Chang'e 6 + 7 + 8 - Chinas unbemannte Mondstation

Gestern haben sich interessante Details zur Mission Chang’e 8 aufgetan. Der Lander wird bereits mit einem ausfahrbaren Mobilfunkmast versehen:

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Außerdem können sich ausländische Partner mit Robotern beteiligen, die dem chinesischen Maurer-Roboter zuarbeiten, entweder bei Abtransport und Positionierung von fertigen Ziegelsteinen oder bei Heranschaffung von frischem Regolith:

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Bilder: CNSA/ed.HausD

Von hier kann man sich das .pdf der Ausschreibung herunterladen (die Website ist sicher):
https://www.cnsa.gov.cn/n6758823/n6758839/c10393120/content.html

Etwas weiter unten hier eine deutsche Zusammenfassung:
https://de.wikipedia.org/wiki/Mondprogramm_der_Volksrepublik_China#4._Schritt,_Erkundung_der_Polregion_(Chang%E2%80%99e_6_2024+;_Chang%E2%80%99e_7,_2026+;_Chang%E2%80%99e_8_2027+)

Die CNSA bringt jetzt keine eigene Kleinsonde mehr mit, aber ausländische Partner können eine beisteuern.

Hier ein Bild von den chinesischen Komponenten der Mission Chang’e 8 (am Rednerpult Wang Qiong):


Bild: CLEP

Hier kann man besser sehen, dass der Lander zwei Triebwerke hat, um die schweren Lasten zu schleppen:


Bild: CNSA

2 Haupttriebwerke  ... 32 Korrekturtriebwerke ?

Hier kann man besser sehen, dass der Lander zwei Triebwerke hat, um die schweren Lasten zu schleppen:
 
Bild: CNSA  ...

Da ich wieder etwas mehr Zeit habe, konnte ich mir auch die Korrekturtriebwerke ansehen...
und bin auf nach vorn sichtbare 16 Stück gekommen. Was nahelegt, dass aus Symmetrie-
gründen dieselbe Anzahl nochmal auf der Rückseite zu entdecken wäre.

Gruß, HausD

Der Lander von Chang’e 8 basiert auf dem Chang’e-3-Bus, der bei allen bisherigen Mondlandungen eingesetzt wurde. Hier zum Beispiel Chang’e 5:


Bild: AKAMGO yalms

In der Standardausführung hat dieser Bus 28 Lageregelungstriebwerke mit einer Schubkraft von 10 N oder 150 N:
https://spaceflight101.com/change/change-5/

Auf dem Bild von Chang’e 8 kannst Du sehen, dass bei den Triebwerksgruppen an den Ecken nun nicht zwei, sondern drei nach unten gerichtete Korrekturtriebwerke vorhanden sind. 4 x 1 + 28 = 32. Das würde also passen.

Ich könnte mir vorstellen, dass das einer ähnlichen Logik folgt wie bei der bemannten Landefähre, wo 12 der dort 28 Lageregelungstriebwerke in dieselbe Richtung wie die 4 Haupttriebwerke zeigen und beim Ausfall eines Haupttriebwerks die Fähre mit vereinten Kräften noch hochhieven können. 12 x 150 N für die Eckentriebwerke wären 1,8 kN also mehr als ausreichend, um ein für die Landung gedrosseltes YF-36-Haupttriebwerk (regelbar zwischen 1,5 und 7,5 kN) zu ersetzen. In diesem Fall würde man nicht wieder zurück in die Umlaufbahn starten (der Lander hätte dort nur noch musealen Wert), sondern versuchen, noch möglichst sanft zu landen.

... Das mit dem entfernten rückläufigen Orbit bezieht sich laut dem Stellvertretenden Technischen Direktor der Mission auf den Orbiter:
http://www.stdaily.com/index/kejixinwen/202301/b71de570873146159e865738c13fc8c5.shtml

Das ist schwer zu glauben - der Trick mit Aufstiegsstufe und wartendem Orbiter dient ja dazu, dass erstere nicht so hoch fliegen muss wie beispielsweise diejenige von Luna 24 und daher mehr Gestein mitnehmen kann - und möglicherweise hat die Redakteurin von der Zeitung für Wissenschaft und Technik hier etwas missverstanden, aber bis zum Beweis des Gegenteils müssen wir zur Kennnis nehmen, dass das Rendezvous (oder zumindest die Abkoppelung des Landers vom Orbiter) in einer Entfernung von 70.000 km bis 100.000 km vom Mondmittelpunkt stattfindet.

