Китайская программа исследования Луны - Chinese Lunar Exploration Program

Китайская программа исследования Луны
CLEP.png
Знак отличия программы: полумесяц с двумя следами в центре. Символ напоминает月, китайский иероглиф «Луна».
Страна  Китай
Организация Национальное космическое управление Китая (CNSA)
Цель Миссии Роботизированной Луны
Положение дел Активный
История программы
Продолжительность 2004-настоящее время
Первый полет Чанъэ 1 , 24 октября 2007 г., 10: 05: 04.602  UTC ( 2007-10-24UTC10: 05: 04Z )
Последний полет Chang'e 5 , 23 ноября 2020 г., 20:30  UTC ( 2020-11-23UTC20: 30Z )
Успехов 7
Неудачи 0
Запустить сайт (ы)
Информация об автомобиле
Автомобиль (а) без экипажа лунные орбитальные аппараты , спускаемые аппараты , вездеходы и космические аппараты для возврата образцов
Ракета-носитель (и)

Китайский Лунный Exploration Program ( CLEP , китайский :中国探月; пиньинь : Чжунго Tànyuè ), также известный как Чанъэ проекта ( китайская :嫦娥工程; пиньинь : Чанъэ Gongcheng ) после китайской богини Луны Чанъэ , это продолжающаяся серия роботизированных полетов на Луну, проводимых Национальным космическим управлением Китая (CNSA). Программа включает в себя лунные орбитальные аппараты , спускаемые аппараты , вездеходы и космические аппараты для возврата образцов , запускаемые с помощью ракет Long March . Запуск и полеты контролируются системой телеметрии, слежения и управления (TT&C), которая использует 50-метровые (160-футовые) радиоантенны в Пекине и 40-метровые (130-футовые) антенны в Куньмине , Шанхае и Урумчи для формируют РСДБ- антенну на 3000 километров (1900 миль) . За прием данных по нисходящей линии связи отвечает собственная наземная прикладная система.

Оуян Цзыюань , геолог, космолог-химик и главный научный сотрудник программы, был одним из первых, кто выступил за использование не только известных лунных запасов металлов, таких как титан , но и гелия-3 , идеального топлива для ядерной термоядерной энергетики в будущем. растения. Ученый Сунь Цзядон - генеральный разработчик программы, а Сунь Цзэчжоу - заместитель генерального дизайнера. Ведущий менеджер программы - Луан Энджи.

Первый космический аппарат программы, лунный орбитальный аппарат Chang'e 1 , был запущен с космодрома Xichang 24 октября 2007 года, что было отложено по сравнению с первоначально запланированной датой 17–19 апреля 2007 года. Второй орбитальный аппарат, Chang'e 2 , был запущен 1 октября 2010 года. Chang'e 3 , который включает посадочный модуль и марсоход, был запущен 1 декабря 2013 года и успешно совершил мягкую посадку на Луну 14 декабря 2013 года. Chang'e 4 , который включает посадочный модуль и марсоход , был запущен 7 декабря 2018 года и приземлился 3 января 2019 года в бассейне Южный полюс - Эйткен , на обратной стороне Луны. Миссия по возврату образцов, Chang'e 5 , которая стартовала 23 ноября 2020 года и вернулась 16 декабря того же года, доставила на Землю 1731 г (61,1 унции) лунных образцов .

Как указывает официальный знак различия, форма каллиграфического зарождающегося лунного полумесяца с двумя человеческими следами в центре напоминает китайский иероглиф 月, китайский иероглиф «Луна», конечная цель программы - проложить путь для пилотируемая миссия на Луну. Глава Национального космического управления Китая Чжан Кэцзянь объявил, что Китай планирует построить научно-исследовательскую станцию ​​на южном полюсе Луны «в течение следующих 10 лет» (2019–2029 гг.).

Структура программы

Китайская программа исследования Луны разделена на четыре основных операционных этапа, каждая из которых служит демонстратором технологий при подготовке к будущим миссиям. Китай приглашает к международному сотрудничеству в виде различной полезной нагрузки и роботизированной станции.

