Chińska Republika Ludowa kontynuuje prace nad swoimi projektami w dziedzinie rakiet i kosmosu. Być może najbardziej odważny i ambitny jest projekt eksploracji Księżyca. W ramach własnego programu księżycowego chińscy specjaliści opracowali już i zrealizowali kilka projektów i nadal pracują nad nowymi statkami kosmicznymi. W niedalekiej przyszłości na Księżyc zostanie wysłane kolejne urządzenie. Po raz pierwszy w historii chińskiej astronautyki planowane jest dostarczenie na Ziemię próbek gleby księżycowej.
Przypomnijmy, że chiński przemysł rakietowy i kosmiczny już dawno temu postawił pierwsze kroki w badaniu jedynego naturalnego satelity Ziemi. Pierwsze realne wyniki uzyskano w 2007 roku. 24 października 2007 wystrzelono pojazd startowy ze statkiem kosmicznym Chang'e-1. To urządzenie i wszystkie późniejsze opracowania „księżycowego przeznaczenia” otrzymały swoją nazwę na cześć postaci z chińskiej mitologii, która była bezpośrednio związana z Księżycem (w niektórych mitach Chang'e jest nawet nazywana boginią Księżyca). Kilka dni później moduł księżycowy wszedł na określoną orbitę i zaczął zbierać informacje o powierzchni Księżyca. W ciągu roku urządzenie mierzyło powierzchnię satelity, co było niezbędne do sporządzenia jego szczegółowej trójwymiarowej mapy. 1 marca 2009 r. produkt Chang'e-1 zszedł z orbity i spadł na powierzchnię Księżyca.
Ciężki pojazd startowy „Changzheng-5” przed pierwszym startem, listopad 2016. Zdjęcie: Chińska Akademia Technologii Kosmicznych / cast.org.cn
1 października 2010 r. wystartowała misja Chang'e-2. Tym razem statek kosmiczny miał zbadać dany obszar księżyca, w którym miał wykonać miękkie lądowanie kolejnego modułu księżycowego. Po wykonaniu wszystkich wymaganych czynności, statek kosmiczny Chang'e-2 został przetransportowany do punktu L2 Lagrange (układ Ziemia-Księżyc), a następnie wysłany w kierunku asteroidy (4179) Tautatis. Pod koniec 2012 roku wykonano zdjęcia ciała niebieskiego, po czym pojazd badawczy udał się w przestrzeń kosmiczną.
Przelot Księżyca z przeglądem jego powierzchni był pierwszym etapem chińskiego programu księżycowego. W ramach drugiego etapu zaproponowano dostarczenie lądownika z łazikiem na pokładzie do naturalnego satelity. Na początku grudnia 2013 roku moduł Chang'e-3 został wysłany na Księżyc wraz z łazikiem księżycowym Yuytu (Jade Hare - satelita Chang'e). W połowie miesiąca pojazd wykonał miękkie lądowanie w określonym obszarze. Warto zauważyć, że misja ta uczyniła ChRL trzecim krajem na świecie, któremu udało się wylądować na Księżycu aparaturę badawczą. Wcześniej tylko Związek Radziecki i Stany Zjednoczone były w stanie to zrobić. Po wylądowaniu zadania misji Chang'e-3 zostały tylko częściowo rozwiązane z powodu różnych problemów technicznych.
Chiński przemysł rakietowy i kosmiczny przygotowuje się obecnie do trzeciej fazy programu eksploracji Księżyca. Tym razem zadaniem statku kosmicznego jest nie tylko wylądowanie na powierzchni satelity, ale także pobranie próbek gleby z ich późniejszą dostawą na Ziemię. Zadanie to ma zostać rozwiązane podczas misji Chang'e-5. Ponadto, aby rozwiązać pewne kwestie, konieczne było opracowanie pomocniczego statku kosmicznego "Chang'e-5T1".
Moduł lądowania stacji Chang'e-3. Zdjęcia Lot kosmiczny101.com
Przed przygotowaniami do wystrzelenia misji Chang'e-5 postanowiono przeprowadzić wstępne badania z wykorzystaniem stacji analogowej Chang'e-5T1. W przeciwieństwie do pełnoprawnej automatycznej stacji księżycowej, produkt z literami „5T1” zawierał tylko moduł serwisowy na platformie DFH-3A i pojazd zjazdowy. Misja polegała na okrążeniu Księżyca po określonej trajektorii, a następnie powrocie na Ziemię i zrzuceniu pojazdu opadającego. Taki lot miał pokazać potencjał opracowywanego statku kosmicznego Chang'e-5, a także był potrzebny do określenia niezbędnych modyfikacji.
