Chang’e 4 () ist eine Raumsonde der Nationalen Raumfahrtbehörde Chinas, die am 7. Dezember 2018 gestartet wurde und aus einem Lander sowie dem Rover Jadehase 2 besteht. Wie seine Vorgänger ist das Raumfahrzeug nach Chang’e, der chinesischen Mondgöttin, benannt. Die Sonde landete am 3. Januar 2019 um 02:26 Uhr UTC erfolgreich im Mondkrater Von Kármán im Südpol-Aitken-Becken und war damit die erste Landung, die kontrolliert auf der Mondrückseite aufsetzte. Zwölf Stunden später, um 14:22 Uhr UTC, war der Rover über eine Rampe auf die Mondoberfläche gerollt.
Übersicht Das am 24. Januar 2004 von Premierminister Wen Jiabao nach dreizehnjährigen Vorbereitungsarbeiten offiziell gestartete Mondprogramm der Volksrepublik China besteht aus den Drei Großen Schritten (): Unbemannte Erkundung Bemannte Landung Stationierung einer ständigen Besatzung
Der Erste Große Schritt ist wiederum in die Drei Kleinen Schritte (小三步) unterteilt:
Beim Ersten Kleinen Schritt wurde mit Chang’e 1 im Jahr 2007 und Chang’e 2 im Jahr 2010 die Mondumlaufbahn erreicht. Beim Zweiten Kleinen Schritt erfolgte die Landung auf dem Mond und die Erkundung mit einem Rover. Diese Phase umfasst die Mission Chang’e 3 (2013) und die Mission Chang’e 4 auf der Mondrückseite. Beim Dritten Kleinen Schritt wurden mit Chang’e 5 Proben von der erdzugewandten Mondseite gesammelt.
Mit diesen Missionen soll eine bemannte Mondlandung in den 2030er-Jahren und in weiterer Zukunft eine dauerhaft besetzte Mondbasis am südlichen Rand des Südpol-Aitken-Beckens auf der Rückseite des Mondes vorbereitet werden.
Bei Chang’e 4 handelte es sich ursprünglich um eine baugleiche Reservesonde für die Vorgängermission Chang’e 3. Die konkreten Vorbereitungen für die neue Mission begannen am 30. November 2015. Xu Dazhe, Direktor der Nationalen Raumfahrtbehörde, sagte in der Eröffnungsrede, dass die Mission eine Plattform für internationale Kooperationen und gemeinsame Neuentwicklungen auf vielen Ebenen sein sollte. Die chinesische Regierung bewilligte für Chang’e 4 erstmals private Investitionen von Einzelpersonen und Unternehmen. Ziel sei es, Innovationen in der Luft- und Raumfahrt zu beschleunigen, Produktionskosten zu senken und die Beziehungen zwischen Militär und zivilem Sektor zu fördern. Um die Nutzlasten von ausländischen Partnern zu integrieren, mussten die Ziele der Mission angepasst werden. Dies trug dazu bei, dass die Mission komplizierter wurde und sich verzögerte.
Kurz nach dem Start vom Kosmodrom Xichang am 7. Dezember 2018, unmittelbar nach dem Abtrennen der 3800 kg schweren Nutzlast von der Trägerrakete, stellten die Techniker im Raumfahrtkontrollzentrum Peking plötzlich fest, dass das Haupttriebwerk der Sonde nicht ordnungsgemäß arbeitete. Zwei Ventile an einem der vier Treibstofftanks, die eigentlich geschlossen sein sollten, waren geöffnet, eine große Menge Treibstoff strömte aus. Die Ventile wurden sofort geschlossen, aber in den 20 Sekunden, die sie offengestanden waren, hatte die Sonde 10–20 kg Treibstoff verloren, was unter anderem zu einer ungleichmäßigen Masseverteilung und einer Veränderung der Fluglage führte. Für die Korrektur der Fluglage benötigte man zwar weiteren Treibstoff, mit einer Reihe von Maßnahmen konnte der Treibstoffverbrauch für Bahnkorrekturmanöver etc. während des Fluges dann jedoch reduziert werden. Nach der Landung war sogar noch etwas Treibstoff in den Tanks übrig.
