Chang’e 1

Das 1991 von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften angestoßene Mondprogramm der Volksrepublik China wurde zunächst vertraulich behandelt. Erst am 22. November 2000 erwähnte der Staatsrat der Volksrepublik China in seinem „Weißbuch zu den chinesischen Weltraumaktivitäten“ öffentlich, dass China beabsichtige „Vorstudien“ zu einer Erkundung des Mondes zu betreiben.[1] In Wahrheit hatten die Wissenschaftler bereits seit 1992 Vorstudien zur Geologie des Mondes betrieben und 1998 die technologischen Anforderungen für Mondsonden definiert. 2001 begann nun Chinesische Akademie für Weltraumtechnologie, eine Tochterfirma der China Aerospace Science and Technology Corporation, mit einer internen Machbarkeitsstudie für einen Orbiter zur Erkundung der Mondoberfläche.[2] 2003 stand das Konzept, und nachdem Premierminister Wen Jiabao am 24. Januar 2004 die Mittel für die erste Phase des Mondprogramms freigegeben hatte, wurde bei der Akademie für Weltraumtechnologie die Entwicklergruppe zusammengestellt. Im September 2005 hatte der Prototyp alle Tests bestanden, und Ende 2005 wurde der Bau der realen Sonde genehmigt.[3] Im Januar 2006 wurde von der Regierung der Volksrepublik China offiziell bekanntgegeben, dass die Fertigung der Raumsonde und ihrer Trägerrakete angelaufen sei, im Mai 2006 begann man mit der Endmontage der Sonde.[4] Im Dezember 2006 wurde die Sonde im Startzentrum getestet.

Das Mondprogramm der Volksrepublik China dient weniger der Grundlagenforschung, sondern zielt ganz konkret auf die lunaren Bodenschätze ab. Der Titel des im Jahr 2000 dem Staatsrat vorgelegten Abschlussberichts der Projektgruppe Monderkundung bei der Chinesischen Akademie der Wissenschaften lautete „Wissenschaftliche Ziele einer Sonde für die Erkundung von Bodenschätzen auf dem Mond durch China“.[5] Seit der Lunar Prospector Mission der NASA in den Jahren 1998/99 hatte man eine recht gute Vorstellung davon, an welchen Stellen auf dem Mond welche Mineralien zu finden waren, wobei man sich in China neben Eisen vor allem für den Kernbrennstoff Thorium sowie das in Luft- und Raumfahrt verwendete Leichtmetall Titan interessierte. Prof. Ouyang Ziyuan, ehemals Leiter des Instituts für Geochemie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften[6] und einer der engagiertesten Verfechter der Monderkundung, zeigte ein einer Fernsehpräsentation am 26. Mai 2003 von der NASA erstellte Mondkarten mit der Verteilung und dem Metallgehalt der entsprechenden Erze.[7] Die wichtigste Aufgabe der Nationalen Raumfahrtbehörde war zunächst, eigene chinesische Karten mit den Mineralvorkommen zu erstellen, daneben auch Informationen für einen sicheren bemannten Flug zum Mond zu sammeln. Daher wurden die Missionsziele für Chang'e 1 folgendermaßen definiert:

• Erstellung einer dreidimensionalen Karte der Mondoberfläche
• Kartografierung der nützlichen Elemente und Substanzen über die gesamte Mondoberfläche, sowohl was die Verteilung als auch den Gehalt betrifft
• Messung der Dicke der Regolithschicht
• Messung des Sonnenwindes und der hochenergetischen Partikel (Solar Energetic Particles) von Sonneneruptionen im Raum zwischen Erde und Mond

Der bei der Chinesischen Akademie für Weltraumtechnologie entwickelte Orbiter basierte auf der Konstruktion des am 12. Mai 1997 gestarteten Kommunikationssatelliten Dongfang Hong 3 (东方红三号), nicht zu verwechseln mit dem im Ausland manchmal als „Dong Fang Hong 03“ bezeichneten „Technologischen Versuchssatelliten 3“ (技术试验卫星三号 bzw. JSSW 3), einem am 26. Juli 1975 gestarteten Aufklärungssatelliten.[8][9][10] Über das China-Brazil Earth Resources Satellite Program hatte man bereits Erfahrung bei der Suche nach Bodenschätzen aus dem All. Die Gruppe um Chefkonstrukteur Ye Peijian[11] nahm im Prinzip die Systeme des Ziyuan-1 Satelliten (资源一号卫星, auch bekannt als CBERS-1) sowie des rein chinesischen Ziyuan-2 Satelliten (中国资源二号卫星) und baute sie in den DFH-3-Bus ein.[12][13][14] Durch die Verwendung bewährter Technologie hielt sich der finanzielle Aufwand in Grenzen – die gesamte Chang’e-1-Mission kostete nur 1,4 Milliarden Yuan (169 Millionen US-Dollar), soviel wie damals der Bau von 2 km U-Bahn in Peking.[15][16]