23 października 2014 r. rakieta Changzheng-3C została wystrzelona z kosmodromu Xichang (prowincja Syczuan) i sprowadziła statek kosmiczny Chang'e-5T1 na z góry określoną trajektorię. Lot na Księżyc i przejście przez jego orbitę zajęło około pięciu dni, po czym urządzenie skierowało się z powrotem na Ziemię. 31 października moduł serwisowy zrzucił lądownik, po czym wylądował w Autonomicznym Regionie Mongolii Wewnętrznej. W ciągu następnych kilku tygodni dokonano szeregu korekt orbitalnych, po których Chang'e-5T1 wrócił na Księżyc. Pod koniec listopada urządzenie wystrzelono na orbitę w pobliżu punktu L2 Lagrange, gdzie planowano zachować je do nowych badań.
Na początku 2017 roku chińskie media opublikowały informacje o aktualnym stanie projektu Chang'e-5 oraz aktualnych planach dla przemysłu kosmicznego. Do tego czasu Chińska Narodowa Administracja Kosmiczna oraz przedsiębiorstwa przemysłu rakietowego i kosmicznego zdołały poczynić wystarczające postępy w przygotowaniu przyszłej misji. Ponadto daty startu nowego statku kosmicznego ustalono na styczeń. Tak więc pierwsze wyniki nowego projektu powinny pojawić się w tym roku.
Lunokhod „Yuytu” na powierzchni Księżyca. Zdjęcia Lot kosmiczny101.com
Według oficjalnych doniesień, start misji Chang'e-5 nastąpi w listopadzie. Do końca miesiąca zrobotyzowana stacja księżycowa wejdzie na orbitę satelity Ziemi, a następnie zrzuci lądownik, którego zadaniem będzie prowadzenie badań powierzchniowych i pobieranie próbek. W przypadku braku poważnych problemów technicznych, do początku przyszłego roku nowe porcje regolitu trafią w ręce chińskich naukowców i to w dość dużych ilościach.
Według dostępnych danych automatyczna stacja „Chang'e-5” będzie dość dużym i ciężkim kompleksem, składającym się z kilku głównych elementów. Do rozwiązania wszystkich przydzielonych zadań zostaną wykorzystane moduły ze specjalnym wyposażeniem o łącznej wadze 8200 kg. W związku z tym uruchomienie stacji zostanie przeprowadzone przez rakietę nośną klasy ciężkiej "Changzheng-5".
Ta rakieta ma trzystopniową konstrukcję i jest w stanie wynieść do 25 ton ładunku na niską orbitę okołoziemską. Silniki różnych stopni i akceleratorów wykorzystują jako utleniacz naftę lub skroplony wodór z ciekłym tlenem. Na początku listopada ubiegłego roku rakieta Changzheng-5 wykonała swój dziewiczy lot. Drugie i ostatnie do tej pory uruchomienie odbyło się 2 lipca br. W obu przypadkach rakiety zostały wystrzelone z kosmodromu Wenchang (wyspa Hainan). Kolejny start planowany jest na listopad. W tym przypadku stacja Chang'e-5 stanie się ładunkiem pojazdu startowego. W przyszłości rakieta nowego typu może być ponownie użyta w ramach programu księżycowego.
Aby rozwiązać problem zbierania gleby księżycowej z późniejszym powrotem próbek na Ziemię, statek kosmiczny Chang'e-5 powinien składać się z kilku głównych elementów: modułu orbitalnego, lądowania, startu i powrotu. Również wcześniej publikowano informacje o możliwości wykorzystania łazika, ale w przyszłości najwyraźniej postanowiono przenieść taki produkt do następnej misji. W ten sposób pobieranie próbek gleby zostanie przeprowadzone w bezpośrednim sąsiedztwie lądownika. Niemniej jednak należy zauważyć, że w tym przypadku pomyślne zakończenie misji będzie prawdziwym przełomem dla chińskiej astronautyki.
Eksperymentalny statek kosmiczny "Chang'e-5T1". Rysunek Space.skyrocket.de
Jedną z największych części obiecującego kompleksu będzie moduł orbitalny zaprojektowany w celu zapewnienia dostaw innych komponentów na Księżyc iz powrotem na Ziemię. Otrzymuje cylindryczny korpus, po bokach którego w locie rozmieszczone są panele słoneczne. Moduł wyposażony jest również w elektrownię ze zbiornikami paliwa, aparaturę sterującą oraz obudowę do podłączenia do modułu lądowania. Wewnątrz obudowy znajduje się osobny moduł zwrotny.
