Chang’e 3 () ist die dritte Mond-Sonde der Nationalen Raumfahrtbehörde Chinas (CNSA) im Rahmen des Mondprogramms der Volksrepublik China. Die beiden Vorgängersonden Chang’e 1 und Chang’e 2 waren Orbiter, Chang’e 3 landete erfolgreich auf dem Mond und setzte den Mondrover Jadehase (Yutu, ) ab. Der Chang’e-3-Lander ist weiterhin aktiv und liefert Daten.
Die Bezeichnungen beziehen sich auf die chinesische Mondgöttin und ihren Begleiter.
Missionsverlauf Am 1. Dezember 2013 um 17:30 UTC startete Chang’e 3 an Bord einer Rakete vom Typ Langer Marsch 3B vom Kosmodrom Xichang in eine Erdumlaufbahn. 20 Minuten nach dem Start trennte sich die inklusive Treibstoff 3,8 t schwere Sonde von der Rakete. Aus der Erdumlaufbahn schwenkte die Sonde in einen Transferorbit ein. Das Einschwenken in eine Mondumlaufbahn am 6. Dezember wurde mit drei Korrekturmanövern vorbereitet, nach einem Bremsmanöver wurde dann eine Kreisbahn um den Mond mit einer Höhe von 100 km erreicht. Nach einer Absenkung des Periselenums auf 15 km wurde durch ein weiteres Bremsmanöver die Landung eingeleitet. Während der letzten 12 Minuten des Abstiegs agierte die Sonde dann völlig autonom und suchte sich selbstständig einen geeigneten Landeplatz.
Hierfür wurden ein Laser-Entfernungsmesser, ein Radar zur Messung der Entfernung und Geschwindigkeit relativ zur Mondoberfläche, ein optisches Hindernisvermeidungssystem und ein dreidimensional abbildender Laserscanner verwendet. 100 m über der Mondoberfläche hielt die Sonde für 16 Sekunden inne, um sich einen Überblick über auf dem Boden liegende Felsbrocken und sonstige Hindernisse zu verschaffen. Sie war so programmiert, dass sie Steine von mehr als 20 cm Höhe und Gruben von mehr als 20 cm Tiefe als Hindernis klassifizierte und vermied. Nach kurzem horizontalen Manövrieren – die Sonde bewegte sich 5 m zur Seite, um einer großen Grube auszuweichen – senkte sie sich mit ihrem zwischen 1,5 kN und 7,5 kN regelbaren Haupttriebwerk vom Typ YF-36 auf die Mondoberfläche ab. Zum Zwecke der Staubvermeidung wurde drei Meter über dem Boden das Triebwerk abgeschaltet und der letzte Teil der Landung im freien Fall absolviert.
mini|Galileo-Bild mit der Landeposition von Chang’e 3
Die weiche Landung erfolgte am 14. Dezember um 13:11:18 UTC, einen Umlauf früher als ursprünglich geplant und damit 250 km östlich des Sinus Iridum im Mare Imbrium bei 44,115° N 19,515° W. Es wurden Livebilder vom Abstieg übermittelt.Bilder der Abstiegskamera
Zur Unterstützung der Sonde arbeitete China mit der ESA zusammen, die für die Flugphase das ESTRACK-Antennennetzwerk zum Empfang der Funksignale und zur Positionsbestimmung zur Verfügung stellte. Außerdem half die ESA bei der Positionsbestimmung während der Landung. Für die Chang’e-3-Mission war das TT&C-System des Mondprogramms in den Jahren 2009–2012 so ausgebaut worden, dass die militärischen Tiefraumstationen bei Kaschgar und Giyamusi zwei verschiedene Ziele zugleich ansprechen, also Lander und Rover gleichzeitig steuern können.
Jadehase
Sechs Stunden nach der Landung verließ der Rover (Masse 140 kg) über eine Rampe den Lander.Video vom Verlassen des Landers, CCTV Nachdem der Rover zunächst den Lander und die unmittelbare Umgebung der Landestelle aus verschiedenen Blickwinkeln fotografiert hatte, wurde am 25. Dezember 2013 das APX-Spektrometer (Active Particle-induced X-ray Spectrometer) des Mondrovers Yutu erstmals eingesetzt, um die chemische Zusammensetzung der Mondoberfläche zu bestimmen. Es handelt sich um ein Alphapartikel-Röntgenspektrometer, das die prozentuale chemische Zusammensetzung von Gesteinen und Mond-Regolith mittels Röntgenfluoresenzspektroskopie und partikelinduzierter Röntgenemission (PIXE) ermittelte.
