Чанъэ-4

Чанъэ-4 — это китайская автоматическая межпланетная станция (АМС), предназначенная для исследования Луны. Станция стала первым в истории космическим аппаратом, совершившим мягкую посадку на обратной стороне Луны, то есть на полушарии, постоянно скрытом от Земли. Миссия была реализована в рамках китайской программы лунных исследований «Чанъэ» и включала в себя посадочный модуль и луноход «Юйту-2» («Нефритовый заяц-2»). Запуск состоялся 7 декабря 2018 года, а посадка — 3 января 2019 года.

История и предпосылки

Программа «Чанъэ» была начата Китайским национальным космическим управлением (CNSA) в начале 2000-х годов. Первые две миссии («Чанъэ-1» и «Чанъэ-2») были орбитальными и занимались картографированием лунной поверхности. «Чанъэ-3» в 2013 году впервые в истории Китая совершила мягкую посадку на видимой стороне Луны и доставила луноход «Юйту».

Миссия «Чанъэ-4» изначально планировалась как резервная для «Чанъэ-3», но после успеха последней было принято решение модифицировать её для посадки на обратной стороне. Это технически более сложная задача, так как прямая радиосвязь с Землёй на обратной стороне невозможна — сигнал блокируется телом Луны. Для её решения потребовался спутник-ретранслятор, который был выведен на гало-орбиту вокруг точки Лагранжа L2 системы Земля — Луна.

Устройство и технические характеристики

Посадочный модуль

Посадочный модуль «Чанъэ-4» имеет массу около 1200 кг (с топливом) и оснащён следующими научными приборами:

• Камеры — несколько камер для панорамной съёмки и навигации.
• Лунный радар (LPR) — георадар для зондирования лунного грунта на глубину до нескольких десятков метров.
• Спектрометр (VNIS) — для анализа минерального состава реголита в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне.
• Датчик нейтронов и дозиметр — для измерения радиационной обстановки на поверхности.
• Эксперимент по биологии — герметичный контейнер с семенами растений (хлопок, рапс, картофель), яйцами дрозофилы и дрожжами для проверки возможности поддержания замкнутой экосистемы в условиях лунной гравитации и радиации.

Луноход «Юйту-2»

Луноход «Юйту-2» (масса около 140 кг) является усовершенствованной версией аппарата миссии «Чанъэ-3». Он имеет шесть колёс, автономную систему навигации и способен передвигаться по лунной поверхности со скоростью до 0,1 км/ч. Научное оборудование лунохода включает:

• Панорамные камеры (PCAM) — стереоскопическая съёмка местности.
• Лунный радар (LPR) — второй георадар, работающий на более высоких частотах для детального изучения верхних слоёв грунта.
• Спектрометр (VNIS) — аналогичный установленному на посадочном модуле.
• Анализатор нейтральных атомов (ASAN) — для изучения взаимодействия солнечного ветра с лунной поверхностью.

Спутник-ретранслятор «Цюэцяо»

Для обеспечения связи с аппаратом на обратной стороне Луны в мае 2018 года был запущен спутник-ретранслятор «Цюэцяо» («Сорочий мост»). Он был выведен на гало-орбиту вокруг точки Лагранжа L2 системы Земля — Луна, что позволяет ему постоянно находиться в зоне прямой видимости как с Землёй, так и с обратной стороной Луны. Спутник также несёт научную аппаратуру, в том числе низкочастотный радиотелескоп (NCLE) для изучения космического радиоизлучения.

Ход миссии

Запуск и перелёт

Запуск «Чанъэ-4» состоялся 7 декабря 2018 года в 18:23 UTC с космодрома Сичан (провинция Сычуань) с помощью ракеты-носителя «Чанчжэн-3B». После выхода на траекторию перелёта к Луне станция провела серию коррекций курса. 12 декабря 2018 года аппарат вышел на лунную орбиту.

Посадка

3 января 2019 года в 02:26 UTC «Чанъэ-4» совершила мягкую посадку в районе кратера Карман (Von Kármán) внутри бассейна Южный полюс — Эйткен. Это крупнейший известный ударный кратер в Солнечной системе, расположенный на обратной стороне Луны. Посадка была полностью автоматической, с использованием лазерного дальномера и оптических сенсоров для выбора безопасного места.

Работа на поверхности

После посадки луноход «Юйту-2» съехал с посадочной платформы и начал движение по лунной поверхности. Оба аппарата продолжают работать по состоянию на 2024 год, значительно превысив запланированный срок активного существования (один год). За время миссии было получено огромное количество научных данных, включая детальные снимки обратной стороны Луны, георадарные профили лунного грунта и спектры минералов.

Научные результаты

Геология и состав грунта

С помощью георадаров LPR были получены данные о структуре лунного реголита на глубину до 40 метров. Выяснилось, что верхние слои состоят из мелкозернистого материала, а на глубине около 12 метров обнаружены слои более крупных обломков пород. Спектрометрические измерения показали, что состав грунта в районе посадки отличается от образцов, доставленных миссиями «Аполлон» и «Луна», — он содержит больше оливина и пироксена, что указывает на происхождение из мантийных пород.

Радиационная обстановка

Датчики на посадочном модуле зафиксировали уровень радиации на поверхности обратной стороны Луны. Он оказался примерно в 2-3 раза выше, чем на Международной космической станции, но значительно ниже, чем в открытом космосе. Эти данные важны для планирования будущих пилотируемых миссий.

Биологический эксперимент

В герметичном контейнере на борту посадочного модуля были проведены первые в истории опыты по проращиванию семян в условиях лунной гравитации. 15 января 2019 года китайские учёные сообщили, что семена хлопка проросли, однако из-за наступления лунной ночи (двухнедельный период с температурами до -180 °C) ростки погибли. Эксперимент подтвердил принципиальную возможность поддержания жизни в условиях лунной поверхности, но выявил серьёзные ограничения, связанные с перепадами температур.

Астрофизические наблюдения

Спутник-ретранслятор «Цюэцяо» и низкочастотный радиотелескоп NCLE позволили провести наблюдения космического радиоизлучения в диапазоне, недоступном с Земли из-за помех от ионосферы. Эти данные используются для изучения ранней Вселенной, солнечной активности и магнитосферы Земли.

Значение и перспективы

Миссия «Чанъэ-4» стала важной вехой в освоении космоса. Она продемонстрировала возможность надёжной посадки и работы на обратной стороне Луны, что ранее считалось крайне сложной задачей. Полученные научные данные существенно расширили представления о геологии Луны и её эволюции.

Успех миссии также подтвердил высокий технологический уровень китайской космической программы. Вслед за «Чанъэ-4» были реализованы миссии «Чанъэ-5» (2020 год, доставка образцов лунного грунта на Землю) и «Чанъэ-6» (2024 год, доставка образцов с обратной стороны Луны). В перспективе Китай планирует высадку космонавтов на Луну в 2030-х годах.

Источники

• Официальные пресс-релизы Китайского национального космического управления (CNSA)
• Статьи в журналах Nature, Science, Planetary and Space Science
• Данные проекта «Chang’e-4» на сайте NASA
• Материалы Китайской академии наук (CAS)