Ziele Zu den wissenschaftlichen Zielen gehören:
Messung der Mondoberflächentemperatur über die Dauer der Mission Messung der chemischen Zusammensetzung von Mondgesteinen und -böden niederfrequente radioastronomische Beobachtungen und Untersuchungen Studium der kosmischen Strahlung Beobachtung der Sonnenkorona, Untersuchung ihrer Strahlungseigenschaften und -mechanismen und Untersuchen der Entwicklung und des Transports koronaler Massenauswürfe (CME) zwischen Sonne und Erde
Komponenten Relais-Satellit Queqiao mini|Kommunikation mit Chang’e 4|278x278px
Da eine direkte Funkverbindung mit der Mondrückseite nicht möglich ist, wurde am 21. Mai 2018 um 05:28 Ortszeit der Relais-Satellit Elsternbrücke (Queqiao) vom Kosmodrom Xichang gestartet und im Halo-Orbit um den Erde-Mond Lagrange-Punkt L2 hinter dem Mond stationiert. Der Name des Satelliten leitet sich aus der chinesischen Geschichte vom Kuhhirten und der Weberin ab. Queqiao kann Funksignale zwischen der Erde und Rückseite des Mondes weiterleiten und ermöglicht damit die Kommunikation und Kontrolle während der Mission.
Mikrosatelliten Im Rahmen der Mission Chang’e 4 wurden zusammen mit Queqiao zwei Mikrosatelliten gestartet. Die beiden Mikrosatelliten haben jeweils die Größe 50 × 50 × 40 cm und ein Gewicht von 45 kg und wurden Longjiang-1 und Longjiang-2 () genannt. Longjiang-1 konnte jedoch nicht in den Mondorbit eintreten, während Longjiang-2 erfolgreich war und 14 Monate lang im Mondorbit operierte, bis er am 31. Juli 2019 um 22:20 Peking-Zeit auf der Rückseite des Mondes kontrolliert zum Absturz gebracht wurde. Diese Mikrosatelliten hatten die Aufgabe, den Himmel in den Frequenzen von 1 MHz bis 30 MHz, entsprechend Wellenlängen von 300 m bis 10 m, zu beobachten, um energetische Phänomene kosmischen Ursprungs zu untersuchen. Dies war ein langgehegtes Ziel der Wissenschaft, da aufgrund der Ionosphäre der Erde keine Beobachtungen in diesem Frequenzbereich im Erdorbit durchgeführt werden können. Geplant war ein Formationsflug der zwei Sonden, um Interferometrie betreiben zu können.
Lander und Rover Der Lander und der Rover wurden sechs Monate nach dem Start des Relaissatelliten am 8. Dezember 2018 um 02:23 Ortszeit mit einer Changzheng-3B/E-Trägerrakete vom Kosmodrom Xichang ins All befördert. Es war die erste Landung überhaupt auf der Rückseite des Mondes. Sie fand in einer unerforschten Region des Mondes statt, die als Südpol-Aitken-Becken bezeichnet wird.
Die Gesamtlandemasse der Einheit betrug 1340 kg, davon entfielen 1200 kg auf den Lander und 140 kg auf den Rover. Nach der Landung fuhr der Lander eine Rampe aus, um den Rover Jadehase 2Roboter an Bord der "Chang'e 4": Chinas Mond-Rover rollt los – spiegel.de auf die Mondoberfläche zu bringen. Der Rover misst 1,5 m × 1,0 m × 1,0 m und hat eine Masse von 140 kg.
Wissenschaftliche Nutzlasten Sowohl Lander und Rover als auch Queqiao und die den Mond umkreisenden Mikrosatelliten tragen wissenschaftliche Nutzlasten. Der Relaissatellit stellt die Kommunikation sicher, während Lander und Rover die Geophysik der Landezone untersuchen sollen. Diese Nutzlasten werden zum Teil von internationalen Partnern in Schweden, Deutschland, den Niederlanden und Saudi-Arabien geliefert.
Lander mini|Erdabgewandte Seite des Mondes mit Landestelle von Chang’e 4 im Südpol-Aitken-Becken
Der Lander und der Rover transportieren wissenschaftliche Nutzlasten, um die Geophysik der Landezone mit einer sehr begrenzten chemischen Analysefähigkeit zu untersuchen.
