Chang'e 1
Chang'e 1
Chang'e 1 (punto di vista dell'artista)
| Organizzazione | CNSA |
|---|---|
| Programma | Scambio |
| Campo | Studio sulla luna |
| Tipo di missione | Orbiter |
| Stato | Missione completata |
| Base di lancio | Xichang |
| Lanciare | 24 ottobre 2007 10:05 UTC |
| Launcher | Marcia lunga 3A |
| Fine della missione | 1 ° marzo 2009 |
| Durata | 1 anno 4 mesi 6 giorni |
| Tutta la vita | 1 anno (pianificato) |
| Identificatore COSPAR | 2007-051A |
| Messa al lancio | 2350 kg |
|---|---|
| Strumenti di massa | 140 kg |
| Propulsione | Chimica |
| Ergols | Perossido di azoto e idrazina |
| Massa propellente | 1.200 kg |
| Controllo dell'atteggiamento | 3 assi stabilizzati |
| Fonte di energia | Pannelli solari |
| Energia elettrica | 1.450 W |
| Orbita | Polare |
|---|---|
| Periapsis | 195.53 km |
| Apoapsis | 202.07 km |
| Inclinazione | 88,2 ° |
| CELMS | Radiometro a microonde |
|---|---|
| Fotocamera stereo | Fotocamera stereoscopica |
| IO SONO | Spettrometro interferometrico |
| LAM | Altimetro laser |
| GRS | Spettrometro a raggi gamma |
| XRS | Spettrometro per raggi X. |
| HPD | Rilevatore di particelle |
| SWID | Rilevatore di particelle |
Chang'e 1 o CE-1 (dal cinese : 嫦娥 一号; pinyin : cháng'é yī hào, da Chang'e , dea della luna nella mitologia cinese ) è una sonda spaziale lunare cinese lanciata su24 ottobre 2007. Chang'e 1, il cui obiettivo è studiare la superficie e l'ambiente della Luna in preparazione di un atterraggio, è la prima missione del programma di esplorazione lunare della Cina .
La sonda orbiter tipo è dotato di 8 strumenti scientifici tra cui un alta risoluzione telecamera stereoscopica , un laser altimetro , un X - ray spettrometro o anche un vento solare rivelatore . Gli obiettivi della missione sono disegnare una mappa tridimensionale della superficie lunare, studiare la distribuzione degli elementi chimici e caratterizzare l'ambiente lunare.
La sonda orbita attorno alla Luna 5 novembre 2007. La missione si è conclusa 495 giorni dopo il suo lancio, quando la sonda è stata disorbita e ha colpito la superficie lunare1 ° marzo 2009nel Mare di Fertilità , non lontano dal sito di atterraggio della sonda sovietica Luna 16 .
Contesto
Il primo progetto di sonda lunare cinese risale al 1962, proposto dall'Università di Nanchino , ma non è stato accettato. La questione finalmente è sorta seriamente nel 1994 dopo il successo della sonda Hiten inviata dal Giappone, la quale dimostra che l'esplorazione lunare non si limita ai due Grandi , ma viene poi data priorità al più ambizioso programma con equipaggio . Nel 1995, il direttore della ricerca spaziale presso l' Accademia cinese delle scienze , Jiang Jingshan, annunciò che era allo studio un progetto di orbita lunare. La missione Chang'e 1 è stata finalmente approvata28 febbraio 2003 sotto il nome ufficiale del progetto 211, con un budget di 1,4 miliardi di yuan (140 milioni di euro).
Obiettivi della missione
Gli obiettivi scientifici sono i seguenti:
- Immaginare la Luna in tre dimensioni per determinarne la struttura, la topografia, i crateri, la storia e l'evoluzione strutturale
- Determina la quantità e la distribuzione degli elementi chimici sulla Luna
- Misurare lo spessore del lunare regolite
- Valuta le particelle e le radiazioni dall'ambiente lunare
La sonda ha anche lo scopo di aiutare a determinare i siti per futuri atterraggi del programma e testare la capacità di comunicazione nello spazio profondo.