Denkbar wäre, dass Chang’e 6 eine ähnliche Technologieerprobungsmission für das Bemannte Monderkundungsprogramm wird wie 2014 Chang’e 5-T1 für Chang’e 5. Dann würde der Orbiter von Chang’e 6 die Rolle der DRO-Station spielen (Schlafkabinen und Gemüsegarten muss man sich dazudenken ), der Lander wäre die Mondlandefähre.

Das Rätsel dürfte wohl gelöst sein. Wie es aussieht, dient die Mission Chang’e 6 tatsächlich als Probelauf für die bemannten Mondlandungen, wobei der Orbiter allerdings nicht die Rolle der DRO-Station, sondern diejenige des bemannten Raumschiffs spielt, wo das dritte Besatzungsmitglied auf die beiden Mondlande-Raumfahrer wartet. Daher ist es kein entfernter rückläufiger Orbit, sondern wohl ein stark exzentrischer rückläufiger Orbit von 200 × 5000 km, der nach einem S-förmigen Anflug erreicht wird:
http://www.yhxb.org.cn/article/2023/1000-1328/1000-1328-2023-44-12-1830.shtml


Bild: ACC/BUAA

Daher auch die lange Missionsdauer von 53 Tagen. Bei Chang’e 5 fand das Koppelmanöver von Orbiter und Aufstiegsstufe (die hier die Rolle der Mondlandefähre spielt) in 200 km Höhe statt; das würde also auch passen.

Mohammad Yousuf Khan, seit dem 1. Oktober 2023 Direktor der pakistanischen Raumfahrtbehörde SUPARCO (seit 23 Jahren der erste Zivilist in dieser Position), hat am 29. Januar mit einigen Mitarbeitern das Labor für Tiefraumerkundung besucht, um eine Beteiligung seiner Behörde an der Mission Chang’e 8 zu besprechen:
https://weibo.com/5027345285/NEwGiF20F


Bild: DSEL

Laut einer soeben von der CNSA herausgegebenen Ausschreibung wurde das Konzept für Chang'e 8 geändert, was wohl der Grund für die Verschiebung auf 2029 ist:
https://www.cnsa.gov.cn/n6758823/n6758839/c10472022/content.html

Chang'e 8 wird nun nicht mehr in der Südpolregion landen, sondern etwas weiter nördlich, wo es keinen Polarsommer/-winter mehr gibt, sondern eine normale Mondnacht von maximal 20 Tagen.

Der Bauroboter wurde von Nuklearantrieb auf Akkumulator umgestellt und wird nach Annäherung an den Lander drahtlos geladen, wie eine elektrische Zahnbürste. Eine Akkumulatorladung soll für 4 Stunden Arbeit reichen, das Aufladen mit 500 W soll nicht länger als 3 Stunden dauern.

Eine wichtige Fähigkeit des Bauroboters ist es, lose Steine von 1-5 cm Größe aus dem Weg zu räumen und Flächen zu planieren. Dort soll nach der Landung zunächst ein Seismometer abgesetzt und horizontal ausgerichtet werden. Als nächstes werden vier Sensoren zur Messung von elektromagnetischen Feldern, die über Kabel mit dem Lander verbunden sind, von diesem heruntergenommen und mit einer Genauigkeit von 1 m in Entfernungen von 20 und 28 m platziert.

Dann wird Regolith gesammelt und gesiebt (die Kehrmaschinen-Bürstenmethode hat man wohl aufgegeben). Der gesiebte Regolith (eine Ladung umfasst 5 kg) wird zunächst in eine Biosphärenkammer auf dem Lander gefüllt, wo dann in separaten "Beeten" mit irdischer Erde und lunarem Regolith Pflanzen und Mikroorganismen ausgesät werden.

