Китай высадил миссию «Чанъэ-4» на дальнюю сторону Луны

После запуска 7 декабря 2018 года ракеты Long March-3B / G3Z Китай в четверг, 3 января 2019 года, осуществил свою четвертую и наиболее амбициозную миссию по исследованию Луны. Это первая миссия, которая приземлится на противоположной стороне Луна.

Миссия Chang'e-4 является частью второго этапа лунной программы Китая , который включает в себя орбиту, посадку и возвращение на Землю. Это следует за успехами миссий Chang'e-1, Chang'e-2 и Chang'e-3 в 2007, 2010 и 2013 годах.

Стартовая масса космического корабля Chang'e-4 составляла около 3780 кг, а масса спускаемого аппарата составляла около 1200 кг, а масса ровера - 140 кг.

Миссия состоит из двух отдельных элементов: спускаемый аппарат и ровер. Спускаемый аппарат оборудован радиоизотопным термоэлектрическим генератором (РИТЭГ) для обеспечения работы Луны во время трехмесячной миссии. Энергия будет использоваться для питания научной аппаратуры семи приборов и камер.

Лунный марсоход будет исследовать лунную поверхность после отбытия с корабля и оснащен солнечной панелью для питания транспортного средства в течение лунного дня на трехмесячной миссии.

После запуска 7 декабря 2018 года ракеты Long March-3B / G3Z Китай в четверг, 3 января 2019 года, осуществил свою четвертую и наиболее амбициозную миссию по исследованию Луны

Чанг'е 4 посадочных

При высоте 1,5 м марсоход грузоподъемностью 20 кг, марсоход будет способен передавать видео в реальном времени, а также сможет копать и выполнять простой анализ образцов почвы.

Спускаемый аппарат будет оснащен важной научной полезной нагрузкой - низкочастотным радиоспектрометром, специально разработанным для обратной стороны Луны.

В марсоходе установлена ​​панорамная камера (PCAM) для получения трехмерных изображений приземляющейся и патрулирующей поверхности Луны для исследования морфологии поверхности и геологического строения, Лунный проникающий радар (LPR) для исследования структуры поверхности Луны для исследования морфологии поверхности и геологическое строение, спектрометр видимой и ближней инфракрасной визуализации (VNIS) для инфракрасной спектроскопии лунной поверхности патрулирования и исследования изображений для исследования состава материала лунной поверхности и имеющихся ресурсов.

Марсоход Chang'e-4

Спускаемый аппарат имеет камеру приземления (LCAM), камеру местности (TCAM) и низкочастотный спектрометр (LFS).

На исследовательском устройстве Chang'e-4 установлены также три международные совместные полезные нагрузки: нейтроны и дозиметрия Lunar Lander, установленные на посадочном аппарате и разработанные в Германии, Advanced Small Analyzer for Neutrals (ASAN), установленный на ровер для наблюдений за нейтральными в отношении энергии атомами и положительными ионами в зоне патрулирования для исследования радиационной обстановки частиц в зоне патрулирования, а также низкочастотный исследователь Нидерландов и Китая (NCLE), установленный на ретрансляционном спутнике Queqiao.

LFS была недавно разработана для Chang'e-4, и еще пять видов полезных нагрузок являются унаследованными инструментами от Chang'e-3.

LFS будет использоваться для обнаружения низкочастотных радиочастотных характеристик Солнца и низкочастотного радиоизлучения Луны для проведения низкочастотных радиоастрономических наблюдений.

LFS используется для обнаружения низкочастотного электрического поля солнечной бури и для исследования лунной плазмы. Обнаруживая низкочастотное электрическое поле от Солнца, планетарного пространства и галактического пространства, информация об электрической величине, фазе, дисперсии времени, частотном спектре, поляризации и DoA (направление прибытия) собирается для анализа. С учетом особенностей изменения пространственного низкочастотного электрического поля будет проанализирована среда лунной плазмы над посадочной площадкой.

Место посадки

LFS сконфигурирована с трехкомпонентной активной антенной разложения для приема электромагнитных сигналов от Солнца и из космоса.

Каждый из трех антенных блоков принимает один из трех ортогональных компонентов электромагнитных сигналов. В соответствии с теорией радиопередачи такая информация, как интенсивность электромагнитного излучения, частотный спектр, временная дисперсия, поляризационные характеристики и направление источника излучения, получаются путем анализа и обработки данных разведки.