Am 25. Januar 2014, sechs Wochen nach Beginn des Rover-Einsatzes und nahe dem Ende des zweiten Mondtages, stellten die Techniker im Raumfahrtkontrollzentrum Peking fest, dass sich eines der Räder des Rovers nicht mehr bewegte. Dadurch konnte sich Jadehase nicht nach Süden drehen und seine korrekte „Schlafposition“ einnehmen, was zu einer Beschädigung der Elektronik durch die nächtliche Kälte führte. Im Video ab 16:50. Es gelang jedoch, den Kontakt mit dem Gerät wieder herzustellen. Das Fahrwerk konnte zwar nicht mehr in Gang gesetzt werden, ein Teil der Geräte funktionierte jedoch noch. Am 10. März 2014, nach der dritten Mondnacht, meldete sich Yutu von seiner Dauerposition erneut zurück.Jadehase Yutu liefert erste wissenschaftliche Ergebnisse. In: Sterne und Weltraum. 5/2014, S. 14–15 (online).
Am 1. August 2016, während der 33. Mondnacht, gab die Nationale Raumfahrtbehörde Chinas bekannt, dass Jadehase am 31. Juli 2016 nach 972 Tagen, also mehr als 31 Erdenmonaten seinen Betrieb endgültig eingestellt hatte. Ursprünglich war der Rover nur für drei Monate konzipiert.
Lander Für die Energieerzeugung in Mondnächten hat Chang’e 3 einen Radioisotopengenerator an Bord, der am Mondtag durch Energie aus den beiden Solarpanelen unterstützt wird.
Das Luna-basierte Ultraviolett-Teleskop (LUT) der Nationalen Astronomischen Observatorien der Chinesischen Akademie der Wissenschaften auf dem Lander war im Dezember 2023 immer noch aktiv. Es hat zum Schutz vor dem elektrostatisch aufgeladenen Mondstaub eine Kammer, deren Luke bei Sonnenaufgang und Sonnenuntergang geschlossen wird. Der Mondstaub steigt verstärkt an Hell-Dunkel-Grenzen auf und es gibt bislang keine Staubablagerungen auf den Spiegeln des Ritchey-Chrétien-Cassegrain-Teleskops. Das 238Pu in der Radionuklidbatterie des Landers sollte noch für etwa 30 Jahre reichen, und wenn es nicht zu unvorhergesehenen Zwischenfällen kommt, könnten die Astronomen während dieser gesamten Zeit ihre Beobachtungen im Nahen Ultraviolett-Bereich (400–300 nm) machen.
Der Blickwinkel des Ultraviolett-Teleskops kann durch einen vor der Lichteinfallöffnung montierten und über eine kardanische Aufhängung frei schwenkbaren flachen Spiegel verändert werden. Wenn die Astronomen ein bestimmtes Objekt im Weltall untersuchen wollen, verständigen sie über das Satellitenkontrollzentrum Xi’an die Tiefraumstationen, die dann die entsprechenden Steuerbefehle geben. Der von der britischen e2v (früher English Electric Valve Company, seit 2017 Teledyne e2v) hergestellte AIMO-CCD-SensorVgl. schickt die aufgenommenen Bilder während der Mond über China zu sehen ist an die zivilen Bodenstationen in Miyun und Kunming, die den Downlink-Verkehr der wissenschaftlichen Nutzlasten empfangen.
Die Landestelle erhielt am 5. Oktober 2015 offiziell den Namen Guǎnghán Gōng (), nach dem Mondpalast in der chinesischen Mythologie, in dem Chang’e und Yutu lebten.
Ergebnisse mini|LRO-Bild vom 25. Dezember 2013 mit dem Lander und dem Rover an Punkt N108/201. Links der Ziwei-Krater. mini|Die Route des Rovers bis zum 16. Januar 2014. Unter dem grün markierten Abschnitt befindet sich die Höhle.