Фаза I: орбитальные миссии

Первая фаза повлекла за собой запуск двух лунных орбитальных аппаратов и сейчас фактически завершена.

  • Chang'e 1 , запущенный 24 октября 2007 года на борту ракеты Long March 3A , просканировал всю Луну с беспрецедентной детализацией, создав трехмерную карту высокого разрешения, которая послужит ориентиром для будущих мягких посадок. Зонд также нанес на карту содержание и распределение различных химических элементов на поверхности Луны в рамках оценки потенциально полезных ресурсов.
  • Chang'e 2 , запущенный 1 октября 2010 года на борту ракеты Long March 3C , достиг Луны менее чем за 5 дней, по сравнению с 12 днями для Chang'e 1, и нанес на карту Луну еще более детально. Затем он покинул лунную орбиту и направился к Земле-ВС L 2 точки Лагранжа для того , чтобы тестировать сеть TT & C. Сделав это, он завершил облет астероида 4179 Тутатис 13 декабря 2012 года, прежде чем отправиться в глубокий космос для дальнейшего тестирования сети TT&C.

Фаза II: мягкие посадочные аппараты / вездеходы

Возвращение лунной миссии Chang-e 5
До Chang-e 5 возврат проб не производился более четырех десятилетий.

Вторая фаза продолжается и включает космические корабли, способные совершать мягкую посадку на Луну и запускать луноходы .

  • Chang'e 3 , запущенный 2 декабря 2013 года на борту ракеты Long March 3B , приземлился на Луну 14 декабря 2013 года. Он нес с собой 140-килограммовый (310 фунтов) луноход под названием Yutu , который был разработан для исследования области 3 квадратных километра (1,2 квадратных мили) за 3 месяца миссии. Также предполагалось проводить ультрафиолетовые наблюдения галактик, активных ядер галактик, переменных звезд, двойных звезд, новых, квазаров и блазаров, а также структуры и динамики плазмосферы Земли .
  • Chang'e 4 был запущен 7 декабря 2018 года. Первоначально запланированный на 2015 год был резервной копией для Chang'e 3. Однако в результате успеха этой миссии конфигурация Chang'e 4 была скорректирована для следующая миссия. Он приземлился 3 января 2019 года в бассейне Южный полюс - Эйткен , на обратной стороне Луны , и развернул марсоход Юту-2 .

Этап III: образец-возврат

Третий этап включал в себя миссию по возврату лунных образцов .

  • Chang'e 5-T1 был запущен 23 октября 2014 года. Он был разработан для испытания космического корабля для возвращения на Луну.
  • Chang'e 5 был запущен 23 ноября 2020 года, приземлился возле Монса Рюмкера на Луне 1 декабря 2020 года и вернулся на Землю с 2 килограммами лунного грунта 16 декабря 2020 года.

Заключительная фаза: лунная роботизированная исследовательская станция

После завершения фазы «3 шага» следует приступить к созданию автономной лунной исследовательской станции возле южного полюса Луны.

  • Chang'e 6 , запуск которого ожидается в 2024 году, будет исследовать топографию, состав и подповерхностную структуру бассейна Южный полюс - Эйткен . Миссия вернет образцы на Землю.
  • Chang'e 7 , запуск которого ожидается в 2024 году, - это миссия, которая будет исследовать южный полюс в поисках ресурсов. Миссия будет включать в себя орбитальный аппарат, посадочный модуль, марсоход и мини-летающий зонд.
  • Chang'e 8 , запуск которого ожидается в 2027 году, проверит использование и разработку природных ресурсов. Он может включать в себя посадочный модуль, марсоход и летающий детектор, а также эксперимент по 3D-печати с использованием ресурсов на месте (ISRU) для тестирования конструкции. Он также будет транспортировать небольшой эксперимент с закрытой экосистемой. Он испытает технологии, необходимые для строительства лунной научной базы.

Фаза миссии с экипажем

См. Также: Китайский пилотируемый космический корабль нового поколения

По состоянию на 2019 год Китай рассматривал предварительные исследования для миссии по высадке на Луну с экипажем в 2030-х годах и, возможно, строил форпост возле южного полюса Луны при международном сотрудничестве.