Камера приземления LCAM использовалась для оптической визуализации зоны посадки во время спуска, чтобы исследовать морфологию поверхности и геологическое строение, в то время как целью камеры TCAM была оптическая визуализация зоны посадки, чтобы исследовать морфологию поверхности и геологическую структуру.

LND был разработан Кристианом-Альбрехтским университетом в Киле (CAU), Германия, при участии Института аэрокосмической медицины Германского космического центра, Национального центра космических наук (NSSC), Национальной астрономической обсерватории (NAOC) из Китайская академия наук (CAS) и Китайская академия космических технологий (CAST). LND поддерживается DLR (Германское космическое агентство) через Федеральное министерство экономики и технологий.

Прибор LND, установленный на «Чандэ-4 Ландер», преследует две основные научные цели: дозиметрия для исследования человеком Луны и внесение вклада в гелиосферную науку в качестве дополнительной точки измерения.

LND предназначен для измерения временных рядов мощности дозы и спектров линейного переноса энергии (LET) в сложном поле излучения лунной поверхности.

Что касается второй цели, LND способен измерять потоки частиц и их временные изменения и, таким образом, будет способствовать пониманию распространения и переноса частиц в гелиосфере.
Что касается второй цели, LND способен измерять потоки частиц и их временные изменения и, таким образом, будет способствовать пониманию распространения и переноса частиц в гелиосфере Его стек из 10 кремниевых твердотельных детекторов (SSD) позволяет измерять протоны с 10-30 МэВ, электроны с 60-500 кэВ, альфа-частицы с 10-20 МэВ / н и тяжелые ионы с 15-40 МэВ / н. Кроме того, LND может измерять быстрые нейтроны в диапазоне энергий от 1 до 20 МэВ и, используя два Gd-сэндвич-детектора, измерять потоки тепловых нейтронов, которые чувствительны к подземным водам и важны для понимания процессов смешивания поверхности Луны.

Панорамная камера PCAM получит трехмерные изображения приземляющейся и патрулирующей поверхности Луны для исследования морфологии поверхности и геологического строения.

С помощью наследия Chang'e-3 цель LPR, проникающего в Луну, состоит в том, чтобы составить карту лунного реголита и обнаружить подземные геологические структуры.

Спектрометр видимого и ближнего инфракрасного спектра также является наследием Chang'e-3. ВНИС способен одновременно получать на месте полные спектры отражения объектов на поверхности Луны и выполнять калибровку. VNIS использует неколлинеарные акустооптические перестраиваемые фильтры и состоит из визуализирующего спектрометра VIS / NIR (0,45–0,95 мкм), коротковолнового ИК-спектрометра (0,9–2,4 мкм) и калибровочного блока с функцией защиты от пыли.
Спектрометр видимого и ближнего инфракрасного спектра также является наследием Chang'e-3

Усовершенствованный малый анализатор для нейтральных веществ - ASAN был разработан Шведским институтом космической физики (IRF) в Кируне и будет использоваться для лунного радара для исследования лунной подповерхностной структуры для исследования морфологии поверхности и геологического строения, спектрометра инфракрасных изображений для инфракрасная спектроскопия и исследование изображений на поверхности Луны для изучения состава материала поверхности Луны и имеющихся ресурсов, а также для обнаружения дозы лунных нейтронов и радиации и обнаружения нейтральных атомов для наблюдений за нейтральными в отношении энергии атомами и положительными ионами в зоне патрулирования для исследования излучения частиц окружающая среда в районе патрулирования.

Лунная навигация будет осуществляться с использованием специальных датчиков, чтобы предотвратить столкновение с такими объектами, как маленькие камни или большие валуны.

Ученые на Земле будут контролировать автономный лунный ровер, который отсоединится от посадочного аппарата. В ровере используются шесть колес с индивидуальным приводом. Колеса используют систему подвески, очень похожую на ту, которая используется на роверах NASA MER, а также на Curiosity.

После выхода на лунную орбиту Чанъэ-4 прошел шесть ступеней замедления, чтобы спуститься с высоты 15 км до поверхности Луны, используя свой единственный двигатель переменной тяги. Во время спуска положение зонда контролировалось с помощью 28 небольших двигателей.

