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Nach den beiden Supermächten USA und Sowjetunion (heute Russland) begannen in den 80 er Jahren auch Europa und Japan ein eigenes Programm zur Erforschung des Sonnensystems zu etablieren. Weitere 20 Jahre später folgen diesen die beiden bevölkerungsreichsten Staaten: China und Indien. Chang' e-1 ist Chinas erste Raumsonde, sie hat den Mond als Ziel. Der Name Chang' e-1 (chinesisch 嫦娥一号 Cháng'é Yīhào) stammt von der chinesischen Mondgöttin Chang-e, die in einem chinesischen Märchen eine Fee zum Mond fliegen lässt. Wie die Nummerierung -1 andeutet soll dies nur die erste von mehreren Sonden sein.
Die gesamten Projektkosten betragen 1.4 Millionen Yuan, etwa 184 Millionen US-$. Das ist für westliche Dimensionen relativ preiswert, orientiert man sich jedoch an den Preisen für die chinesische Trägerraketen angeboten werden, ist dies ein sehr kostenintensives Programm.
der zweiten Genration, beginnend ab Chang E'-3 ist ein eigener Artikel gewidmet.
Die Raumsonde basiert auf dem Dongfanghong III Satelliten (DFH-3),
einem chinesischen Kommunikationssatelliten. Die Startmasse beträgt 2350 kg. Die
Lagekontrolle benutzt als Sensoren einen Beschleunigungsmesser, einen Sternsensor und
einen Sensor der den Mond im UV Licht wahrnimmt. Sowie als Inertialsystem ein Set von
Gyroskopen. Die Aktoren zur Lagekontrolländerung sind Reaktionsschwungräder und
Lagekontrolldüsen. Das System arbeitet autonom ohne Eingriffe von der Erde aus.
Der redundant vorhandene Bordcomputer soll über Selbstdiagnose und automatische Korrektur von erkannten Fehlern verfügen. Er setzt den 1553B Bus ein, ein Bus den das US-Militär in den Achtziger Jahren entwickelt hat. Für die Messdaten gibt es einen Massenspeicher mit 48 GBit Kapazität und der Fähigkeit die Daten verlustfrei um den Faktor 2 zu komprimieren.
Die Software für die Kontrolle und das Datenmanagement wurde von schon entwickelten Satelliten übernommen aber an die Mission angepasst, z.B. um ein autonomes Arbeiten der Heizungen an Bord zu erlauben wenn der Satellit im Mondschatten ist. Aufgrund der längeren Zeit im Schatten und der tieferen Temperatur (der Mond strahlt viel weniger als die Erde IR Strahlung auf der Nachtseite ab galt besonderes Augenmerk der gesamten Temperaturkontrolle durch passive Maßnahmen wie Oberflächenbehandlung wie auch aktive Maßnahmen wie Louver oder Heizelemente. An der sonnenzugewandten Seite gibt es Temperaturen von bis zu +170°C im Schatten auf der abgewandten Seite gehen sie bis auf -130 °C herunter.
Daten werden mit 3 MBit/s übertragen. Insgesamt mindestens 3 Terabyte im ersten Jahr. Gesendet wird wahrscheinlich im S-Band bei 2.3 GHz, da dies die einzige Frequenz ist die alle vier chinesischen Bodenstationen gemeinsam nutzen können. Für die normale Kommunikation werden 12 m Antennen benutzt. Für VLBI Tests weitere größere Antennen. Die Datenrate beträgt bei Telemetrie in zwei Kanälen 8 und 64 Bit/s. Kommandos werden mit 250 Bit/s zu Chang E-1 gesendet. Ein X-Band (8.4 GHz) Sender ist ebenfalls an Bord der Sonde. Dieser wird für VLBI Messungen benutzt.
Einige Dinge erinnern sehr stark an die Sowjetpropaganda in den sechziger Jahren. So soll die Sonde 30 Lieder, darunter die Nationalhymne und chinesische Volkslieder vom Mond zur Erde senden, wie dies schon Luna 10 mit der Internationale tat. Dazu passt auch, dass es von dem gesamten Projekt nur spärliche Informationen gibt. Hinsichtlich Öffentlichkeitsarbeit teilt Chang' e-1 das Schicksal aller anderen chinesischen Projekte - Es gibt fast keine technischen Detailinformationen.
Die Startmasse liegt bei 2.350 kg, die Trockenmasse bei etwa 1.000 kg ohne die Experimente. Die Abmessungen betragen 2.22 m x 1.72 m x 2.2 m. Der Körper kann auf 1 Grad genau ausgerichtet werden. Die Lage bleibt stabil bis auf einen Restfehler von 0,01 Grad/s. Die Solarzellenausleger haben eine Höhe von 5,7 m und eine Spannweite von 18 m. Ihre 22,7 m² Fläche liefern am Ende der Mission noch 1,7 kW Leistung. 1.45 kW werden für den Betrieb benötigt.