Caratteristiche tecniche
Panoramica
Per salvare lo sviluppo di una macchina completamente nuova e per utilizzare tecnologie che hanno già dimostrato il loro valore, si è scelto di riutilizzare il bus di un satellite per telecomunicazioni Dong Fang Hong 3 della Chinese Academy of Space Technology . Il corpo della sonda è di forma cubica e dimensioni 2,2 × 1,72 × 2,2 m , con una struttura costruita attorno a un serbatoio cilindrico circondato da pannelli a nido d'ape , con un modulo superiore e un modulo inferiore. La massa totale al lancio della sonda è di 2350 kg , inclusi 1200 kg di carburante. Il controllo termico viene valutato utilizzando sensori e ottenuto attraverso diversi strati isolanti, vernice termica, tubi di calore e un sistema di riscaldamento.
Propulsione
La propulsione principale è fornita da un singolo motore a razzo a propellente liquido con una spinta di 490 N che brucia la coppia ipergolica perossido di azoto e idrazina immagazzinata in serbatoi pressurizzati dall'elio . Questo propulsore può essere attivato più volte ma la sua spinta non è né regolabile né regolabile. Viene utilizzato durante manovre importanti come i cambi di orbita.
Controllo dell'atteggiamento
La sonda è stabilizzata su 3 assi , cioè ha un sistema per mantenere il suo orientamento. Ciò consente sia di massimizzare l'energia ricevuta dai pannelli solari sia di indirizzare gli strumenti scientifici verso i loro obiettivi. Poiché il motore principale è fisso, questo permette anche di mantenere l'orientamento della sonda durante la sua attivazione. L'assetto viene determinato utilizzando sensori solari , cercatori di stelle , giroscopi e sensori ultravioletti . L'orientamento viene modificato utilizzando ruote di reazione e due gruppi di 6 propulsori da 10 N ciascuno. La precisione di puntamento ottenuta è inferiore a 1 ° ( 3σ ) e la precisione di tenuta è di 0,01 ° / s .
Energia
La sonda viene alimentata con energia utilizzando due ali ciascuna composta da tre pannelli solari , per un'apertura alare totale di 18 m per una superficie di 22,7 m 2 quando dispiegata. La potenza elettrica massima prodotta è di 1.450 W e l'energia viene immagazzinata in batterie al nichel-idrogeno . Payload riceve una potenza elettrica di 161 W .
Telecomunicazioni
Per le telecomunicazioni con controllo a terra, la sonda utilizza un'antenna parabolica orientabile a grande guadagno di 60 cm di diametro che si attiva una volta in orbita e 4 antenne omnidirezionali a basso guadagno. Le trasmissioni sono in banda S , con una velocità di trasmissione dati a terra di 3 MB / s .
Strumenti scientifici
La sonda trasporta un totale di 8 strumenti scientifici. Sei di loro sono strumenti di telerilevamento dedicati all'osservazione diretta della Luna. Nessuno è mobile e quindi si basa sull'orientamento generale della sonda per indicare il proprio oggetto di studio. Questi strumenti sono:
- Il CELMS ( Chang'e 1 Lunar Microwave Sounder ), chiamato anche MRM ( Microwave Radiometer, Moon ), è lo strumento principale della missione. Si tratta di un forno a microonde radiometro su 4 frequenze (3 GHz , 7.8 GHz , 19,3 GHz e 37 GHz ) il cui obiettivo è di studiare la profondità della lunare regolite . Essendo la frequenza più bassa quella che permette lo studio più approfondito, si è deciso di limitarsi a 3 GHz a causa dei vincoli legati alle dimensioni dell'antenna. La frequenza di 37 GHz viene utilizzata per valutare la temperatura di luminosità (in) della superficie lunare, e le frequenze di 7,8 GHz e 19,3 GHz consentono di ottenere la costruzione interna degli strati della regolite. Lo strumento viene calibrato utilizzando due target: un carico interno allo strumento e un puntamento nello spazio profondo. Ha permesso di ottenere la prima mappa a microonde dell'intera superficie lunare.
- La Stereo Camera è una camera CCD stereoscopica con una risoluzione di circa 120 m , che osserva simultaneamente in tre diverse direzioni: avanti ( 17 ° ), indietro ( −17 ° ) e al nadir ( 0 ° ), che permette di '' ottenere un terreno digitale modello così come i dati di ortofotografia , ovvero una mappa tridimensionale della superficie della Luna. Lo strumento opera nello spettro visibile tra 500 e 750 nm . La fotocamera ha una lunghezza focale di 23,3 mm e utilizza un sensore fotografico di 1024 × 1024 pixel, con una dimensione dei pixel di 14 μm e un angolo di campo di 60 km . Lo strumento ha una massa di 31 kg .
