«Чанъэ-5»

23 ноября 20:30 2020 года - старт 24 ноября - коррекция 25 ноября - коррекция 28 ноября - выход на орбиту ИС Луны 28 ноября выход на орбиту ИС Луны 28 ноября - коррекция 29 ноября - большая коррекция 30 ноября - расстыковка орбитального и посадочного комплексов. 1 декабря - орбитальный комплекс выполнил первый маневр фазирования 1 декабря посадочный аппарат сел на Луну. 2 декабря - завершение работ по забору грунта, орбитальный комплекс после третьего маневра фазирования вернулся на орбиту ожидания 3 декабря сброс переходного конуса на посадочном аппарате, старт с Луны 4 декабря - коррекция взлётного аппарата 5 декабря - 3-я коррекция взлётного аппарата 6 декабря - сближение и стыковка, передвижение контейнера с образцами в орбитер, отделение взлётного модуля 8 декабря - сведён с орбиты взлётный модуль 12 декабря - 1-й отлётный маневр, орбита ИС Луны 13 декабря - КА сошёл с орбиты ИС и направился к Земле 17 декабря - отделение возвращаемого аппарата, орбитер вышел на траекторию полёта к L1, возвращаемый аппарат приземлился на территории Китая.

Вики (до полёта):
Чанъэ-5 ( Chang’e wuhao) — китайская беспилотная возвращаемая миссия исследования Луны, которая в настоящее время находится в стадии разработки.
Запуск миссии, планировавшийся на 2017 год, был перенесён сначала на 2019 год, а потом и на ноябрь 2020 года.
«Чанъэ-5» будет первой китайской возвращаемой экспедицией, в ходе которой предполагается доставить на Землю до 2 кг лунного грунта и образцов горных пород Луны. Как и предшественники, космический аппарат миссии назван в честь китайской богини Луны Чанъэ.
Зонд будет запущен на ракете «Чанчжэн-5» с космодрома Вэньчан, расположенного на острове Хайнань.
Орбитальный модуль останется на орбите Луны, посадочный модуль (со встроенным взлётным модулем) выполнит мягкую посадку на поверхности Луны. Посадочная площадка — относительно молодой вулканический пик Рюмкера в пределах Океана Бурь. Ученые надеются выяснить, как развивались эрозионные процессы в данном регионе и как они связаны с постепенным остыванием Луны.
После совершения посадки посадочный модуль будет производить бурение поверхности планеты и забор механической рукой образцов грунта, на глубине до 2 метров от поверхности. Образцы будут загружены в капсулу взлётного модуля.
Модуль стартует с поверхности Луны и встречается на орбите с орбитальным модулем (в отличие от предыдущих советских миссий, в миссии запланировано автоматическое сближение и стыковка с возвращаемым модулем на лунной орбите, перед полётом обратно на Землю). После стыковки образцы грунта будут перегружены на возвращаемый модуль.
Далее орбитальный и возвращаемый модули отправятся назад к Земле, разделившись только за несколько тысяч километров от неё. Возвращаемый модуль совершит вход в атмосферу и посадку, а орбитальный сгорит в плотных слоях атмосферы.
В случае успеха программа станет первой за последние 40 с лишним лет, в ходе которой со спутника на планету будут доставлены лунные образцы.
Изначально «Чанъэ-5» планировалось запустить в ноябре 2017 года на тяжёлой ракете ракете-носителе (РН) «Чанчжэн-5»; спуск аппарата на Луну планировался на конец ноября 2017 года. Однако, после неудачного второго старта этой РН, запуск программы перенесли на 2020 год.
Полезная нагрузка посадочного модуля
Посадочный модуль оснащён посадочными визирами, оптическими камерами, минеральным спектрометром, анализатором почвенного газа, инструментом анализа состава почвы, анализатором температуры проб и роботизированной буровой установкой.



