Σαν σήμερα... 2013, οι Κινέζοι εκτοξεύουν την πρώτη διαστημική συσκευή τους που κάνει επιτυχημένη προσεδάφιση στη Σελήνη.

Η διαστημική ρομποτική συσκευή Chang'e-3
στο έδαφος της Σελήνης.
(από Space,com)

Σαν σήμερα, στις 2 Δεκεμβρίου 2013, η Εθνική Διαστημική Υπηρεσία της Κίνας (China National Space Administration - CNSA) εκτόξευσε το διαστημόπλοιο  Chang'e-3 (ελλ. Τσανγκέ-3, κινεζικά: 嫦娥三号) το οποίο κατάφερε να φτάσει και να προσεδαφιστεί στη Σελήνη λίγες μέρες αργότερα. (Η τοπική ώρα εκτόξευσης για την Κίνα ήταν στις 01:30 π.μ. στις 2 Δεκεμβρίου, που αντιστοιχεί στις 17:30 της 1ης Δεκεμβρίου ώρα Γκρίνουιτς).

Όμως, τι είδους διαστημικό σκάφος ήταν αυτό; Όπως φαίνεται από την αρίθμησή του ήταν το τρίτο από μια σειρά μη επανδρωμένων, ρομποτικών διαστημικών συσκευών της Κίνας, με κύριο στόχο την μελέτη του δορυφόρου της Γης, τη Σελήνη. Στην κινέζικη μυθολογία, η Chang'e (Τσανγκέ) ήταν μια όμορφη νεαρή κοπέλα που πήρε ένα χάπι αθανασίας και μετά πέταξε στο φεγγάρι κι εκεί έγινε η θεά του φεγγαριού. 

Ο πίνακας δείχνει τη θεά του φεγγαριού Chang'e.
1500 μ.Χ., Δυναστεία Μινγκ.
(από wikipedia)

Το κινέζικο πρόγραμμα σεληνιακής εξερεύνησης είχε σχεδιαστεί για να διεξαχθεί σε τέσσερις φάσεις, σύμφωνα με την πρόοδο της κινεζικής τεχνολογίας. Οι κινέζοι επιστήμονες ήθελαν

• στην πρώτη φάση, να καταφέρουν απλά να τοποθετήσουν μια διαστημική συσκευή σε σεληνιακή τροχιά (αποστολές Chang'e-1 το 2007 και Chang'e-2 το 2010),   

• στη δεύτερη φάση να καταφέρουν να προσεληνώσουν και να κινήσουν ρομποτικό μηχάνημα στο έδαφος της σελήνης (Chang'e-3 το 2013 και Chang'e-4 το 2019).

• στην τρίτη φάση να καταφέρουν να συγκεντρώσουν δείγματα σεληνιακών πετρωμάτων από την ορατή πλευρά της σελήνης και να τα στείλουν στη Γη (αποστολή Chang'e-5 το 2020 και μελλοντική αποστολή Chang'e-6)

• και τέλος στην τέταρτη φάση να καταφέρουν ν' αναπτύξουν ένα ρομποτικό ερευνητικό σταθμό κοντά στο νότιο πόλο της Σελήνης.

Το πρόγραμμα στοχεύει στο να διευκολύνει μια σεληνιακή προσγείωση πληρωμάτων στη δεκαετία του 2030 και ενδεχομένως το χτίσιμο ενός σταθμού κοντά στο νότιο πόλο. 

Ας δούμε όμως σύντομα τι είχε προηγηθεί της αποστολής του Τσανγκέ-3.

Το σήμα του διαστημικού προγράμματος
της Κίνας για τη Σελήνη.
CLEP (Chinese Lunar Exploration Program).

Η εκτέλεση του προγράμματος Τσανγκέ ξεκίνησε στις 24 Οκτωβρίου 2007, όταν ένας πύραυλος Long March 3A εκτόξευσε τη διαστημική συσκευή Τσανγκέ-1 σε σεληνιακή τροχιά. Το διαστημόπλοιο κινήθηκε σε  πολική τροχιά ύψους 100 έως 200 χιλιόμετρα πάνω από την επιφάνεια της Σελήνης, εκπέμποντας σήματα μικροκυμάτων προς την σεληνιακή επιφάνεια για την παραγωγή εικόνων πολύ υψηλής ανάλυσης που μέχρι τότε δεν είχαν παραχθεί πάλι. Για την καταγραφή ακόμη περισσότερων χαρακτηριστικών από τη Σελήνη, το Τσανγκέ-1 ερεύνησε το σεληνιακό έδαφος για τυχόν ύπαρξη του στοιχείο Ήλιο-3, που θα μπορούσε μια μέρα να τροφοδοτήσει πυρηνικούς αντιδραστήρες. Ακόμη, στην αναζήτησή του προσπάθησε να διαπιστώσει την ύπαρξη και άλλων δυνητικά χρήσιμων πόρων, σύμφωνα με τον αρχικό σχεδιασμό της αποστολής.