- IIM ( basata Sagnac Imaging Interferometer Spectrometer ) è una scansione trasformata di Fourier di imaging interferometrico spettrometro , con una risoluzione di 200 m ed un angolo di campo che copre 25,6 km . Funziona nel visibile e nel vicino infrarosso , tra 480 nm e 960 nm . L'obiettivo dello strumento è quello di ottenere immagini multispettrali della superficie della Luna, rivelando le proprietà mineralogiche, chimiche e fisiche della regolite.
- LAM ( Laser Altimeter, Moon ) è un altimetro laser per lo studio del rilievo della Luna. Funziona calcolando il tempo del viaggio di andata e ritorno della luce tra lo strumento e la superficie lunare. Il trasmettitore utilizza un laser Nd-YAG la cui divergenza è limitata a 0,6 mrad grazie ad un collimatore , mentre il ricevitore di tipo Cassegrain ha un'apertura di 140 mm . L'ampiezza dell'impulso laser è inferiore a 7 ns per una frequenza di 1 Hz e un'energia di 150 mJ . Lo strumento del peso di 15,7 kg produce 384 bit di dati al secondo e utilizza 25 W di potenza elettrica. La sua risoluzione è di 1 m per un'incertezza di 5 m . È installato in parallelo con la telecamera stereoscopica.
- GRS ( Gamma-Ray Spectrometer ) è uno spettrometro a raggi gamma il cui obiettivo è osservare l'abbondanza di diversi elementi chimici sulla superficie della Luna tra cui carbonio, ossigeno, magnesio, alluminio, silicio, potassio, calcio, ferro, torio o uranio. Lo strumento funziona utilizzando un rivelatore a scintillazione primaria costituito da un cristallo di 12 cm di diametro per 7,6 cm di lunghezza di ioduro di tallio cesio attivato, avvolto con un secondo rivelatore di ioduro di cesio puro di 3 cm di spessore in anticoincidenza con il primo. Quest'ultimo funge anche da schermo tra il rivelatore principale e i raggi gamma emanati dalla sonda, nonché dallo scattering Compton circostante. Due spettri gamma vengono raccolti simultaneamente in un intervallo di energia da 300 keV a 9 MeV su 512 canali diversi. Lo strumento ha una massa di 35 kg .
- XRS ( X-Ray Spectrometer ) è uno spettrometro a raggi X il cui obiettivo è studiare l'abbondanza e la distribuzione sulla superficie lunare di tre elementi legati alla formazione delle rocce: magnesio, alluminio e silicio. Quando i raggi X solari e le radiazioni cosmiche bombardano la superficie della luna, alcuni elementi emettono raggi X fluorescenti che possono essere identificati e valutati in quantità attraverso lo spettro e l'intensità del segnale. Lo strumento è suddiviso in tre sensori: SXD ( Soft X-ray Detector ) che studia i raggi X molli (1−10 keV ), HXD ( Hard X-ray Detector ) che studia i raggi X duri (10−60 keV ) e un rilevatore di raggi X solare (1−10 keV ). Lo spettrometro raggiunge una risoluzione spaziale di 170 km .
I due strumenti rimanenti sono dedicati allo studio delle particelle e dell'ambiente in situ della sonda. Questi strumenti sono:
- HPD ( High-energy Particle Detector ), chiamato anche HSPD ( High-energy Solar Particle Detector ) è un rilevatore di particelle ad alta energia il cui obiettivo è osservare ioni pesanti, in particolare elio, litio e carbonio, e protoni da 4 MeV a 400 MeV , nello spazio che circonda la Luna. Lo strumento ha una massa di 2,4 kg .
- SWID ( Solar Wind Ion Detector ) è un doppio rilevatore di vento solare progettato per analizzare ioni a bassa energia nello stesso spazio dell'HPD. I due sensori verticalmente tra loro sono costituiti da un collimatore, un analizzatore di ioni e un amplificatore MCP . Osservano in un intervallo di energia compreso tra 0,05 keV e 20 keV , con un campo visivo di 6,7 × 180 ° e una risoluzione angolare di 6,7 × 15 ° . Lo strumento ha una massa di 7 kg .