Архетектура КА



Бурильная установка



Старт с Луны Игорь Лисов:
«Чанъэ-5» идет к Луне
24 ноября в 04:30:21.806 пекинского времени (23 ноября в 20:30:22 UTC) со стартового комплекса №101 космодрома Вэньчан был произведен пуск тяжелого носителя «Чанчжэн-5» (CZ-5 №Y5) с лунным комплексом «Чанъэ-5», имеющим задачей доставку примерно 2 кг лунного грунта.
Этот старт имел внутреннее обозначение «операция 07-W7». Выведение по схеме с двумя включениями двигателей второй ступени – для выхода на опорную орбиту высотой около 270 км и для набора отлетной скорости – прошло успешно. На 2184-й секунде полета лунный комплекс отделился от носителя, на орбитальном модуле и на посадочном аппарате прошло развертывание солнечных батарей. Измерения показали, что бортовые системы работают нормально, орбита близка к расчетной, высотой 200 км в перигее и около 400000 км в апогее.
Параметры орбиты КА, по данным Космического командования США, составили:
* наклонение – 21.3°;
* минимальная высота – 201 км;
* максимальная высота – 392981 км.
В американском каталоге космических объектов «Чанъэ-5» получил номер 47097 и международное обозначение 2020-087A.


История
Это было 1 ноября 2006 г. Еще оставался год до запуска к Луне первого китайского орбитального аппарата, а на аэрокосмическом салоне в Чжухае уже был представлен макет будущего китайского лунохода, и агентство Синьхуа со ссылкой на нескольких руководителей космической программы страны расписало программу изучения Луны беспилотными средствами на 15 лет вперед.
Программа включала три этапа: орбита, посадка, возвращение. На втором этапе, сообщил глава космического департамента Китайской исследовательской академии космической техники CAST Сунь Вэйган, на Луну будет доставлен луноход, и это будет сделано к 2012 году. На третьем, добавил тогдашний руководитель Китайской национальной космической администрации Сунь Лайянь, беспилотный аппарат совершит посадку на Луну с целью взятия образцов грунта и доставки их на Землю, и это будет сделано к 2020 году.
Сообщение было встречено тогда со здоровым скепсисом, но… кончается 2020 год, и мы являемся свидетелями полета за лунным грунтом. Опыт – критерий истины, и он свидетельствует о том, что руководители китайской космической программы умеют правильно планировать ее и осуществлять в соответствии с заявленным планом.
На самом деле реализация программы шла то с некоторым отставанием от заявленных дат, то с опережением, и «Чанъэ-5» имел шанс стартовать еще в 2017 году. Напомним основные вехи в ее реализации, подробно описывавшиеся в журнале «Новости космонавтики».
Первый этап лунной программы был утвержден Госсоветом КНР 23 января 2004 года, а 24 октября 2007 г. был запущен орбитальный аппарат «Чанъэ-1», названный именем лунной принцессы из китайских легенд и оснащенный камерой и другими приборами для изучения Луны с орбиты ее спутника. 7 ноября он вышел на рабочую орбиту высотой 200 км, с которой выполнил сплошную съемку Луны с разрешением 120 м. Помимо собственной лунной карты, китайские специалисты получили бесценный опыт управления дальним КА. В последние месяцы полета «Чанъэ-1» проводились незапланированные эксперименты, включая съемку с высоты 100 км и снижение перицентра до 15 км. Полет завершился 1 марта 2009 г. падением на лунную поверхность.
Второй этап был одобрен правительством страны 15 февраля 2008 г. «Чанъэ-2», первоначально изготовленный в качестве аппарата-дублера, запустили 1 октября 2010 г. с заданием съемки Луны с разрешением 7 м, а перспективных районов посадки – с метровым разрешением, а также для проведения технических экспериментов. 9 октября он сформировал рабочую орбиту высотой 100 км над Луной и в течение нескольких месяцев вел съемку. Завершив основную программу, 9 июня 2011 г. «Чанъэ-2» покинул окололунную орбиту, временно «завис» вблизи точки либрации L2 системы Земля – Луна и провел измерения параметров космической среды в этой области. Покинув ее 15 апреля 2012 г., 13 декабря китайский аппарат произвел успешный перехват и съемку астероида Тутатис. После этого «Чанъэ-2» использовался для тестирования средств вновь созданного комплекса дальней космической связи на межпланетных расстояниях.
2 декабря 2013 г. стартовал первый посадочный аппарат «Чанъэ-3». 6 декабря он вышел на окололунную орбиту, а 14 декабря выполнил успешную посадку в Заливе Радуги в точке 44.12°с.ш., 19.50°з.д. Луноход «Юйту» сошел на поверхность Луны и перемещался по ней до 15 января, когда потерял подвижность из-за повреждения кабельной сети. Пройденная дистанция составила всего 114 метров – полетное задание было выполнено не полностью, хотя удалось получить ценный опыт и интересные научные данные. На протяжении нескольких следующих лет и лэндер, и ровер использовались в качестве стационарных исследовательских станций.
Баллистика
Успех «Чанъэ-3» открыл путь к реализации третьего этапа, утвержденного в январе 2011 г. За его осуществление отвечали главный конструктор программы У Вэйжэнь, главный конструктор 3-го этапа Ху Хао, руководитель и главный конструктор комплекса «Чанъэ-5» Ян Мэнфэй.
Главной задачей этапа была доставка 1-2 кг лунного грунта, причем как с поверхности, так и с глубины до 2 метров. Идею и схему проекта впервые озвучил в марте 2011 года озвучил научный руководитель первых двух этапов академик Е Пэйцзянь. Говоря кратко, она состояла в повторении американской лунной экспедиции на «Аполлоне», но в беспилотном варианте.