Το Τσανγκέ-1 έφερε μαζί του 30 "σεληνιακές μελωδίες", μεταξύ των οποίων υπήρχαν κινέζικα λαϊκά τραγούδια και ο κινέζικος εθνικός ύμνος. Η αποστολή κόστισε 1,4 δισεκατομμύρια γουάν (180 εκατομμύρια δολάρια) και λειτούργησε για δύο χρόνια. Στο τέλος της ζωής του, το διαστημόπλοιο απομακρύνθηκε από την τροχιά του και συνετρίβη στη σεληνιακή επιφάνεια. 

Πύραυλος του τύπου Long March 3A.

Το 2010, η Κινέζικη Διαστημική Υπηρεσία έστειλε καινούρια αποστολή στη Σελήνη με το όνομα Τσανγκέ-2. Οι χάρτες της σεληνιακής επιφάνειας που δημιουργήθηκαν από αυτή την αποστολή ήταν ακόμη πιο εντυπωσιακοί από αυτούς της πρώτης αποστολής. Ο κύριος στόχος της αποστολής ήταν να εντοπίσει τοποθεσίες για την προσελήνωση του επόμενου διαστημοπλοίου της Κίνας, αλλά πέτυχε επίσης μια σειρά από άλλα αξιόλογα κατορθώματα.

Αφού ολοκλήρωσε την κύρια αποστολή του, το Τσανγκέ-2 άφησε τη σεληνιακή τροχιά και κινήθηκε στην κατεύθυνση Γη - Ήλιος προς το L2 Σημείο Lagrange (Λαγκράνζ). Τι είναι όμως ένα σημείο Λαγκράνζ; Για δύο ουράνια σώματα (π.χ. Γη και Ήλιος) υπάρχει ένα συγκεκριμένο σημείο του βαρυτικού πεδίου τους στο οποίο αν τοποθετηθεί ένα τρίτο ουράνιο σώμα (π.χ. ένας πλανήτης, ένας δορυφόρος κλπ) η συνολική βαρυτική δύναμη που ασκείται πάνω σ' αυτό το σώμα είναι μηδέν. Κάθε τέτοιο σημείο ονομάζεται σημείο ισορροπίας Lagrange (από τον Γάλλο μαθηματικό Joseph-Louis Lagrange). Διαφορετικά διατυπωμένο, η συνολική έλξη που δέχεται ένας δορυφόρος στα σημεία αυτά είναι ίση με την απαραίτητη κεντρομόλο δύναμη για να περιστρέφεται. Συνολικά, υπάρχουν πέντε τέτοια σημεία ισορροπίας για ένα σύστημα δύο ουράνιων σωμάτων. Με αυτόν τον τρόπο η Κίνα έγινε η τρίτη χώρα που επισκέφτηκε αυτό το σημείο και είχε την δυνατότητα να χρησιμοποιήσει τις τηλεπικοινωνίες της στο «βαθύ» διάστημα, κάτι που θα την βοηθούσε στις μελλοντικές διαστημικές αποστολές της.

Τα 5 σημεία Λαγκράνζ ανάμεσα σε δύο ουράνια σώματα.
Με κίτρινο χρώμα είναι ένα άστρο (Ήλιος) με μπλε χρώμα ένας πλανήτης (Γη).
Τα σημεία L1, L2 και L3 είναι "ομοευθειακά σημεία Λαγκράνζ"
(ή "κύρια" σημεία). Τα σημεία L4 και L5 είναι "πλευρικά σημεία Λαγκράνζ"
(ή "δευτερεύοντα" σημεία).
(από wikipedia)

Τον Απρίλιο του 2012, το διαστημόπλοιο αποτόλμησε να πραγματοποιήσει μια πτήση δίπλα στον αστεροειδή 4179 Toutatis, πλησιάζοντας στα 3,2 χλμ, σύμφωνα με το κρατικό πρακτορείο ειδήσεων Xinhua της Κίνας. Το διαστημόπλοιο αναμένεται να επιστρέψει πιο κοντά στη Γη κάπου γύρω στο 2029.