Według opublikowanych zdjęć lądownik będzie platformą z kilkoma lekkimi podporami rurowymi i zestawem specjalnego wyposażenia. Proponuje się wyposażenie go w panele słoneczne, akumulatory, sterowanie i urządzenia do zbierania ziemi. Dach kadłuba tego produktu stanie się wyrzutnią dla modułu startowego. W ten sposób lądownik będzie mógł zbierać próbki i zapewniać ich dostarczenie na orbitę księżycową. Według doniesień całkowita masa lądownika wyniesie 1200 kg.
Proponuje się zainstalowanie systemu zbierania gleby na korpusie lądownika na zasadzie wiercenia udarowego. Za pomocą ruchomej podpory wiertło zostanie doprowadzone do powierzchni gleby, po czym będzie mogło wiercić w niej małe otwory. Do transportu próbek opracowano specjalne cylindryczne pojemniki. Po załadowaniu próbki pojemnik zostanie hermetycznie zamknięty i umieszczony w odpowiedniej objętości modułu startowego. Twierdzi się, że statek kosmiczny będzie w stanie przenieść na Ziemię 2 kg regolitu.
Pojazd zjazdowy Chang'e-5T1. Zdjęcia Wikimedia Commons
Moduł lądowania będzie mógł przeprowadzić część badań na miejscu. W tym celu jest wyposażony w specjalny sprzęt. Na pokładzie znajdują się narzędzia do analizy składu gleby, analizator gazów glebowych, spektrometr mineralny itp. Do sterowania pracą sterowanych i zautomatyzowanych systemów moduł otrzymuje kamery, urządzenia celownicze do lądowania i inne urządzenia.
Zaproponowany w projekcie Chang'e-5 moduł startowy jest stosunkowo kompaktowym i lekkim urządzeniem z własną elektrownią i układami sterowania, a także przedziałem do załadunku pojemników z próbkami. Jak wynika z opublikowanych danych, kontenery ładunku mogą być przenoszone do innych elementów kompleksu. Jest to konieczne, aby ułatwić transport gleby na Ziemię.
Odzyskiwalny moduł stacji Chang'e-5 został opracowany z wykorzystaniem doświadczeń w tworzeniu i eksploatacji załogowych statków kosmicznych serii Shenzhou i dlatego musi mieć odpowiedni kształt. Urządzenie to otrzyma sprzęt do automatycznego sterowania podczas samodzielnego lotu w kosmosie oraz po wejściu w atmosferę. Dodatkowo zwracany moduł musi być wyposażony w zabezpieczenie termiczne. Zjazd w atmosferze, po wyhamowaniu do dopuszczalnych prędkości, będzie się odbywał ze spadochronem.
Z punktu widzenia złożoności programu misja Chang'e-5 powinna wyraźnie różnić się od swoich poprzedników, co wiąże się przede wszystkim z wyznaczonymi celami. Pojazd nośny wystrzeli cały kompleks na określoną orbitę, po czym skoryguje swoją trajektorię i poleci na Księżyc. Na orbicie satelity Ziemi nastąpi oddokowanie, po którym lądownik wypłynie na jego powierzchnię. Z kolei moduł orbitalny pozostanie na swojej trajektorii i będzie czekał na pojazd z ładunkiem.
Architektura automatycznej stacji „Chang'e-5”. Rysunek Spaceflight101.com
Po dotarciu na powierzchnię Księżyca lądownik będzie musiał przygotować się do dalszych prac poprzez rozłożenie paneli słonecznych, platform wiertniczych itp. Następnie jego zadaniem będzie wiercenie otworów i pobieranie próbek z późniejszym załadunkiem kontenerów do modułu startowego. Po zakończeniu tego etapu prac moduł startowy, korzystając z własnego układu napędowego, powróci na orbitę. Lądownik pozostanie na naturalnym satelicie Ziemi.
Na orbicie okołoksiężycowej moduł startowy będzie musiał automatycznie zadokować się z orbitalnym. Następnie pojemniki z próbkami zostaną przeniesione do zwracanej aparatury. Wtedy moduł orbitalny wraz z pojazdem powrotnym będzie mógł zmienić trajektorię i udać się na Ziemię. Oddokują się w stosunkowo niewielkiej odległości od planety. Moduł orbitalny spłonie w atmosferze, natomiast powracający będzie musiał bezpiecznie wylądować w danym obszarze, dostarczając próbki naukowcom.