На лунной орбите Чанъэ-4 подготовился к спуску. После первичного замедления зонд быстро корректировал свое положение, приближаясь к поверхности Луны. На этом этапе приборы анализировали запланированную зону спуска, зависая над ней. В случае необходимости, Chang'e-4 может маневрировать в маневре избегания опасности и вводить в окончательную фазу спуска при постоянном низкоскоростном спуске. Основной двигатель автоматически отключается на высоте 4 метра, свободно падая на поверхность.

Зонд был установлен для приземления в кратере Фон Карман на Южном полюсе - Айткен, в ожидании подтверждения фактической зоны посадки.

Процессы мягкой посадки беспилотного космического корабля США и бывшего Советского Союза не имели возможности парить или избегать препятствий. Chang'e-4, с другой стороны, мог точно обследовать рельеф местности на посадочной площадке и определить наиболее безопасные места для приземления. Для быстрого приземления зонд оснащен высокоточными датчиками быстрого реагирования для анализа его движения и окружающей среды. Двигатель переменной тяги (полностью разработанный и изготовленный китайскими учеными) может генерировать до 7500 ньютонов тяги.

Бассейн Южного полюса - Айткен - самый большой и самый старый признанный ударный бассейн на Луне, диаметр которого составляет около 2500 км. Окружность Луны составляет чуть менее 11 000 км, что означает, что бассейн простирается почти на четверть Луны, простираясь от кратера Айткен на севере и вплоть до Южного полюса. Топографические данные показали огромное влияние, которое Южный полюс-Айткен оказал на Луну, когда глубина бассейна составляла более 8 км.
Бассейн Южного полюса - Айткен - самый большой и самый старый признанный ударный бассейн на Луне, диаметр которого составляет около 2500 км

Стратиграфические связи показывают, что Южный полюс-Айткен является самым старым ударным бассейном на Луне. Лунные образцы показывают, что большинство крупных бассейнов на Луне образовалось около 3,9 миллиардов лет назад в период, называемый поздней тяжелой бомбардировкой. К этому времени большая часть обломков в солнечной системе уже должна была прижиться для формирования планет, поэтому такое большое количество больших ударов, происходящих почти в одно и то же время, могло быть связано с необычной гравитационной динамикой в ​​ранней Солнечной системе.

Было ли воздействие, которое вызвало бассейн Южного полюса-Эйткена, частью катастрофического события, произошедшего 3,9 миллиарда лет назад? Если это так, то это серьезное свидетельство экстремального события, которое затронуло бы все планеты земного шара, включая Землю, в то время, когда жизнь только начиналась. Если бассейн намного старше, это может указывать на то, что вместо резкого увеличения уровня воздействия в 3,9 миллиарда лет, количество воздействий просто прекратилось с пика, достигнутого ранее.

Диаметр около 186 км, кратер Von Kármán, лежащий в северо-западной части Южного полюса-Айткенского бассейна, был сформирован в доктектарском. Дно кратера Фон Карман было впоследствии затоплено одним или несколькими поколениями кобыл-базальтов в период Имбрии. Многочисленные последующие ударные кратеры в окружающем регионе доставляли выбросы на дно, вместе образуя богатый образец бассейна Южного полюса-Эйткена и геологическую историю далеких сторон. Топография района посадки, как правило, плоская на базовой линии около 60 метров.

Миссия «Чанъэ-4», приземляющаяся на противоположной стороне Луны, будет важна для изучения формирования и развития планет и станет идеальным местом наблюдения для низкочастотного радио.

Исследование бассейна Южного полюса-Айткена может помочь в обнаружении материального состава лунной коры и мантии. Таким образом, это открывает важное окно для изучения глубокослойного материального состава Луны.

Южный полюс-Айткен представляет собой бассейн с высотой на 13 км ниже окружающего его нагорья и состоит из тонкой коры. В пассивном или активном режимах, которые выявляют лунный кобылый базальт, в бассейне Южного полюса-Айткена должно было появиться большое количество базальта. Однако полученные в настоящее время данные не могут эффективно доказать, что в бассейне имеется обильный базальт. С другой стороны, отсутствие базальта может указывать на то, что произошло в процессе термического развития и дифференциации Луны в ранние времена.
Южный полюс-Айткен представляет собой бассейн с высотой на 13 км ниже окружающего его нагорья и состоит из тонкой коры

Кроме того, сравнивая кратеры в бассейне Южного полюса-Айткена с лунной кобылой, мы можем видеть, что ситуация деградации в этом бассейне не очевидна. В бассейне Южного полюса - Айткен не было обнаружено ни одного кратера с лучами Луны, поэтому формирование, эволюция, топография и химические характеристики кратеров там, очевидно, отличаются от таковых в других ландшафтах.