Anschließen wird wird über mindestens 4 Jahre Regolith an den mit Photovoltaik betriebenen Ziegelbrennofen auf dem Lander geliefert, der das Material bei Temperaturen von bis zu 1600 °C sintert (wie bei der Porzellanherstellung) und daraus mit einer Präzision von besser als 4 mm Ziegel in einer Größe zwischen 5 x 5 x 3 cm und 10 x 10 x 6 cm herstellt. Der Brennofen arbeitet mit einer Geschwindigkeit von 40 cm³/h. Mit den fertigen Ziegeln pflastert der Roboter in einer Entfernung von etwa 100 m vom Lander eine planierte Landefläche für den nächsten Raumflugkörper. Die Ziegel sollen einem Druck von 10 MPa standhalten, was noch in der Ziegelei, vor der Übergabe an den Roboter, getestet wird.

Aus den in der Ausschreibung der CNSA vorgesehenen Nutzlasten für Erdbeobachtung - der Schwerpunkt liegt beim Weltraumwetter und seinem Zusammenhang mit dem Klima - kann  man schließen, dass die Landestelle von Chang'e 8 nicht, wie ursprünglich geplant, im Südpol-Aitken-Becken, sondern auf der erdzugewandten Seite des Mondes liegt.

Interessant ist auch der Rover, der unabhängig vom Bauroboter in einem größeren Umkreis Bodenproben nimmt. Zum einen soll er mindestens 36 Steine von 1,5-4,5 cm Durchmesser nacheinander einsammeln, zertrümmern, zermahlen und sieben, sodass er Partikel mit einer Größe von maximal 80 µm erhält. Dieser Staub wird in eine Kammer gebracht, wo er auf 900 °C erhitzt sowie mit Röntgenfluoreszenzanalyse und Röntgenstrukturanalyse untersucht wird. Mit den so gewonnenen Informationen über die elementmäßige Zusammensetzung des Materials will man Pyroxene, Olivine, Feldspat und Quarz voneinander unterscheiden. Es werden alle Elemente zwischen Natrium und Uran registriert.

Außerdem sollen Isotopen von Neon und Argon bestimmt werden. Mit einer Baggerschaufel soll bis in eine Tiefe von 3 cm Regolith mit einer Korngröße von 1 mm entnommen werden und das Verhältnis von Kalium-40 zu Argon-40 bestimmt werden. Ersteres zerfällt mit einer Halbwertszeit von 1,28 Milliarden Jahren in 11 % der Fälle zu Letzterem, was eine Altersbestimmung des Gesteins erlaubt.

Material von hohem wissenschaftlichen Wert soll in eine oder mehrere Dosen von 7 cm Durchmesser und 8 cm Höhe mit einem Fassungsvermögen von 500 g verpackt werden, die auf der Mondoberfläche deponiert werden. Bei der nächsten Mission, die auf der vom Bauroboter gepflasterten Landefläche landen soll, soll ein Rover die Dosen einsammeln und in eine Aufstiegsstufe verladen, mit der sie in den Orbit und zurück zur Erde gebracht werden, wo man sie noch genauer untersuchen kann.

Bei den oben erwähnten Dingen handelt es sich um die Anforderungen in der Ausschreibung für Nutzlasten, über die sich chinesische Einrichtungen bis zum 10. März bei der CNSA um einen Auftrag bewerben können. Ähnlich wie beim Rover für die bemannte Mondlandung hat aber die Chinesische Akademie für Weltraumtechnologie, die Herstellerfirma der Sonde, schon mal vorgelegt, damit man 2029 auf alle Fälle losfliegen kann. Wenn ein Institut der Akademie der Wissenschaften bessere Vorschläge hat, dann wird man das selbstverständlich berücksichtigen, aber bis auf Weiteres wird zum Beispiel die Baggerschaufel des Rovers nach dem Schabeprinzip arbeiten:
https://jdse.bit.edu.cn/sktcxb/cn/article/doi/10.15982/j.issn.2096-9287.2023.20230118?viewType=HTML

Dabei wird mit einem senkrecht gestellten Spaten in Schritten von 5 mm zunächst eine Grube erzeugt, sozusagen ein Bodenprofil. Die Vorgabe in der Ausschreibung lautet 3 cm, ein Prototyp hat beim Test im Labor bis 13 cm hinuntergegraben:



Wenn die gewünschte Tiefe erreicht ist, wird der Spaten senkrecht in den Boden hineingerammt ("MS" steht für "Massenspektrometer" bzw. Analysegerät):