Neben dem Haupttriebwerk mit 490 N Schub gibt es noch 6 Triebwerke, jeweils doppelt vorhanden von 10 N Schub für Lageänderungen und kleine Geschwindigkeitsänderungen. Als Teeibstoffe werden NTO und Hydrazin eingesetzt.
140 kg entfallen auf die Experimente an Bord. Die Experimente an Bord von Chang' E-1 sind:
Das Gesamtgewicht der Experimente beträgt 130 bis 140 kg. Es handelt sich um 25 Detektoren in 8 Instrumenten. Details sind dazu spärlich. Die Datenmangen beziehen sich auf nachverarbeitete, sogenannte Level I Daten - diese sind deutlich größer als die Rohdaten der Sonde durch Zusatzinformationen und fehlende Kompression.
Diese CCD Kamera macht Aufnahmen eines Gebiets vor, beim Überflug und danach. Die Stereokamera bildet einen 60 km breiten Streifen mit einer Auflösung von 120 m/Pixel ab. Verwendet wird ein CCD Chip mit 512 x 512 Pixeln. Die spektrale Empfindlichkeit liegt zwischen 0.5 und 0.75 µm. Es gibt nur einen panchromatischen Filter. Sie liefert während der einjährigen Mission 800 Gigabyte an Daten. Eine Optik von 23,3 mm Brennweite und 4,8 mm Durchmesser bildet eine Weitwinkel Aufnahme auf einem 1024 x 1024 Pixel CCD mit einer Pixelgröße von 14 µm ab. Die Winkel werden erzeugt indem nur die 11-te, 512-te und 1013-te Zeile synchron zur Bewegung ausgelesen werden. Sie entsprechen den Winkeln nach vorne, unten und hinten. Die 7,168 mm verschiebung zwischen den Zeilen entsprechen einem Blickwinkel von 17 Grad. Es gibt vier Belichtungszeiten von 3,2 , 77, 20 und 84 ms
Das abbildende Spektrometer bildet einen 25.6 km breiten Streifen mit einer Auflösung von 200 m/Pixel ab. Es deckten den Wellenlängenbereich von 0.48 bis 0.96 Mikrometern ab. Die Datenmenge dieses Instrumentes ist die Hauptmenge aller Daten es sind 7680 Gigabyte während des einjährigen Betriebs. Es handelt sich um Fourier-Spektrometer im Pushbroom-Betrieb. 32 Kanäle sind verfügbar.
Das Gammastrahlenspektrometer liefert Daten über das Vorkommen der radioaktiven Elemente Thorium, Uran und Kalium. Die Röntgenstrahlen liefern Daten über das Vorkommen der Elemente Natrium, Schwefel und Nickel. Kombinierte Daten vom Gammastrahlen und Röntgenstrahlenspektrometer ergeben dann Hinweise auf das Vorkommen von Eisen, Titan, Aluminium und Magnesium. Das Gammastrahlenspektrometer erfasst Gammastrahlen zwischen 0.3 und 9 MeV ab mit einer Energieauflösung von 8 % bei 0,662 MeV Energie. Das Röntgenstrahlenspektrometer deckt den Bereich von 0.5 bis 60 keV Energie ab, mit einer Energieauflösung von 3.3 % bei 5.9 kEV Energie. Die Auflösung am Boden liegt bei 170 x 170 km beim Gammastrahlenspektrometer und 10 x 10 km beim Röntgenstrahlenspektrometer. Erwartet werden 140 Gigabyte vom Gammastrahlenspektrometer und 150 Gigabyte vom Röntgenstrahlenspektrometer während der Primärmission.
Das Gammastrahlenspektrometer soll die Elemente C, O, Mg, Al, Si, K, Ca, Fe, Th und U detektieren. Dazu dient ein 12 x 7,5 cm großer CSI-Kristall als Szintillator. Er wird von weiteren CS-I Kristallen von 3 cm Stärke an der Seite abgeschirmt. Sie reduzieren die Fremdstrahlung z.B. von der Raumsonde aber auch kosmischen Quellen. Es wird immer ein Spektrum des Meßkristalls und der Abschirmung in 512 Kanälen gewonnen und beide voneinander subtrahiert. 90 % der Störungen sollten so eliminiert werden.
Das Röntgenstrahlenspektrometer setzt Sei-PIN Dioden ein, relativ neuartige Detektoren mit geringerer Masse als die früher verwendeten Proportional Zähler und höherer spektraler Empfindlichkeit. Es besteht aus drei Einheiten. Einem Detektor von 1 cm² Größe und 4 Einzelelementen für normale Spektren, einem Detektor von 4 cm² Fläche und 16 Elementen für höher energetische Strahlung und einem Sonnenwindmonitor von 0,75 cm² Fläche und einem Element. Der letztere liefet nicht nur Daten über die aktuelle Aktivität der Sonne er ist nötig um die Daten der anderen zu kalibrieren, schließlich emittiert die Mondoberfläche nur von der sonne aufgenommene und wieder abgegebene Röntgenstrahlung.