Durch die spektrografischen Aufnahmen der Mondoberfläche, die 1994 von der Clementine-Sonde der NASA, 1998/99 von Lunar Prospector (ebenfalls NASA), 2008/2009 von Chandrayaan-1 der Indian Space Research Organisation und vor allem von Chang’e 1 und Chang’e 2 angefertigt wurden, hatte man schon eine recht gute Vorstellung von der mineralogischen Zusammensetzung der oberen Mondschichten. Die Landestelle von Chang’e 3 wurde mit Bedacht am Rand eines kleinen, nur 27–80 Millionen Jahre alten (also relativ frischen) Kraters mit etwa 450 m Durchmesser gewählt, wo der Meteoriteneinschlag Material aus 40–50 m Tiefe an die Oberfläche geschleudert hatte. Auf der Ostseite dieses Kraters, seit dem 5. Oktober 2015 offiziell Zǐwēi (紫微, wörtlich „Purpurnes Verbotenes Gebiet“, sinngemäß „Gebiet des Kaiserpalast“) genannt,Der Name leitet sich, ebenso wie die der beiden Krater in der Nachbarschaft, von den „Drei Gebieten“ (垣, Pinyin Yuán) ab, eine mindestens seit der Frühlings- und Herbstperiode im Gebrauch befindliche Bezeichnung für Himmelsregionen, die ursprünglich einen mit einem niedrigen Erdwall nicht unähnlich einer Kraterwand abgegrenzten Stadtbezirk meinte. Die Silbe Wēi (微) spezifiziert dieses Gebiet als „[der Öffentlichkeit] verborgen“, und mit purpurner Farbe bzw. rotem Lehm (紫, Pinyin Zĭ) wurden die Erdwälle (später Mauern) als der Herrscherfamilie zugehörig gekennzeichnet. Daher ist „Ziwei“ seit der Tang-Dynastie auch als Ausdruck für den Palast eines Mitglieds der kaiserlichen Familie oder Lehnsfürsten gebräuchlich. Da der Jadekaiser jedoch nicht auf dem Mond lebt, sondern im Himmelspalast, handelt es sich bei dem Krater schlicht um ein abgegrenztes Gebiet, das für Normalbürger nicht zugänglich ist. 罗竹风 (主编): 汉语大词典. 汉语大词典出版社, 上海 1994 (第二次印刷). 第二卷, S. 1093; 第三卷, S. 1049; 第九卷, S. 820. legte der Rover Yutu insgesamt 114 Meter zurück.Mike Wall: The Moon’s History Is Surprisingly Complex, Chinese Rover Finds. Auf: space.com. 12. März 2015. Während seiner Reise näherte sich der Jadehase auf einem mehr oder weniger J-förmigen Kurs dem Kraterrand, wobei er, neben gelegentlichen Fotostopps, 8 Mal anhielt, um Messungen zu machen.
Bodenschichten Zwischen 2015 und 2021 befassten sich zahlreiche Geologen mit den vom Bodenradar des Rovers gelieferten Daten. Schon bald konnte man sagen, dass sich unterhalb der Landestelle eine zwei bis drei Meter dicke Regolithschicht befindet, gefolgt von einer wesentlich dickeren Basaltschicht mit auffallend viel Titanoxid. Darunter liegt innerhalb des Messbereichs von 140 Metern Tiefe nach einer weiteren Regolithschicht eine zweite Basaltschicht mit anderer Zusammensetzung. Yuan Yuefeng (袁悦锋) und Zhu Peimin (朱培民) von der Chinesischen Universität für Geologie in Wuhan veröffentlichten am 17. August 2020 in den Geophysical Research Letters einen Aufsatz. Danach besteht die erste Basaltschicht aus drei, jeweils 8 bis 12 m starken Lavaströmen, die auf Ereignisse aus dem Eratosthenischen Zeitalter vor etwa 1,1 bis 3,1 Milliarden Jahren zurückgehen. Die zweite Basaltschicht unter der Zwischenschicht aus Paläoregolith, deren Beginn sie auf eine Tiefe von 55 m festsetzen konnten, besteht aus Lava aus dem Imbrischen Zeitalter vor etwa 3,1 bis 3,8 Milliarden Jahren, die in entgegengesetzter Richtung nach Süden floss.
Speziell mit dem Paläoregolith befassten sich Zhu Tieyuan vom Institut für Geowissenschaften der Pennsylvania State University sowie Zhang Jinhai und Lin Yangting vom Institut für Geologie und Geophysik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften. Mit 5–9 m ist diese Regolithschicht außergewöhnlich stark. Daraus schließen die Wissenschaftler, dass zwischen dem späten Imbrischen und dem frühen Eratosthenischen Zeitalter, also vor 3,6 bis 2,35 Milliarden Jahren, die Regolithenstehungsrate bei 5,8–10,5 m pro Milliarde Jahre gelegen haben muss, während man hierfür bisher etwa 2 m pro Milliarde Jahre annahm. Das deutet auf eine starke Meteoritenaktivität während jener Zeit hin.
mini|hochkant|links|Potentielle Form der Höhle.
Bei einer weiteren Auswertung der Daten des hochfrequenten Bodenradars auf der Unterseite des Rovers entdecken Ding Chunyu (丁春雨) und Xiao Zhiyong (肖智勇) von der Fakultät für Atmosphärenwissenschaften der Sun-Yat-sen-Universität in Zhuhai sowie Su Yan (苏彦) von den Nationalen Astronomischen Observatorien etwa 2 m unter der Oberfläche eine 3,1 m tiefe Höhle, die zwischen bei der Entstehung des Ziwei-Kraters herausgeschleuderten Felsbrocken freigeblieben war. Diese spezielle Höhle wäre zu klein und nicht sicher genug für eine unterirdische Mondstation, aber durch ihre Entdeckung konnten die Wissenschaftler beweisen, dass Bodenradar auf Rovern prinzipiell dafür geeignet ist, derartige Hohlräume aufzuspüren.
Spektroskopie