Chang’e 5

chinesische Raumsonde

Chang’e 5 (chinesisch 嫦娥五號 / 嫦娥五号, Pinyin Cháng'é Wǔhào) ist eine unbemannte chinesische Mond-Erkundungsmission, die wohl im 4. Quartal 2020 starten wird (Stand März 2020), nachdem die Mission infolge eines Fehlstarts der Trägerrakete Langer Marsch 5 im Jahr 2017 mehrmals verschoben wurde.[1] Chang’e 5 ist Chinas erste geplante Rückführungsmission und soll mindestens zwei Kilogramm Mondboden- und Gesteinsproben zur Erde bringen.[2] Zudem wäre es die erste Rückführmission für Mondproben seit der sowjetischen Mission Luna 24 im Jahr 1976. Wie alle ihre Vorgänger ist die von der Chinesischen Akademie für Weltraumtechnologie gebaute Raumsonde nach der chinesischen Mondgöttin Chang’e benannt.

Chang’e 5

Missionsprofil
Missions­ziel Erdmond
Auftrag­geber CNSA
Träger­rakete Langer Marsch 5
Aufbau
Startmasse 8,2 t
Verlauf der Mission
Startdatum 24. oder 25. November 2020
Startrampe Kosmodrom Wenchang
 
24. oder 25. November 2020 Start
 
Eintritt in den Mondorbit
 
Landung auf dem Mond
 
Rückstart von der Mondoberfläche
 
Kopplung mit dem Orbiter
 
Orbiter verlässt den Mondorbit
 
Landung der Rückkehrkapsel auf der Erde

ÜbersichtBearbeiten

Das Mondprogramm der Volksrepublik China soll in drei Phasen durchgeführt werden, wobei die Technologie schrittweise weiterentwickelt wird. In der ersten, abgeschlossenen Phase wurde mit Chang’e-1 im Jahr 2007 und Chang’e-2 im Jahr 2010 die Mondumlaufbahn erreicht. In der zweiten, noch laufenden Phase erfolgt(e) die Landung auf dem Mond und die Erkundung mit einem Rover. Diese Phase umfasst die abgeschlossene Mission Chang’e-3 (2013) und die aktuelle Mission Chang’e-4 (Start 2018; Landung auf der Mondrückseite im Januar 2019). In der dritten Phase sollen mit Chang’e 5 und Chang’e-6 Proben von der erdzugewandten Mondseite bzw. dem Südpol gesammelt und zur Erde gebracht werden. Das Programm soll eine bemannte Mondlandung in den 2030er-Jahren und möglicherweise auch die Errichtung eines Außenpostens in der Nähe des Südpols vorbereiten.[3]

Ablauf der MissionBearbeiten

Als Trägerrakete ist die Langer Marsch 5 vorgesehen. Nachdem die Turbopumpe, die am 2. Juli 2017 den Ausfall eines der beiden Triebwerke verursacht hatte, umkonstruiert worden war, verlief der nächste Flug der Rakete am 27. Dezember 2019 ohne Probleme.[4] Die bereits fertig getestete und startbereite Sonde war nach dem Unfall der Trägerrakete 2017 in einer Halle der Entwicklungs- und Produktionsbasis für übergroße Raumflugkörper der Chinesische Akademie für Weltraumtechnologie in Tianjin eingelagert worden. Anfang März 2020 begann man, ihren Zustand zu überprüfen und sie erneut zu testen. Nach erstem Augenschein war die Sonde in perfektem Zustand, alle Systeme funktionierten einwandfrei. Gleichzeitig begann die Changzheng Raketenbau GmbH, eine Tochtergesellschaft der China Academy of Launch Vehicle Technology, in ihrer Produktionsbasis für Trägerraketen der neuen Generation in Tianjin mit der Endmontage der für die Chang’e-5-Mission bestimmten Trägerrakete Changzheng 5-Y5 („Y5“ bzw. 遥五 ist die Seriennummer der Rakete).[5]

Die Sonde mit einem Startgewicht von insgesamt 8,2 t besteht aus vier Modulen:[6] Dem Lander, der zirka 2 kg Gestein einsammeln soll;[7] einer angeschlossenen Aufstiegsstufe, die die Proben in die Mondumlaufbahn bringt; dem Orbiter, an den die Aufstiegsstufe mit einem automatischen Rendezvousmanöver andockt; und der Rückkehrkapsel, die die Proben zur Erde zurückbringt.[8][9] Die für die Probenahme bestimmte Region befindet sich im Oceanus Procellarum in der nordwestlichen Mondregion und heißt Mons Rümker.[2][7] Da die Temperatur auf der Mondoberfläche zwischen 127 °C bei direkter Sonneneinstrahlung und −183 °C während der Mondnacht schwankt, machten sich die Ingenieure um Projektleiter Lai Xiaoming (赖小明) Sorgen, dass die Schaufel- und Bohrgeräte mit ihren mechanischen Armen durch Ausdehnung und Kontraktion des Metalls Schaden nehmen könnten. Deswegen soll die Sonde mit der darauf montierten Aufstiegsstufe nach fünftägiger Reise kurz nach Sonnenaufgang am Mons Rümker landen, also von der Erde aus gesehen einige Tage nach dem zunehmenden Halbmond. Noch vor Sonnenuntergang, also etwa 10 Tage später, soll die Aufstiegsstufe in die Mondumlaufbahn starten, wo sie in einer Höhe von 200 km am Orbiter ankoppelt – ein Manöver, für das nur 3,5 Stunden zur Verfügung stehen – und die Bodenproben in die dort in einer Vertiefung des Gehäuses untergebrachte Rückkehrkapsel transferiert.