Der normale und Sonnenwindmonitor waren empfindlich für Röntgenstrahlung von 1- 10 keV Energie bei 600 eV Energieauflösung. Der Detektor für hochenergetische Strahlen erfasste Röntgenphotonen von 10 bis 60 keV bei einer Energieauflösung von 10 %. Die räumliche Auflösung aus dem 200 km hohen Orbit beträgt 170 km.
Das Mikrowellenradiometer wird Strahlung in 4 Wellenlängen empfangen die aus verschiedenen Tiefen der Oberfläche stammt und neben der Temperatur auch Informationen über die Tiefe und Albedo des Regoliths liefert. Die benutzten Wellenlängen sind 3.0 GHz ± 0.1 GHz, 7.8 GHz ± 0.3 GHz, 10.35 ± 0.5 GHz und 37 ± 0.5 GHz. Die Bodenauflösung liegt bei 56 km im 3 GHz Band und sonst bei 30 km. Etwa 50 Gigabyte an Daten fallen während des einjährigen Betriebs an. Die verschiedenen Wellenlängen repräsentieren verschiedene Tiefen. Bei 3 GHz kommt die Strahlung aus den obersten 100 cm des Boden, bei 37 GHz dagegen aus den obersten 10 cm. Auf Basis dieser Daten wurde diese Karte der Dicke des Regoltih erstellt:
Die Detektoren für geladene Teilchen dienen vor allem der Beobachtung des Sonnenwindes. E gibt zwei Detektoren. Der Detektor für hochenergetische Teilchen hat zwei Kanäle für Elektronen mit unterschiedlicher Energieschwelle. Für Protonen gibt es sechs Kanäle für Energien von 4-400 MeV und für Alphateilchen drei Kanäle zur Erfassung. Er erfasste die Teilchen mit Halbleiterdetektoren.
| Kanal 1 | Kanal 2 | Kanal 3 | Kanal 4 | Kanal 5 | Kanal 6 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Elektronen | >0.0095 MeV | > 2.2 MeV | ||||
| Protonen | 4 MeV | 400 MeV | ||||
| Alphateilchen und Ionen | 13-130 | 34-260 | 117-730 |
Der Detektor für niedrigenergetische Teilchen hat 48 Energiekanäle und erfasst Teilchen
von 0.5 bis 20 keV Energie in 48 Kanälen. Das Gesichtsfeld beträgt 3.4 x 180 Grad.
Er nutzt MCP als Verstärkerelemente. Beide Detektoren
zusammen liefern etwa 80 Gigabyte an Daten im ersten Jahr.
Der Laserentfernungsmesser benutzt einen Nd:YAG Laser mit einer Wellenlänge von 1064 Nanometer. einmal pro Sekunde sendet er einen Impuls von kleiner als 10 Nanosekunden Dauer aus, der durch ein 140 mm großes Galiläisches Teleskop auf 0.6 Millirad aufgefächert wird. Dies entspricht in 200 km Höhe einem Kreis von 120 m Durchmesser auf dem Mond. Die Laufzeit wird so genau gemessen, dass man von diesem 120 m Kreis die Entfernung auf 5 m genau kennt. Durch Streuung ist die Bodenauflösung dann noch etwas geringer. Man erhält also eine Höhenkarte von 200 m horizontaler und 5 m vertikaler Auflösung. Zusammen mit der Stereokamera soll dieses System ein dreidimensionales Bild der Oberfläche erzeugen. Das 15,7 kg schwere Instrument sendet einen Impuls pro Sekunde aus, was einer Distanz von 1,4 km zwischen zwei Punkten entspricht. Am Äquator sollen nach zwei Monaten die Spuren noch 7,5 km auseinander liegen. Das Netz wird dann während der Mission enger. Schließlich wurde folgende Karte mit einer Ortslauflösung von 3 km erhalten.
Schon 1998 gab es den Wunsch der Führung nach einem Mondprogramm, aus
dem schlussendlich Chang'e entstand. Die Entwicklung des Roboters begann 2004.
Die Mission wurde mehrfach verschoben. Erstmals erfuhr man im Westen von einem chinesischen Mondprojekt im August 2005, als man den Starttermin für 2006 ankündigte ohne jedoch den Namen der Sonde oder ein genaues Datum zu erwähnen. Schon einen Monat später wurde dies jedoch auf 2007 korrigiert. Chang'e-1 sollte dann eine weitere Sonde folgen die weich landen soll. Dies soll 2010 erfolgen und für 2020 sollen Bodenproben zur Erde zurückgeführt werden. Am 17.9.2007 gab der stellvertretende Direktor des Komitees für Wissenschaft und Technik der chinesischen Rüstungsindustrie, Sun Laiyan gegenüber Radio China International an, dass die Raumsonde sich nun auf dem Startgelände befindet und noch vor Jahresende starten soll. Eine neue Trägerrakete mit einer höheren Nutzlast als das bisherige Spitzenmodell Langer Marsch 2F befindet sich dafür und bemannte Programme in der Entwicklung.