Έτσι, φτάνουμε στις 2 Δεκεμβρίου 2013 με την επιτυχημένη εκτόξευση του διαστημικού σκάφους Τσανγκέ-3. Το Τσανγκέ-3 μπήκε σε σεληνιακή τροχιά στις 6 Δεκεμβρίου 2013 και προσεληνώθηκε ομαλά στις 14 Δεκεμβρίου 2013 έχοντας ως επικεφαλής (στη Γη) της αποστολής τον Ma Xingrui. Με βάση τις φωτογραφίες που είχαν ληφθεί από τις 2 προηγούμενες αποστολές, είχε προγραμματιστεί να προσεληνωθεί στον Κόλπο της Ίριδος (Sinus Iridum), έναν κρατήρα γεμάτο βασαλτική λάβα. Τελικά προσεδαφίστηκε λίγο ανατολικότερα σε μια αρχαία ηφαιστειακή πεδιάδα στην περιοχή της Θάλασσας των Βροχών (Mare Imbrium), στο βόρειο ημισφαίριο της Σελήνης. Η προσελήνωση του κινέζικου σκάφους Τσανγκέ-3 ήταν η πρώτη ομαλή προσεδάφιση στο γήινο φεγγάρι, 37 χρόνια μετά την προηγούμενη παρόμοια προσπάθεια που είχε γίνει από τους Σοβιετικούς το 1976 με το διαστημόπλοιο Luna 24.

Ο Ma Xingrui, μηχανικός στο διαστημικό πρόγραμμα
της Κίνας και κυβερνήτης της επαρχίας Guangdong.

Το διαστημόπλοιο Τσανγκέ-3 εκτοξεύθηκε από το Κέντρο Εκτόξευσης Δορυφόρων της Κίνας στο  Xichang που βρίσκεται νοτιοδυτικά της επαρχίας Sichuan. Η εκτόξευση έγινε με πύραυλο Long March 3B. Από την εκτόξευση του πυραύλου προκλήθηκαν ζημιές σε σπίτια σε κοντινό χωριό στην περιοχή Suining επειδή μεταλλικά αντικείμενα διαφόρων μεγεθών εκτοξεύθηκαν προς διάφορες κατευθύνσεις. Για λόγους προφύλαξης του πληθυσμού, οι τοπικές αρχές είχαν ήδη μετακινήσει 160.000 κόσμου από την γύρω περιοχή. 

Κατά την ώρα της προσεδάφισής του το Τσανγκέ-3 είχε μάζα 1200 kg μεταφέροντας μεταξύ άλλων κι ένα εξάτροχο όχημα (rover) που μπορούσε να κινείται με ηλιακή ενέργεια, το Yutu με μάζα 140 kg. Το όνομα Yutu (ή αλλιώς Jade Rabbit) προερχόταν από το αγαπημένο κουνέλι της θεάς του φεγγαριού Chang'e.

Το Yutu σύντομα ξεκίνησε τις σεληνιακές του βόλτες παίρνοντας πολύ θεαματικές φωτογραφίες.

Στην εικόνα φαίνονται το σκάφος Τσανγκέ-3 και το σεληνιακό όχημα Yutu.
Την φωτογραφία πήρε στις 25 Δεκεμβρίου 2013 το ρομποτικό σκάφος της NASA 
Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) που βρίσκεται σε σεληνιακή τροχιά.
(φωτό από wikipedia)

Το βασικό σκάφος ήταν εξοπλισμένο με μονάδα θερμαντήρα ραδιοϊσοτόπων (Radioisotope Heater Unit - RHU) προκειμένου να θερμαίνει τα υποσυστήματά του και ηλιακούς συλλέκτες για να τροφοδοτεί ενεργειακά τις δραστηριότητές του. Επίσης διέθετε επιστημονικό φορτίο αποτελούμενο από επτά όργανα και κάμερες. 

Το σκάφος ήταν εξοπλισμένο με τηλεσκόπιο Ritchey-Chrétien 50 mm (Lunar-based Ultraviolet Telescope - LUT)) που χρησιμοποιήθηκε για την παρατήρηση γαλαξιών, μεταβλητών αστέρων, κβάζαρ και blazars στη ζώνη του υπεριώδους (245 nm - 340 nm) και ήταν σε θέση να ανιχνεύει αντικείμενα με πολύ χαμηλή φωτεινότητα. Το LUT ήταν το πρώτο αστρονομικό παρατηρητήριο μακράς διάρκειας με βάση τη σελήνη, κάνοντας συνεχείς παρατηρήσεις σημαντικών ουράνιων σωμάτων. 