Der Spaten ist 7,7 cm lang (hb), 4 cm breit (Lc) und besitzt auf der von der Schaberichtung abgewandten Rückseite eine quadratische Vertiefung mit vier Löchern von jeweils 4 mm Durchmesser (Dq), zwei tiefer, zwei flacher, mit denen insgesamt 160 mm³ Regolith aufgenommen werden kann, was abhängig von der mineralogischen Zusammensetzung rund 200 mg entspricht:



So sah das im Test aus. Die Schaberichtung läuft von hinten auf den Betrachter zu, die Zahlen bezeichnen die größte Tiefe der Grube:



Hier der Spaten, nachdem er senkrecht in den Boden gestoßen wurde, mit Regolithimitat in der viereckigen Vertiefung:



Hier wird der Spaten erst waagrecht gestellt, dann mit einer Geschwindigkeit von 60 Umdrehungen pro Minute nach links und rechts gedreht. Die Umdrehung wird aber nicht vollendet, sondern nach 10° abrupt gestoppt. Dadurch wird die Bodenprobe herausgeschüttelt und fällt in das Analysegerät, der Spaten ist für eine neue Probenentnahme bereit:


Bilder: CAST

Die Tester für Chang'e 6 auf dem Kosmodrom Wenchang haben während des Frühlingsfests durchgearbeitet:


https://www.youtube.com/watch?v=9qLvdylUKP8

In dem Video kann man auch den Missionspatch sehen:


Bild: CCTV 13/Andrew Jones

Gestern hat sich die Nationale Ischenali-Arabajew-Universität von Kirgisistan der Internationalen Mondforschungsstation als Nutzer angeschlossen, mit demselben rechtlichen Status wie die  Universität Schardscha der Vereinigten Arabischen Emirate. Sie ist nicht in die Planungen involviert, beabsichtigt aber, Nutzlasten zum Mond zu schicken. In der Mitteilung des Labors für Tiefraumerkundung werden die Fakultäten für Informatik und mathematische Physik besonders erwähnt:
https://weibo.com/5027345285/O3U83EaQR

Laut dem Schiffsverfolgungsdienst von Chinaports sind die beiden Raketenfrachter mit den Komponenten der Trägerrakete Langer Marsch 5 Y8 heute morgen aus Tianjin kommend im Hafen des Kosmodroms eingetroffen:
http://ship.chinaports.com/

Falls mit Elsternbrücke 2 (Start wohl Mitte nächster Woche) alles planmäßig verläuft, sollte es mit Chang’e 6 bis Mitte Mai etwas werden. Auf dieser Powerpoint-Folie von Ende Januar ist die ursprünglich geplante Missionsdauer von 53 Tagen unkenntlich gemacht:


Bild: DSEL

Falls das kein Bearbeitungsunfall, sondern Absicht war, hat man eventuell ein anderes Missionsprofil (kein rückläufiger Orbit mehr?) und damit wohl ein anderes Startfenster gewählt.

Heute sind die Schiffe vollständig entladen und alle Container mit den Raketenkomponenten für Chang'e 6 wohlbehalten auf dem Startgelände eingetroffen:
https://www.cnsa.gov.cn/n6759533/c10487680/content.html


Bild: Wang Lin

Das Nationale Astronomische Forschungsinstitut Thailands sollte sich laut einer am 25. September 2023 mit dem Labor für Tiefraumerkundung getroffenen Vereinbarung mit einem auf dem Orbiter von Chang’e 7 montierten Gerät zur Weltraumwetter-Beobachtung an jener Mission beteiligen (ursprünglich war eine Nutzlast für Tiefraum-Kommunikation vorgesehen). Bereits damals wurde festgeschrieben, dass Thailand auf der Planungsebene an der Internationalen Mondforschungsstation mitarbeiten sollte. Das war zunächst einmal eine Vereinbarung zwischen zwei Instituten; auf der Tafel hier sieht man die entsprechenden Logos (der Herr in dem braunen Anzug, der das Rover-Modell entgegennimmt, ist Saran Poshyachinda, der Direktor des NARIT):


Bild: DSEL

Diese Vereinbarung wurde heute auf die zwischenstaatliche Ebene gehoben; man sieht auf der Tafel im Hintergrund die Flaggen der beiden Länder:


Bild: CNSA

Die alte Dame in der Mitte ist Prinzessin Maha Chakri Sirindhorn, eine Chinesisch-sprechende, technophile Altphilologin, der Chinese rechts neben ihr ist Zhang Kejian, CNSA-Direktor und Staatssekretär im Ministerium für Industrie und Informationstechnik. Ganz rechts Wu Yanhua, Technischer Direktor für Großprojekte zur Tiefraumerkundung beim DSEL.