Trägerrakete soll eine Lange Marsch 3A sein. Diese hat eine Nutzlast von 1.280 kg für eine Transferbahn zum Mond. Sie wurde in ihrer Zuverlässigkeit erhöht und um weitere redundante Systeme erweitert. Die Wahl erfolgte, weil die LM-3A bislang 7 DFH-3 Kommunikationssatelliten transportiert hat. Diese Plattform also an die Rakete angepasst ist. Chang' e-1 aber 2350 kg wiegt kann die Sonde nicht direkt zum Mond gesandt werden. Die Rakete setzt dagegen die Sonde in einem niedrigen Orbit aus, dessen erdfernster Punkt nach und nach angehoben wird bis er bei 400.000 km Entfernung liegt.
Der erste Orbit liegt bei 500 x 51000 km Höhe und hat eine Umlaufszeit von 16 Stunden. Der nächste führt bis 71000 km hinaus (24 stunden Umlaufszeit), es folgt ein 120.000 km Orbit (Umlaufszeit 48 Stunden) und zuletzt ein Orbit mit 400.000 im Entfernung von der Erde, wobei der Mond passiert wird. Gründe für diese Vorgehensweise war, dass man sich an die Entfernung erst herantasten wollte (bislang Erfahrungen mit maximal 80.000 km Entfernung von der Erde) und so auch mit den Ionendetektoren den irdischen Strahlungsgürtel und seine Wechselwirkung mit dem Sonnenwind vermessen kann. Diese Phase dauert 8-9 Tage.
Bei Passage des Mondes zündet das Triebwerk erneut um in einen ersten Orbit einzuschwenken, der dann nach und nach angepasst wird bis der endgültige Orbit erreicht wird. Auch dieser wird in 3 Stufen erniedrigt: Zuerst wird eine 12 Stunden Bahn eingeschlagen, dann eine 3.5 stunden Bahn und dann eine 127 min Bahn in 200 km Höhe. Man hat einen 100 km Orbit erwogen, doch dieser ist nur für ein halbes Jahr stabil. Da man die Ziele der bildverarbeitenden Instrumente auch in 200 km Höhe erreichen kann wurde dieser gewählt. Der Orbit ist polar und über 1 Jahr stabil.
Erstmals will China Very Long Baseline Interferometry (VLBI) nutzen um die Position von Chang'e-1 im Mondorbit zu bestimmen. Es gibt dazu vier Bodenstationen die eine fast 5000 km breite große Raute bilden:
Die Daten der Sonde sollen auch anderen Forschern zur Verfügung stehen. Es gibt Gespräche mit der CNES und ESA über eine Zusammenarbeit, so denkt man über das Benutzen von Bodenstationen der ESA nach. Kourou mit seiner 15 m Antenne könnte in den ersten Tagen im erdnahen Orbit bei de Kommunikation helfen. Das Datenformat der NASA PDS wurde von China übernommen, so dass Forscher auf die Daten genauso wie auf NASA Daten zugreifen können.
Die Chang'e-1 Mission hat den typischen Charakter einer Erstlingsmission.
Es ist nicht der große technische Sprung. Man erkennt dies wenn man
vergleichbare Experimente an Bord von Chang'E-1 mit denen an Bord der
indischen Raumsonde Chandrayaan-1 oder dem amerikanischen Lunar
Reconnaissance Orbiters vergleicht. Die Auflösung von Laser-Altimetern oder
Kameras ist bei beiden Missionen höher. Man merkt das vorsichtige Vorgehen
auch dem stufenweisen Anheben des Orbits zum Mond (eine Vorgehensweise die
auch Indien durchführt), während die amerikanische LRO Mission direkt zum
Mond fliegen wird. China hat weitere Pläne wie schon erwähnt und immer
wieder gibt es auch Gerüchte über eine bemannte Landung (entsprechende
Abbildungen gibt es zumindest auf der Website von Chang'E-1). Derzeit ist
ein bemanntes Programm aber von China nicht durchführbar, weder finanziell
noch technisch.
Am 24.10.2007 startete dann Chang'E-1. Der Start war einen Tag vorher angekündigt worden, 2-3 Wochen vorher gab es sogar Tickets zu kaufen für einen Sitzplatz in der ersten Reihe, wobei man ende Oktober als Starttermin angab - recht ungewöhnlich für das chinesische Weltraumprogramm, das normalerweise Starts erst bekannt gibt wenn sie erfolgt sind. (In Sachen Öffentlichkeitsarbeit verhält sich China in etwa wie Russland vor der Öffnung vor Gorbatschow: Misserfolge werden verschwiegen oder unter den Teppich gekehrt, es gibt nur sehr wenige Informationen über die Missionen. Übertragen wurde der Start wieder zeitversetzt um eine Stunde - Man hat dies nach dem öffentlich übertragenen Fehlstart einer CZ-2E mit einem Intelsat Satelliten, bei dem es viele Tote gab, eingeführt.
