Mondprogramm der Volksrepublik China

Chinesisches Programm zur Erforschung des Erdmondes

Das Mondprogramm der Volksrepublik China (chinesisch 中國探月工程 / 中国探月工程, Pinyin Zhōngguó Tànyuè Gōngchéng, englisch Chinese Lunar Exploration Program, kurz CLEP) ist ein Programm zur Erforschung des Mondes mit unbemannten Raumsonden und in einer späteren Phase mit bemannten Raumschiffen.[1] Es wird während der unbemannten Phase von der Nationalen Raumfahrtbehörde Chinas koordiniert. Bestandteile des Programms sind bislang Mondorbiter (Chang’e 1, Chang’e 2 und Chang’e 7), Mondrover (Chang’e 3, Chang’e 4, Chang’e 7 und Chang’e 8), knapp über dem Boden fliegende Kleinsonden (Chang’e 7 und Chang’e 8) sowie Rückholmissionen, mit denen Mondgestein auf die Erde gebracht wird (Chang’e 5 und Chang’e 6). Die Kommunikation mit den auf der Mondrückseite operierenden Sonden erfolgt über Relaissatelliten wie Elsternbrücke.[2]

Missionsprofil von Chang'e 4

GeschichteBearbeiten

Das Mondprogramm der Volksrepublik China begann im Jahr 1991, als die Chinesische Akademie der Wissenschaften vorschlug, China sollte eigene Monderkundungs-Missionen durchführen. Im Rahmen des „Programms 863“, also des im März 1986 noch unter Deng Xiaoping gestarteten Nationalen Programms zur Förderung von Hochtechnologie, wurde eine Projektgruppe Monderkundung (月球探测课题组) gebildet, was dem Unterfangen Gelder aus dem 8. Fünfjahresplan (1991–1995) sicherte.[3] 1994 konnte die Akademie der Wissenschaften eine umfassende Machbarkeitsstudie für ein Monderkundungsprogramm vorlegen, und die ersten Mittel wurden freigegeben.[4] 1998 hatten die Experten der Akademie die einzelnen Unterprojekte definiert, die für eine Monderkundung notwendig waren:

  • Telemetrie, Bahnverfolgung und Steuerung über große Entfernung
  • Schutz der Elektronik vor Weltraumstrahlung, Hitze und Kälte
  • Berechnung der Flugbahn und des Orbits sowie der nötigen Bahnkorrekturmanöver
  • Korrekte Ausrichtung der Sonden auf die Mondoberfläche
  • Automatische Vermeidung von Felsbrocken und stark geneigten Oberflächen bei Landungen[5][6]
  • Weitgehend autonom agierendes Fahrzeug[7]

Ouyang Ziyuan, der Experte für extraterrestrisches Material wie Meteoriten, kosmischen Staub und Mondgestein,[8] nannte 1992 nicht nur die Erzvorkommen wie Eisen, Thorium und Titan als mögliches Ziel von Mondmissionen, sondern auch den Abbau von lunarem Helium-3, das als ein idealer Brennstoff für ein Kernfusionskraftwerk gilt.[9][10][11] Seit 1994 arbeitet China konkret an Kernfusionsreaktoren.[12][13] Dementsprechend lautete der Titel des Abschlussberichts im Jahr 2000: „Wissenschaftliche Ziele einer Sonde für die Erkundung von Bodenschätzen auf dem Mond durch China“ (中国月球资源探测卫星科学目标).

Bis dahin war die Existenz des Mondprogramms vertraulich behandelt worden. Am 22. November 2000 erwähnte der Staatsrat der Volksrepublik China in seinem „Weißbuch zu den chinesischen Weltraumaktivitäten“ unter der Rubrik „Langfristige Ziele (für die nächsten 20 Jahre)“ erstmals öffentlich, dass China beabsichtige „Vorstudien“ zu einer Erkundung des Mondes zu betreiben.[14] Dies beschrieb den Stand des Projekts jedoch nicht ganz zutreffend, und auf einer von der damaligen Kommission für Wissenschaft, Technik und Industrie für Landesverteidigung im Januar 2001 in Harbin einberufenen Konferenz zur Tiefraumerkundung drängten die Wissenschaftler darauf, die Details des Mondprogramms öffentlich zu machen.

Das Mondprogramm wurde auf einer internationalen Konferenz über Technologie und praktischem Nutzen der Tiefraumerkundungam 13. August 2002 in Qingdao vorgestellt. Dort waren Vertreter der Nationalen Raumfahrtbehörde Chinas, der NASA, Roskosmos und ESA anwesend.[15] Am 26. Mai 2003 wurde das Programm von Ouyang Ziyuan mit einem äußerst detailreichen Vortrag in einer populärwissenschaftlichen Fernsehreihe der chinesischen Öffentlichkeit vorgestellt. Dabei ging er unter anderem auf die Erzvorkommen ein, vor allem auf die 150 Billiarden Tonnen Titan, die auf dem Mond lagern („so viel kann man gar nicht abbauen, dass das zu Ende geht“). Ouyang erwähnte auch den Mondvertrag von 1979, der von China nicht unterzeichnet wurde. Nach seiner Interpretation gehörte der Mond an sich zwar der internationalen Gemeinschaft, aber es sei in dem Vertrag nicht geregelt, dass man die Ressourcen des Mondes nicht ausbeuten dürfe; de facto sei es so, dass wer der Erste bei der Nutzung sei, als Erster einen Profit daraus erzielen konnte (谁先利用,谁先获益).[16]

Nun trat man in die konkrete Phase des Programms ein. Im September 2003 bildete die Kommission für Wissenschaft, Technik und Industrie für Landesverteidigung eine „Führungsgruppe Monderkundungsprojekt“ (月球探测工程领导小组, Pinyin Yuèqiú Tàncè Gōngchéng Lǐngdǎo Xiǎozǔ), deren Vorsitz Zhang Yunchuan (张云川, *1946), der Leiter der Wehrtechnik-Kommission, übernahm. Die Führungsgruppe koordinierte zum einen die Arbeit der zahlreichen an dem Projekt beteiligten Firmen und Institutionen. So werden zum Beispiel die Nutzlasten der Mondsonden vom Nationalen Zentrum für Weltraumwissenschaften der Akademie der Wissenschaften entwickelt, dann die Aufträge zum Bau besagter Nutzlasten an einzelne Firmen vergeben.[17] Zum anderen erstellte die Führungsgruppe bis Ende 2003 für den Staatsrat einen Bericht mit einem vorläufigen Zeitplan und den einzelnen Schritten eines nationalen Monderkundungsprogramms.[18]

ProgrammstrukturBearbeiten

Das chinesische Mondprogramm besteht aus den Drei Großen Schritten (大三步), die wiederum in Kleine Schritte (小步) unterteilt sind:

  • [Unbemannte] Erkundung ()
    • Umkreisung ()
    • Landung ()
    • Rückkehr ()
  • [Bemannte] Landung ()
    • [Unbemannte] Erkundung der Polregion (极区探测)
    • Bemannte Erkundung [der Polregion] (载人探测)[19][20]
  • Stationierung [einer ständigen Besatzung] ()[21]
    • Prospektion ()
    • Bau [von Infrastruktureinrichtungen] ()
    • Nutzung [von Bodenschätzen] ()[22][23]

Der Erste Große Schritt fand am 16. Dezember 2020 mit der Landung der Probenrückholsonde Chang’e 5 seinen Abschluss.[24] Der Erste Kleine Schritt des Zweiten Großen Schrittes, offiziell „Erkundung der Polregion“ genannt, seit 2017 auch bekannt als Vierter Schritt, beginnt etwa 2024 mit der unbemannten Erkundung des für eine zukünftige Basis vorgesehenen Gebietes auf der Rückseite des Mondes, nahe am Südpol, durch die Sonde Chang’e 7.[25] Dort soll bis 2030 zunächst eine unbemannte Forschungsstation eingerichtet werden,[26] wo mit autonom agierenden, miteinander vernetzten Robotern auf dem Boden, knapp über dem Boden fliegenden Kleinsonden und vom Orbit aus weltraumwissenschaftliche Forschungen durchgeführt und Technologien für den Dritten Großen Schritte erprobt werden.[27][2]

Umkreisung (Chang’e 1, 2007 und Chang’e 2, 2010) Bearbeiten

Am 24. Januar 2004 hatte Premierminister Wen Jiabao mit seiner Unterschrift auf dem Bericht der Führungsgruppe Monderkundungsprojekt das Mondprogramm der Volksrepublik China offiziell gestartet, die Mittel für den ersten Großen Schritt (1,4 Milliarden Yuan, von der Kaufkraft her etwa 1,4 Milliarden Euro) freigegeben und den Bau des unbemannten Orbiters Chang’e 1 genehmigt.[28] Ouyang Ziyuan wurde bei dieser Gelegenheit zum Chefwissenschaftler des Chang’e-Programms ernannt.[29] Am 2. Juni 2004 wurde am Hauptquartier der Nationalen Raumfahrtbehörde in Peking ein „Zentrum für Monderkundungs- und Raumfahrt-Projekte“ (国家航天局探月与航天工程中心, Pinyin Guójiā Hángtiānjú Tànyuè Yǔ Hángtiān Gōngchéng Zhōngxīn) eingerichtet, das seither für alle technischen und administrativen Aspekte des Monderkundungsprojekts und der bemannten Raumfahrt zuständig ist.[30] Zu seinen Aufgaben gehören:

  • Erstellung der Gesamtplanung eines Projekts
  • Planung des Entwicklungsverfahrens mit der Abfolge der einzelnen Schritte
  • Formulierung der Anforderungen an die einzelnen Komponenten
  • Abschluss von Verträgen mit Zulieferfirmen
  • Verwaltung des festen Anlagevermögens
  • Erstellung von Kostenvoranschlägen für die einzelnen Raumschiffe und Sonden sowie wichtige Unterprojekte
  • Überwachung und Kontrolle der Ausgaben
  • Koordinierung, Überwachung und Kontrolle aller Systeme der Projekte
  • Öffentlichkeitsarbeit
  • Verwaltung und Verwertung der Urheberrechte an den gewonnenen Erkenntnissen
  • Anwerbung und Betreuung von Investoren
  • Einrichtung und Pflege eines Archivs[31]

Das Konzept für den Ablauf der Mission war im September 2004 ausgearbeitet. Dann begann unter der Leitung von Ye Peijian die Entwicklung des ersten Prototyps der Sonde; am 20. Dezember 2004 fanden die ersten Tests statt. Im Juli 2006 war der finale Prototyp hergestellt und getestet und man trat in die Phase der Systemintegration ein. Am 27. Juli 2006 unterzeichnete schließlich die Wehrtechnik-Kommission mit der Akademie für Weltraumtechnologie einen Vertrag über die Anfertigung der realen Sonde. Diese war im Dezember 2006 fertiggestellt und durchlief am 5. Januar 2007 erfolgreich die Endabnahme. Am 24. Oktober 2007 wurde Chang'e 1 vom Kosmodrom Xichang gestartet. Am 1. März 2009 schlug Chang'e 1 gezielt um 09:13 Uhr MEZ bei 1,5 Grad südlicher Breite und 52,36 Grad östlicher Länge im Mare Fecunditatis auf dem Mond auf.

Zhang Yunchuan, der Vorsitzende der Führungsgruppe Monderkundungsprojekt bei der Kommission für Wissenschaft, Technik und Industrie für Landesverteidigung, war ein reiner Parteikader, der vor seiner Ernennung zum Leiter der Kommission im März 2003 nie etwas mit Raumfahrt zu tun gehabt hatte. Zum 30. August 2007 wurde zum er zum Parteisekretär der Provinz Hebei ernannt und übergab er seine Ämter in der Wehrtechnik-Kommission und der Führungsgruppe Mond an Zhang Qingwei, einen Experten aus der Raumfahrtbranche.[32]

Am 15. März 2008 wurde die Wehrtechnik-Kommission bei einer Neuorganisation aufgelöst. Die Nationale Raumfahrtbehörde, die bis dahin der Wehrtechnik-Kommission unterstand, wurde mit Wirkung vom 21. März 2008 dem Ministerium für Industrie und Informationstechnik unterstellt. Ihre Leitung behielt, wie schon seit dem 23. April 2004, der Kryotechnik-Ingenieur Sun Laiyan (孙来燕, *1957). Zhang Qingwei ging zurück in die Wirtschaft und wurde Vorstandsvorsitzender der Commercial Aircraft Corporation of China. Die Führungsgruppe Monderkundungsprojekt blieb bestehen, war aber nun unter dem Dach des Zentrums für Monderkundungs- und Raumfahrt-Projekte bei der Nationalen Raumfahrtbehörde.[33] Ihren Vorsitz übernahm der Elektroingenieur Chen Qiufa (陈求发, *1954), bis dahin stellvertretender Leiter der Wehrtechnik-Kommission. Chen Qiufa hatte seine Examensarbeit an der Universität für Wehrtechnik der Volksbefreiungsarmee in Changsha eigentlich zum Thema „Elektronische Kampfführung“ geschrieben, war aber seitdem immer im Luft- und Raumfahrt-Sektor tätig gewesen. Am 31. Juli 2010 wurde er der Nachfolger von Sun Laiyan als Direktor der Nationalen Raumfahrtbehörde.

Um vor allem den geplanten Landeplatz für eine Monderkundung auf dem Boden genau zu dokumentieren, gab es in der ersten Phase einen weiteren Mondorbiter Chang’e 2, prinzipiell baugleich mit Chang’e 1, aber mit weiterentwickelten Messgeräten und einem im Vergleich zur Vorgängersonde dreifach vergrößerten Zwischenspeicher für die gesammelten Daten.[34] Chang’e 2 startete am 1. Oktober 2010 und umkreiste den Mond in 100 km Höhe also in halber Höhe von Chang’e 1. Als die Sonde nach sieben Monaten 99,9 % der Mondoberfläche kartographiert hatte, wurde der mondnächste Punkt der Umlaufbahn im Mai 2011 auf 15 km über dem geplanten Landeplatz der Nachfolgermission im Mare Imbrium abgesenkt.

Chang’e 2 erreichte am 1. April 2011 das Ende der erwarteten Lebensdauer. Alle Systeme funktionierten noch einwandfrei und so nutze man die Gelegenheit, um mehr Erfahrung für zukünftige Tiefraum-Missionen zu sammeln. Am 9. Juni 2011 verließ Chang’e 2 den Mondorbit[35] zum Lagrangepunkt L2 des Sonne-Erde-Systems und flog dann weiter zum erdnahen Asteroiden (4179) Toutatis. Anschließend nahm die Sonde eine elliptische Bahn in den interplanetaren Raum auf. Die effektive Reichweite der Sender der Bodenstationen wurde getestet, die ursprünglich nur für die Steuerung von Aufklärungs- und Kommunikationssatelliten in der Erdumlaufbahn gebaut worden waren. Weiter wurde der Sonnenwind gemessen, um die Gefährdung von Elektronik und gegebenenfalls Menschen im interplanetaren Raum abzuschätzen. Am 14. Februar 2014 war Chang’e 2 bereits 70 Millionen Kilometer von der Erde entfernt. Danach brach die Verbindung ab, es wird jedoch erwartet, dass die Sonde, nachdem sie das 300 Millionen Kilometer entfernte Apogäum ihrer Bahn erreicht hat, im Jahr 2029 der Erde wieder auf 7 Millionen Kilometer nahekommen wird.[36]

Landung (Chang’e 3, 2013 und Chang’e 4, 2018) Bearbeiten

Nachdem der Orbiter Chang'e 2 mit seiner hochauflösenden 3D-Kamera die Regenbogenbucht bzw. Sinus Iridum des Mare Imbrium, also den geplanten Landeplatz der nächsten Sonde, bis ins Detail dokumentiert hatte,[37] erfolgte am 14. Dezember 2013 mit Chang’e 3 die erste unbemannte Mondlandung des chinesischen Mondprogramms. Ein Mondrover mit Namen Yutu war drei Monate lang auf der Mondoberfläche unterwegs.[38][39] Der 1,5 Meter hohe und 140 Kilogramm schwere Rover wurde entworfen, um Videos in Echtzeit zur Erde zu übermitteln und Bodenproben zu analysieren. Die Arbeitsweise des Rovers ähnelte der bei den unbemannten NASA-Missionen Spirit und Opportunity. Zur Energieversorgung dienten Solarzellen, während der Nachtzyklen wurde der Rover in einen Bereitschaftsbetrieb versetzt.[40]

Bei den Umkreisungsmissionen hatte man zuerst versucht, das Risiko zu minimieren, indem man bei den Nutzlasten auf altbewährte Technologie setzte, während beim zweiten Versuch eine neu entwickelte Kamera sowie ein entsprechend erweiterter Zwischenspeicher für die Daten zum Einsatz kamen.[41] Für die Kamera erhielt Chefentwickler Xu Zhihai 2012 den Wissenschaftspreis der Provinz Zhejiang.[42] In einer analogen Vorgehensweise wurde bei der Nachfolgemission für Chang’e 3 der Schwierigkeitsgrad deutlich erhöht. Während Chang’e 3 auf der erdzugewandten Seite des Mondes gelandet und somit immer im Blick irgendeiner Bodenstation war, war für Chang’e 4, eine prinzipiell mit Chang’e 3 baugleiche Kombination aus Lander und Rover, eine Landung auf der Rückseite des Mondes vorgesehen. Um dort mit der Sonde kommunizieren zu können, musste zuerst ein Relais-Satellit hinter dem Mond positioniert werden.

Sun Zezhou, der 1992 nach seinem Studienabschluss als Elektroingenieur an der Luftfahrtakademie Nanjing zur Chinesischen Akademie für Weltraumtechnologie gekommen war, hatte schon seit 2002 als Teil der Gruppe um Chefingenieur Ye Peijian an der firmeninternen Machbarkeitsstudie für einen Mondorbiter teilgenommen. Als CAST dann 2004 mit der Entwicklung eines Prototypen begann, wurde Sun Zezhou zum stellvertretenden Chefingenieur ernannt.[43][44] Bei Chang'e 2 und Chang'e 3 war er Chefkonstrukteur für alle Systeme der Sonden, und als im April 2016 die Akademie für Weltraumtechnologie offiziell mit der Entwicklung von Chang'e 4 und der Marssonde Tianwen-1 begann, wurde Sun Zezhou als Nachfolger von Ye Peijian zum Chefkonstrukteur für beide Projekte ernannt.[45][46] Ye Peijian, mittlerweile 74 Jahre alt, arbeitet neben seiner Lehrtätigkeit immer noch für CAST und fungiert dort nun als Chefwissenschaftler für Weltraumwissenschaft und Tiefraumerkundung (Stand 2019).[47][48]

Lander und Rover der Chang'e-4-Mission waren ursprünglich als Reserve für Chang'e 3 vorgesehen, existierten also bereits und mussten nur an neue Nutzlasten angepasst werden.[49] Der Relais-Satellit Elsternbrücke war eine Neuentwicklung auf der Basis der CAST 100 Plattform.[50] Hergestellt wurde der Relais-Satellit dann von der Dong Fang Hong Satelliten GmbH (航天东方红卫星有限公司, Hángtiān Dōngfāng Hóng Wèixīng Yǒuxiàn Gōngsī), einer Tochtergesellschaft von CAST.[51] Am 21. Mai 2018 wurde die Elsternbrücke vom Kosmodrom Xichang gestartet, kam am 25. Mai beim Mond an und war nach einer Vielzahl komplizierter Bahnkorrekturmanöver am 14. Juni 2018 in einem Halo-Orbit um den Lagrange-Punkt L2 hinter dem Mond positioniert. Daraufhin konnte am 7. Dezember 2018 die eigentliche Sonde Chang'e 4 in den Weltraum abheben. Am 3. Januar 2019 um 10 Uhr vormittags Peking-Zeit landete sie plangemäß im Südpol-Aitken-Becken auf der Mondrückseite. Fünf Stunden später gab das Raumfahrtkontrollzentrum Peking der Sonde über die Elsternbrücke die Anweisung, den Rover Jadehase 2 auszusetzen, ein baugleiches Modell wie bei der Vorgängermission, nur mit etwas anderen Nutzlasten. Um 10 Uhr abends Peking-Zeit stand der Rover dann auf der Mondoberfläche und konnte mit der Erkundung beginnen. Wie bei Chang'e 3 geht es hierbei primär um die mineralogische Zusammensetzung des Mondgesteins, die geologische Struktur des Untergrundes sowie, mit von Deutschland und Schweden zur Verfügung gestellten Messgeräten, um die Untersuchung der Strahlenbelastung am Südpol.

Rückkehr (Chang’e 5-T1, 2014 und Chang’e 5, 2020) Bearbeiten

Für die dritte Phase begann man im ersten Halbjahr 2009 unter der Leitung von Wu Weiren mit der Ausarbeitung eines Konzepts für ein Raumfahrzeug, das etwa 2 kg Mondgestein zur Erde zurückbringen konnte.[52] Die konkreten Entwicklungsarbeiten für die Sonde begannen 2010,[53] die für die Probenentnahmegeräte 2012.[54] Zunächst wurde jedoch mit Chang’e 5-T1 das Raumfahrzeug für die Rückkehrmission getestet. Eines der Hauptprobleme bei dem gewählten treibstoffsparenden Missionsprofil ist, dass eine vom Mond zurückkehrende Sonde ab dem Lagrange-Punkt L1, also aus einer Höhe von 326.000 km ungebremst auf die Erde fällt und während der gesamten Zeit von der Erdanziehung beschleunigt wird, bis sie schließlich mit 11,2 km/s, also mit mehr als 40.000 km/h unten ankommt. Das macht es notwendig, in einem sogenannten „zweiteiligen Abstieg“ (englisch skip-glide) zunächst eine Atmosphärenbremsung durch die Reibung an den Luftmolekülen in den dünnen Schichten der Hochatmosphäre durchzuführen, bevor die eigentliche Landung eingeleitet wird. Dank gründlicher Vorbereitung[55] gelang dies am 1. November 2014 bei der eine Woche vorher gestarteten Testkapsel ohne Probleme.[56] Das „Mutterschiff“ kehrte nach dem Absetzen der Rückkehrkapsel 5000 km über der Erde zum Mond zurück, wo es bis April 2015 vom Raumfahrtkontrollzentrum Peking zum Üben von Bahnmanövern genutzt wurde. Seitdem ist der Orbiter von Chang’e 5-T1 in der Mondumlaufbahn geparkt (Stand 2019).

Ursprünglich war geplant, dass die eigentliche Rückkehrsonde, Chang’e 5, Ende 2019 auf dem Mond landen und Bodenproben aus bis zu 2 m Tiefe zur Erde zurückbringen sollte. Davon erhoffte man sich, Material zu erlangen, das noch nicht unter dem Einfluss der Ultraviolettstrahlung der Sonne sowie der kosmischen Strahlung oxidiert und verwittert war.[53] Dann gab es jedoch Probleme mit dem Triebwerk der hierfür vorgesehenen Trägerrakete Changzheng 5, wodurch sich der Start auf den 23. November 2020 verschob. Die Sonde sammelte auf dem Mond 1731 g Bodenproben ein[57] und führte am 5. Dezember 2020 bei der Rückkehr zum Orbiter erstmals in der Geschichte der Raumfahrt ein autonomes Koppelmanöver im Tiefraum durch. Am 16. Dezember 2020 landete die Wiedereintrittskapsel mit den Bodenproben auf dem Dörbed-Landeplatz etwa 80 km nördlich von Hohhot in der Inneren Mongolei.

Erkundung der Polregion (Chang’e 7, 2024+; Chang’e 6 2025+; Chang’e 8) Bearbeiten

 
Das Südpol-Aitken-Becken. Das violette Oval bezeichnet den inneren Ring, der schwarze Punkt im unteren Teil des Bildes ist der Südpol.

Chang’e 7 soll nahe am Südpol am inneren Ring des Südpol-Aitken-Beckens landen und die Topographie und Bodenzusammensetzung ausführlich untersuchen. Die Sonde soll mit einer Changzheng-5-Trägerrakete vom Kosmodrom Wenchang starten und einen eigenen Orbiter mitführen, der mit Radar, einer hochauflösenden Stereokamera, einer Infrarot-Kamera, einem Magnetometer sowie einem Neutronen- und Gammastrahlenspektrometer ausgerüstet ist. Geplant sind gemeinsame Experimente mit dem russischen Mondorbiter Luna 26.[58] Der Lander von Chang’e 7 wird neben einem Rover auch eine kleine, flugfähige Untersonde mitführen, die in einem ständig im Schatten liegenden Gebiet eines Kraters neben der Landestelle von Chang’e 7 landen, dann wieder starten und auf der besonnten Seite des Kraters erneut landen soll. Diese kleine Sonde wird als Nutzlast ein Analysegerät für Wassermoleküle und Wasserstoffisotope mitführen,[59] um so eventuell von Kometen eingetragenes Wassereis aufzuspüren.[60]

Bei der Frage des praktischen Nutzens einer solchen möglichen Entdeckung ist man in China skeptisch. Die Nationalen Astronomische Observatorien der Chinesischen Akademie der Wissenschaften wiesen im Januar 2020 darauf hin, dass wegen der flachen Sonneneinstrahlung an den Polregionen die Tage nicht so heiß sind wie am Äquator des Mondes, so dass sich das Metall von Maschinen weniger ausdehnt und diese durch die geringere Temperaturdifferenz zwischen Tag und Nacht weniger störanfällig werden. Andererseits hält sich Kometenmaterial wie Wassereis, Kohlenstoffdioxid und Methan nur an ständig beschatteten Stellen, wo man nicht mit solarzellenbetriebenen Geräten arbeiten kann, ganz abgesehen von den praktischen Problemen bei der Arbeit in dem zerklüfteten Gelände, wo es diese schattigen Stellen gibt. Ein weiteres Problem ist, dass das Wasser in verschiedenen Formen auftreten kann, entweder als an Bodenmaterial chemisch gebundenes Wasser, auch bekannt als Kristallwasser, oder, in größeren Tiefen, als ganze Eisbrocken, wobei diese Formen auch vermischt auftreten können. Das macht die Wahl einer Abbaumethode ausgesprochen schwierig. Dazu kommt noch der Energiebedarf, der zum Beispiel bei einer Wassergewinnung durch Erhitzung des Bodenmaterials und Kondensierung des Dampfes gegeben ist.[61]

Ursprünglich war geplant, dass die Sonde Chang’e 6, die zweite Rückkehrsonde nach Chang’e 5, am Südpol des Mondes landen sollte. Bedingt durch die Verzögerung bei der Entwicklung der Trägerrakete hätte sich dies aber bis weit ins Jahr 2023 hinausgezögert. Man befürchtete, dass der Treibstoff des Relais-Satelliten Elsternbrücke, den dieser zur Aufrechterhaltung seines Halo-Orbits benötigt, bis dahin dem Ende zugehen würde.[62] Daher wurde die Mission Chang’e 7 in den Planungen vorgezogen, bei der ein frischer Relais-Satellit hinter dem Mond platziert wird.[63][64][26] Bereits am 18. April 2019 hatte das Zentrum für Monderkundungs- und Raumfahrt-Projekte chinesische Universitäten und Privatunternehmen sowie ausländische Forschungsinstitute bei einer feierlichen Zeremonie in Peking dazu eingeladen, sich mit Nutzlasten an der Mission Chang’e 6 zu beteiligen. Auf Orbiter und Lander stehen jeweils 10 kg für auswärtige Partner zur Verfügung. Zum Vergleich: das Biosphären-Experiment der Chongqing-Universität wog 2,6 kg. Abgesehen von Vertretern zahlreicher chinesischer Forschungsinstitute und Universitäten nahmen auch Vertreter der Botschaften der USA, Russlands, Großbritanniens und Deutschlands an der Zeremonie teil.[65] Das französische Centre national d’études spatiales unterzeichnete bereits am 25. März 2019 in Anwesenheit der Präsidenten Emmanuel Macron und Xi Jinping mit der Nationalen Behörde für Wissenschaft, Technik und Industrie in der Landesverteidigung eine Absichtserklärung, gemäß der Frankreich eine Kamera und ein Analysegerät im Gesamtgewicht von 15 kg bei der Chang’e-6-Mission mitschicken will.[66] Stand September 2020 ist der Start von Chang’e 6, die kein Duplikat von Chang’e 5 ist, sondern einen mobilen Lander besitzt, für 2025 geplant.[2]

Die von Chang’e 7 durchgeführten Untersuchungen sollen von Chang’e 8, deren Start vor 2030 geplant ist,[26] noch vertieft werden. Derzeit gibt es Überlegungen, mittels 3D-Druck aus Mondboden-Material Gebäude für eine wissenschaftliche Forschungsstation zu errichten.[67] Bei dem im Januar 2018 unter dem Dach des Zentrums für Projekte und Technologien zur Nutzung des Weltalls der Chinesischen Akademie der Wissenschaften eingerichteten Schwerpunktlabor für Technologien zur industriellen Produktion im Weltall befasst sich seit dessen Gründung eine Gruppe um den Maschinenbauingenieur und Laborleiter Wang Gong (王功),[68] den Raumflugkörperkonstrukteur Liu Bingshan (刘兵山)[69] und den Materialwissenschaftler Dou Rui (窦睿)[70] mit der Herstellung von (zunächst nur zentimetergroßen) Präzisionsbauteilen aus Regolith. Ende 2018 gelang es ihnen, durch Mischung von simuliertem Mondstaub mit Photopolymeren und anschließendem Digital Light Processing, Schrauben und Muttern mit einer Druckfestigkeit von 428 MPa (Porzellan hat 500 MPa) und einer Biegefestigkeit von 130 MPa (Stahl hat mehr als 200 MPa) herzustellen.[71][72] Diese Technik soll von Chang’e 8 erprobt werden.[73][74] Erste Versuche wurden bereits im Juni 2018 an Bord des europäischen Parabelflugzeugs A310 ZERO-G durchgeführt,[75] neben 28 Versuchen unter den Bedingungen der Mikrogravitation zweimal unter der Schwerkraft des Mars und zweimal unter der Schwerkraft des Mondes.[76]

Außerdem soll Chang’e 8, die wie Chang’e 7 eine in niedriger Höhe fliegende Kleinsonde mitführen wird – nun nicht mehr für die Suche nach Wasser- und Methaneis, sondern zur Untersuchung der mineralogischen Zusammensetzung des Bodens an der Landestelle – die Extraktion der Edelgase Neon, Argon und Xenon aus dem Regolith erproben und die damit verbundenen Probleme identifizieren. Es soll ein kleines Ökosystem-Experiment zur Erprobung eines bioregenerativen Lebenserhaltungssystems durchgeführt werden. Die mit Chang’e 7 begonnene Beobachtung der irdischen Magnetosphäre soll fortgesetzt werden, nun mit Schwerpunkt auf Klimaforschung.[2]

Zukünftige EntwicklungBearbeiten

Die europäische Raumfahrtbehörde ESA schlug im März 2016 ein internationales „Monddorf“ vor,[77][78] ein Vorschlag, der von China sofort aufgenommen wurde. Am 22. Juli 2019 wurde schließlich von ESA, CNSA und Roskosmos auf der von der Nationalen Raumfahrtbehörde und der Akademie der Wissenschaften Chinas gemeinsam ausgerichteten 4. Internationalen Konferenz für Mond- und Tiefraumerkundung in Zhuhai eine Initiative für den Bau einer internationalen Forschungsstation auf den Weg gebracht. Bereits im Vorfeld waren die drei Raumfahrtagenturen nach ausführlichen Konsultationen zu einem Konsensus gelangt, dass sie eine gemeinsame Vorreiterrolle bei den Planungen für eine internationale Forschungsbasis auf dem Mond einnehmen wollten. Peng Zhaoyu erklärte in einer Rede zu Beginn der Konferenz, dass China vorgeschlagen habe, bei Chang’e 7 und Chang’e 8, die Mitte bis Ende der 2020er Jahre starten sollen, mit den anderen beiden Raumfahrtagenturen zusammenzuarbeiten und so gemeinsam die Machbarkeit einer Forschungsstation auszuloten.

Nach damaligem Diskussionsstand sollte die Mondbasis Forschungen zu Ursprung und Entwicklung des Mondes, der Umwelt auf der Mondoberfläche, Beginn und Entwicklung des Universums sowie der Evolution der Erde unterstützen. Als erster konkreter Schritt zu einer Mondbasis sollte eine mit Regierungsvertretern aller beteiligten Länder besetzte Koordinierungskommission eingesetzt werden. Gleichzeitig wurde aus Wissenschaftlern der beteiligten Länder eine Gemeinsame Forschungsgruppe zur präzisen Definierung der wissenschaftlichen Ziele sowie eine Gemeinsame Planungsgruppe aus Ingenieuren für die technische Umsetzung gebildet. Innerhalb von zwei bis drei Jahren sollten die drei Körperschaften eine detaillierte Entscheidungsvorlage für den Bau einer internationalen Mondbasis erarbeiten. Wu Weiren führte in Zhuhai weiter aus, dass mit Chang’e 7 und Chang’e 8 die Probleme bei einem längeren Aufenthalt auf dem Mond abgeschätzt werden sollen.[79][80] Während es auf Seiten der ESA zunächst bei informellen Diskussionen auf Arbeitsebene blieb,[81] wird das Projekt der gemeinsamen Mondbasis bei Roskosmos von deren Direktor Dmitri Olegowitsch Rogosin aktiv vorangetrieben.[82][83]

Das Büro für bemannte Raumfahrt bei der Abteilung für Waffenentwicklung der Zentralen Militärkommission war laut dem ihm 1992 erteilten Auftrag eigentlich nur für den Bau und Betrieb einer langfristig besetzten Raumstation in einem erdnahen Orbit zuständig. Da man dort aber im Gegensatz zur Nationalen Raumfahrtbehörde mit dem Bemannten Raumschiff der neuen Generation und der in Entwicklung befindlichen Bemannten Rakete der neuen Generation über die Mittel verfügt, Menschen zum Mond zu transportieren, wurde für die späteren Phasen des Mondprogramms zunehmend auf diese Dienststelle zurückgegriffen. Bereits im April 2020 fand bei der CNSA mit der Schaffung der „Chinesischen Planetenerkundung“ eine schärfere Trennung der Organisationsstrukturen innerhalb des Zentrums für Monderkundungs- und Raumfahrt-Projekte statt, bei der das Mondprogramm von den restlichen Tiefraummissionen abgekoppelt wurde. Bei der im September 2020 von der Chinesischen Gesellschaft für Astronautik (中国宇航学会) abgehaltenen Raumfahrttagung in Fuzhou war es dann Zhou Yanfei (周雁飞), Stellvertretender Technischer Direktor des bemannten Raumfahrtprogramms, der das Konzept für eine bemannte Mondlandung im Jahr 2030 vorstellte.[84][85][19] Anfang Januar 2021 begann das Büro für bemannte Raumfahrt mit den konkreten Planungen für die bemannte Erkundung des Mondes.[86]

Bei der Pressekonferenz anlässlich des erfolgreichen Abschlusses der Chang’e-5-Mission am 17. Dezember 2020 ging Wu Yanhua, der stellvertretende Direktor der Nationalen Raumfahrtbehörde, ausführlich auf den Aufbau einer lunaren Infrastruktur ein, den Zweiten Kleinen Schritt des Dritten Großen Schritts im Mondprogramm. Die Chang’e-5-Mission war zwar ein Erfolg, aber insbesondere der Rückstart von der Mondoberfläche und das Koppelmanöver im Mondorbit gestalteten sich durch den Mangel an Navigationssatelliten ausgesprochen schwierig; die Techniker im Raumfahrtkontrollzentrum Peking mussten sich stark auf die künstliche Intelligenz der Raumflugkörper verlassen. Um hier Abhilfe zu schaffen, ist der Aufbau einer Lunaren Relais- und Navigationssatelliten-Konstellation (月球中继导航星座) ähnlich dem Beidou-System geplant.[87]

Außerdem muss eine zuverlässige Wasser- und Stromversorgung aufgebaut werden.[22] Für ersteres geht man zwar Anzeichen, dass sich an beschatteten Stellen nahe dem Südpol von Kometen eingetragenes Wassereis gehalten haben könnte, bei der Chang’e-7-Mission gründlich nach. Langfristig plant man jedoch, das benötigte Wasser über einen nicht näher erläuterten Prozess aus dem Eisen(III)-oxid und Titanverbindungen im Oberflächenmaterial des Mondes zu gewinnen und dieses nach Elektrolyse auch zu Treibstoff weiterzuverarbeiten, mit dem Landefähren für den Rückstart betankt werden sollen.[88][89]

Für die Energieversorgung der Mondbasis dachte man 2017 beim Büro für bemannte Raumfahrt noch an einen Kernreaktor von 100 kW Leistung, der mit einem stark erhitzten Gas in geschlossenem Kreislauf einen magnetohydrodynamischen Generator antreiben sollte.[90] Im Dezember 2018 hielt man es jedoch in der damaligen Hauptentwicklungsabteilung der Chinesischen Akademie für Weltraumtechnologie für realistischer, während des Mondtages mittels des Stroms aus Solarzellen auf thermochemische Weise Wasserstoff zu erzeugen, diesen zu speichern und dann während der Mondnacht in Brennstoffzellen zusammen mit Sauerstoff für die Stromerzeugung zu nutzen. Die Vorplanungen für letzteren Ansatz werden nun vom Ministerium für Wissenschaft und Technologie aus dem Fonds für Nationale wissenschaftlich-technische Großprojekte finanziert.[91]

Anfang Januar 2020 erläuterte Generalmajor Chen Shanguang, ebenfalls einer der Stellvertretenden Technischen Direktoren des bemannten Raumfahrtprogramms, auf einer Ergonomie-Konferenz, dass man nun aus Sicherheitsgründen, vor allem wegen des Strahlenschutzes,[92] davon ausgeht, die langfristig besetzte Mondbasis unterirdisch anzulegen, wobei die Bauteile weiterhin mittels 3D-Druck aus Regolith hergestellt werden sollen.[93]

Telemetrie, Bahnverfolgung und SteuerungBearbeiten

Die Starts und die Flüge der Sonden werden permanent vom „TT&C-System“ (das Akronym für „Telemetry, Tracking, and Command“) überwacht, in diesem Fall vom Chinesischen Deep-Space-Netzwerk, ein Gemeinschaftsunternehmen des militärischen, von Xi’an aus koordinierten Satellitenkontrollnetzwerks mit dem zivilen, von Sheshan bei Shanghai aus koordinierten VLBI-Netzwerk der Chinesischen Akademie der Wissenschaften. Die von dort eingehenden Daten werden an das Raumfahrtkontrollzentrum Peking der Volksbefreiungsarmee weitergeleitet, von wo seit 1999 die bemannten Raumflüge und Tiefraummissionen der Volksrepublik China mit Hilfe der dort zur Verfügung stehenden Hochgeschwindigkeits-Rechner überwacht und gesteuert werden.[94] Die militärischen Teile des TT&C-Systems, also das Zentrum in Peking sowie alle Xi’an unterstehenden Bahnverfolgungsschiffe und Bodenstationen im In- und Ausland unterstanden bis zum 31. Dezember 2015 dem seinerseits der Zentralen Militärkommission unterstehenden Hauptzeugamt der Volksbefreiungsarmee, seitdem der Strategischen Kampfunterstützungstruppe der Volksrepublik China. Das Astronomische Observatorium Shanghai tritt in seiner Eigenschaft als Betreiber der VLBI-Beobachtungsbasis Sheshan (佘山VLBI观测基地, Pinyin Shéshān VLBI Guāncè Jīdì) im Rahmen des Mondprogramms dem Militär gegenüber als Sprecher der zivilen Radioobservatorien auf.[95]

Anders als zum Beispiel beim europäischen ESTRACK-System, wo jede Bodenstation einen oder mehrere Sender und Empfänger besitzt, also sowohl Uplink als auch Downlink betreibt, besteht beim Chinesischen Deep-Space-Netzwerk eine klare Trennung zwischen beiden Kommunikationsrichtungen:

– Nur die Bodenstationen und Bahnverfolgungsschiffe der Volksbefreiungsarmee besitzen Sender und sind dazu berechtigt und in der Lage, Steuersignale an Raumfahrzeuge zu senden.

– Die Telemetriesignale der Sonden werden im Regelfall ebenfalls nur von den militärischen Stationen empfangen und an das Raumfahrtkontrollzentrum Peking weitergeleitet.

– Die von den Sonden zur Erde gefunkten Daten der wissenschaftlichen Nutzlasten werden ausschließlich vom VLBI-Netzwerk der Akademie der Wissenschaften empfangen und dann bei den interessierten Abteilungen der Nationalen Astronomischen Observatorien der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, Universitätsinstituten etc. weiterverarbeitet.[96] Die Weiterleitung von Daten an ausländische Betreiber von Nutzlasten erfolgt über das Zentrum für Monderkundungs- und Raumfahrt-Projekte der Nationalen Raumfahrtbehörde Chinas.[97]

Die Bahnverfolgung wird dagegen von Militär und Akademie gemeinsam betrieben, insbesondere während der kritischen Startphase und der komplizierten Bahnmanöver im mondnahen Raum. Zu diesem Zweck hatten in die China Electronics Technology Group Corporation (中国电子科技集团公司, Pinyin Zhōngguó Diànzǐ Kējì Jítuán Gōngsī) integrierte aber der Elektronischen Kampfführung der Volksbefreiungsarmee direkt unterstellte Forschungsinstitute den astronomischen Observatorien in Kunming, Miyun bei Peking[98][99] und Shanghai 2005/2006 (Kunming und Miyun) bzw. 2010–2012 (Shanghai) in Rekordzeit schlüsselfertige Großantennen gebaut. Zum Vergleich: der erste Spatenstich für das 100-m-Teleskop in Qitai, Provinz Xinjiang, fand im Jahr 2012 statt, und bis jetzt (2019) steht noch nicht einmal der Sockel. Da ein vom Mond aus gesendetes Signal durch die weite Entfernung im Vergleich mit dem Signal eines Satelliten in der Erdumlaufbahn um mehr als das 20-fache geschwächt wird,[100] werden die Antennen in Miyun, Kunming, Shanghai[101] und Ürümqi[102] zu einem 3000-Kilometer-VLBI-System zusammengeschaltet, ab der Chang’e-3-Mission 2013 unter Verwendung des Delta-DOR-Verfahrens.[103][104] Im Prinzip folgte der Ausbau des TT&C-Systems den Drei Kleinen Schritten der Sonden selbst:

UmkreisungsphaseBearbeiten

Es war allen Beteiligten von Anfang an klar, dass die ab 1967 für die Steuerung von Kommunikations- und Aufklärungssatelliten in der Erdumlaufbahn, also für einen Arbeitsbereich von maximal 80.000 km gebauten Bodenstationen des Chinesischen Raumfahrtkontrollnetzwerks (中国航天测控网, Pinyin Zhōnggúo Hángtiān Cèkòngwǎng) bei Mondmissionen, wo Entfernungen von bis zu 400.000 km zu bewältigen sind, an ihre Grenzen stoßen würden. Aus Kostengründen und wegen des engen Zeitplans genehmigte es die Führungsgruppe Monderkundungsprojekt dem Satellitenkontrollzentrum Xi’an damals jedoch noch nicht, eigene Tiefraumstationen mit großen Parabolantennen zu bauen. Die Bodenstationen der Volksbefreiungsarmee verfügten in den frühen 2000er Jahren über 18-m-Antennen und die seinerzeit von der NASA und dem Jet Propulsion Laboratory für das Apollo-Programm entwickelte und von Chen Fangyun für die Steuerung der chinesischen Satelliten angepasste Unified S-Band bzw. USB-Technologie, bei der Telemetrie, Bahnverfolgung und Steuerung alle über ein einziges System im S-Band ablaufen. Die Messung von Entfernung und Geschwindigkeit einer Sonde funktioniert mit dieser Technologie auch über 400.000 km, aber eine Winkelmessung würde bei dieser Entfernung in einem Fehler von mehr als 100 km resultieren. Daher wurde für letzteren Zweck auf das VLBI-Netzwerk der zivilen Radioobservatorien (中国VLBI网, Pinyin Zhōngguó VLBI Wǎng) zurückgegriffen, mit dem die Astronomen der Akademie der Wissenschaften die Position von Radioquellen im Weltraum mit einer Präzision von 0,02 Winkelsekunden bestimmen können (andererseits aber Probleme mit der genauen Entfernungsmessung haben). Durch die Zusammenführung der USB- mit den VLBI-Daten im Raumfahrtkontrollzentrum Peking konnte sowohl während des relativ langsamen Transferorbits, als auch während des schnellen Einschwenkens in eine Umlaufbahn um den Mond, und dann während der stabilen Arbeitsphase in einem polaren Mondorbit[105] die Position der Sonden mit hoher Präzision bestimmt werden.[106]

Neben den Bodenstationen war auch die Datenübertragung von den Sonden so weit wie möglich optimiert worden. Die Orbiter der Umkreisungsphase basierten auf dem 1997 gestarteten Kommunikationssatelliten Dongfang Hong 3 der Chinesischen Akademie für Weltraumtechnologie.[107] Als erstes wurde nun von den dortigen Ingenieuren die Senderleistung des Ausgangssatelliten erhöht. Eine Gruppe unter der Leitung von Dr. Sun Dayuan (孙大媛, *1972) entwickelte eine um zwei Achsen schwenkbare, also in alle Richtungen bewegliche Richtantenne, die immer auf die Erde ausgerichtet blieb, während der Sondenkörper bei den Bahnmanövern des Anflugs ständig seine Ausrichtung änderte und während der Arbeitsphase im Mondorbit mit der fest montierten Kamera, den Spektrometern etc. immer zur Mondoberfläche ausgerichtet war.[108][109] Außerdem wurde für den Funkverkehr zur Erde die Faltungscode-Technik eingesetzt, die durch Vorwärtsfehlerkorrektur einen guten Schutz gegen Übertragungsverluste bei Telemetrie- und Nutzlastdaten bietet.

All dies nutzte jedoch nichts, wenn in China Monduntergang war und keine Sichtverbindung mehr bestand, also für etwa 13 Stunden pro Tag. Daher musste die Nationale Raumfahrtagentur auf die Hilfe der ESA und ihr ESTRACK-Netzwerk zurückgreifen, mit der man schon bei der Double-Star-Mission erfolgreich zusammengearbeitet hatte. Während die Bodenstationen des Chinesischen Raumfahrtkontrollnetzwerks bislang über das geschlossene Glasfasernetzwerk der Volksbefreiungsarmee miteinander kommunizierten, war es hierfür – und für die Zusammenarbeit mit dem VLBI-Netzwerk der Akademie – nötig, die Kanäle nach außen zu öffnen. Hierfür wurde das damals noch neue Space Link Extension bzw. SLE-Protokoll des Consultative Committee for Space Data Systems gewählt,[110] und zwar nach dem Prinzip „Messstation zu Zentrum“ und „Zentrum zu Zentrum“. Das heißt, die ESA-Bodenstationen in Maspalomas, Kourou und New Norcia kommunizierten, anders als bei radioastronomischen Gemeinschaftsunternehmen, nicht direkt mit der VLBI-Beobachtungsbasis Sheshan, sondern zunächst mit dem Europäischen Raumflugkontrollzentrum in Darmstadt, und dieses dann mit dem Raumfahrtkontrollzentrum Peking. Bei mehreren Simulationsübungen sowie im Juni 2006 bei einer realen Bahnverfolgung des europäischen Mondorbiters SMART-1 wurde die Zusammenarbeit erfolgreich geprobt,[111][112] und bei der tatsächlichen Chang’e-1-Mission leistete die ESA dann einen wichtigen Beitrag, nicht nur bei Bahnverfolgung und Empfang von Telemetrie-Signalen, sondern auch bei der Steuerung der Sonde. Am 1. November 2007 um 07:14 MEZ sandte mit der 15-m-Station in Maspalomas auf den Kanarischen Inseln das erste Mal in der Geschichte der chinesischen Raumfahrt eine ausländische Institution einen Steuerbefehl an ein chinesisches Raumfahrzeug.[113]

LandungsphaseBearbeiten

Nach dem Ende der Chang’e-1-Mission im Jahr 2009, noch bevor der zweite Orbiter ins All abgehoben hatte, herrschte unter den Verantwortlichen des Mondprogramms der Konsensus, dass es notwendig war, ein eigenes Chinesisches Deep-Space-Netzwerk für Raumfahrtzwecke (中国深空测控网, Pinyin Zhōnggúo Shēnkōng Cèkòngwǎng) aufzubauen. Dazu wurden folgende Grundsätze formuliert:

  • Die Planungen müssen realistisch und langfristig sein.
  • Es müssen sowohl Flüge zum Mond (400.000 km) als auch zum Mars (400.000.000 km) überwacht und gesteuert werden können.
  • TT&C, Datenübertragung von wissenschaftlichen Nutzlasten und VLBI müssen in einem System zusammengefasst sein.
  • Es muss möglich sein, mit einem Wellenpaket zwei verschiedene Ziele anzusprechen, um gleichzeitig einen Lander und einen Rover oder ein Rendezvousmanöver zwischen zwei Flugkörpern im Mondorbit überwachen und steuern zu können.
  • Die Technik muss mit der von NASA und ESA bei Tiefraum-Missionen verwendeten Technik kompatibel sein, um zukünftige internationale Kooperationen und die wechselseitige Unterstützung bei Missionen zu erleichtern.[114]
  • Die Frequenzbänder, auf denen das zukünftige Deep-Space-Netzwerk arbeitet, müssen den gesamten Bereich abdecken, den die Internationale Fernmeldeunion für Mond- und Tiefraumissionen zugewiesen hat, um mehrere Missionen gleichzeitig bewältigen zu können.
  • Die Datenschnittstellen müssen den Standards des Consultative Committee for Space Data Systems entsprechen, um sich mit ausländischen TT&C-Systemen zu einem Netzwerk zusammenschließen zu können.
  • Beim Entwurf der Systeme ist möglichst auf fortschrittliche Technologie von internationalem Niveau zurückzugreifen, um die heimische Elektronik- und IT-Industrie in ihrer Entwicklung zu fördern.
 
Das TT&C-Netzwerk nach Fertigstellung der militärischen Tiefraumstationen (grün).

Was die geographische Lage der zu errichtenden Tiefraumstationen betraf, so wäre es die theoretisch beste Lösung gewesen, rund um die Erde drei Stationen mit jeweils 120 Längengraden Abstand zu errichten, was eine kontinuierliche Verfolgung der Mond- und Tiefraumsonden gewährleistet hätte. In der Praxis standen den Ingenieuren in der ersten Ausbauphase, wo man sich auf China selbst beschränkte, die östlichsten und die westlichsten Landesteile zur Verfügung; wegen der Lage der Sondenbahnen relativ zum Erdäquator und der technischen Möglichkeiten der Antennen war ein Breitengrad zwischen 30° und 45° zu wählen. Um ihre Aufgabe bei Tiefraummissionen erfüllen zu können, mussten die Empfänger der Stationen sehr empfindlich sein, was sie aber anfällig für elektromagnetische Störungen durch zivilisatorische Einrichtungen machte. Eine Tiefraumstation musste so weit wie möglich von Richtfunkstrecken, Mobilfunk-Basisstationen, Hochspannungsleitungen und elektrifizierten Eisenbahnstrecken entfernt sein, auch um eine Beeinträchtigung dieser Infrastruktureinrichtungen durch die hohe Sendeleistung einer Tiefraumstation zu vermeiden. Am Ende fiel die Wahl auf Standorte in einem großen Waldgebiet 45 km südöstlich des mandschurischen Giyamusi (46° 29′ 37,1″ N, 130° 46′ 15,7″ O) und in der Wüste 130 km südlich von Kashgar in Xinjiang (38° 25′ 15,7″ N, 76° 42′ 52,6″ O). Damit konnten Mond- und Tiefraumsonden nun mehr als 14 Stunden pro Tag überwacht werden. Außerdem fügten sich diese Stationen perfekt in das bereits bestehende VLBI-Netzwerk der Akademie der Wissenschaften ein: die Ost-West-Basislinie wurde stark erweitert, was die Genauigkeit der Winkelmessung verbesserte.

Bei den Anfang 2013 in Betrieb genommenen Tiefraumstationen in Kashgar mit einer 35-m-Antenne und Giyamusi mit einer 66-m-Antenne[115][116] handelt es sich, wie in dem Positionspapier von 2009 gefordert, um Hochtechnologie. Jede der beiden Stationen verfügt über einen Hohlleiter-gespeisten Transceiver, der auf mehreren Frequenzbändern (S und X, Kashgar auch Ka) Wellenpakete senden und empfangen kann. Außerdem hat jede Station einen Ultraschmalband-Empfänger für extrem schwache Signale, dazu Tieftemperatur-Kühlung zur Reduzierung des Wärmerauschens bei allen Empfängern.[117] Die Oberfläche der Antennenschüsseln kann mittels Aktoren in Echtzeit adjustiert werden, es gibt eine automatische Korrektur von Störungen durch Windböen. Die Technik ist sowohl mit den internationalen CCSDS-Standards als auch mit den in China verwendeten Systemen kompatibel.[118] Letzteres ermöglicht es den dem Satellitenkontrollzentrum Xi’an der Volksbefreiungsarmee unterstehenden Stationen in Kashgar und Giyamusi, mithilfe der von der Abteilung für Wissenschaft und Technik der Radioastronomie des Observatoriums Shanghai entwickelten eVLBI-Software mit den Stationen des zivilen Netzwerks direkt und vor allen Dingen schnell zu kommunizieren und je nach Bedarf die in der Karte eingezeichneten Interferometrie-Basislinien zu bilden.[119][120]

Durch den Bau der Tiefraumstationen Kashgar und Giyamusi hatte man zwar den vom chinesischen TT&C-System abgedeckten Himmelsbereich erweitert, man war aber immer noch erst bei 60 %. So war man bei der kritischen Startphase der Chang’e-3-Mission wieder auf die Hilfe der Europäischen Weltraumorganisation angewiesen.[121] Es war schon lange geplant, auf der China gegenüberliegenden Seite der Erde eine dritte Tiefraumstation einzurichten. Bereits 2010 hatte das seinerzeit dem Hauptzeugamt der Volksbefreiungsarmee unterstehende Generalkommando Satellitenstarts, Bahnverfolgung und Steuerung (中国卫星发射测控系统部), die vorgesetzte Dienststelle des Satellitenkontrollzentrums Xi’an,[122] bei der argentinischen Kommission für Weltraumaktivitäten angefragt, ob es möglich wäre, dort eine Bodenstation zu errichten. Nach eingehender Diskussion und Besichtigung mehrerer ins Auge gefasster Orte fiel die Wahl auf einen Standort in der Provinz Neuquén am nördlichen Rand von Patagonien. Am 23. April 2014 unterzeichneten Julio de Vido, der argentinische Minister für Planung, Staatliche Investitionen und Dienstleistungen, und der chinesische Außenminister Wang Yi in Buenos Aires ein Kooperationsabkommen, das China für 50 Jahre die Nutzungsrechte für ein 200 ha großes Areal etwa 75 km nördlich der Stadt Zapala zugestand (38° 11′ 27,3″ S, 70° 8′ 59,6″ W).[123][124][125] Im Februar 2015 wurde der Vertrag vom Argentinischen Nationalkongress ratifiziert.[126] Bald darauf war der offizielle Baubeginn (mit den Erdarbeiten hatte man bereits im Dezember 2013 begonnen).[127] Im Februar 2017 waren die Bauarbeiten weitgehend beendet,[128] im April 2018 wurde die Tiefraumstation (spanisch estación del espacio lejano) offiziell in Betrieb genommen, und beim Start von Chang’e 4 am 7. Dezember 2018 um 15:23 argentinischer Zeit konnte Zapala mit seiner 35-m-Antenne die ESA vollständig ersetzen.[129]

RückkehrphaseBearbeiten

Mit Indienststellung der Tiefraumstation Zapala war man schon recht gut auf den dritten der Drei Kleinen Schritte vorbereitet, wo auf dem Mond Bodenproben genommen und von einer Transportkapsel zum Orbiter gebracht werden sollen. Während der Arbeitsphase auf der Mondoberfläche ist hierzu eine ununterbrochene und absolut zuverlässige Lokalisierung und Fernsteuerung aller Komponenten erforderlich. Mit Zapala war eine Abdeckrate des chinesischen TT&C-Systems von 90 % erreicht; nur wenn sich der Mond über dem Pazifik befindet, besteht eine Beobachtungslücke von etwa 2,5 Stunden. Um bei dem schwierigen Rendezvoumanöver zwischen Orbiter und von der Mondoberfläche aufsteigender Transportkapsel zu jedem Zeitpunkt die exakte Position der beteiligten Raumfahrzeuge bestimmen zu können, wurde bei der bislang nur während bemannter Missionen in der Erdumlaufbahn eingesetzten Bodenstation Swakopmund in Namibia zusätzlich zu den beiden Parabolantennen von 5 m und 9 m Durchmesser noch eine 18-m-Antenne mit einem S/X-Doppelband-Transceiver und einem VLBI-Datenerfassungs-Endgerät errichtet (22° 34′ 28,9″ S, 14° 32′ 54,4″ O).

 
Bei der Rückkehr einer Mondsonde eingesetzte Tracking-Stationen

Da die Rückkehrkapsel vom Orbiter mit mehr als 40.000 km/h vom Mond zurückgebracht wird, muss ihre Geschwindigkeit zunächst mit einer Atmosphärenbremsung über Afrika reduziert werden. Anschließend hüpft die Kapsel wie ein in flachem Winkel über eine Wasserfläche geworfener Stein wieder nach oben (daher die englische Bezeichnung skip-glide), um über Pakistan und Tibet in den endgültigen Landeanflug auf Dörbed in der Inneren Mongolei überzugehen. Um diesen sogenannten „zweiteiligen Abstieg“ zu überwachen, wird östlich von Somalia das Bahnverfolgungsschiff Yuan Wang 3 stationiert. Außerdem wurden die Bodenstation Karatschi und das Observatorium in Sênggê Zangbo, Westtibet,[130] jeweils mit einem Leitstrahlsystem und einem mobilen Mehrstrahl-Fernüberwachungs- und -Steuerungsgerät ausgestattet. Im Kreis Qakilik, Autonome Region Xinjiang, wurde eine im X-Band operierende Radarstation mit Phased-Array-Antenne errichtet.

Um sicher zu gehen, dass das Raumfahrzeug den korrekten Orbit erreicht, um die Rückkehrkapsel genau am richtigen Punkt über dem Südatlantik abtrennen zu können, wird während der letzten Phase des Rückflugs die Entfernung des Raumfahrzeugs von der Erde in einer Art Staffellauf von den Stationen in Zapala, Swakopmund und der ESTRACK-Station Maspalomas ständig gemessen. Die hierbei ermittelten Daten werden dann vom Raumfahrtkontrollzentrum Peking zur präzisen Vorausberechnung der für das Erreichen des Wiedereintrittskorridors notwendigen Flugbahn benutzt.[131]

BodensegmentBearbeiten

In China ist die Betreuung der Sonden an sich, die Triebwerke für Antrieb und Lagesteuerung, die Stromversorgung und Telemetrie, relativ streng von den wissenschaftlichen Nutzlasten getrennt. Für ersteres ist das Militär zuständig, also das Satellitenkontrollzentrum Xi’an und das Raumfahrtkontrollzentrum Peking, für letzteres wurde anlässlich der Chang’e-1-Mission in der Hauptverwaltung der Nationalen Astronomischen Observatorien der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking, Datun-Str. 20a, ein eigenes Bodensegment (地面应用系统) eingerichtet. Der Zentrale in Peking wurden die beiden neugebauten Antennen in Miyun (50 m) und Kunming (40 m) fest zugeteilt, um mit ihnen die Nutzlastdaten der Mondsonden zu empfangen. Daneben fungieren diese beiden Antennen auch als Teil des VLBI-Netzwerks zur Flugbahnüberwachung und können, wenn gerade keine Sichtverbindung zum Mond besteht, auch für radioastronomische Zwecke genutzt werden, aber ihre Funktion im Downlink von den Sonden hat Priorität.[132]

Neben der Speicherung, Sicherung, Archivierung und Veröffentlichung der empfangenen Nutzlastdaten wurde im Pekinger Hauptquartier des Bodensegments von Anfang an die Möglichkeit zur Weiterverarbeitung der Rohdaten geschaffen, also zum Beispiel der Erstellung von Mondkarten aus Fotos und Radardaten. Daneben ist das Bodensegment auch für die Steuerung der Nutzlasten zuständig.[133] Da die Antennen der Akademie der Wissenschaften über keine Sender verfügen, verfassen die Forscher in Peking Befehlszeilen, die sie an das Satellitenkontrollzentrum Xi’an übermitteln, das die Befehle wiederum über seine Tiefraumstationen an die Sonden schickt.[134] Für die Chang’e-3-Mission 2013 wurde im Hauptquartier des Bodensegments ein eigenes Fernerkundungslabor eingerichtet (遥科学实验室, nicht zu verwechseln mit dem 2005 in Betrieb genommenen Nationalen Schwerpunktlabor für Fernerkundung bzw. 遥感科学国家重点实验室 nebenan in der Datun-Str. 20a Nord).[135] Dort können die wissenschaftlichen Nutzlasten getestet und ihre Steuerung geübt werden.

Für die Chang’e-5-Mission, die Bodenproben vom Mond zurückbringen soll, wurde in der Datun-Str. 20a ein weiteres Labor eingerichtet, wo die Proben untersucht und aufbewahrt werden können (月球样品存储实验室). Für die langfristige Ex-situ-Lagerung eines Teils der Proben baute die Hunan-Universität in Shaoshan, dem Heimatort von Mao Zedong, ein den Katastrophenschutz-Vorschriften entsprechendes Reservelabor (备份存储实验室).[136][22] Da sich auf dem Lander von Chang’e 5 neben den üblichen Kameras noch ein Spektrometer und ein Bodenradar befinden,[137] die nach dem Start der Aufstiegsstufe und dem Abschluss der eigentlichen Mission weiter genutzt werden sollten,[138] ergab sich ein starker Datenverkehr. Daher wurde in Miyun neben dem bestehenden 50-m-Teleskop eine weitere Parabolantenne mit 40 m Durchmesser gebaut, um den Datenverkehr von dieser und den Folgemissionen zu bewältigen.[139]

OrganisationsstrukturBearbeiten

Die am Mondprogramm beteiligten Institutionen sind seit dem 24. April 2020 folgendermaßen organisiert:

Der formaljuristische Leiter des Mondprogramms und dem Nationalen Volkskongress gegenüber verantwortlich ist der Premierminister, seit dem 15. März 2013 Li Keqiang. Stand 2020 ist der faktische Leiter und das öffentliche Gesicht des Mondprogramms jedoch dessen Technischer Direktor Wu Weiren, der dabei von Wu Yanhua (吴艳华, * 1962), dem stellvertretenden Direktor der Nationalen Raumfahrtbehörde Chinas unterstützt wird.[140][141] Ebenfalls Stand 2020 sind mehrere tausend Firmen und Institutionen mit insgesamt mehreren zehntausend Wissenschaftlern und Ingenieuren für das Mondprogramm tätig.[22]

WeblinksBearbeiten

Commons: Mondprogramm der Volksrepublik China – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

EinzelnachweiseBearbeiten

  1. 中国登月新模式,921火箭扛大旗. In: spaceflightfans.cn. 18. September 2020, abgerufen am 20. September 2020 (chinesisch).
  2. a b c d Xu Lin, Wang Chi et al.: China's Lunar and Deep Space Exploration Program for the Next Decade (2020-2030). In: cjss.ac.cn. 15. September 2020, abgerufen am 14. Dezember 2020 (englisch).
  3. Man beachte: das Mondprogramm lief von Anfang an nicht unter dem Begriff „Grundlagenforschung“, sondern wurde unter der Rubrik „angewandte Technologie“ geführt. Zhou Enlais altes Diktum, dass die Wissenschaft dem Aufbau des Landes zu dienen habe gilt immer noch.
  4. 长5失利不影响嫦娥5号发射计划. In: cnhubei.com. 16. August 2017, abgerufen am 19. April 2019 (chinesisch).
  5. 嫦娥3号完成月球着陆器悬停避障及缓速下降试验. In: news.sina.com.cn. 7. Januar 2012, abgerufen am 1. Mai 2019 (chinesisch).
  6. 叶培建院士带你看落月. In: cast.cn. 3. Januar 2019, abgerufen am 24. April 2019 (chinesisch). Der Sprecher ist Prof. Ye Peijian, der Chefkonstrukteur der ersten Chang’e-Sonden.
  7. 张晓娟、熊峰: 中国月球车在秘密研制中 权威人士透露有关详情. In: news.sina.com.cn. 20. Oktober 2002, abgerufen am 1. Mai 2019 (chinesisch).
  8. Mark Wade: Ouyang Ziyuan in der Encyclopedia Astronautica, abgerufen am 18. April 2019 (englisch).
  9. 欧阳自远 et al.: 月球某些资源的开发利用前景. In: 地球科学-中国地质大学学报, 2002, 27(5): S. 498-503. Abgerufen am 4. Mai 2019 (chinesisch).
  10. 欧阳自远: 飞向月球. In: cctv.com. 26. Mai 2003, abgerufen am 18. April 2019 (chinesisch).
  11. 长5失利不影响嫦娥5号发射计划. In: cnhubei.com. 16. August 2017, abgerufen am 19. April 2019 (chinesisch).
  12. Plasma Physics and Controlled Fusion Research. In: english.hf.cas.cn. 2. Dezember 2002, abgerufen am 8. Juni 2019 (englisch).
  13. Isabella Milch: IPP-Fusionsanlage ASDEX in China wieder in Betrieb gegangen. In: ipp.mpg.de. 2. Dezember 2002, abgerufen am 8. Juni 2019.
  14. Information Office of the State Council: China's Space Activities, a White Paper. In: spaceref.com. 22. November 2000, abgerufen am 19. April 2019 (englisch).
  15. 月球探测大事记(1959.01-2007.10). In: spacechina.com. 30. April 2008, abgerufen am 20. April 2019 (chinesisch).
  16. 欧阳自远: 飞向月球. In: cctv.com. 26. Mai 2003, abgerufen am 18. April 2019 (chinesisch). Zum tatsächlichen Inhalt des Mondvertrages siehe den englischen Originaltext bei den Weblinks. Ouyang Ziyuan war zu diesem Zeitpunkt noch kein offizieller Mitarbeiter des Mondprogramms und äußerte hier nur seine Privatmeinung als Mitglied der Akademie der Wissenschaften. CCTV ist jedoch ein staatlichen Direktiven unterliegender Fernsehsender. Dies war also im Prinzip der offizielle Standpunkt der chinesischen Regierung. Seit 2018, und vor allem seit der Landung von Chang’e 4 auf der Rückseite des Mondes am 3. Januar 2019 wurde der Tonfall deutlich weniger aggressiv.
  17. 探月工程. In: nssc.cas.cn. Abgerufen am 22. April 2019 (chinesisch). Bei der Chang’e-4-Mission kamen auch Nutzlasten von der Chongqing-Universität und ausländischen Partnern zum Einsatz, was die Koordination weiter verkomplizierte.
  18. 长5失利不影响嫦娥5号发射计划. In: cnhubei.com. 16. August 2017, abgerufen am 19. April 2019 (chinesisch).
  19. a b 中国登月新模式,921火箭扛大旗. In: spaceflightfans.cn. 18. September 2020, abgerufen am 22. September 2020 (chinesisch).
  20. 中国载人登月计划续. In: spaceflightfans.cn. 12. Oktober 2020, abgerufen am 12. Oktober 2020 (chinesisch).
  21. 中国嫦娥工程的“大三步”和“小三步”. In: chinanews.com. 1. Dezember 2013, abgerufen am 18. April 2019 (chinesisch).
  22. a b c d 探月工程嫦娥五号任务有关情况发布会. In: cnsa.gov.cn. 17. Dezember 2020, abgerufen am 18. Dezember 2020 (chinesisch).
  23. “嫦娥”回家后,还有哪些新期待. In: cnsa.gov.cn. 18. Dezember 2020, abgerufen am 19. Dezember 2020 (chinesisch).
  24. 九天揽月星河阔,十六春秋绕落回——中国探月工程三步走战略. In: clep.org.cn. 13. November 2020, abgerufen am 17. Dezember 2020 (chinesisch).
  25. 宋猗巍: 关于开展探月工程四期嫦娥七号任务载荷竞争择优的通知. In: clep.org.cn. 27. August 2020, abgerufen am 28. August 2020 (chinesisch).
  26. a b c 李扬: “玉兔”登月600天干了啥?这场大会还解答了这些“天问”. In: xrdz.dzng.com. 20. September 2020, abgerufen am 22. September 2020 (chinesisch).
  27. 我国探月工程四期将构建月球科研站基本型. In: cnsa.gov.cn. 27. November 2020, abgerufen am 15. Dezember 2020 (chinesisch).
  28. Luan Shanglin: China's first lunar orbiter costs as much as two kilometers of subway. In: gov.cn. 22. Juli 2006, abgerufen am 25. April 2019 (englisch).
  29. 长5失利不影响嫦娥5号发射计划. In: cnhubei.com. 16. August 2017, abgerufen am 19. April 2019 (chinesisch).
  30. 探月与航天工程中心成立十五周年座谈会召开. In: clep.org.cn. 4. Juni 2019, abgerufen am 6. Juni 2019 (chinesisch).
  31. 机构简介. In: cnsa.gov.cn. Abgerufen am 23. April 2019 (chinesisch).
  32. Zhang Qingwei war bei der CALT unter anderem für die Entwicklung der Changzheng-2F-Rakete zuständig, bei der CASC für die bemannte Raumfahrt (Shenzhou 5 und Shenzhou 6).
  33. Andere Gruppen im Zentrum für Monderkundungs- und Raumfahrt-Projekte befassen sich mit der Asteroidenmission und, seit dem 11. Januar 2016, mit dem Marsprogramm.
  34. 探月工程. In: nssc.cas.cn. Abgerufen am 22. April 2019 (chinesisch).
  35. 陈玉明: 嫦娥二号飞离月球 奔向距地球150万公里的深空. In: gov.cn. 9. Juni 2011, abgerufen am 30. April 2019 (chinesisch).
  36. 田兆运、祁登峰: 嫦娥二号创造中国深空探测7000万公里最远距离纪录. In: news.ifeng.com. 14. Februar 2004, abgerufen am 28. April 2019 (chinesisch). Zum Vergleich: der Mars ist etwa 230 Millionen Kilometer von der Sonne entfernt.
  37. 发布月面虹湾局部影像图. In: clep.org.cn. 22. November 2013, abgerufen am 30. April 2019 (chinesisch). Enthält von Chang'e 2 aufgenommene Fotos der Landestelle. Das große Foto oben wurde aus 100 km Entfernung aufgenommen, das detailreiche Foto mit den einzelnen Felsbrocken aus einer Entfernung von 18,7 km. Die Auflösung im letzteren Fall beträgt 1,3 m; die große Grube in der Bildmitte hat einen Durchmesser von etwa 2 km.
  38. China considering manned lunar landing in 2025-2030. Xinhua, 24. Mai 2007, abgerufen am 27. Mai 2009 (englisch).
  39. http://www.n-tv.de/wissen/China-schickt-Jadehasen-auf-den-Mond-article11798356.html
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  93. 周雁: 陈善广:人因工程助力太空“一带一路”. In: cmse.gov.cn. 2. Januar 2020, abgerufen am 14. Januar 2020 (chinesisch). Man beachte: Generalmajor Chen verwendete in seinem Diskussionsbeitrag für die dritte Phase der Mondbesiedelung nicht mehr den militärischen Ausdruck „Stationierung“/驻, wie im ursprünglichen Text des Mondprogramms, sondern „Heimat auf dem Mond“/月球家园.
  94. 姜宁、王婷、祁登峰: 梦想绽放九天上——北京航天飞行控制中心创新发展记事. In: xinhuanet.com. 11. April 2016, abgerufen am 19. Mai 2019 (chinesisch).
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  100. 德先生: 孙泽洲:嫦娥四号传回月球近景图离不开他13年的付出,月背软着陆为中国实现载人登月打下契机. In: zhuanlan.zhihu.com. 8. Januar 2019, abgerufen am 6. Mai 2019 (chinesisch).
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  114. Man beachte: in diesem Dokument aus dem Jahr 2009 wird die russische Raumfahrtbehörde Roskosmos nicht erwähnt.
  115. 陈玉明: 嫦娥二号飞离月球 奔向距地球150万公里的深空. In: gov.cn. 9. Juni 2011, abgerufen am 22. Mai 2019 (chinesisch). Der in dem Artikel erwähnte Durchmesser von 64 m für Giyamusi wurde nachträglich erweitert.
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  140. Live: Chang'e-4 mission press conference 国新办举行嫦娥四号任务有关情况新闻发布会 auf YouTube, 13. Januar 2019, abgerufen am 30. November 2020.
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