Лунный комплекс, получивший наименование «Чанъэ-5», состоит из четырех компонентов. Основной и самый тяжелый орбитальный аппарат обеспечивает полет от Земли к Луне, работу на окололунных орбитах высотой 200 км и 15x200 км и возвращение к Земле. На нем на переходном конусе установлен посадочный аппарат, который отделяется на окололунной орбите и выполняет торможение и прилунение. Смонтированные на нем буровое устройство и манипулятор с ковшом обеспечивают взятие проб с глубины и с поверхности соответственно. Образцы загружаются в контейнер взлетного аппарата, который стартует и выходит на орбиту высотой 15x180 км. Орбитальный аппарат сближается и стыкуется с ним; производится перегрузка контейнера в возвращаемый аппарат, а взлетный аппарат отделяется. На подлете к Земле, на высоте около 5000 км, возвращаемый аппарат отделяется от орбитального, входит в атмосферу, выполняет двухэтапное торможение «с подскоком» и приземляется.



Конечно, китайская схема с 11 этапами полета, 23 коррекциями, шестью разделениями и одной стыковкой значительно сложнее, чем в советском проекте Е8-5, где вся межпланетная станция («изделие КТ») садилась на Луну, а взлетная ракета с ее поверхности шла непосредственно к Земле. Платой за простоту была малая масса доставляемого грунта – максимально 170 граммов – и ограниченный район посадки, из которого можно было попасть на Землю после неуправляемого вертикального старта взлетной ракеты.


Предельно допустимая масса доставляемых на китайском аппарате образцов – 10 кг, но планируется взять от 1 до 4 кг, а наиболее вероятно – 2 кг. Одна четвертая часть лунного вещества будет представлять собой двухметровую колонку грунта, а три четверти – реголит, собранный с поверхности.


Комплекс «Чанъэ-5» проектировался в расчете на новый носитель «Чанчжэн-5» и полностью использует его возможности по грузоподъемности на траекторию полета к Луне – 8250 кг. Отсутствие резерва накладывало весьма жесткие ограничения на баллистическую схему экспедиции.
Очевидно, что начальная масса всего комплекса определяется массой объекта после последнего маневра, то есть после старта с окололунной орбиты к Земле. Она задана конструкцией и загрузкой возвращаемого аппарата, так что последняя возможность для оптимизации – как можно более эффективный отлетный импульс. Так как единственным удобным местом для посадки и поиска возвращаемого аппарата являются степи Северного Китая, в момент старта к Земле Луна должна находиться как можно южнее относительно земного экватора. Таким образом, этот момент должен совпадать с минимумом склонения Луны.
Далее, операции по посадке и забору грунта оптимально проводить при низком утреннем Солнце, когда еще не слишком жарко, а предметы отбрасывают длинные тени. Как стало известно в сентябре 2014 г., в качестве района посадки «Чанъэ-5» был выбран северо-восточный «угол» Океана Бурь. Солнце там восходит за 2-3 дня до полнолуния, так что садиться нужно как раз в полнолуние или чуть раньше.