In dieser frühen Missionsphase half das ESOC China, indem es Kommandos über ihr Bodennetzwerk übertrug bzw. Telemetrie empfing und weiterleitete. China hat nur Empfangsstationen auf eigenem Terrotorium. China und ESA haben schon bei der chinesischen Wissenschaftsmission Double-Star zusammengearbeitet bei denen Duplikate der Instrumente der Clustermission zusammen mit chinesischen Instrumenten gestartet wurden.
Die erste Bahn hat eine Höhe von 200-600 km.
Nach Erreichen des optimalen Punktes zündete die Oberstufe erneut für 130 Sekunden und
erreichte nun eine 16 Stunden Bahn mit 584 x 50.588 km Entfernung, 31,1 Grad
zum Äquator geneigt.. Am 26.10.2007 folgte das nächste Anheben der Bahn auf 70.000 km Höhe,
mit einer Umlaufszeit von 24 Stunden und am 29.10.2007 folgte das Anheben
auf 120.000 km mit einer Umlaufszeit von 48 Stunden. Chinas offizielle
Organe feierten dies als einen bedeutenden Schritt, schließlich lag die
größte Erdentfernung eines chinesischen Satelliten bislang bei 80.000 km -
Vergleichen mit dem was andere Nationen erreicht haben denkt man hier an
eine Abwandlung von Armstrongs Spruch "Es ist ein kleiner Schritt für die
Raumfahrt, aber ein großer für China". Nachdem westliche Medien nun die
chinesischen Mondpläne erneut aufgriffen.
Den letzten Erdorbit hat dann die Sonde ausgelassen und am 5.11.2007 mit einer 22 Minuten dauernden Zündung des Bordtriebwerks einen ersten 200 x 8600 km hohen Mondorbit erreicht mit einer Reduzierung der Geschwindigkeit um 360 m/s. Die Experimente sollen nach Erreichen des endgültigen Orbits in 200 km Höhe am 18.11.2007 in Betrieb genommen werden.
Etwa einen Monat später veröffentlichte China das erste Bild von Chang' E-1 vom Mond am 26.11.2007. Danach wurde es sehr still von der Sonde. Bekannt wurde nur noch, dass sie am 1.3.2009 auf der Mondoberfläche aufschlug. Ob die Sonde dies aktiv durchführte oder vorher ausgefallen war ist unbekannt. Mondorbits sind an sich instabil. Innerhalb von drei Monaten müsste eine Sonde aus einem 200 km Orbit auf der Mondoberfläche aufschlagen, da Störungen von Erde und Sonne die Bahnen recht schnell in elliptische Bahnen verwandeln und der mondnächste Punkt so bald an die Oberfläche wandert.
Die Sonde soll 1,37 TByte zur Erde gesandt haben und ein komplettes 3D-Modell des Mondes mit der Terrainkamera erstellt haben.
Am 1.10.2010, drei Jahre nach Chang'E-1 startete die zweite chinesische Mondsonde mit einer Langen Marsch 3C. Es war der 61.ste Jahrestag der Gründung der Volksrepublik China. Während es über die erste Sonde zumindest einige Informationen im Vorfeld gab, weis man über das zweite Modell noch weniger. Chang'E-2 soll Technologien für die Landung erproben, die mit Chang'E-3 geplant ist. Die Sonde wird sich dabei bis auf 16 km der Oberfläche nähern und hochauflösende Aufnahmen des späteren Landeortes anfertigen. Die Schubstärkere Rakete ließ einen direkten Flug zum Mond zu. Chang'e-2 hat einige Verbesserungen gegenüber Chang'e-1 erhalten:
X-Band
Sender: Ergänzt den S-Band Sender und lässt die Datenrate von 3 auf 12
MBit/s ansteigen.Der direkte Flug zum Mond und das Einschwenken in einen 100 km hohen kreisförmigen Orbit ohne einen vorherigen Übergangsorbit gehört auch zu den Dingen die bei der Mission erprobt werden. Beides stellt höhere Anforderungen an die Navigation wie auch dem Erreichen der Bahn als die Methode bei Chang E'-1. Dort wurde die Erdbahn sukzessive erhöht und die Mondbahn sukzessive abgesenkt.
Ähnliches praktizierte auch die NASA bei der Apollo 10 Mission die sich bis auf 16 km dem Mond näherte und die erste Zündung zur Absenkung des Orbits, das letzte Manöver vor der eigentlichen Landung durchführte. Dabei gewannen die Astronauten auch Bilder des Landeorts von Apollo 11. Chang'E-2 soll aus der elliptischen Bahn ebenfalls hochauflösende aufnahmen des geplanten Landegebiets von Chang E'-3 gewinnen, das mit 43°Nord und 31°West angegeben wurde.
Nach einer Kurskorrektur am 4.10.2010 die die Sonde um 16 m/s beschleunigte schwenkte Chang'E-2 am 6.10.2010 in einen Mondorbit ein. Dazu wurde das Triebwerk 32 Minuten lang betrieben. Der erste Orbit hatte eine Umlaufsdauer von 12 Stunden. Am 9.10.2010 wurde er zirkularisiert und die chinesische Mondsonde erreichte einen kreisförmigen Orbit in 100 km Höhe.
