Rakieta CZ-5 z sondą Chang'e-5.
W 2003 r. ogłoszono chiński projekt bezzałogowych badań Księżyca, znany pod angielską nazwą CLEP (Chinese Lunar Exploration Program). Przewidywano wówczas jego realizację w latach 2007-2020. Etap pierwszy miał obejmować umieszczenie na orbicie Księżyca orbiterów Chang’e-1 i Chang’e-2. Miały one za zadanie sporządzenie trójwymiarowej mapy powierzchni Srebrnego Globu, zbadanie rozkładu i ilości pierwiastków w gruncie księżycowym, zmierzenie gęstości powierzchni Księżyca oraz monitorowanie środowiska w jego otoczeniu. W drugim etapie miano umieścić na powierzchni za pomocą sond Chang’e-3 i Chang’e-4 łaziki przeznaczone do badań powierzchni skał i gruntu księżycowego. Etap trzeci zakładał umieszczenie na powierzchni Księżyca za pomocą sond Chang’e-5 i Chang’e-6 lądowników z powrotnikami, które miały dostarczyć na Ziemię próbki gleby.
W miarę realizacji projektu, gdy okazało się, że osiągane rezultaty są lepsze, niż zakładano, wprowadzony został etap czwarty, obejmujący testowanie w warunkach księżycowych technologii ISRU (in situ resource utilization), czyli pozyskiwania miejscowych surowców i przetwarzania ich w celu uzyskiwania najważniejszych dla życia i stworzenia bazy załogowej materiałów – tlenu, wody, paliw oraz materiałów konstrukcyjnych i budowlanych. Cały program, jak również poszczególne sondy, zostały nazwane od imienia chińskiej bogini Księżyca, Chang’e.
Pierwsza sonda projektu – Chang’e-1 (CE-1) – została wysłana z kosmodromu Xichang za pomocą rakiety nośnej Chang Zheng-3A (CZ-3A) 24 października 2007 r. Satelita Księżyca został zbudowany na bazie sprawdzonej platformy satelitów telekomunikacyjnych Dong Fang Hong-3 (DFH-3) i miał masę startową 2350 kg, z czego 130 kg przypadało na aparaturę naukową częściowo zaadaptowaną z satelitów teledetekcyjnych Zi Yuan. Ze względu na użycie rakiety o nie największej wówczas nośności odlot ku Księżycowi musiał być rozłożony na trzy raty, niemniej został wykonany bez problemów Po dwunastu dniach CE-1 weszła na eliptyczną orbitę okołoksiężycową, którą po dwóch dniach ukołowiono na pułapie 200 km.
Po roku, gdy zakładana żywotność sondy dobiegła końca, lecz w jej zbiornikach było jeszcze ponad 200 kg zaoszczędzonych materiałów pędnych, orbitę obniżono najpierw do 100 km, a później jej periselenium do 17 km. Manewr taki jest charakterystyczny dla doprowadzenia do punktu, w którym rozpoczyna się hamowanie do lądowania. Lądowanie oczywiście nie leżało jeszcze w możliwościach sondy, zatem po 30 godzinach pobytu na takiej orbicie (warto dodać, że jest ona nietrwała i w tym czasie perturbacje obniżyły minimalną wysokość do 15 km) powróciła ona na pułap 100 km. Misja CE-1 dobiegła końca 1 marca 2009 r., gdy został on zdeorbitowany i spadł na powierzchnię Księżyca.
Chang’e-2, który był egzemplarzem zapasowym na wypadek awarii poprzednika, wysłano z Xichang za pomocą rakiety nośnej CZ-3C 1 października 2010 r. Pomimo że aparat był o około 200 kg cięższy od poprzednika, zastosowanie mocniejszej rakiety umożliwiło wysłanie go bezpośrednio w kierunku Księżyca, do którego dotarł po 112 godzinach. Początkowa orbita eliptyczna została dwoma manewrami ukołowiona na pułapie 100 km. 26 października wykonano manewr, który obniżył periselenium do 15 km. Następnie sonda rozpoczęła fotografowanie obszaru Sinus Iridum, będącego podstawowym miejscem lądowania sondy Chang'e-3. 1 kwietnia 2011 r. orbiter wykonał wszystkie zaplanowane dla niego czynności, po czym wykonał zdjęcia obu obszarów biegunowych Księżyca, oraz, po ponownym obniżeniu periselenium do 15 km, Sinus Iridum.