Hier ist ein ausführlicherer Bericht zu der heutigen Vertragsunterzeichnung:
https://www.chinanews.com.cn/gn/2024/04-05/10193526.shtml

Neben dem vom NARIT und seiner vorgesetzten Behörde, dem Ministerium für Höhere Bildung, Wissenschaft, Forschung und Innovation, entwickelten Gerät zur Beobachtung von kosmischer Strahlung und Sonnenwind, dessen Mitnahme bereits fest vereinbart ist, hat die thailändische Seite auch beantragt, sich an dem Bauroboter und wissenschaftlichen Nutzlasten von Chang'e 8 zu beteiligen. Der Leiter des Zentrums für Monderkundungs- und Raumfahrt-Projekte bei der CNSA hat in einem bei dieser Gelegenheit durchgeführten Interview erneut betont, dass bei der Internationalen Mondforschungsstation prinzipiell jeder mitmachen kann, dass sich seine Behörde aber vor allem an aufstrebende Raumfahrtnationen (新兴航天国家) wendet, für die das Projekt eine Plattform bilden soll, um Personal auszubilden und ihre Technologie voranzubringen.

Der Start der Mission Chang’e 6 wurde auf den Zeitraum zwischen 3. Mai 09:00 MESZ und 6. Mai 15:00 MESZ festgelegt:
https://weibo.com/6142289604/O9dc0toPl

Das fällt noch in die Goldene Woche, eine Art nationale Betriebsferien anlässlich des Tags der Arbeit. Mit Besuchermassen am Beobachtungsstrand des Kosmodroms wird gerechnet.

Und wann können wir dann mit der Landung auf dem Mond rechnen?

Das ist nicht klar. Ursprünglich war eine Missionszeit von 53 Tagen angesetzt, mit einem zweitägigen Aufenthalt auf dem Mond. Das würde eine Landung Ende Mai implizieren. Die Mission mit dem rückläufigen Orbit des in der Umlaufbahn wartenden Orbiters war als Probelauf für die bemannten Landungen gedacht. Das hat sich möglicherweise in der Zwischenzeit geändert. Auf dieser Powerpoint-Folie von Ende Januar ist die ursprünglich geplante Missionsdauer unkenntlich gemacht:


Bild: DSEL

Ende Mai wissen wir mehr

Soeben wurden die ausländischen Nutzlasten für die Mission Chang’e 7 bekanntgegeben:
https://weibo.com/5027345285/Obb0l7aEb

Auf dem Lander:

- Laser-Retroreflektor für präzise Vermessung der Mondoberfläche und Navigationsunterstützung von Raumflugkörpern im Orbit. Wie das entsprechende Teil auf Chang’e 6 hergestellt von den Laboratori Nazionali di Frascati des italienischen Istituto Nazionale di Fisica Nucleare.

- Detektor für Staub, Plasma und elektrische Felder in Bodennähe. Hergestellt vom Institut für Weltraumforschung der Russischen Akademie der Wissenschaften.

- Optisches Teleskop zur Erforschung der Milchstraße und zur Erdbeobachtung. Hergestellt von der International Lunar Observatory Association auf Hawaii.

Auf dem Orbiter:

- Hyperspektral-Bildgeber zur geologischen Erkundung der Mondoberfläche. Hergestellt von der Ägyptischen Raumfahrtbehörde und der Nationalen Behörde für Weltraumwissenschaften Bahrains.

- Gerät zur Messung des Strahlungsenergie-Spektrums der Erde, um Veränderungen der Strahlungsmenge-Bilanz des irdischen Klimasystems (nicht Wettersysteme) zu beobachten. Hergestellt vom Physikalisch-Meteorologischen Observatorium in Davos.