Η ανάπτυξη του εξάτροχου οχήματος ξεκίνησε το 2002 στο Ινστιτούτο Μηχανικής Αεροδιαστημικών Συστημάτων της Σαγκάης (Shanghai Aerospace System Engineering Institute) και ολοκληρώθηκε τον Μάιο του 2010. Το όχημα ήταν ικανό να μεταφέρει ωφέλιμο φορτίο περίπου 20 κιλών. Μπορούσε να μεταδώσει βίντεο σε πραγματικό χρόνο και να εκτελέσει απλή ανάλυση δειγμάτων εδάφους. Μπορούσε να πλοηγηθεί σε έδαφος με κλίση και είχε αυτόματους αισθητήρες για να αποτρέπεται η σύγκρουσή του με άλλα αντικείμενα.

Ένα από τα επίσημα σκίτσα που δημοσίευσε ο κινέζικος ιστότοπος
Weibo, για το κουνελάκι Jade Rabbit που "βρέθηκε" στη σελήνη.

Το ρόβερ αποκολλήθηκε από το κυρίως σκάφος και ήρθε σε επαφή με τη σεληνιακή επιφάνεια στις 14 Δεκεμβρίου 2013, στις 20:35 UTC. Στις 17 Δεκεμβρίου ανακοινώθηκε ότι όλα τα επιστημονικά όργανα εκτός από τα φασματόμετρα είχαν ενεργοποιηθεί και ότι το σκάφος και το ρόβερ "λειτουργούσαν όπως αναμενόταν, παρά τις απροσδόκητα δύσκολες συνθήκες του σεληνιακού περιβάλλοντος". Εντούτοις, από τις 16 έως τις 20 Δεκεμβρίου το ρόβερ δεν κινήθηκε, έχοντας κλείσει τα υποσυστήματά του. Η άμεση ηλιακή ακτινοβολία στην ηλιόλουστη πλευρά του ρόβερ είχε αυξήσει τη θερμοκρασία του σε πάνω από 100 °C, ενώ ταυτόχρονα η σκιασμένη πλευρά του είχε θερμοκρασία κάτω από το μηδέν.

Το όχημα είχε σχεδιαστεί για να εξερευνήσει μια έκταση 3 τετραγωνικών χιλιομέτρων κατά τη διάρκεια της τρίμηνης αποστολής του, με μέγιστη απόσταση ταξιδιού τα 10 χιλιόμετρα.

Για 14 ημέρες το σκάφος και το όχημα παρέμειναν σε κατάσταση "sleep mode" (απενεργοποιημένα).

Το όχημα βγήκε από την κατάσταση "sleep mode" στις 11 Ιανουαρίου 2014. Στις 25 Ιανουαρίου 2014, τα κρατικά μέσα ενημέρωσης της Κίνας ανακοίνωσαν ότι το όχημα είχε υποστεί μια "μηχανική ανωμαλία ελέγχου" που προκλήθηκε από το "περίπλοκο σεληνιακό επιφανειακό περιβάλλον". 

Το όχημα ήρθε πάλι σε επαφή με το Κέντρο Ελέγχου της αποστολής στις 13 Φεβρουαρίου 2014, αλλά εξακολουθούσε να πάσχει από "μηχανική ανωμαλία". Συνέχισε να μεταδίδει κατά διαστήματα μέχρι τις 6 Σεπτεμβρίου 2014. Τον Μάρτιο του 2015 έπαψε να διαβιβάζει οποιαδήποτε δεδομένα. 

Το βασικό σκάφος και το σεληνιακό τηλεσκόπιό του LUT εξακολουθούν να λειτουργούν από τον Σεπτέμβριο του 2020, επτά χρόνια μετά την προσγείωσή τους στη Σελήνη. Η λειτουργία της μονάδας θερμαντήρων ραδιοϊσοτόπων (RHU) και των ηλιακών συλλεκτών θα μπορούσε να διαρκέσει περίπου για 30 χρόνια. 