8 czerwca 2011 r. sondę wprowadzono na trajektorię wiodącą do punktu równowagi grawitacyjnej L2 układu Ziemia-Słońce, dokąd dotarła 25 sierpnia. Po zakończeniu badań w tym punkcie, rozważano trzy rozszerzenia misji: lot do punktu L1 układu Ziemia-Słońce, przelot w pobliżu planetki o orbicie bliskiej do orbity Ziemi (Near-Earth Object, NEO) bądź komety lub powrót na orbitę Księżyca. Po oszacowaniu możliwości energetycznych sondy, zdecydowano, że odwiedzi ona planetkę (4179) Toutatis. Odlot w jej kierunku nastąpił 15 kwietnia 2021 r. Trzynastego grudnia 2012 r. sonda przeleciała w odległości zaledwie 3,2 km od Toutatis, przekazując pomiary i zdjęcia. Błąd nawigacyjny o mało nie spowodował zderzenia z planetką, przed spotkaniem zakładano, że sonda minie ją w odległości 100 km. Sonda została wyłączona prawdopodobnie w końcu 2014 r.
Drugi etap badań Księżyca rozpoczął się startem sondy Chang’-3 z kosmodromu Xichang 1 grudnia 2013 r. Sonda miała masę startową 3780 kg, z czego 2440 kg przypadało na materiały pędne, 1200 kg na sam lądownik, a 130 kg na łazik Yutu. Łazik został tak nazwany na cześć mitycznego Nefrytowego Królika, który był współtowarzyszem bogini Chang’e. Do wyniesienia tak ciężkiego aparatu musiano użyć najcięższej wówczas chińskiej rakiety CZ-3B.
Lądownik zasilany był energią elektryczną pochodzącą z radioizotopowych generatorów termoelektrycznych (radioisotope thermoelectric generator, RTG), jego funkcjonowanie przewidziane było na rok. Sześciokołowy łazik zasilany był energią elektryczną pochodzącą z ogniw fotowoltaicznych. Miał funkcjonować na powierzchni trzy miesiące. Lot po 112-godzinnej orbicie zakończył się pomyślnym wejściem na orbitę selenocentryczną. Po kilku korektach 14 grudnia nastąpiło lądowanie na obszarze Mare Imbrum, a zatem w obszarze zapasowym. W późniejszym czasie rejon ten nazwano Guang Hangong (Księżycowy Pałac). Tego samego dnia łazik zjechał na powierzchnię. Łazik przetrwał dwa dni księżycowe i noc pomiędzy nimi (każdy z tych okresów trwa 14 ziemskich dni), przebywając w tym czasie dystans ponad 100 m. Na czas nocy był wprowadzany w stan hibernacji elektronicznej.
Pod koniec tego okresu stwierdzono mechaniczny problem z jednym z jego silników elektrycznych, odpowiedzialnych za przekazywanie napędu na koła i inne elementy ruchome. Nie doszło do wciągnięcia masztu, zamknięcia i termicznego uszczelnienia wnętrza przez jeden z paneli baterii słonecznych. Choć nie był już w stanie jeździć, funkcjonował w ograniczonym zakresie do połowy 2016 r. Niektóre przyrządy lądownika funkcjonują do dziś.
Podobnie jak w pierwszym etapie, również w drugim sporządzono duplikat sondy i także postanowiono go później wysłać na Księżyc pod nazwą Chang’e-4. Tym razem jednak postanowiono dokonać lądowania na stronie Księżyca, trwale odwróconej od Ziemi. By umożliwić komunikację z sondą, zdecydowano wcześniej wysłać satelitę przekazu danych i łączności i umieścić go w okolicy punktu libracyjnego L2 układu Ziemia-Księżyc. Satelita o masie 448 kg nazwany Chang’e-4R i nazwie własnej Queqiao (Sroczy Most, kolejny artefakt z mitologii chińskiej, związany z Chang’e) wystrzelony został z Xichang za pomocą rakiety CZ-4C 20 maja 2018 r. Na miejsce dotarł trzy tygodnie później.
Sama sonda Chang’e-4 wraz z łazikiem Yutu-2 wystrzelona została 7 grudnia 2018 r. za pomocą rakiety CZ-3B z kosmodromu Xichang. Po 112-godzinnym locie weszła na orbitę Księżyca, a 3 stycznia 2019 r. wylądowała na terenie Basenu Apollo, w rejonie krateru von Kármána. Było to pierwsze w historii lądowanie ziemskiego aparatu na odwrotnej stronie Srebrnego Globu. Zarówno sam lądownik, jak i łazik funkcjonują do dzisiaj. Yutu-2 przebył dotąd ponad 600 m i wykonał wiele analiz gruntu.
Pełna wersja artykułu