2035: Международная лунная база и приложение

В 2021 году Китай и Россия объявили, что они будут вместе строить лунную базу, а также официально пригласили больше стран и международных организаций присоединиться к их проекту Международной лунной исследовательской станции (ILRS), разрабатываемому двумя странами.

Список миссий

Выполненные миссии

  Планируемая жесткая посадка   Планируемая мягкая посадка

Миссия
 Дата запуска
 Ракета-носитель
 Дата орбитальной вставки Дата посадки Дата возврата Примечания
 Положение дел
Основная
миссия 		Расширенная
миссия
Фаза 1
Чанъэ 1 24 октября 2007 г. Длинный марш 3А 7 ноя 2007 1 марта 2009 г. - Лунный орбитальный аппарат; первая китайская лунная миссия. Успех -
Чанъэ 2 1 октября 2010 г. Длинный марш 3C 6 октября 2010 г. - - Лунный орбитальный аппарат; после полета на лунную орбиту вылетел на 4179 Toutatis . Успех Успех
Фаза 2
Чанъэ 3 1 декабря 2013 г. Длинный марш 3B 6 декабря 2013 г. 14 декабря 2013 г. - Посадочный модуль и луноход; первая китайская лунная посадка, совершенная в Mare Imbrium с Yutu 1 . Успех -
Queqiao 1 20 мая 2018 Длинный марш 4C 14 июн 2018 - - Спутник-ретранслятор расположен в точке L 2 Земля-Луна , чтобы обеспечить связь с Чанъэ 4. Непрерывный -
Чанъэ 4 7 декабря 2018 Длинный марш 3B 12 декабря 2018 3 янв 2019 - Посадочный модуль и луноход; первая в истории мягкая посадка на обратной стороне Луны , совершенная в кратере Фон Карман с помощью Yutu 2 . Непрерывный -
Фаза 3
Чанъэ 5-Т1 23 октября 2014 г. Длинный марш 3C 10 янв 2015 - 31 октября 2014 г. Технологии экспериментальных летных испытаний перед возвращением первого лунного образца; апробированы методы автономного сближения с возвращением капсулы и лунной орбиты, а также другие маневры. Успех Непрерывный
Чанъэ 5 23 ноя 2020 Длинный марш 5 28 ноя 2020 1 декабря 2020 г. 16 декабря 2020 Лунный орбитальный аппарат, спускаемый аппарат и возврат образцов; который приземлился около Монса Рюмкера и вернул на Землю 1731 г лунного грунта. Сервисный модуль посетил точку L1 Лагранжа, а также совершил облет Луны в расширенной миссии. Успех Непрерывный

Предстоящие миссии

Миссия Дата запуска Ракета-носитель Тип миссии Примечания
Фаза 4
Чанъэ 6 2024 г. Длинный марш 5 Возвращение лунного образца Лунный орбитальный аппарат, спускаемый аппарат и возврат образцов; Планируется приземлиться в бассейне Южный полюс - Эйткен около южного полюса Луны .
Чанъэ 7 2024 г. Длинный марш 5 Обследование лунной поверхности Лунный орбитальный аппарат, спускаемый аппарат, марсоход и мини-летающий зонд; Предполагается провести углубленное исследование южного полюса Луны в поисках ресурсов.
Чанъэ 8 2027 г. Длинный марш 5 Обследование лунной поверхности Полная информация о миссии в настоящее время неизвестна; может протестировать новые технологии, в том числе систему ISRU , в преддверии будущего исследования Луны с экипажем.

Ключевые технологии

TT&C дальнего действия

См. Также: Китайская сеть дальнего космоса

Самой большой проблемой в Фазе I программы была работа системы TT&C, потому что ее способность передачи требовала достаточного диапазона для связи с зондами на лунной орбите. Стандартная спутниковая телеметрия Китая имеет дальность действия 80 000 километров (50 000 миль), но расстояние между Луной и Землей может превышать 400 000 километров (250 000 миль), когда Луна находится в апогее . Кроме того, зондам Chang'e приходилось выполнять множество маневров во время полетов на Луну и во время операций на лунной орбите. Расстояние через Китай с востока на запад составляет 5000 километров (3100 миль), что создает еще одну проблему для непрерывности TT&C. В настоящее время комбинация системы TT&C и китайской сети астрономических наблюдений удовлетворяет потребности программы Chang'e, но лишь с небольшим отрывом.