Астрономическое наблюдение за радиоволнами является одним из наиболее эффективных методов изучения и понимания Вселенной. В настоящее время обнаружена большая часть спектра, такая как ультрафиолетовая волна, радиоволна (длина волны менее метра), рентгеновская (), инфракрасная и миллиметровая волны и гамма-излучение. Но мириаметрической волны (<30 МГц) пока не обнаружено. Обнаружение мириаметрической волны имеет большое значение для изображения всего неба, полученного непрерывным сканированием неба дискретного радиоисточника, исследования космических темных времен (излучение 21 см в темное время), физики Солнца, космической погоды, космических лучей экстремально высоких энергий и исследование нейтрино.

Находясь под воздействием ионосферы и радиоволн Земли, невозможно обнаружить мириаметрические волны на Земле. В более ранние времена спутники обнаружения волн были RAE-A / B (NASA). RAE-A была запущена в 1968 году и работала на околоземной орбите. Его научная цель состояла в том, чтобы обнаружить интенсивность космических лучей (0,2–20 МГц). Но этому мешали радиоволны на околоземной орбите. RAE-B был запущен в 1973 году и был выведен на лунную орбиту, научная цель которого заключалась в обнаружении длинноволновых радиоволн (рабочая частота 25 кГц - 13,1 МГц). Это продемонстрировало, что лунная дальняя сторона идеальна для обнаружения мириаметрических волн.

В настоящее время низкочастотное радиообнаружение было достигнуто в основном с помощью космических аппаратов, работающих на околунарной орбите зарубежными странами, но ни одна из них не сделала этого на поверхности Луны.

Исследование Изменения'4 будет способствовать дальнейшему пониманию людьми обратной стороны Луны. Благодаря всестороннему анализу и изучению данных ближней разведки будет получено более общее представление о Луне и повышена надежность теоретической системы.

Длинный поход Китая на Луну начался в 1998 году, когда Комиссия по науке, технике и промышленности для национальной обороны (КОСТИНД) начала планировать лунную миссию, решая основные научные и технологические проблемы. Проект «Лунный орбитальный аппарат» был официально создан в январе 2004 года, а в следующем месяце программа получила название «Проект Чанъэ» в честь мифической китайской богини, которая полетела на Луну.

Первая миссия, Chang'e-1, успешно стартовала 24 октября 2007 года, а 7 ноября вышла на лунную орбиту.

26 ноября Чанъэ-1 передает на Землю голос зонда и китайскую песню «Ода Родине». Первое китайское изображение поверхности Луны опубликовано агентством Синьхуа. 31 января 2008 года COSTIND публикует первую фотографию лунного полярного региона, сделанную Chang'e-1. Первая лунная голограмма с разрешением 7 метров опубликована 12 ноября на основе данных, собранных Chang'e-1. Между тем, миссия Chang'e-2 была одобрена в октябре 2008 года Государственным советом Китая.

Миссия Chang'e-1 заканчивается, когда зонд воздействует на Луну под контролем 1 марта 2009 года.

Chang'e-2 успешно запущен на борту ракеты-носителя Long March-3C 1 октября 2010 года. Одной из целей миссии было проверить ключевые технологии перед мягкой посадкой. Прибыв 9 октября на круговую орбиту в 100 км над поверхностью Луны после 112-часового полета, 26 октября космический корабль после завершения испытаний на орбите перешел на более близкую эллиптическую орбиту и сделал серию снимков с разрешением 1,5 метра на синус луны. Ориентир Iridium, выбранная посадочная площадка Chang'e-3. После съемки местности 29 октября зонд снова возвращается на свою первоначальную орбиту. Снимки Sinus Iridium опубликованы 8 ноября Государственным управлением по науке, технике и промышленности для национальной обороны (SASTIND).