Dieser Missionsablauf, bei dem der Treibstoff in der Aufstiegsstufe nur bis in die Mondumlaufbahn reichen muss und man dafür mehr Probenmaterial mit hinaufnehmen kann,[10] ist wesentlich komplizierter als bei den sowjetischen Luna-Rückkehrsonden, wo die Aufstiegsstufe zunächst eine Höhe von 54.500 km erreichen musste, dann aber im freien Fall direkt zur Erde zurückkehrte. In den vier Modulen von Chang’e 5 befinden sich insgesamt mehr als 70 von der Akademie für Flüssigkeitsraketentriebwerkstechnik hergestellte, mit hypergolen, also selbstzündenden Treibstoffen arbeitende Triebwerke, von kleinen Lageregelungstriebwerken mit 10 N und 150 N Schubkraft bis zum Haupttriebwerk des Landers, dessen Schubkraft von 1, 5 kN bis 7,5 kN geregelt werden kann.[11] Anders als bei den Sonden Chang’e-3 und Chang’e-4, deren Triebwerke nur bis zur Landung zu arbeiten brauchten, sind hier die Triebwerke der Aufstiegsstufe zehn Tage lang dem von den Probensammelgeräten aufgewirbelten, elektrostatisch aufgeladenen Mondstaub ausgesetzt.[12] Daher mussten an diesen Triebwerken spezielle Staubschutzmaßnahmen getroffen werden, um eine sichere Rückkehr der Aufstiegsstufe in die Mondumlaufbahn zu gewährleisten.[13]

Chang’e 5-T1Bearbeiten

Chang’e 5-T1 war eine experimentelle Mondroboter-Mission, die am 23. Oktober 2014 gestartet wurde, um Tests zum atmosphärischen Wiedereintritt der Kapsel durchzuführen, die für die Chang’e-5-Mission vorgesehen ist.[14][15] Nach der Trennung von der Rückkehrkapsel kehrte das auf dem DFH-3A-Bus basierende Servicemodul am 1. November 2014 aus dem Erdorbit zum Mond zurück,[16] wo es über den Lagrange-Punkt L2 in einen Mondorbit überführt wurde. Dort werden die verbleibenden 800 kg Kraftstoff für die Prüfung von Manövern für zukünftige Mondmissionen verwendet.[17]

Nutzlast des LandersBearbeiten

Der auf dem Chang’e-3-Bus basierende Lander besitzt einen Laser-Entfernungsmesser, einen dreidimensional abbildenden Laserscanner und eine Landekamera für den selbstständig Hindernisse vermeidenden Landevorgang, dazu noch eine Panoramakamera, ein Spektrometer und ein Bodenradar,[2] mit dem unter der Oberfläche im Regolith eingebettete Felsbrocken, die dem Bohrer gefährlich werden könnten, aufgespürt und gegebenenfalls vermieden werden können.[18] Für die Entnahme der Bodenproben befinden sich auf dem Lander Geräte:

  • Einen an der Polytechnischen Universität Harbin entwickelten mechanischen Arm mit einer kleinen Baggerschaufel am Ende.[19] Mit diesem Gerät werden von der Mondoberfläche Regolith-Proben aufgenommen. Jede Schaufel voll Regolith wird am vorderen Ende des Arms zunächst mit einem Rüttel- und Trennmechanismus einzeln verpackt und dann in einem Probenaufnahmebehälter direkt dahinter untergebracht. So wird sichergestellt, dass die mit dem schwenkbaren Arm an verschiedenen Stellen im Umkreis des Landers genommenen Proben nicht in Kontakt miteinander kommen. Wenn der Probenaufnahmebehälter voll ist, wird der gesamte Mechanismus in die Aufstiegsstufe gehoben und am „Handgelenk“ vom Arm abgetrennt.
  • Einen ebenfalls in Harbin entwickelten und in der Fabrik 529 der Akademie für Weltraumtechnologie (航天五院529厂) in Peking gebauten Kernlochbohrer,[20] der nach dem Prinzip der Schlagbohrmaschine bis in 2 m Tiefe vordringen und mindestens einen Bohrkern erbohren soll. Durch das Innere des Hohlbohrers führt ein dünnwandiger Schlauch aus PPTA, der einerseits das Material des Bohrkerns zusammenhält und es andererseits erlaubt, ihn so zu biegen bzw. aufzurollen, dass er in die Aufstiegsstufe passt.[21][22] Das Mengenverhältnis von mit der Baggerschaufel gesammelten Oberflächenproben zu Bohrkernen soll etwa 3:1 betragen.[23]