Экологическая адаптивность

Сложность космической среды, с которой столкнулись во время миссий Чанъэ, ​​предъявила строгие требования к экологической адаптации и надежности зондов и их инструментов. В условиях высокой радиационной обстановки в космосе Земля-Луна требовалась усиленная электроника для предотвращения электромагнитного повреждения приборов космического корабля. Чрезвычайный температурный диапазон, от 130 градусов по Цельсию (266 градусов по Фаренгейту) на стороне космического корабля, обращенной к Солнцу, до -170 градусов Цельсия (-274 градусов по Фаренгейту) на стороне, обращенной от Солнца, предъявлял строгие требования к контролю температуры в конструкция детекторов.

Конструкция орбиты и управление последовательностью полетов

Учитывая условия системы трех тел Земли, Луны и космического зонда , орбитальная конструкция лунных орбитальных аппаратов более сложна, чем орбитальные спутники, вращающиеся вокруг Земли, которые имеют дело только с системой двух тел. Зонды Chang'e 1 и Chang'e 2 были впервые отправлены на высокоэллиптические околоземные орбиты. После отделения от своих ракет-носителей они вышли на переходную орбиту Земля-Луна через три ускорения на фазомодулированной орбите. Эти ускорения проводились через 16, 24 и 48 часов полета, в течение которых было выполнено несколько корректировок орбиты и маневров ориентации, чтобы обеспечить захват зондов под действием лунной гравитации. После работы на орбите Земля-Луна в течение 4–5 дней каждый зонд вышел на лунную орбиту сбора данных. После выхода на целевые орбиты, проведения трех маневров торможения и трех различных фаз орбиты, Чанъэ 1 и Чанъэ 2 выполнили свои миссии.

Контроль отношения

Лунные орбитальные аппараты должны оставаться правильно ориентированными по отношению к Земле, Луне и Солнцу. Все бортовые детекторы должны быть обращены к поверхности Луны для выполнения своих научных задач, антенны связи должны быть обращены к Земле, чтобы принимать команды и передавать научные данные, а солнечные панели должны быть ориентированы на Солнце для получения энергии. Во время лунной орбиты Земля, Луна и Солнце также движутся, поэтому управление ориентацией представляет собой сложный процесс управления с тремя векторами. Спутникам Чанъэ необходимо очень тщательно отрегулировать свое положение, чтобы поддерживать оптимальный угол по отношению ко всем трем телам.

Предотвращение опасности

Во время второй фазы программы, в которой космический корабль должен был приземлиться на лунную поверхность, необходимо было разработать систему автоматического предотвращения опасности, чтобы посадочные аппараты не пытались приземлиться на неподходящей местности. В Chang'e 3 использовалась система компьютерного зрения , в которой данные с обращенной вниз камеры, а также двух дальномерных устройств обрабатывались с помощью специального программного обеспечения. Программное обеспечение контролировало заключительные этапы спуска, регулируя положение космического корабля и дроссельную заслонку его главного двигателя. Космический корабль парил сначала на высоте 100 метров (330 футов), затем на высоте 30 метров (98 футов), пока искал подходящее место для посадки. Yutu ровер также оснащен фронтальной стереокамерами и технологии предотвращения опасности.

Сотрудничество с россией

В ноябре 2017 года Китай и Россия подписали соглашение о совместном исследовании Луны и дальнего космоса. Соглашение включает шесть секторов, охватывающих лунный и дальний космос, совместную разработку космических аппаратов, космическую электронику, данные дистанционного зондирования Земли и мониторинг космического мусора. Россия также может стремиться к развитию более тесных связей с Китаем в области пилотируемых космических полетов и даже перенести сотрудничество в области пилотируемых космических полетов с США на Китай и построить лунный посадочный модуль с экипажем.

Галерея

  • Посадочный модуль Chang'e 4 на Луне

  • Марсоход Юту-2 на поверхности

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки