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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 möglichen späteren Phase mit bemannten Raumschiffen. Es wird von der China National Space Administration, der Raumfahrtagentur der Volksrepublik China, koordiniert. Bestandteile des Programms sind bislang Mondorbiter (Chang’e-1 und Chang’e-2), Mondrover (Chang’e-3 und Chang’e-4) sowie Rückholmissionen, mit denen Mondgestein auf die Erde gebracht werden soll (Chang’e-5 und Chang’e-6). Bei der Testmission Chang’e 5-T1 in den Jahren 2014/15 wurde die Atmosphärenbremsung einer vom Mond zurückkehrenden unbemannten oder bemannten Rückkehrkapsel sowie die Bahnmanöver und Satellitennavigation von auf einer freien Rückkehrbahn mit minimalem Treibstoffeinsatz zwischen Erde und Mond hin und her pendelnden Transportraumschiffen erprobt.[1]

Inhaltsverzeichnis

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“ (863計劃 / 863计划), also des im März 1986 noch unter Deng Xiaoping gestarteten Nationalen Programms zur Förderung von Hochtechnologie (國家高技術研究發展計劃 / 国家高技术研究发展计划), wurde eine Projektgruppe Monderkundung (月球探測課題組 / 月球探测课题组) gebildet, was dem Unterfangen Gelder aus dem 8. Fünfjahresplan (1991–1995) sicherte.[2] 1994 konnte die Akademie der Wissenschaften eine umfassende Machbarkeitsstudie für ein Monderkundungsprogramm vorlegen, und die ersten Mittel wurden freigegeben.[3] 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[4][5]
  • Weitgehend autonom agierendes Fahrzeug[6]

Ouyang Ziyuan, seit 1988 Leiter des Instituts für Geochemie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften[7] und Experte für extraterrestrisches Material wie Meteoriten, kosmischen Staub und Mondgestein,[8] hatte schon 1992 in einem von der Projektgruppe Monderkundung angeforderten Bericht darauf hingewiesen, dass nicht nur die bekannten großen Erzvorkommen wie Eisen, der Kernbrennstoff Thorium und vor allem das in Luft- und Raumfahrt verwendete Leichtmetall Titan Ziel von Mondmissionen sein könnten, sondern auch der 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 im Jahr 2000 vorgelegten Abschlussberichts der Projektgruppe: „Wissenschaftliche Ziele einer Sonde für die Erkundung von Bodenschätzen auf dem Mond durch China“ (中國月球資源探測衛星科學目標 / 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“ – 《中國的航天》白皮書 / 《中国的航天》白皮书 – 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 (entsprach etwa dem Beschaffungsamt der Bundeswehr) im Januar 2001 in Harbin einberufenen Konferenz zur Tiefraumerkundung (深空探測會議 / 深空探测会议) drängten die Wissenschaftler darauf, die Details des Mondprogramms öffentlich zu machen.

Gut anderthalb Jahre später fand dann zunächst die Information des Fachpublikums statt, auf einer internationalen Konferenz zu Technologie und praktischem Nutzen der Tiefraumerkundung, die am 13. August 2002 unter Teilnahme von Vertretern der Nationalen Raumfahrtbehörde (國家航天局 / 国家航天局, international als China National Space Administration bekannt), der NASA, Roskosmos und ESA in Qingdao abgehalten wurde.[15] Die Information der chinesischen Öffentlichkeit übernahm am 26. Mai 2003 Ouyang Ziyuan mit einem äußerst detailreichen Vortrag in der populärwissenschaftlichen Reihe „Forum der hundert Schulen“ (百家講壇 / 百家讲坛) im 10. Programm des Zentralfernsehens. 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“). Prof. Ouyang erwähnte auch den – von China nicht unterzeichneten – Mondvertrag von 1979. 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 (誰先利用,誰先獲益 / 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 (月球探測工程領導小組 / 月球探测工程领导小组, Yuèqiú Tàncè Gōngchéng Lǐngdǎo Xiǎozǔ), deren Vorsitz Zhang Yunchuan (张云川, *1946), der Leiter der Wehrtechnik-Kommission, persönlich übernahm. Die Aufgabe dieser Führungsgruppe war es zum einen, die Arbeit der zahlreichen an dem Projekt beteiligten Firmen und Institutionen zu koordinieren. 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, wobei die Aufsicht und Verantwortung weiter beim Zentrum für Weltraumwissenschaften liegt.[17] Zum anderen hatte die Führungsgruppe für den Staatsrat einen Bericht mit einem vorläufigen Zeitplan und den einzelnen Schritten eines nationalen Monderkundungsprogramms auszuarbeiten. Dieser Bericht wurde Ende 2003 eingereicht.[18]

ProgrammstrukturBearbeiten

Das chinesische Mondprogramm besteht aus Drei Großen Schritten (大三步):

  • [Unbemannte] Erkundung ()
  • [Bemannte] Landung ()
  • Stationierung [einer ständigen Besatzung] ( / )

Derzeit befindet man sich beim ersten Großen Schritt, der unbemannten Erkundung, die wiederum in Drei Kleine Schritte (小三步) unterteilt ist:

  • Umkreisung ( / )
  • Landung ()
  • Rückkehr ()[19]

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;[20] der Geologe Ouyang Ziyuan war bei dieser Gelegenheit zum Chefwissenschaftler des Chang’e-Programms ernannt worden.[21] Wichtiger als die Personalien war jedoch, dass am 2. Juni 2004, wenige Monate nach dem offiziellen Beginn des Mondprogramms, am Hauptquartier der Nationalen Raumfahrtbehörde in Peking ein „Zentrum für Monderkundungs- und Raumfahrt-Projekte“ (國家航天局探月與航天工程中心 / 国家航天局探月与航天工程中心, Guójiā Hángtiānjú Tànyuè Yǔ Hángtiān Gōngchéng Zhōngxīn) eingerichtet wurde, das bis heute für alle technischen und administrativen Aspekte des Monderkundungsprojekts und der bemannten Raumfahrt zuständig ist.[22] 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[23]

Die ersten Pläne für den Ablauf der Chang’e-1 Mission waren im September 2004 fertiggestellt. Dann begann unter der Leitung von Ye Peijian, seit 1989 Chefingenieur in der Abteilung für Datenverarbeitung bei der Chinesischen Akademie für Weltraumtechnologie und seit 2003 Mitglied der Chinesischen Akademie der Wissenschaften,[24][25] 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, wegen der englischen Bezeichnung „China Academy of Space Technology“ meist CAST abgekürzt, 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. Als er mit Wirkung vom 30. August 2007 zum Parteisekretär der Provinz Hebei ernannt wurde, übergab er seine Ämter in der Wehrtechnik-Kommission und der Führungsgruppe Mond an Zhang Qingwei, der nach seinem Magisterabschluss zum Thema Flugzeugsteuerung im März 1988 zuerst bei der China Academy of Launch Vehicle Technology gearbeitet hatte, dann ab 1. Juli 1999 bei der China Aerospace Science and Technology Corporation, dort seit November 2001 als Vorstandsvorsitzender. Also ein hochkompetenter Raumfahrt-Fachmann.[26]

Dann wurde jedoch am 15. März 2008 die Wehrtechnik-Kommission im Rahmen einer Reform der Organe des Staatsrats 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 (孫來燕 / 孙来燕, *1957). Zhang Qingwei ging zurück in die Wirtschaft und wurde Vorstandsvorsitzender der Commercial Aircraft Corporation of China. Die Führungsgruppe Monderkundungsprojekt blieb, nun unter dem Dach des Zentrums für Monderkundungs- und Raumfahrt-Projekte bei der Nationalen Raumfahrtbehörde, bestehen.[27] Ihren Vorsitz übernahm der Elektroingenieur Chen Qiufa (陳求發 / 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 noch 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,[28] startete am 1. Oktober 2010 und umkreiste den Mond in 100 km Höhe, also hur noch halb so hoch wie bei Chang’e-1. Als die Sonde nach sieben Monaten 99,9 % der Mondoberfläche kartographiert hatte, wurde der mondnächste Punkt der Umlaufbahn im Mai 2011 so weit abgesenkt, dass er nur noch 15 km über dem geplanten Landeplatz der Nachfolgermission im Mare Imbrium lag.

Eigentlich hätte Chang’e-2 schon am 1. April 2011 das Ende ihrer erwarteten Lebensdauer erreicht gehabt. Da jedoch alle Systeme noch einwandfrei funktionierten, beschloss man, die Gelegenheit zu nutzen und Erfahrung für zukünftige Tiefraum-Missionen zu sammeln. Dabei ging es zum einen darum, die effektive Reichweite der Sender in den dem Satellitenkontrollzentrum Xi’an unterstehenden Bodenstationen zu testen, die ursprünglich nur für die Steuerung von Aufklärungs- und Kommunikationssatelliten in der Erdumlaufbahn gebaut worden waren. Zum anderen ging es um die Messung des Sonnenwindes, das heisst die Gefährdung von Elektronik und gegebenenfalls Menschen im interplanetaren Raum. Am 9. Juni 2011 verließ Chang’e-2 den Mondorbit,[29] begab sich zunächst zum Lagrangepunkt L2 des Sonne-Erde-Systems, dann zum erdnahen Asteroiden (4179) Toutatis. Anschließend brach die Sonde auf einer langgestreckten elliptischen Bahn in den interplanetaren Raum auf. 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.[30]

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,[31] 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.[32][33] 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.[34]

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 – für die Chefentwickler Xu Zhihai 2012 den Wissenschaftspreis der Provinz Zhejiang erhielt[35] – sowie ein entsprechend erweiterter Zwischenspeicher für die Daten zum Einsatz kamen.[36] 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 überhaupt mit der Sonde kommunizieren zu können, musste zuerst ein Relais-Satellit hinter dem Mond positioniert werden.

Mittlerweile hatte bei der Herstellerfirma der Sonden ein Generationswechsel stattgefunden. Sun Zezhou (孙泽洲, *1970), der 1992 nach seinem Studienabschluss als Elektroingenieur an der Nanjinger Universität für Luft- und Raumfahrttechnik 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.[37][38] Bei Chang'e-2 und Chang'e-3 war er dann 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 Yinghuo-2 begann, wurde Sun Zezhou als Nachfolger von Ye Peijian zum Chefkonstrukteur für beide Projekte ernannt.[39][40] Ye Peijian, mittlerweile 74 Jahre alt, arbeitet neben seiner Lehrtätigkeit immer noch für CAST, macht dort aber nur noch Öffentlichkeitsarbeit für das Mondprogramm (Stand 2019).[41]

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.[42] Der Relais-Satellit, später „Elsternbrücke“ genannt, war dagegen eine Neuentwicklung auf der Basis der CAST 100 Plattform.[43] 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.[44] 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 geparkt. Daraufhin konnte beim übernächsten Startfenster 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; Chang’e-5, 2020; Chang’e-6, 2023+)Bearbeiten

In der dritten Phase wurde auf Grundlage der Erkenntnisse aus den Landungsmissionen ein Raumfahrzeug entwickelt, das etwa 2 kg Mondgestein zur Erde zurückbringen kann.[45] 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[46] gelang dies am 1. November 2014 bei der eine Woche vorher gestarteten Testkapsel ohne Probleme.[47] 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 eine Probe zur Erde zurückbringen sollte. Dann gab es jedoch Probleme mit dem Triebwerk der hierfür vorgesehenen Trägerrakete Changzheng-5, wodurch sich der Start auf Anfang 2020 verschob (Stand 19. Juli 2019).[48] Zu einem späteren Zeitpunkt soll Chang’e-6 am Südpol des Mondes landen und von dort Bodenproben zurückbringen. Die Frage, ob auf der erdzugewandten oder der erdabgewandten Seite des Südpols gelandet werden soll, wird erst nach Auswertung der von Chang’e-5 zurückgebrachten Bodenproben entschieden.

Wie bei der Landephase versuchte man bei Chang’e-5 das Risiko durch Anpassungsschwierigkeiten etc. zu minimieren, indem man auf eigene, lang erprobte Technologie setzte. Für Chang’e-6Vorlage:Zukunft/In 4 Jahren lud jedoch Liu Jizhong (刘继忠), der Leiter des Zentrums für Monderkundungs- und Raumfahrt-Projekte bei der Nationalen Raumfahrtbehörde, chinesische Universitäten und Privatunternehmen sowie ausländische Forschungsinstitute am 18. April 2019 bei einer feierlichen Zeremonie in Peking dazu ein, sich mit Nutzlasten an der Mission zu beteiligen. Auf Orbiter und Lander stehen jeweils 10 kg für auswärtige Partner zur Verfügung. Zum Vergleich: das Biosphären-Experiment der Chongqing-Universität, das im Lander von Chang’e-4 mitflog, 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.[49] Das französische Centre national d’études spatiales hat 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 einer Absichtserklärung unterzeichnet, gemäß der Frankreich eine Kamera und ein Analysegerät im Gesamtgewicht von 15 kg bei der Chang’e-6-Mission mitschicken will.[50]

Errichtung von GebäudenBearbeiten

Chang’e-7 soll am Südpol des Mondes ausführliche Untersuchungen zu Topographie und Bodenzusammensetzung durchführen, Untersuchungen die dann von Chang’e-8 noch vertieft werden sollen. Derzeit gibt es Überlegungen, mittels 3D-Druck aus Mondboden-Material Gebäude für eine wissenschaftliche Forschungsstation zu errichten.[51] Diese Technik soll von Chang’e-8 erprobt werden.[52][53] Für die Energieversorgung der Gebäude ist derzeit (Stand 2018) geplant, 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 hierfür werden derzeit vom Ministerium für Wissenschaft und Technologie aus dem Fonds für nationale wissenschaftlich-technische Spezialprojekte von großer Bedeutung (国家重大科技专项工程, Pinyin Guójiā Zhòngdà Kējì Zhuānxiàng Gōngchéng) finanziert.[54]

Zukünftige EntwicklungBearbeiten

Es ist sehr wahrscheinlich, dass die vierte Phase mit einer bemannten Mission in Form eines Shenzhou-Flugs um den Mond beginnt, da die Shenzhou-Raumfahrzeuge – ähnlich wie die Sojus-Raumschiffe in den 1960er-Jahren – dafür ausgelegt sind.[55] Wu Weiren, Chefplaner für die technischen Aspekte der Mondmissionen, sagte 2013 in einer Pressekonferenz anlässlich der Chang'e 3-Mission: „In unserem Land wurden umfassende Systeme zur Sondierung von Mond und Mars ins Leben gerufen. Dabei ist jeder Schritt die Grundlage für den nächsten. So wird beim Mondprojekt einer unbemannten Mission eine bemannte folgen. Das ist ein konsequenter Prozess. So haben wir mit den erfolgreichen Missionen der Mondsonden ‚Chang'e 1' und ‚Chang'e 2' zugleich bereits Grundlagen für eine Sondierung des Mars geschaffen. Dabei gibt es kein Problem.“[56]

Prinzipiell gibt es unter den Verantwortlichen des Mondprogramms zwei Denkschulen. Die eine, seinerzeit angeführt von Ouyang Ziyuan, würde gerne das bemannte Raumfahrtprogramm vorantreiben und eine ständig besetzte Mondstation aufbauen. Die Parole dieser Schule lautet „Erkunden, Landen, Wohnen“ (探、登、住). Die andere Schule, öffentlich vertreten durch Ye Peijian, favorisiert Roboter um die wissenschaftliche Erkundung des Mondes zu vertiefen sowie Bodenschätze zu erschließen und zu nutzen. Erst am Ende dieses Prozesses sollte eine ständig mit Robotern besetzte Mondbasis stehen, die für kurze Besuche auch Astronauten beherbergen kann. Die Parole dieser Schule lautet „Erkunden, Nutzen, Wohnen“ (探、用、住). Unter Berücksichtigung von Faktoren wie der zu erwartenden Geschwindigkeit der technischen Entwicklung, den zur Verfügung stehenden Trägerraketen, der langfristigen Finanzierbarkeit sowie einer Kosten-Nutzen-Abwägung kam man im Zentrum für Monderkundungs- und Raumfahrt-Projekte bei der China National Space Administration 2015 zu dem Schluß, dass zunächst die Entwicklung von Robotern voranzutreiben wäre und erst in der Zukunft, wenn die Zeit reif dafür wäre, ein konkretes Programm zur bemannten Mondlandung aufgelegt werden sollte. Peng Zhaoyu (裴照宇), stellvertretender Leiter des Zentrums für Monderkundungs- und Raumfahrt-Projekte, nannte seinerzeit als realistischen Zeitrahmen das Jahr 2030, wo eine von Robotern besetzte Forschungsstation in Betrieb sein könnte, auf der neben wissenschaftlicher Erkundung und Experimenten auch Technologien zum Rohstoffabbau erprobt werden könnten.[57]

Die europäische Raumfahrtbehörde ESA schlug im März 2016 ein internationales „Monddorf“ vor,[58][59] 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 derzeitigem Diskussionsstand soll 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.[60] Als erster konkreter Schritt zu einer Mondbasis wird nun eine mit Regierungsvertretern aller beteiligten Länder besetzte Koordinierungskommission eingesetzt. Gleichzeitig wird 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 sollen die drei Körperschaften eine detaillierte Entscheidungsvorlage für den Bau einer internationalen Mondbasis erarbeiten.

Prof. 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. Es ist derzeit geplant, dass China seine Chang’e-7-Mission zwar getrennt fliegend aber gleichzeitig mit dem russischen Orbiter Luna-26 durchführt. In koordiniertem Vorgehen sollen sich die beiden Sonden auf der Missionsebene gegenseitig unterstützen.[61][62]

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.[63] 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 (中国人民解放军总装备部, Pinyin Zhōnggúo Rénmín Jiěfàngjūn Zǒng Zhuāngbèibù), 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.[64]

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.[65] Die Weiterleitung von Daten an ausländische Betreiber von Nutzlasten erfolgt über das Zentrum für Monderkundungs- und Raumfahrt-Projekte der Nationalen Raumfahrtbehörde Chinas.[66]

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[67][68] 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,[69] werden die Antennen in Miyun, Kunming, Shanghai[70] und Ürümqi[71] zu einem 3000-Kilometer-VLBI-System zusammengeschaltet, ab der Chang’e-3 Mission 2013 unter Verwendung des Delta-DOR-Verfahrens.[72][73] 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 40.000 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 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[74] die Position der Sonden mit hoher Präzision bestimmt werden.[75]

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.[76] 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.[77][78] 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,[79] 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,[80][81] 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.[82]

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 ud 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.[83]
  • 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[84][85] 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.[86] 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.[87] 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.[88][89]

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.[90] 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,[91] 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).[92][93][94] Im Februar 2015 wurde der Vertrag vom Argentinischen Nationalkongress ratifiziert.[95] Bald darauf war der offizielle Baubeginn (mit den Erdarbeiten hatte man bereits im Dezember 2013 begonnen).[96] Im Februar 2017 waren die Bauarbeiten weitgehend beendet,[97] 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.[98]

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-Systmes 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,[99] 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.[100]

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.[101]

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.[102] 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.[103] 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).[104] 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), dazu noch an einem auswärtigen, den Katastrophenschutz-Vorschriften entsprechenden Ort ein weiteres Labor für Ex-situ-Aufbewahrung der Bodenproben. Da sich auf dem Lander von Chang’e-5 neben den üblichen Kameras allein vier Geräte zur vor-Ort-Analyse des Mondbodens befinden, ergibt sich bei dieser Mission ein starker Datenverkehr.[105] 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.[106]

OrganisationsstrukturBearbeiten

Seit dem 21. März 2008 sind die am Mondprogramm beteiligten Institutionen folgendermaßen organisiert:

Man beachte:
Der formaljuristische Leiter des Mondprogramms und dem Nationalen Volkskongress gegenüber verantwortlich ist der Ministerpräsident (seit dem 15. März 2013 Li Keqiang).[107] Tatsächlich laufen jedoch alle Fäden bei der Führungsgruppe Monderkundungsprojekt (月球探測工程領導小組 / 月球探测工程领导小组, Yuèqiú Tàncè Gōngchéng Lǐngdǎo Xiǎozǔ) zusammen, deren Vorsitz seit dem 21. März 2008 Chen Qiufa (陳求發 / 陈求发, *1954) innehat.

WeblinksBearbeiten

EinzelnachweiseBearbeiten

  1. 叶培建委员:“嫦娥五号”探路者“小飞” “打前站”有“高招”. In: clep.org.cn. 2. März 2016, abgerufen am 19. Mai 2019 (chinesisch).
  2. 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.
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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.
  6. 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).
  7. Former Directors. In: gyig.cas.cn. Abgerufen am 18. April 2019 (englisch).
  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. Prof. Ouyang 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 ist also im Prinzip der offizielle Standpunkt der chinesischen Regierung.
  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. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 机构简介. In: cnsa.gov.cn. Abgerufen am 23. April 2019 (chinesisch).
  24. 叶培建: 科学院院士叶培建. In: cast.cn. 3. August 2015, abgerufen am 24. April 2019 (chinesisch).
  25. 郭扬: 嫦娥工程总指挥兼总设计师叶培建. In: news.sohu.com. 22. Oktober 2007, abgerufen am 24. April 2019 (chinesisch).
  26. Zhang Qingwei war bei der CALT unter anderem für die Entwicklung der Chang Zheng 2F Rakete zuständig, bei der CASC für die bemannte Raumfahrt (Shenzhou 5 und Shenzhou 6).
  27. Andere Gruppen im Zentrum für Monderkundungs- und Raumfahrt-Projekte befassen sich dem Bemannten Raumfahrtprogramm, der Zheng-He-Mission zum erdnahen Asteroiden (469219) Kamoʻoalewa und dem Hauptgürtelkometen (7968) Elst-Pizarro, und seit dem 11. Januar 2016 mit dem Marsprogramm.
  28. 探月工程. In: nssc.cas.cn. Abgerufen am 22. April 2019 (chinesisch).
  29. 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).
  30. 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.
  31. 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.
  32. China considering manned lunar landing in 2025-2030. Xinhua, 24. Mai 2007, abgerufen am 27. Mai 2009 (englisch).
  33. http://www.n-tv.de/wissen/China-schickt-Jadehasen-auf-den-Mond-article11798356.html
  34. SUN ZeZhou, JIA Yang, and ZHANG He: Technological advancements and promotion roles of Chang’e-3 lunar probe mission. In: Science China. 56, Nr. 11, November 2013, S. 2702–2708. doi:10.1007/s11431-013-5377-0.
  35. 徐之海: 研究与成果. In: zju.edu.cn. Abgerufen am 4. Mai 2019 (chinesisch).
  36. 探月工程. In: nssc.cas.cn. Abgerufen am 4. Mai 2019 (chinesisch).
  37. 孙泽洲. In: ceie.nuaa.edu.cn. 20. September 2017, abgerufen am 6. Mai 2019 (chinesisch).
  38. 徐超、黄治茂: “嫦娥一号” 副总设计师孙泽洲. In: news.163.com. 8. November 2007, abgerufen am 6. Mai 2019 (chinesisch).
  39. 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).
  40. 孙泽洲从“探月”到“探火” 一步一个脚印. In: cast.cn. 26. Oktober 2016, abgerufen am 6. Mai 2019 (chinesisch). Das Foto wurde im Kosmodrom Xichang aufgenommen.
  41. 叶培建院士带你看落月. In: cast.cn. 3. Januar 2019, abgerufen am 24. April 2019 (chinesisch).
  42. 雷丽娜: 我国嫦娥四号任务将实现世界首次月球背面软着陆. In: gov.cn. 2. Dezember 2015, abgerufen am 7. Mai 2019 (chinesisch).
  43. CAST 100 Bus. In: cast.cn. Abgerufen am 6. Mai 2019 (englisch).
  44. 航天东方红卫星有限公司. In: cast.cn. 21. April 2016, abgerufen am 6. Mai 2019 (chinesisch).
  45. 王铮: 从“嫦娥一号”到“嫦娥五号”. In: xinhuanet.com. 26. Juli 2018, abgerufen am 30. April 2019 (chinesisch). Enthält graphische Darstellung von Lander und Rückkehrkapsel.
  46. “舞娣”素描——揭秘探月工程三期飞行试验器. In: clep.org.cn. 24. Oktober 2014, abgerufen am 18. Mai 2019 (chinesisch).
  47. China testet erfolgreich zweite Mondsonde. Abgerufen am 10. November 2014.
  48. China's Plans to Solve the Mysteries of the Moon. In: english.cas.cn. 19. Juli 2019, abgerufen am 23. Juli 2019 (englisch).
  49. 国家航天局交接嫦娥四号国际载荷科学数据 发布月球与深空探测合作机会. In: clep.org.cn. 18. April 2019, abgerufen am 11. Mai 2019 (chinesisch).
  50. 杨婷婷、郭光昊、童黎: 中法将开展探月合作:嫦娥六号搭载法方设备. In: m.guancha.cn. 26. März 2019, abgerufen am 31. Juli 2019 (chinesisch).
  51. 3D printing our way to the Moon. In: esa.int. 22. Januar 2019, abgerufen am 23. Juli 2019 (englisch).
  52. 嫦娥五号年底飞,嫦娥六号、七号、八号规划首次公开. In: spacechina.com. 15. Januar 2019, abgerufen am 16. Januar 2019 (chinesisch). Siehe auch: 3D-Druck im Bauwesen
  53. https://www.youtube.com/watch?v=v7FiaHwv-BI Englische Übersetzung der Pressekonferenz des Staatsrats der Volksrepublik China vom 14. Januar 2019.
  54. 任德鹏 et al.: 月球基地能源系统初步研究. In: jdse.bit.edu.cn. Abgerufen am 4. Mai 2019 (chinesisch). Zur Einordnung: es gibt in ganz China nur 16 Projekte, darunter die Gaofen-Satelliten zur hochauflösenden Erdbeobachtung, die aus diesem, zunächst bis 2020 befristeten Fonds gefördert werden.
  55. Shenzhou Circumlunar in der Encyclopedia Astronautica (englisch)
  56. http://german.cri.cn/3071/2013/12/19/1s208707.htm
  57. 裴照宇 et al.: 嫦娥工程技术发展路线. In: jdse.bit.edu.cn. 2. Juni 2015, abgerufen am 23. Juli 2019 (chinesisch).
  58. Johann-Dietrich Wörner: Moon Village: A vision for global cooperation and Space 4.0. In: blogs.esa.int. 23. November 2016, abgerufen am 23. Juli 2019 (englisch).
  59. Johann-Dietrich Wörner: Moon Village. In: youtube.com. 22. März 2016, abgerufen am 23. Juli 2019 (englisch).
  60. Man beachte: Suche nach und Ausbeutung von Bodenschätzen wurde auf der Konferenz nicht erwähnt. Die Abteilung für Wissenschaft und Technik der Radioastronomie am Astronomischen Observatorium Shanghai plant schon seit 2014, gemeinsam mit der ESA nach dem Prinzip des Low Frequency Array (LOFAR) am Lagrangepunkt L2 hinter dem Mond ein Langwellen-Radiointerferometer aus einem „Mutterschiff“ und 8 Minisatelliten einzurichten. Falls das nun tatsächlich Wirklichkeit werden sollte, würde das für das offizielle chinesische Mondprogramm einen Paradigmenwechsel bedeuten. Lao Baoqiang: Projects. In: 202.127.29.4 [SHAO]. Abgerufen am 29. Juli 2019 (englisch). Discovering the Sky at the Longest Wavelengths. In: astron.nl. Abgerufen am 29. Juli 2019 (englisch).
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  64. 王美 et al.: 深空测控网干涉测量系统在“鹊桥”任务中的应用分析. In: jdse.bit.edu.cn. Abgerufen am 23. Mai 2019 (chinesisch).
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  69. 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).
  70. 岚子: 上海天文台佘山站25米口径射电望远镜. In: china.com.cn. 13. November 2007, abgerufen am 9. Februar 2019 (chinesisch).
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  72. 徐瑞哲: 巨型望远镜送“嫦娥”飞月. In: news.sina.com.cn. 19. August 2006, abgerufen am 9. Februar 2019 (chinesisch).
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  74. 叶培建委员:“嫦娥五号”探路者“小飞” “打前站”有“高招”. In: clep.org.cn. 2. März 2016, abgerufen am 20. Mai 2019 (chinesisch).
  75. 董光亮、李海涛 et al.: 中国深空测控系统建设与技术发展. In: jdse.bit.edu.cn. 5. März 2018, abgerufen am 20. Mai 2019 (chinesisch).
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  78. “嫦娥”天线分系统主任设计师孙大媛. In: discover.163.com. 5. November 2007, abgerufen am 20. Mai 2019 (chinesisch).
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  83. Man beachte: in diesem Dokument aus dem Jahr 2009 wird die russische Raumfahrtbehörde Roskosmos nicht erwähnt.
  84. 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.
  85. 王美 et al.: 深空测控网干涉测量系统在“鹊桥”任务中的应用分析. In: jdse.bit.edu.cn. Abgerufen am 9. Mai 2019 (chinesisch).
  86. Vgl. Die Empfänger am Radioteleskop Effelsberg. In: mpifr-bonn.mpg.de. Abgerufen am 22. Mai 2019.
  87. 董光亮、李海涛 et al.: 中国深空测控系统建设与技术发展. In: jdse.bit.edu.cn. 5. März 2018, abgerufen am 20. Mai 2019 (chinesisch).
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  90. China gibt Startschuss für erste Mondlandung. In: rp-online.de. 1. Dezember 2013, abgerufen am 23. Mai 2019.
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  94. Martín Dinatale: Tras la polémica por su eventual uso militar, la estación espacial de China en Neuquén ya empezó a funcionar. In: infobae.com. 28. Januar 2018, abgerufen am 25. Mai 2019 (spanisch).
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  103. 刘建军: 中国首次火星探测任务地面应用系统. In: jdse.bit.edu.cn. 5. Mai 2015, abgerufen am 31. Juli 2019 (chinesisch).
  104. 历史沿革. In: slrss.cn. 6. März 2012, abgerufen am 1. August 2019 (chinesisch).
  105. 曹斌: 中国有望2017年实现探月无人采样带回2公斤月壤. In: news.ifeng.com. 4. Dezember 2013, abgerufen am 1. August 2019 (chinesisch).
  106. 裴照宇 et al.: 嫦娥工程技术发展路线. In: jdse.bit.edu.cn. 2. Juni 2015, abgerufen am 1. August 2019 (chinesisch). Die 40-m-Antenne war ursprünglich nur für 35 m geplant, wurde dann aber größer ausgeführt.
  107. Die chinesische Raumfahrt untersteht seit ihren Anfängen im Jahr 1957 dem Premierminister. Während sich Zhou Enlai selbst um Details wie die Lebensmittellieferungen für das Kosmodrom-Personal persönlich kümmerte, beschränkten sich spätere Amtsinhaber meist auf die Ernennung des Spitzenpersonals und gelegentliche Inspektionen (考察, kǎochá) der einzelnen Dienststellen.