Die Gesamtmasse der Sonde betrug 2350 Kilogramm, wovon 130 Kilogramm auf mehrere, vom Nationalen Zentrum für Weltraumwissenschaften der Akademie der Wissenschaften unter Verwendung existierender, bewährter Technologie entwickelte Geräte entfielen:

• Ein Stereo-Kamerasystem für die dreidimensionale Kartografie der Mondoberfläche.
• Ein vom Shanghaier Institut für technische Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften entwickelter Laser-Höhenmesser zur Bestimmung der Distanz zwischen Sonde und Mondoberfläche, um auch für dunkle Stellen wie den beiden Polen dreidimensionale Karten erstellen zu können.[17]
• Ein abbildendes Spektrometer bzw. Interferometer zur Erstellung einer Karte der Mondoberfläche im sichtbaren Spektrum.
• Ein Gammaspektrometer zur Untersuchung der Gesteinszusammensetzung und der radioaktiven Komponenten auf dem Mond, wie zur Analyse von 13 metallischen Elementen, wobei das Hauptinteresse bei Titan lag, dazu noch Sauerstoff und Helium-3.[18]
• Ein Röntgenspektrometer zur Messung der Verteilung von Silicium, Aluminium und Magnesium.
• Ein Mikrowellenradiometer zur Messung der Temperatur der Mondoberfläche sowie zur Ermittlung der Dicke des Mondstaubes.
• Ein aus drei einzelnen Messgeräten bestehendes Gerät zur Messung der Geschwindigkeit, Dichte und Temperatur der geladenen Teilchen des langsamen und schnellen Sonnenwindes sowie der Protonen, Elektronen und Schwerionen, die bei Sonneneruptionen ins Weltall geschleudert werden. Dieses Gerät begann bereits auf dem Flug von der Erde zum Mond mit der Datensammlung und führte die Messungen dann während der Umkreisung im mondnahen Raum fort.
• Ein aus 5 Komponenten bestehendes Stromversorgungs- und Datenverarbeitungsgerät, das die von den einzelnen Messgeräten gesammelten Daten komprimierte, in einem 48 GB Speicher zwischenspeicherte und, wenn die Sonde Sichtverbindung mit China hatte, auf dem S-Band zum Chinesischen VLBI-Netzwerk funkte (siehe unten).[19]
• Einige Musikstücke, unter anderem die Frühlingsfest-Ouvertüre und das Lied Jeder spricht gut über meine Heimat.[20]

Die Bahnverfolgung und der Empfang der zur Erde gesandten Daten erfolgte mit Hilfe von vier Radioteleskopen mit Durchmessern zwischen 25 und 50 Metern bei Shanghai, Ürümqi, Kunming sowie Miyun bei Peking.[21] Die vier benutzten Anlagen sind unter der Kontrolle von wissenschaftlichen Einrichtungen. In der VLBI-Beobachtungsbasis Sheshan (佘山VLBI观测基地, Pinyin Shéshān VLBI Guāncè Jīdì) des Astronomischen Observatoriums Shanghai in Songjiang, direkt bei der dortigen 25-Meter-Antenne, wurden die Daten auch gesammelt und ausgewertet.[22]

Für die Startphase und den Eintritt der Sonde in den Mondorbit wurde die Missionskontrolle zusätzlich von den ESTRACK-Stationen der ESA in Maspalomas (Spanien), Kourou (Französisch-Guayana) sowie New Norcia (Australien) unterstützt.[23] Die Mission zeigte die Notwendigkeit für den Ausbau eines dezidierten Chinesischen Deep-Space-Netzwerks mit dem Schwerpunkt auf Raumfahrt (中国深空测控网, Pinyin Zhōnggúo Shēnkōng Cèkòngwǎng).[24][25]

Bahn der Sonde

Chang'e 1 wurde am 24. Oktober 2007 um 10:05 UTC mit einer Trägerrakete des Typs CZ-3A vom chinesischen Kosmodrom Xichang gestartet. Sie trat in einen Erdorbit mit einer Umlaufzeit von 16 Stunden ein und öffnete ihre Solarpaneele. Am nächsten Tag hob sie planmäßig durch eine kurze Zündung ihrer eigenen Triebwerke den erdnächsten Punkt ihrer Umlaufbahn von 200 Kilometer auf 600 Kilometer Höhe an. Binnen der folgenden sieben Tage erfolgten noch drei weitere Orbittransfers, bei denen die Sonde auf eine immer höhere Umlaufbahn transportiert wurde, um schließlich mit einem so genannten „Erde-Mond-Transfer“ die Umlaufbahn soweit auszudehnen, dass der Mond erreicht werden konnte.