Der Lander ist mit folgenden Instrumenten ausgestattet:
Landekamera (LCAM) Terrain-Kamera (TCAM) Niederfrequenzspektrometer (VLFRS) zur Erforschung von Sonnenbursts etc. Neutronen- und Strahlungsdosis-Detektor (Lunar Neutron and Radiation Dose Detector; LND), ein von Wissenschaftlern des Instituts für Experimentelle und Angewandte Physik der Universität Kiel unter der Leitung von Robert Wimmer-Schweingruber entwickeltes Neutronendosimeter, das neben der Messung der für Menschen besonders gefährlichen Neutronenstrahlung, für die es bislang nur stark differierende Modellrechnungen gibt, auch dazu dient, den Wassergehalt des Bodens zu ermitteln. Die ersten Ergebnisse wurden Sönke Burmeister vom Institut am 18. April 2019 bei einer feierlichen Zeremonie in Peking überreicht. Als im Mai/Juni 2020 im Zuge der Vorbereitung auf die Mars-Mission Tianwen-1 die Ressourcen des Chinesischen Tiefraum-Netzwerks zum Teil vom Mondprogramm abgezogen werden mussten, war der Neutronen- und Strahlungsdosis-Detektor das einzige Gerät der Chang’e-4-Mission, das weiter betrieben wurde. Der Lander trägt auch einen 2,6 kg schweren Behälter mit Samen und Insekteneiern, um zu testen, ob Pflanzen und Insekten in Synergie schlüpfen und gemeinsam wachsen können. Das Experiment umfasste Samen von Kartoffeln, Raps, Baumwolle und Arabidopsis thaliana, dazu noch Hefe und Taufliegeneier.Change-4 Probe lands on the moon with “mysterious passenger” of CQU Am 7. Januar 2019 spross als erstes die Baumwolle. Enthält Trickfilm mit Erläuterung des Biosphärenexperiments. Wenn die Larven geschlüpft wären, hätten sie Kohlendioxid produziert, während die gekeimten Pflanzen durch Photosynthese Sauerstoff freisetzten. Die Wissenschaftler um Xie Gengxin und Liu Hanlong von der Chongqing-Universität hofften, dass die Pflanzen und Tiere zusammen eine einfache Synergie innerhalb des Behälters schaffen könnten. Eine Miniaturkamera machte jedes Wachstum sichtbar. Als jedoch am 13. Januar am Landeplatz von Chang’e 4 die Mondnacht einbrach, sank die Temperatur in dem Behälter auf −52 °C und die Lebewesen starben 212,75 Stunden nachdem sie kurz nach der Landung mittels Bewässerung aus der Hibernation geweckt wurden. Das Experiment mit Beobachtung der toten Baumwollblätter wurde noch bis Mai 2019 weitergeführt, um die Lebensdauer der Biosphärekammer, ihrer Beleuchtung etc. zu testen. Die Forschergruppe um Xie Gengxin plant, bei zukünftigen Landemissionen erneut Biosphärenexperimente durchzuführen, wenn möglich mit kleinen Schildkröten, um die Langzeitwirkung der geringen Mondanziehungskraft auf höhere Lebewesen zu untersuchen.
Rover
Panoramakamera (PCAM) Lunar Penetrating Radar (LPR) ist ein Bodenradar Visible und Near-Infrared Imaging Spectrometer (VNIS) für die Bildgebungsspektroskopie Advanced Small Analyzer for Neutrals (ASAN) ist ein Detektor für energetisch neutrale Atome (ENA) des schwedischen Instituts für Weltraumphysik (IRF).
Queqiao Evaluationsexperiment Netherlands-China Low-Frequency Explorer (NCLE) zur Vorbereitung möglicher, späterer, radioastronomischer Forschungen im niederfrequenten Radiowellenbereich unterhalb von 30 MHz, insbesondere im Hinblick auf die Erforschung stark rotverschobener Strahlung des neutralen Wasserstoffs aus dem dunklen Zeitalter. Unterhalb der irdischen Ionosphäre sind derartige Experimente wegen deren Abschirmwirkung aussichtslos und im niederen Erdorbit stört zu viel elektromagnetische Verschmutzung.
Landezone mini|300px|Landestelle im Von-Kármán-Krater
Landeplatz ist der Von-Kármán-Krater (180 km Durchmesser) im Südpol-Aitken-Becken auf der erdabgewandten Seite des Mondes. Der Von-Kármán-Krater ist von bis zu 10 km hohen Bergen umgeben, und der Landeplatz liegt auf einer „Meereshöhe“ von 5935 m. Die Fläche, auf der eine Landung möglich war, betrug nur 1/8 der Zielfläche, die die Vorgängersonde Chang’e 3 im Dezember 2013 zur Verfügung hatte. Daher musste Chang’e 4 praktisch senkrecht landen, ein recht riskantes Manöver. Wie bei der Vorgängersonde unterbrach Chang’e 4 eine Minute vor der Landung für etwa 13 Sekunden den Abstieg, um sich 99 m über dem Boden mit Hilfe eines vom Shanghaier Institut für technische Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften entwickelten und gebauten Laser-Entfernungsmessers und eines dreidimensional abbildenden Laserscanners desselben Instituts selbstständig einen ebenen und von Felsbrocken freien Platz zu suchen, auf den sie sich dann langsam absenkte. Enthält von der Landekamera aufgenommenes Video der letzten 6 Minuten des Abstiegs und Schaubild mit Erläuterung der einzelnen Phasen der Landung. Eines der Hauptprobleme hierbei war, dass der während der letzten Phase des Abstiegs der vom Triebwerk, einem YF-36 mit zwischen 1,5 kN und 7,5 kN regelbarer Schubkraft, aufgewirbelte, elektrostatisch aufgeladene Mondstaub die Systeme der Sonde gefährden konnte.