- Gerät mit Sensoren zur Beobachtung des Weltraumwetters rund um die Erde, um magnetische Stürme und die Belastung durch kosmische Strahlung vorherzusagen. Unter der Leitung des thailändischen Ministeriums für Höhere Bildung, Wissenschaft, Forschung und Innovation vom Nationalen Astronomischen Forschungsinstitut Thailands hergestellt.

Hier ist ein kurzes Video wo man sehen kann, wie sich die von Chang’e 7 mitgeführte Kleinsonde mit ihren Krabbelbeinchen von der Landerplattform anhebt und dann ihr Triebwerk zündet. Der Solarzellenflügel des Landers wird aus dem Bereich der Triebwerksflamme weg nach unten geklappt:
https://weibo.com/6142289604/ObfCgx91u

Die zu Beginn der Mission voll betankt 348,9 kg schwere Kleinsonde hat keine nach der Seite gerichteten Steuertriebwerke, sondern führt, entfernt vergleichbar einer Kurzstreckenrakete, mit ihrem schwenk- und regelbaren Haupttriebwerk von bis zu 1710 N Schubkraft "Sprünge" durch. Die Hüpfsonde führt 150 kg Treibstoff mit, für einen 20 Sekunden dauernden Sprung von 20 m werden 3,8 kg verbraucht. Die Sonde kann ihre Orientierung mit einer Geschwindigkeit von 3°/s ändern:
http://jdse.bit.edu.cn/sktcxb/cn/article/doi/10.15982/j.issn.2096-9287.2024.20230005?viewType=HTML

Und wann können wir dann mit der Landung auf dem Mond rechnen?

Der Leiter des Labors für Tiefraumerkundung hat gestern die Missionsdauer von 53 Tagen bestätigt:
https://m.weibo.cn/status/Obg4Yugin

Nach dem Verbot für Drohnenflüge wird der Start wohl tatsächlich am 3. Mai stattfinden (und das Herausrollen der Trägerrakete eventuell schon morgen). Das würde die Landung auf dem Mond um den 29. oder 30. Mai bedeuten.

Hier schon mal ein Livestream für Chang'e 6:


https://www.youtube.com/watch?v=M5MhFrc0jj8

Gruß
roger50

Heute vormittag Ortszeit wurde die Trägerrakete Langer Marsch 5 mit der Sonde an der Spitze zur Startrampe gefahren:


Bild: CNSA

Die Aufgabe von Chang’e 8 ist primär Technologieerprobung, sie operiert räumlich getrennt und unabhängig von Chang’e 7 an einer Stelle zwischen 80" und 85° südlicher Breite (also nicht in der Südpolregion) auf der erdzugewandten Seite des Mondes:
https://www.yhxb.org.cn/thesisDetails#10.3873/j.issn.1000-1328.2024.04.014&lang=zh

Aus diesem Grund soll 2028 der Relaissatellit Elsternbrücke 3 gestartet werden, der wie Elsternbrücke 2 in einem um 62,4° zum Mondäquator geneigten, gefrorenen Orbit von 300 x 8600 km stationiert werden soll, nur mit dem Apogäum auf der erdzugewandten Seite des Mondes. Chang’e 8 soll auf einer Hochebene landen, von wo aus Sichtverbindung zur Erde besteht. Der Relaissatellit ermöglicht es aber, die Funkanlage auf der Sonde einfacher zu halten, mit weniger Energieverbrauch und weniger Gewicht. Im weiteren Verlauf sollen Elsternbrücke 2 und 3 durch sechs in einem niedrigen Orbit mit sehr flacher Inklination um den Mond kreisende Relaissatelliten ergänzt werden. Damit die nicht durch Mascons aus der Bahn geworfen werden, umkreisen sie den Mond auf einem rückläufigen Orbit entgegengesetzt zu seiner Eigenrotation, wodurch sich ihre Geschwindigkeit relativ zur Mondoberfläche erhöht (sie sausen über die Mascons hinweg und sind ihrem Einfluss nur kurze Zeit ausgesetzt):
http://www.stdaily.com/index/kejixinwen/202405/1ea1135dc7c14a9ea0c06ac54288d451.shtml

Auf dem Bild hier befindet sich die Erde links; der Mond mit den Mare ist eine symbolische Darstellung:


Bild: Dongfang Hour