Uruchomienie nowej automatycznej stacji księżycowej planowane jest na listopad br. Wszystkie główne etapy misji potrwają stosunkowo krótko, dzięki czemu pojazd reentry może dostarczyć próbki gleby księżycowej do końca roku. Sonda Chang'e-5 również ustanowi swoisty rekord. Wcześniej automatyczne stacje przywoziły z księżyca nie więcej niż kilkaset gramów skały, podczas gdy chiński program zakłada dostawę 2 kg na raz.
Rozmieszczenie sprzętu wiertniczego. Rysunek Spaceflight101.com
Na początku czerwca chińscy naukowcy nazwali miejsce lądowania modułów nowej stacji. Lądownik będzie musiał zejść do Rumker Peak, znajdującego się w regionie Ocean of Storms. Ten obszar powierzchni Księżyca ma pochodzenie wulkaniczne i jest stosunkowo młody. Badania terenowe oraz analiza dostarczonych próbek dostarczą nowych informacji na temat rozwoju procesów erozji, chłodzenia skał i ich interakcji.
Przez kilka lat po powrocie modułu Chang'e-5 z ładunkiem ziemi księżycowej na pokładzie chińska nauka i przemysł będą analizować doświadczenia z obsługi automatycznej stacji i wyciągać niezbędne wnioski. W przyszłości istniejące rozwiązania posłużą do stworzenia nowego podobnego kompleksu, który jednak będzie miał nieco inne zadania. Z oczywistych względów rozwój stacji Chang'e-6 rozpocznie się nie wcześniej niż po zakończeniu listopadowej misji.
Według niektórych doniesień w kolejnym projekcie programu księżycowego Chiny planują przeprowadzić miękkie lądowanie automatycznej stacji, na pokładzie której oprócz własnego sprzętu stacjonarnego pojawi się nowy typ łazika księżycowego. Uruchomienie takiego kompleksu planowane jest jeszcze na 2020 rok, ale nie można wykluczyć, że harmonogram programu zostanie w ten czy inny sposób dostosowany.
Zadaniem kolejnego etapu programu księżycowego ChRL może być przygotowanie do lotu załogowego na naturalnego satelitę Ziemi. Prawdopodobnie na początku chińscy specjaliści przeprowadzą kilka misji testowych z wykorzystaniem automatyki i zdalnego sterowania, a dopiero potem zaczną opracowywać pełnoprawny załogowy statek kosmiczny. Z oczywistych względów termin takiej pracy jest wciąż nieznany i nadal nie można go przewidzieć. Podobno pierwsze prace w tym kierunku rozpoczną się nie wcześniej niż w połowie następnej dekady. Pierwszy załogowy lot chińskich astronautów na Księżyc nastąpi jeszcze później.
Rozpoczęcie samodzielnego lotu modułu startowego. Rysunek Chinadaily.com.cn
Do tej pory chiński program księżycowy odniósł pewien sukces. Kilka automatycznych stacji do różnych celów zostało już wysłanych na Księżyc. Udało im się wykonać miękkie lądowanie i wynieść na powierzchnię księżycowy łazik ze sprzętem badawczym. Już za kilka miesięcy do celu trafi stacja ze sprzętem do badań gleby, a także do zbierania i wysyłania jej na Ziemię.
Projekty rodziny „Chang'e” powstawały poprzez stopniowe opracowywanie różnych zagadnień i ulepszanie już gotowego sprzętu z jego równoległą zmianą pod kątem bieżących zadań i potrzeb. Dzięki temu w ciągu około 7 lat można było przejść długą drogę od latania wokół Księżyca do miękkiego lądowania na jego powierzchni. Przygotowanie do misji zajęło prawie trzy lata, zwracając pojazd z próbkami.
Nowa misja rozpocznie się za kilka miesięcy i jak dotąd Chiny mają wszelkie powody, by liczyć na jej pomyślne zakończenie. Powrót aparatu z próbkami regolitu wykaże słuszność idei leżących u podstaw najnowszego projektu automatycznej stacji księżycowej, pomoże w dalszym rozwoju technologii kosmicznej, a ponadto dostarczy nowych informacji o naturalnym satelicie Ziemia. Czy w ramach jednego projektu uda się rozwiązać wszystkie postawione zadania, będzie wiadomo w niedalekiej przyszłości.