Das Kamerasystem soll aus 100 km Entfernung (dem Aposelen) 10 m und aus 15 km Entfernung (dem Periselen) 1,5 m Auflösung besitzen. Sie soll dreidimensionale Aufnahmen ermöglichen. Das geschieht bei nur einem Linsensystem üblicherweise durch verschiedene Zeilenscanner die in unterschiedliche Richtungen schauen (leicht nach vorne, senkrecht nach unten, leicht nach hinten) und so beim Überstreichen der Oberflächen drei Streifen der Oberfläche produzieren. Durch Zuordnung jedes Zeile (aber unterschiedlicher Zeilennummern bei jedem Streifen) zu einem Oberflächenmerkmal kann man dann ein dreidimensionales Bild erstellen. Nach diesem Prinzip funktioniert auch die HRSC Kamera von Mars Express. Chang E'-2 setzte TDI Sensoren ein, die auch Detailaufklärer verwenden. Diese Chips kompensieren das Verschmieren von Details während der benötigten Belichtungszeit indem sie die Ladungen in einer Spalte synchron zur Bewegung der Oberfläche über den Chip verschieben und so die Belichtungszeit verlängern. Auf der Erde nutzt man sie z.B. um auf Fertigungsstraßen wo schnell an dem Scanner vorbeiziehende Glasflaschen auf Risse untersucht werden.
Der Raumsondengrundkörper soll identisch zu Chang E-1 sein, es handelt sich um Backupexemplar dieser Sonde. Für die Mission erhielt es aber verbesserte Instrumente wie auch die oben angegebenen
Verbesserungen. Die Instrumente sind fast identisch, es entfällt nur ein Instrument, das IIM (Imaging Interferometer Spectrometer). Neu ist nur die Kamera die nun anstatt einem Flächigen CCD-Chip
einen TDI-Zeilenscanner einsetzt. Bei einer Auflösung von 7 m hat ein Streifen eine Breite von 43 km, was rund 6.144 Pixeln entspricht. Drei Scanzeilen schauen nach unten und um 8 Grad nach Vorne
oder hinten. Das ist jedoch schwenkbar, so wird man in 16 km Höhe den Sensor um 17,2 Grad aus der Senkrechte herausdrehen.
Vier kleinere CMOS Kameras, die bei der folgenden Mission den Abstieg der Mondsonde Chang E:-3 beobachten sollen, wurden zum Test als Ingenieurskameras eingesetzt. Sie beobachten das Entfallen der beiden Solarzellenflügel. der HGA und den betrieb des Triebwerks. Mit ihnen wurden später die Toutarisaufnahmen gewonnen.
| Chang E'-1 | Chang E'-2 | |
|---|---|---|
| Startmasse: | 2.350 kg | 2.480 kg |
| Trockenmasse: | 1.1.50 kg | <1.175 kg |
| Trägerrakete | Lange Marsch 3A | Langer Marsch 3C |
| Übergangsbahn: | Sub-GTO | direkte Mondtransferbahn |
| Reisezeit | 12 Tage | 5 Tage |
| Arbeitsorbit um den Mond: | 200 km kreisfömig | 100 km kreisförmig 100 x 15 km |
| Auflösung Fotos: | 120 m | 7 m (100 Km Bahnhöhe) 1,3 m (15 km Bahnhöhe) |
| Startdatum: | 24.10.2007 | 1.10.2010 |
Die CZ-3C Rakete platzierte Chang'E-2, deren Masse mit 2.480 kg angegeben wird direkt in eine Übergangsellipse zum Mond, den sie dann nach etwa 4-5 Tagen erreicht. Sie unterscheidet sich von der CZ-3A durch vier zusätzliche Booster und hat eine um 50% höher Nutzlast. Das ermöglichte auch den direkten Start zum Mond. Es sind also keine Bahnmanöver wie bei Chang'E-1 nötig. Die Kosten von Chang'E-2 wurden mit 900 Millionen Yuan (134 Millionen Dollar oder 98 Millionen Euro) angegeben. Einige wenige Details sprechen dafür, dass man die Sonde gegenüber Chang E-2 weiterentwickelt hat. So wird ein Telekommunikationssystem im X-Band erprobt, das die Datenrate bei Benutzung dieses Kanals auf 12 MBit/s erhöht. Ebenso wird ein neuer Code für die Übertragung erprobt der mehr Nutzdaten zulässt und die bei Chang E'-3 eingesetzte Landekamera mit einem CMOS-Sensor wird auch schon gestattet.