Nach kleineren Bahnkorrekturmanövern konnte die Sonde am 5. November, als sie nur noch 300 Kilometer vom Mond entfernt war, das entscheidende Manöver beginnen und in eine Mondumlaufbahn einschwenken. Nach zwei weiteren Bremsmanövern befand sich Chang'e 1 am 6. November auf einer Mondumlaufbahn mit einer Höhe von 213 bis 1700 Kilometern und einer Umlaufzeit von dreieinhalb Stunden. Am 7. November erreichte sie nach einem dritten Bremsmanöver ihre endgültigen Bahn, auf der sie den Mond in 200 Kilometern Höhe einmal in 127 Minuten umrundete. Von dieser Kreisbahn aus begann sie, ab der Einsatzbereitschaft aller Instrumente an Bord und aller vier chinesischen Radioteleskope auf der Erde, ihr Forschungsprogramm.

Am 26. November präsentierte die CNSA der Öffentlichkeit eine erste Mondaufnahme der Sonde. Der chinesische Ministerpräsident Wen Jiabao enthüllte im Raumfahrtkontrollzentrum Peking ein aus 16 Einzelfotos zusammengesetztes Bild.[26]

Ein gewisses Problem stellten die totale Mondfinsternis am 21. Februar 2008 und die partielle Mondfinsternis am 16. August 2008 dar. Normalerweise befand sich die Sonde auf ihrer 127 Minuten dauernden Umlaufbahn nur 45 Minuten im Schatten des Mondes. Als an jenen beiden Tagen der Mond in den von der Erde in den Weltraum geworfenen Schatten trat, verlängerte sich die Zeit, in der die Solarmodule keinen Strom lieferten, auf drei Stunden. Die Ingenieure um Ye Peijian und seinen Stellvertreter Sun Zezhou begegneten diesem Problem dadurch, dass die Sonde während der Mondfinsternisse in eine Art Schlafmodus überging, wodurch sich die Leistungsaufnahme aus den – zu diesem Zeitpunkt sehr kalten – Akkumulatoren reduzierte.[27]

Am 1. März 2009 schlug Chang'e 1 gezielt um 09:13 Uhr MEZ auf dem Mond auf.

Die Ersatzsonde von Chang'e 1 wurde modernisiert und mit einer CCD-Kamera mit höherer Auflösung ausgestattet. Unter dem Namen Chang’e 2 startete die Sonde am 1. Oktober 2010. Nachdem sie bis zum 9. Juni 2011 von einer nur 100 km hohen Umlaufbahn aus (also halb so hoch wie bei Chang’e 1) die Mondoberfläche kartografiert hatte, begab sie sich zum Lagrange-Punkt L2 des Sonne-Erde-Systems[28] wo sie etwa zehn Monate verblieb und den Sonnenwind maß. Nach einem Vorbeiflug am erdnahen Asteroiden (4179) Toutatis am 13. Dezember 2012 wurde Chang’e 2 auf eine langgestreckte elliptischen Bahn in den interplanetaren Raum geschickt. Es wird erwartet, dass die Sonde, nachdem sie das 300 Millionen Kilometer entfernte Apogäum ihrer Bahn erreicht hat, im Jahr 2029 der Erde wieder auf 7 Millionen Kilometer nahekommen wird.[29]

• Liste der Raumsonden
• Chronologie der Mondmissionen
• Mondprogramm der Volksrepublik China
• Raumfahrt der Volksrepublik China
• Liste der künstlichen Objekte auf dem Mond

• Chang’e-1. In: Bernd Leitenberger: Mit Raumsonden zu den Planetenräumen: Neubeginn bis heute 1993 bis 2018. Edition Raumfahrt kompakt, Norderstedt 2018, ISBN 978-3-74606-544-1, S. 264–269.

