Китайская программа исследования Луны - Chinese Lunar Exploration Program

Китайская программа исследования Луны
CLEP.png
Знак отличия программы: полумесяц с двумя следами в центре. Этот символ напоминает , китайский иероглиф «Луна».
Страна Китай
Организация Китайское национальное космическое управление (CNSA)
Цель роботизированные миссии на Луну
Положение дел текущий
История программы
Продолжительность 2003-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 года, 20:30  UTC  ( 2020-11-23UTC20: 30Z )
Запустить сайт (ы)
Информация об автомобиле
Тип машины 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 , марсоходы и космические аппараты для возврата образцов , запускаемые с помощью ракет Long March . Запускает и полеты контролируются с помощью телеметрии, слежения и команда (TT & C) , система, которая использует 50-метровый (160 футов) радиоантенны в Пекине и 40- ти метров (130 футов) антенн в Куньмине , Шанхае и Урумчи , чтобы формируют антенну VLBI на 3000 километров (1900 миль) . За прием данных по нисходящей линии связи отвечает собственная наземная прикладная система.

Ouyang Ziyuan , геолог, химический космолог , и главный научный сотрудник программы, был в числе первых , чтобы выступать за эксплуатацию не только известных лунных запасов металлов , таких как титан , но и гелия-3 , идеальное топливо для будущей термоядерной мощности 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 с первоначально запланированной даты 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. Примерная миссия по возвращению, Chang'e 5 , стартовала 23 ноября 2020 года.

Как указывает официальный знак различия, форма каллиграфического зарождающегося лунного полумесяца с двумя человеческими следами в центре напоминает китайский иероглиф , китайский иероглиф «Луна», конечная цель программы - проложить путь для пилотируемая миссия на Луну. Глава Национального космического управления Китая Чжан Кэцзянь объявил, что Китай планирует высадить экипаж на южный полюс Луны «в течение следующих 10 лет» (2029–2030).

Структура программы

Китайская программа исследования Луны разделена на четыре основных этапа, каждая из которых служит демонстратором технологий при подготовке к будущим миссиям. Китай приглашает к международному сотрудничеству в виде различных грузов 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 беспрецедентными деталями, создав трехмерную карту высокого разрешения, которая послужит ориентиром для будущих мягких посадок. Зонд также нанес на карту изобилие 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 подробно. Затем он покинул лунную орбиту и направился к лагранжевой точке L 2 Земля – Солнце , чтобы протестировать сеть TT&C. Сделав это, он совершил 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 / роверы

Вторая фаза продолжается и включает в себя 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 повлечет за собой 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 около Монса Рюмкера на Луне 1 декабря 2020 года и вернулся на Землю с 2 килограммами лунного грунта 16 декабря 2020 года.

Фаза IV: Лунная исследовательская станция

Разработка роботизированной исследовательской станции у южного полюса Луны.

  • Chang'e 6 , запуск которого ожидается в 2023 или 2024 году, будет исследовать топографию, состав и подповерхностную структуру места посадки, а также вернет на Землю образцы с южных полюсов.
  • Chang'e 7 , запуск которого ожидается в 2023 году, представляет собой спускаемый аппарат, который 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 посадочный модуль, марсоход и летающий детектор, а также эксперимент по 3D-печати с использованием ресурсов на месте (ISRU) для тестового построения конструкции. Он также будет транспортировать небольшой эксперимент с закрытой экосистемой. Он испытает технологии, необходимые для строительства лунной научной базы.

Миссия с экипажем

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

Список миссий

Миссия
Дата запуска
Ракета-носитель
Ноты
Положение дел
Фаза 1
Чанъэ 1 24 октября 2007 г. Длинный марш 3А Лунный орбитальный аппарат; первая китайская лунная миссия. Успех
Чанъэ 2 1 октября 2010 г. Длинный марш 3C Лунный орбитальный аппарат; после полета на лунную орбиту вылетел на 4179 Toutatis . Успех
Фаза 2
Чанъэ 3 1 декабря 2013 г. Длинный марш 3B Посадочный модуль и луноход; первая китайская лунная посадка, совершенная в Mare Imbrium с Yutu 1 . Успех
Queqiao 1 20 мая 2018 Длинный марш 4C Спутник-ретранслятор расположен в точке L 2 Земля-Луна , чтобы обеспечить связь с Чанъэ 4. Постоянно
Чанъэ 4 7 декабря 2018 Длинный марш 3B Посадочный модуль и луноход; первая в истории мягкая посадка на обратной стороне Луны , совершенная в кратере фон Кармана с помощью Yutu 2 . Постоянно
Фаза 3
Чанъэ 5-Т1 23 октября 2014 г. Длинный марш 3C Технологии экспериментальных летных испытаний перед возвращением первого лунного образца; апробированы методы автономного сближения с возвращением капсулы и лунной орбиты и другие маневры. Успех
Чанъэ 5 23 ноя 2020 Длинный марш 5 Лунный орбитальный аппарат, спускаемый аппарат и возврат образцов; который приземлился около Монса Рюмкера и вернул на Землю 2 кг лунного грунта. Успех
Фаза 4
Чанъэ 6 2024 г. Длинный марш 5 Лунный орбитальный аппарат, спускаемый аппарат и возврат образцов; Планируется приземлиться на нераскрытом месте возле южного полюса Луны , что, скорее всего, будет зависеть от исхода Чанъэ 5. Планируется
Чанъэ 7 2023 г. Длинный марш 5 Лунный орбитальный аппарат, спускаемый аппарат, марсоход и мини-летающий зонд; Предполагается провести углубленное исследование южного полюса Луны в поисках ресурсов. Планируется
Чанъэ 8 2027 г. Длинный марш 5 Полная информация о миссии в настоящее время неизвестна; может протестировать новые технологии, в том числе систему ISRU , в преддверии будущего исследования Луны с экипажем. Планируется

Ключевые технологии

TT&C дальнего действия

Самой большой проблемой на 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 только с небольшим отрывом.

Экологическая адаптивность

Сложность космической среды, с которой пришлось столкнуться во время миссий Чанъэ, ​​предъявила строгие требования к экологической адаптации и надежности зондов и их инструментов. В условиях высокой радиации 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.

Расчет орбиты и управление последовательностью полета

Учитывая условия системы трех тел: Земля, Луна и космический зонд , 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 орбиты Земли. 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, во время 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 каждая станция вышла на лунную орбиту наблюдения. Выйдя на свою целевую орбиту, выполнив три маневра торможения и испытав три различных фазы 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 перемещаются, поэтому управление ориентацией представляет собой сложный процесс управления с тремя векторами. Спутникам Chang'e 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 мягко 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 с двух дальномеров обрабатывались с помощью специального программного обеспечения. Программное обеспечение контролировало заключительные этапы спуска, регулируя положение космического корабля и дроссель его главного двигателя. Космический корабль парил сначала на высоте 100 метров (330 футов), затем на высоте 30 метров (98 футов), ища 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.

Смотрите также

Рекомендации

внешние ссылки