| Chang E'1 und 2 Sondenkörper | |
|---|---|
| Abmessungen: | 2000 x 1720 x 2200 mm |
| Startmasse: | <2.480 kg |
| Trockenmasse: | < 1.150 kg |
| Ausrichtungsgenauigkeit: | 1 Grad, Abweichung 0,005 Grad/s |
| Antrieb: | NTO / Hydration, etwa 480 N Schub |
| Stromversorgung | 1466 Watt (Lebensende, Einfallswinkel: 45 Grad) |
| Kommunikationssystem: | S-Band und X-Band |
| Telemetrieempfang: | 512 und 1024 Bit/s. Direkte Steuerung mit 125 Bit/s |
| Datenraten Senden: | 700 kbit/s, 1.5 MBit/s, 3 Mbit/s, 6 Mbit/s nur Chang E'2: 12 MBit/s |
Schon am 8.11.2010 wurde der erfolgreiche Abschluss der Mission bekannt gegebenen - recht schnell, was für nicht sehr anspruchsvolle Ziele während der Primärmission spricht. Die Sonde untersuchte aber bis zum Mai 2011 den Mond. Während dieser wurde eine Vermessung der Bahn mit zwei nur 300 m voneinander entfernten Antennen, synchronisiert mit einer Atomuhr erprobt. Ergebnisse dieses Experiments wurden nicht veröffentlicht. Die ESA und NASA setzen auf die Vermessung über große Distanzen mit Antennen auf mehreren Kontinenten.
Im Februar 2012 veröffentlichte China eine globale Karte aus Aufnahmen von Chang'E-2. Sie entstand zwischen Oktober 2010 und Mai 2011. Sie hat eine Auflösung von 7 m. Die Daten, es sollen mehr als 6 Terbyte gewesen sein erhielten sieben chinesische Institute die dann in der folge weitere Ergebnisse veröffentlichen wie Karten der Verteilung von Thor und Kalium, dies lässt auf ein Gammastrahlenspektrometer als Instrument schließen, denn beim Zerfall der radioaktiven Isotope dieser Elemente wird Gammastrahlung abgegeben die man auch im Orbit detektieren kann.
Am 8.11.2011 zündete die Raumsonde ihr Triebwerk und brauch auf zum Librationspunkt L2. Dies ist relativ energieintensiv, man benötigt dafür die gleiche Treibstoffmenge wie zum Erreichen des Mondorbits. Vieles spricht dafür, dass es sich bei dieser erweiterten Mission um die Erprobung grundlegender Techniken der interplanetaren Raumfahrt handelt. Ist Chang E'-2 baugleich zu Chang E'-1 so verfügt sie über genügend Treibstoffvorräte, da diese Raumsonde viel Treibstoff brauchte um aus dem Erdorbit erst in den Mondorbit zu gelangen, während bei ihre Nachfolgerin die leistungsfähige Trägerrakete diese Manöver unnötig machte. Später wurde bekannt, dass die Sonde noch über 520 kg Treibstoff verfügt, also etwa 40% des ursprünglichen Vorrats. Da die Mondsonde direkt zum Mond gelangt, was fast 1000 m/s an Geschwindigkeit gegenüber dem subsynchronen GTO von Chang E-1 einspart, ist eine erweiterte Mission möglich.
Am 25.8.2011 wurde der Librationspunkt L-2 erreicht. Hier umkreiste die Sonde diesem Punkt auf einer
Lisajousbahn. Diese muss dauernd überwacht und leicht korrigiert werden, denn sie ist analytisch nur kurzzeitig vorausberechenbar. Damit wurden weitere Methoden der Bahnverfolgung und Korrektur
erprobt. Im April 2012 verließ sie das Erde-Mondsystem endgültig. Sie war nun auf dem Weg zu einer Vorbeiflugmission
mit dem Asteroiden 4179 Toutaris. Diesen soll sie am 6.1.2013 erreichen. Damit wäre diese zweite Mondsonde erheblich erfolgreicher als
ihre Vorgängerin. Die Mission dauerte länger, es wurden viel umfangreichere Bahnänderungen vorgenommen und zwei weitere Meilensteine
(Besuch des L2-Punktes und eines Astroiden erreicht).
Am 15.12.2012 flog Chang E'-2 am Asteroiden Toutaris vorbei, der wenige Tage vorher die Erde nahe passiert hatte. Die Passage erfolgte mit einer Geschwindigkeit von 10,73 km/s, in 7 Millionen km Entfernung zur Erde. Bilder waren aus nächster Nähe nicht möglich, weil sonst die Bewegungskompensation überfordert war. Die links publizierte Aufnahme entstand aus noch 90 km Entfernung mit einer Auflösung von 10 km. Der 2,5 x 4,5 km große Toutaris näherte sich alle vier Jahre zweimal der Erde und wurde dieses mal auch von Radar durchleuchtet. Die nächste veröffentlichte Aufnahme entstand auf 45 km Entfernung, die Passagedistanz betrug nur 3,2 km. Eine Auflösung von 3 m wurde erreicht.