Commons: Chang'e 1 – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Bernd Leitenberger: Chang’e-1
• Ziyuan Ouyang et al: The Scientific Objectives of Chinese Lunar Exploration Project. (englisch; PDF; 133 kB)

1. Information Office of the State Council: China's Space Activities, a White Paper. In: spaceref.com. 22. November 2000, abgerufen am 13. Dezember 2019 (englisch).
2. 孙泽洲从“探月”到“探火” 一步一个脚印. In: cast.cn. 26. Oktober 2016, abgerufen am 12. Dezember 2019 (chinesisch).
3. 钱钰: “嫦娥”总师孙泽洲受聘母校南航大. In: news.carnoc.com. 6. März 2014, abgerufen am 13. Dezember 2019 (chinesisch).
4. 上海光机所研制有效载荷激光高度计激光器成功应用于“嫦娥一号卫星”. In: siom.cas.cn. 3. Juli 2020, abgerufen am 11. März 2022 (chinesisch).
5. 中国嫦娥工程的“大三步”和“小三步”. In: chinanews.com. 1. Dezember 2013, abgerufen am 26. April 2019 (chinesisch).
6. Former Directors. In: gyig.cas.cn. Abgerufen am 26. April 2019 (englisch).
7. 欧阳自远: 飞向月球. In: cctv.com. 26. Mai 2003, abgerufen am 26. April 2019 (chinesisch).
8. Mark Wade; China in der Encyclopedia Astronautica, abgerufen am 8. Mai 2019 (englisch).
9. Mark Wade: JSSW in der Encyclopedia Astronautica, abgerufen am 8. Mai 2019 (englisch).
10. 东方红3号卫星平台. In: cast.cn. 31. Juli 2015, abgerufen am 9. Mai 2019 (chinesisch).
11. 徐超、黄治茂: “嫦娥一号” 副总设计师孙泽洲. In: news.163.com. 8. November 2007, abgerufen am 9. Mai 2019 (chinesisch). Die Ingenieurinnen und Ingenieure im linken Seitenrand, alles Angestellte von CAST, sind die Gruppenleiter für die Entwicklung der einzelnen Systeme der Sonde selbst (Steuerung, Telemetrie, Antenne etc.). Die wissenschaftlichen Nutzlasten wurden vom Nationalen Zentrum für Weltraumwissenschaften der Chinesischen Akademie der Wissenschaften entwickelt.
12. 孙泽洲从“探月”到“探火” 一步一个脚印. In: cast.cn. 26. Oktober 2016, abgerufen am 6. Mai 2019 (chinesisch).
13. Mark Wade: Phoenix Eye in der Encyclopedia Astronautica, abgerufen am 9. Mai 2019 (englisch).
14. Mark Wade: ZY in der Encyclopedia Astronautica, abgerufen am 9. Mai 2019 (englisch).
15. Liu Dan: China to launch moon probe next April. In: chinadaily.com.cn. 17. Mai 2006, abgerufen am 25. Mai 2021 (englisch).
16. 叶培建院士首次揭秘!奔月探火背后不为人知的惊险. In: cnsa.gov.cn. 21. Mai 2021, abgerufen am 25. Mai 2021 (chinesisch).
17. 贾建军. In: sitp.cas.cn. 15. Oktober 2020, abgerufen am 14. Mai 2022 (chinesisch).
18. Chinese scientists to focus four tasks in moon exploration (Memento vom 5. November 2007 im Internet Archive) XINHUA online, 21. Juli 2006. Mit diesem Gammaspektrometer wurden tatsächlich die einzelnen Elemente aufgenommen, also reines Ti, nicht Titandioxid bzw. Rutil oder Ilmenit.
19. 探月工程. In: nssc.cas.cn. Abgerufen am 25. April 2019 (chinesisch).
20. Chinas Mondmission. In: german.cri.cn. Abgerufen am 2. April 2022.
21. China tests super telescopes for moon-probe project. People’s Daily online, 20. Juni 2006
22. Han Lin: Shanghai Lands Star Role In Satellite Mission. In: spacedaily.com. 14. Juni 2006, abgerufen am 27. April 2019 (chinesisch).
23. ESA tracking support essential to Chinese mission ESA News, 26. Oktober 2007
24. 嫦娥一号所拍中国首幅月球全图发布. In: mil.news.sina.com.cn. 12. November 2008, abgerufen am 1. Mai 2019 (chinesisch).
25. 董光亮 et al.: 中国深空测控系统建设与技术发展. In: jdse.bit.edu.cn. Abgerufen am 4. Mai 2019 (chinesisch).
26. China präsentiert erste Aufnahmen des Mond-Orbiters Chang'e-1 heise online, 26. November 2007
27. 李艳: 从地球到月亮——嫦娥一号3年跨越之路. In: scitech.people.com.cn. 6. November 2007, archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 13. Dezember 2019; abgerufen am 13. Dezember 2019 (chinesisch).
28. Günther Glatzel: Chang`e 2: Vom Mondsatelliten zur Raumsonde. raumfahrer.net, 10. Juni 2011, abgerufen am 13. Dezember 2019.
29. 田兆运、祁登峰: 嫦娥二号创造中国深空探测7000万公里最远距离纪录. In: http://news.ifeng.com. 14. Februar 2014, abgerufen am 13. Dezember 2019 (chinesisch).