Conduzione della missione
Transito sulla Luna
Il lancio della sonda avviene il 24 ottobre 2007alle 10:06 a.m. UTC da Xichang base di lancio a bordo di una Lunga Marcia 3A razzo . L'evento viene trasmesso in diretta televisiva e 2.500 persone guardano l'evento dagli spalti situati a 2,5 km dal poligono di tiro. La sonda viene prima collocata in un'orbita terrestre molto ellittica di 205 × 50 930 km con un'inclinazione di 26 ° e un periodo di rivoluzione di 16 h . Il suo perigeo viene quindi elevato a 600 km .
Nelle due settimane successive la navicella effettua tre manovre per raggiungere il suo picco a 70.000 km , 120.000 km e poi 380.000 km . La sonda raggiunge finalmente i 10,9 km / s necessari per l'iniezione trans-lunare quando il suo motore principale viene acceso per 14 minuti. Il5 novembreper 3 h 37 UTC si inserisce in un'orbita ellittica di 200 × 8 600 km attraversa 12 h , riducendo la velocità di 2300 m / s a 1948 m / s . L'orbita viene regolata6 novembrea 213 × 1.700 km con una periodicità di 3,5 h . Un'ultima manovra7 novembreconsente di collocare la navicella nella sua orbita di lavoro, calcolata successivamente in 195,53 × 202,07 km con un'inclinazione di 88,2 ° .
Fine della missione
L'orbita viene regolata tre volte in Febbraio 2008, quindi rimangono 270 kg di propellenti. Il6 dicembre, la sonda esegue due manovre per ridurre la sua orbita da 200 km a 100 km di altitudine. Tre giorni dopo si è tuffato a soli 15 km sopra la superficie lunare prima di tornare su un'orbita di 100 km20 dicembre. Il1 ° marzo 2009il centro di controllo ordina alla sonda di manovrarla schiantandosi sul suolo lunare, terminando la missione dopo 495 giorni. La posizione dell'impatto è determinata a 1,5 ° S e 52,36 ° E, vicino al cratere Taruntius e non lontano dall'equatore nel Mare di Fertilità , vicino al sito di atterraggio di Luna 16 . La telecamera ha funzionato per gli ultimi 49 km di discesa.
Risultati scientifici
Vengono prese le prime immagini della superficie lunare 21 novembre 2008, poi reso pubblico su 27 novembrealla cerimonia a Pechino del premier Wen Jiabao . La sonda ha prima fotografato tra 75 ° Nord e 75 ° Sud, poi si è concentrata sui poli. È stato osservato un brillamento solare31 dicembre. Il1 ° mese di agosto 2008, un rapporto ha annunciato che 700 ore o 2,76 TB di dati erano stati trasmessi durante 3.024 rivoluzioni intorno alla luna.
La mappa finale della Luna ottenuta grazie alla missione è pubblicata in dicembre 2009, facendo della Cina il terzo paese a pubblicare le proprie mappe lunari, dopo l' Unione Sovietica e gli Stati Uniti . Con una precisione di 1: 2.500.000, ha anche dettagliato l'elevazione del terreno. L' Unione Astronomica Internazionale ha approvato il battesimo di 14 luoghi (cratere, bacino d'impatto, vulcano), intitolati a scienziati cinesi. La sonda ha fotografato i siti di atterraggio dell'Apollo 12, 14 e 15.
Note e riferimenti
- Brian Harvey 2019, p. 444-445.
- Brian Harvey 2019, p. 445.
- " Chang'e-1 - eoPortal Directory - Satellite Missions " , on earth.esa.int (accesso 29 maggio 2020 )
- Brian Harvey 2019, p. 445.
- Brian Harvey 2019, p. 447.
- Brian Harvey 2019, p. 448.
- Brian Harvey 2019, p. 449-452.
Bibliografia
- (en) Paolo Ulivi e David M. Harland , Robotic exploration of the solar system: Part 4: the Modern Era 2004-2013 , Springer Praxis,2014, 567 p. ( ISBN 978-1-4614-4811-2 )
- (it) Brian Harvey , Cina nello spazio: il grande balzo in avanti , Springer Praxis,2019, 564 p. ( ISBN 978-3-030-19587-8 )