Da sich die Sonde nun erheblich weiter von der Erde entfernt setzte China auch erstmals eine 35 m Antenne zur Verfolgung und zum Datenempfang ein. Bedingt durch die nahe Passage wurde zur Aufnahme zusätzlich eine Ingenieurskamera eingesetzt, die eigentlich die Aufgabe hatte das entfalten der Solarzellen zu dokumentieren. Über 100 s soll die Kamera 5 Aufnahmen pro Sekunde anfertigen. Sie ist allerdings nicht hochauflösend. In 100 km Entfernung ist Toutaris gerade mal 99 Pixel groß. Die abtastenden Kameras der Experimente haben ein zu kleines Blickfeld und können die rasche Bewegung nicht kompensieren, sie sind für Aufnahmen daher nutzlos.
Insgesamt kann China Chang E'-2 als sehr großen Erfolg verbuchen. Die Sonde arbeitete erheblich länger als ihre Vorgängerin, testete erfolgreich neue Bahnmanöver und führte auch die erste Mission Chinas zu einem Asteroiden durch. Auch nach dem Vorbeiflug wird sie noch mit den Antennen verfolgt. Am 14.7.2013 erreichte sie eine Distanz von 50 Millionen km von der Erde, die Sonde sei noch in gutem Zustand. China beherrscht damit einige fundamentale Techniken die man für Planetensonden braucht wie die genaue Überwachung der Bahn, feine Korrekturmanöver, Kommunikation über planetare Distanzen und die Sonde bewies das sie langlebig genug für solche Missionen ist. China startet zwar viele Satelliten, jedoch nimmt man an, das ihre mittlere Lebensdauer eher gering ist. Chang E'-2 war nun mindestens bs zum Juli 2013 aktiv, das sind fast drei Jahre, ausreichend für eine Mars/Venusmission und zwei Jahre Untersuchungen vor Ort. So lange dauern auch die Primärmissionen von Sonden der NASA und ESA.
Für 2013 ist die erste Landung einer chinesischen Raumsonde, Chang'E-3 auf dem Mond geplant.
Letzte Änderung des Artikels: 13.12..2013
China’s Lunar Exploration Programme
Space operation system for Chang’E program and its capability evaluation
VLBI tracking for Chang’E-1 lunar mission
Cartography for Lunar Exploration: 2006 Status and Planned Missions
https://directory.eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/c-missions/chang-e-2
http://www.oosa.unvienna.org/pdf/pres/stsc2011/tech-49.pdf
http://www.astron.nl/moon/pdf/Maohai%20Huang%20-%20Change%20-%20IAU%20GA.pdf
https://directory.eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/c-missions/chang-e-1
https://www.hou.usra.edu/meetings/lpsc2017/pdf/1705.pdf
Lang Zeit gab es von mir nur ein Buch über Raumsonden: die beiden Mars-Raumsonden des Jahres 2011, Phobos Grunt und dem Mars Science Laboratory. Während die russische Raumsonde mittlerweile auf dem Grund des Pazifiks ruht, hat für Curiosity die Mission erst bekommen. Das Buch informiert über die Projektgeschichte, den technischen Aufbau der Sonden und ihrer Experimente, die geplante Mission und Zielsetzungen. Die Mission von Curiosity ist bis nach der Landung (Sol 10) dokumentiert. Einsteiger profitieren von Kapiteln, welche die bisherige Marsforschung skizzieren, die Funktionsweise der Instrumente erklären aber auch die Frage erläutern wie wahrscheinlich Leben auf dem Mars ist.
2018 wurde dies durch zwei Lexika, im Stille der schon existierenden Bücher über Trägerraketen ergänzt. Jedes Raumsonden Programm wird auf durchschnittlich sechs bis acht Seiten vorgestellt, ergänzt durch eine Tabelle mit den wichtigsten zeitlichen und technischen Daten und Fotos der Raumsonde, bzw., Fotos die sie aufgenommen hat. Ich habe weil es in einen band nicht rein geht eine Trennung im Jahr 1990 gemacht. Alle Programme vorher gibt es in Band 1. Die folgenden ab 1990 gestarteten dann in Band 2. In Band 2 ist ein Raumsonden Programm meist eine Einzelsonde (Ausnahme MER). In Band 1 dagegen ein Vorhaben das damals zumeist aus Doppelstarts bestand, oft auch mehr wie z.B. neun Ranger oder sieben Surveyor. Beide Bänder sind etwa 400 Seiten stark. In Band 1 gibt es noch eine gemeinsame Einführung für beide Bände über Himmelsmechanik und Technik der Instrumente. Beide Bände haben einen Anhang mit Startlisten, Kosten von Raumsonden und Erfolgsstatistiken. Band 2 hatte Redaktionsschluss im Januar 2018 und enthält die für 2018 geplanten Missionen über die es genügend Daten gab.
Hier eine Beschreibung des Buchs auf meiner Website für die Bücher, wo es auch ein Probekapitel zum herunterladen gibt. Sie können das Buch direkt beim Verlag kaufen (versandlostenfrei). Dann erhalte ich als Autor eine etwas höhere Marge, aber auch über den normalen Buchhandel, Amazon (obige Links) und alle anderen Portale wie Bücher.de oder Libri.
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