Шесть инженерных задач и четыре научных миссии в Чанъэ-2 завершены 1 апреля 2011 года, и до конца мая зонд обследует южный и северный полюса Луны, делая фотографии высокого разрешения с выбранной посадкой. сайт для Chang'e-3. Расширенная миссия на лунной орбите заканчивается 8 июня, а затем зонд отправляется на вторую орбиту точки Лагранжа (L2), прибывая туда 22 августа. В этот момент гравитация Солнца и Земли действует таким образом, что уравновешивает движение зонда. Основной целью этой части миссии было тестирование китайской сети слежения и контроля.

Chang'e-2 вылетает из точки L2 15 апреля 2012 года, отправляясь теперь в расширенную миссию, которая привела ее к 3,2-километровому столкновению с астероидом Toutatis 13 декабря, делая снимки с разрешением 10 метров.

«Чанъэ-3», запущенный 1 декабря 2013 года, стал третьей роботизированной лунной миссией в рамках Китайской программы исследования Луны. Цель состояла в том, чтобы мягко приземлиться на поверхность луны и развернуть беспилотный лунный марсоход (Yutu), чтобы исследовать области, окружающие место посадки. Миссию возглавил SASTIND (Государственное управление науки, технологий и промышленности для национальной обороны), а основным подрядчиком для этого зонда была CAST (Китайская академия космических технологий) Китайской корпорации аэрокосмической науки и техники (CASC). CAST, в свою очередь, заключил контракт с Шанхайским институтом аэрокосмических систем на проектирование и разработку космического корабля.

Chang'e-3 был частью второго этапа лунной программы Китая. Yutu был первым китайским лунным ровером и первым космическим кораблем за 37 лет, совершившим мягкую посадку на Луну со времени советской миссии Luna-24 в 1976 году. Он назван в честь Чанъэ, ​​богини луны в китайской мифологии. Местом посадки Чанъэ-3 / Юту было северное Маре Имбриум, к югу от Монтес Ректи.

Местом посадки Чанъэ-3 / Юту было северное Маре Имбриум, к югу от Монтес Ректи

Chang'e 3 ровер

Chang'e-3 и лунный марсоход Yutu (Jade Rabbit) приземлились на лунную поверхность в 13:11 UTC 14 декабря 2013 года. После замедления автомобиль быстро изменил свое положение, приближаясь к лунной поверхности. На этом этапе приборы анализировали запланированную зону спуска. Основной двигатель автоматически отключается на высоте четырех метров, что позволяет роверу свободно падать на поверхность.

Последовательность посадки была выполнена идеально, в результате чего транспортное средство выбрало предпочтительное место для посадки почти сразу, даже приземляясь без задержки, технически за 30 минут до графика.

После мягкой посадки Chang'e-3 зарядил и инициализировал марсоход Yutu, который вскоре начал взаимодействовать с управлением миссией. После установления связи Юту разблокировал стыковочный механизм и поехал к механизму перемещения по лестнице. Затем механизм передачи спустился на поверхность Луны и отошел от Чанъэ-3.

Примерно через девять часов после отделения Чанъэ-3 и Юту начали снимать некоторые фотографии друг друга с помощью бортовых камер. Спускаемый аппарат оборудован радиоизотопным термоэлектрическим генератором (РИТЭГ) для обеспечения работы Луны во время трехмесячной миссии. Энергия будет использоваться для питания научной аппаратуры семи приборов и камер.

На корабле Chang'e-3 также было четыре инструмента: MastCam, камера спуска, ультрафиолетовый телескоп на основе лунного излучения (LUT) и экстремальный ультрафиолетовый томограф (EUV).

Юту был оснащен солнечной панелью для питания транспортного средства в течение лунного дня на трехмесячной миссии. В течение этого времени Юту предстояло исследовать территорию в три квадратных километра, преодолев максимальное расстояние в 10 км от точки посадки. Тем не менее, провал чуть более 100 метров в этой поездке. Ровер был способен передавать видео в режиме реального времени, в то время как он мог копать и выполнять простой анализ образцов почвы. Для передачи видео в реальном времени Юту использовал PanCam. Эти камеры обеспечивали стереоизображения в высоком разрешении.

Всего на марсоходе Yutu было четыре инструмента: PanCam; наземный радар проникновения (GPR); спектрометр визуализации VIS / NIR (VNIS); и рентгеновский спектрометр альфа-частиц (APXS).

Было ли воздействие, которое вызвало бассейн Южного полюса-Эйткена, частью катастрофического события, произошедшего 3,9 миллиарда лет назад?