Κινέζοι μηχανικοί εργάζονται στο
Διαστημικό Κέντρο Jiuquan.
(φωτό από MAXPPP/IMAGINECHINA)

Η Διεθνής Αστρονομική Ένωση (IAU) και η Κινεζική Κρατική Διοίκηση Επιστημών, Τεχνολογίας και Βιομηχανίας για την Εθνική Άμυνα (SASTIND) συμφώνησαν το σημείο προσγείωσης του διαστημικού σκάφους Τσανγκέ-3 να ονομαστεί "Guang Han Gong" (μετάφραση: Guang: ευρέως, εκτενώς, Han: κρύο, πάγωμα και Gong: Παλάτι)" ή αλλιώς "Παλάτι του Φεγγαριού". Σε τρεις κρατήρες που βρίσκονταν κοντά στην περιοχή προσελήνωσης του σκάφους Τσανγκέ-3 δόθηκαν τα ονόματα Zi Wei, Tian Shi και Tai Wei, που είναι τα ονόματα τριών αστερισμών από την παραδοσιακή κινέζικη αστρολογία.

Στις 3 Ιανουαρίου 2019, η αποστολή του Τσανγκέ-4 κατάφερε να προσεληνωθεί στην αθέατη πλευρά του φεγγαριού. Ήταν η πρώτη επιτυχημένη προσελήνωση γήινου σκάφους σ' αυτή την περιοχή, με την οποία δεν υπάρχει κατευθείαν τηλεπικοινωνία με τη Γη. 

Στις 23 Νοεμβρίου 2020 εκτοξεύθηκε το κινεζικό διαστημικό σκάφος Τσανγκέ-5 που προσεληνώθηκε με επιτυχία στις 1 Δεκεμβρίου 2020. Σύμφωνα με τον αρχικό προγραμματισμό του κινεζικού διαστημικού προγράμματος, το ρομποτικό σκάφος αφού συνέλεξε ποσότητα 1731 γραμμαρίων δείγματος από το σεληνιακό έδαφος, επέστρεψε στη Γη στις 16 Δεκεμβρίου 2020. Για τη συλλογή του δείγματος η ρομποτική συσκευή έσκαψε μέχρι βάθους 1 μέτρου. Το Τσανγκέ-5 ήταν το πρώτο γήινο διαστημικό σκάφος που έφερε σεληνιακό δείγμα εδάφους στη Γη, μετά το σοβιετικό Luna 24 το 1976. Έτσι, η Κίνα έγινε η τρίτη χώρα, μετά τις ΗΠΑ και τη Σοβιετική Ένωση, που κατάφερε να φέρει δείγμα από το σεληνιακό έδαφος στη Γη.

Ο πύραυλος Long March-5 Y5 έτοιμος να εκτοξεύσει για τη Σελήνη
 το διαστημικό ρομποτικό σκάφος Τσανγκέ-5, στις 24 Νοεμβρίου 2020.
(από REUTERS/Tingshu Wang)

Το τελευταίο διαστημικό επίτευγμα της Κινεζικής Διαστημικής Υπηρεσίας ήταν η επιτυχημένη προσεδάφιση στον Άρη του σκάφους Tianwen-1 στις 14 Μαΐου 2021. Το διαστημικό σκάφος μετέφερε στον Άρη το ρομποτικό όχημα (rover) Zhurong. Με αυτό το επίτευγμα η Κίνα έγινε η τρίτη χώρα, μετά την Σοβιετική Ένωση και τις ΗΠΑ, που κατάφερε να προσεδαφίσει στον Άρη μια διαστημική συσκευή και να αποκτήσει τηλεπικοινωνιακή επαφή ανάμεσα στη Γη και τον Άρη.

Είχε προηγηθεί στις 29 Απριλίου 2021, η επιτυχημένη τοποθέτηση σε τροχιά γύρω από τη Γη της κάψουλας Tianhe που μετέφερε το κυρίως μέρος, μάζας 22 τόνων, για την κατασκευή του Κινεζικού Διαστημικού Σταθμού Tiangong.

Το κινέζικο όχημα Zhurong στον πλανήτη Άρη.

• Η ιστορία του κινεζικού διαστημικού προγράμματος από τον ιστότοπο thoughtco.

• Ημερολόγιο της Κινεζικής διαστημικής δραστηριότητας για την κατάκτηση της Σελήνης (από το πρακτορείο Reuters).

• Ημερολόγιο για την πορεία του κινεζικού διαστημικού προγράμματος από τον ιστότοπο  newscientist.

• Πρώτες εικόνες από το Τσανγκέ-2 (universetoday).

• Άλμπουμ φωτογραφιών από το Τσανγκέ-3 (National Astronomy Observatory of China). 

• Βίντεο για την εκτόξευση του σκάφους Τσανγκέ-3 (CCTV News).

• Τραγούδι για την θεά του Φεγγαριού Τσανγκέ (CCTV News).

Πηγή:  Today in Science History,  wikipedia,  space