WeblinksBearbeiten

EinzelnachweiseBearbeiten

  1. Andrew Jones: China targets late 2020 for lunar sample return mission. Spacenews, 1. November 2019.
  2. a b c David R. Williams: Future Chinese Lunar Missions. In: nssdc.gsfc.nasa.gov. 12. Dezember 2019, abgerufen am 13. März 2020 (englisch).
  3. China lays out its ambitions to colonize the moon and build a "lunar palace". Echo Huang, Quartz. 26 April 2018.
  4. 陈芳、胡喆: “胖五”归来!长征五号运载火箭成功发射实践二十号卫星. In: xinhuanet.com. 27. Dezember 2019, abgerufen am 27. Dezember 2019 (chinesisch).
  5. 航天领域一批国家重点工程稳步推进. In: spaceflightfans.cn. 12. März 2020, abgerufen am 13. März 2020 (chinesisch).
  6. 张佳星: 中国探月工程首任首席科学家:AI将助嫦娥五号铲取月壤. In: xinhuanet.com. 8. Juli 2019, abgerufen am 13. März 2020 (chinesisch).
  7. a b Andrew Jones: China confirms landing site for Chang'e-5 Moon sample return. GB Times. 7. Juni 2017. Abgerufen am 17. Dezember 2017.
  8. Chang'e 5 test mission. Spaceflight101.com. 2017. Abgerufen am 17. Dezember 2017.
  9. Andrew Jones: Chang'e-5: China's complex preparations for bringing rocks back from the Moon. In: gbtimes.com. 19. März 2018, abgerufen am 22. Juli 2019 (englisch).
  10. CCTV纪录: 《创新中国》 第五集 空海. In: youtube.com. 26. Januar 2018, abgerufen am 14. März 2020 (chinesisch). 11:30
  11. Chang’e 5 Spacecraft Overview. In: spaceflight101.com. Abgerufen am 14. März 2020 (englisch).
  12. Helga Rietz: Schwebender Staub auf dem Mond. In: deutschlandfunk.de. 1. August 2012, abgerufen am 14. März 2020.
  13. Zhao Lei: New rocket engines in making for moon, Mars. In: global.chinadaily.com.cn. 20. März 2019, abgerufen am 14. März 2020 (englisch).
  14. Chinese Long March Rocket successfully launches Lunar Return Demonstrator. Spaceflight101. 23. Oktober 2014.
  15. China launches test return orbiter for lunar mission. Xinhuanet. 24. Oktober 2014.
  16. 张素、蔡金曼: 中国探月再入返回飞行器服务舱飞抵地月L2点. In: http://www.chinanews.com. 29. November 2014, abgerufen am 17. Mai 2019 (chinesisch).
  17. Chang'e 5 Test Mission Updates. In: http://www.spaceflight101.net. 9. März 2015, abgerufen am 17. Mai 2019 (englisch).
  18. Li Chunlai et al.: The Moon’s farside shallow subsurface structure unveiled by Chang’E-4 Lunar Penetrating Radar. In: advances.sciencemag.org. 26. Februar 2020, abgerufen am 15. März 2020 (englisch). Das auf dem Rover Jadehase montierte Bodenradar übermittelte detaillierte Bilder bis in eine Tiefe von 10 m, das baugleiche Bodenradar von Jadehase 2 bis in 40 m Tiefe, mit einer Brockengröße bis hinunter zu 20 cm.
  19. 科学认识君: 我国年底将发射嫦娥五号并采样返回,2030年能实现载人登月? In: xw.qq.com. 12. September 2019, abgerufen am 13. März 2020 (chinesisch).
  20. 汤娅: 2019年中国航天大会宇航先进材料与制造专业论坛暨第六届航天工程和高性能材料需求与应用高端论坛会议通知. In: csaspace.org.cn. 18. April 2019, abgerufen am 14. März 2020 (chinesisch).
  21. Jiang Shengyuan, Tang Junyue et al.: Control system for a drilling & coring device in lunar exploration. In: researchgate.net. Abgerufen am 13. März 2020 (englisch).
  22. Chang’e 5 Spacecraft Overview. In: spaceflight101.com. Abgerufen am 13. März 2020 (englisch).
  23. 张素: “嫦娥五号”2017年择机发射 揭秘五大看点. In: chinanews.com. 2. März 2017, abgerufen am 13. März 2020 (chinesisch).