así las dimensiones espacial y temporal de la misión.

En la parte inferior del contenedor, se muestra un mapa del mundo en vidrio lijado, en el que se pule el territorio de China, que se supone que simboliza el interés chino por la luna, que existe desde la Edad del Bronce (el calendario lunar). de ese tiempo todavía se usa hoy para calcular las vacaciones). En el medio del contenedor, a una distancia de 9,9 cm de la "Tierra", hay una cavidad esférica que se supone que representa a la luna y donde se encuentra el material de muestra real, con el doble nueve para las nueve esferas del Cielo. (九霄) representa, por otro lado, la esfera más alta (九重) que los ingenieros del programa lunar habían alcanzado con la misión.

El recipiente con la muestra de suelo se exhibirá posteriormente en otros museos del país.

Misión de seguimiento

Después de que el orbitador desplegó la cápsula de reentrada cerca de la tierra el 16 de diciembre de 2020, encendió su motor e inicialmente voló de regreso hacia la luna , como en la misión de prueba Chang'e 5-T1 . Dado que el vehículo de lanzamiento había llevado la sonda a la órbita de transferencia a la luna con gran precisión al comienzo de la misión, el número de maniobras de corrección de la órbita necesarias en el curso posterior se había reducido considerablemente, lo que significaba importantes ahorros de combustible. Después del final de la misión principal, el orbitador todavía tenía más de 200 kg de combustible. Por lo tanto, fue enviado en una misión de seguimiento al punto interior de Lagrange L _{1 del} sistema sol-tierra, a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra . Se definieron como objetivos de la misión de seguimiento los siguientes:

1. Prueba y verificación del cálculo de una órbita de transferencia al punto L ₁ así como las tecnologías necesarias para controlar una sonda en este punto.
2. Realice observaciones a largo plazo cerca del punto L ₁ . Prueba y verificación del cálculo de una órbita alrededor del punto L ₁ y las tecnologías necesarias para controlar una sonda en este punto.
3. Medición de la irradiación luminosa y la exposición a radiaciones radiactivas en las proximidades del punto L ₁ . Verificación de la capacidad de los sistemas de a bordo para operar bajo estas cargas.
4. Prueba de seguimiento, control y comunicación de la órbita con una sonda durante un llamado "Sun Outage", en el que el orbitador se dirige directamente a la línea de visión sol-tierra para que sus señales sean eclipsadas por el sol.

El interés de la Agencia Espacial Nacional en el punto L _{1 de} Lagrange _del sistema sol-tierra se basa en el hecho de que una sonda colocada allí puede observar continuamente el sol sin ser oscurecido por la tierra o la luna, un factor que contribuye a el Ejemplo también fue utilizado en el Observatorio Solar y Heliosférico (SOHO) por la ESA y la NASA. También es un punto ideal para observar el lado de la tierra que mira hacia el sol. Después de completar los experimentos en el punto L ₁ , se tomará una decisión sobre las misiones de seguimiento posteriores después de verificar el estado del orbitador.

El 21 de diciembre de 2020, la responsabilidad del orbitador en el Centro de Control Espacial de Beijing se transfirió de la sala de control principal al Grupo de Atención a Largo Plazo (长期 管理 团队), que también es responsable del telescopio ultravioleta aún activo en el módulo de aterrizaje. de la sonda lunar Chang'e 3 , se encarga de tres componentes de Chang'e 4 y la sonda de Marte Tianwen-1 . Cuando el orbitador abandonó la Tierra después de que se desplegó la cápsula de reentrada, todavía viajaba a una velocidad de más de 10 km / s. Para el 19 de enero de 2021, los ingenieros lo habían frenado a 4 km / s. Después de un total de dos maniobras de corrección de órbita y dos maniobras de cambio de órbita más grandes, el orbitador giró después de 88 días de tiempo de vuelo el 15 de marzo de 2021 a las 05:29 UTC en una órbita periódica , es decir , no una órbita de Lissajous , alrededor del punto L de Lagrange. _{1 del} sistema sol-tierra a. Un ciclo tomó alrededor de seis meses, similar al SOHO con 178 días.

El 30 de agosto de 2021, después de poco menos de una órbita, el orbitador cambió su trayectoria para llevarlo de regreso al sistema Tierra-Luna. El 9 de septiembre de 2021, el orbitador estaba nuevamente cerca de la luna.

enlaces web

• Descripción detallada de la misión (inglés)
• Animación por computadora de la secuencia de la misión (chino)
• Sitio web especial de la Agencia Espacial Nacional con mensajes, imágenes y videos sobre la misión (chino)
• Mapa detallado de la situación del país con descripción de las estructuras lunares (finlandés)

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