Два этих требования не так просто совместить, поскольку склонение Луны идет с циклом в 27.3 сут (сидерический месяц), а лунные фазы – с циклом 29.5 сут (синодический месяц). В первом приближении можно сказать, что оптимальное сочетание имеет место примерно раз в год. Есть и другие баллистические соображения, которые в итоге продиктовали необходимость выбора для посадки на Луну последнего полнолуния перед зимним солнцестоянием, а для отлета к Земле – следующего за ним новолуния. Между ними остается достаточно времени для забора грунта, старта с Луны, поиска взлетного аппарата и перегрузки образцов, измерений орбиты и расчета отлетного импульса.
Именно поэтому «Чанъэ-5» оказался так чувствителен к проблемам носителя CZ-5. Разработка самого лунного комплекса шла по плану. Еще в марте 2011 г. Е Пэйцзянь заявил, что полет состоится «примерно в 2017 году», и этот срок все время оставался в силе.
Эскизное проектирование с необходимыми исследованиями и демонстрациями завершилось к декабрю 2012 г. После защиты проект вступил в стадию изготовления опытных изделий, а в июле 2015 г. его перевели на этап полномасштабной разработки. Изделие для статических испытаний в сентябре 2015 г. отправили на Вэньчан для примерки к носителю и совместных испытаний. В декабре началось изготовление летного экземпляра. После того, как 3 ноября 2016 г. первая CZ-5 выполнила успешный испытательный полет, руководители программы подтвердили, что полет за грунтом состоится в конце ноября 2017 г. Действительно, «посадочное» полнолуние в этом году было 3 декабря, а «отлетное» новолуние – 18 декабря.
Летный экземпляр был готов к январю 2017 года. По состоянию на 1 марта планировалось доставить «Чанъэ-5» на космодром в августе, чтобы уже там провести испытания четырех компонентов комплекса по отдельности, попарно и в целом. В апреле началась финальная сборка носителя с номером Y3, а в июне было объявлено, что подготовка его на космодроме начнется в конце сентября.
Итак, уже три года назад «Чанъэ-5» находился на финишной прямой к старту, но... 2 июля 2017 г. из-за отказа одного двигателя YF-77 на центральном блоке погибла CZ-5 №Y2. И как только стал понятен масштаб проблемы, очередной старт к Луне сразу «съехал» на два года – на 5 декабря 2019 г. Но и эта дата оказалась нереальной, так как «лечение» ракеты затянулось более чем на два года, и CZ-5 реабилитировала себя лишь 27 декабря 2019 г. пуском носителя Y3. Это позволило провести затем два важнейших межпланетных старта подряд – марсианского комплекса «Тяньвэнь-1» на ракете Y4 23 июля 2020 г. и лунного «Чанъэ-5» на пятом летном носителе 24 ноября 2020 г.
К счастью, с каждым сдвигом баллистические условия старта к Земле улучшались: если в 2017 г. минимальное склонение Луны составляло -20°, то в 2019 г. оно достигло -23°, а в 2020 г. составит -25°.
План полета «Чанъэ-5» официально не опубликован, но баллистические соображения диктуют выход на окололунную орбиту вечером 28 ноября и посадку на Луну в полнолуние 30 ноября. Старт взлетного аппарата ожидается 2 декабря, отлет к Земле – 13 декабря, незадолго до минимального склонения Луны, посадка возвращаемого аппарата – 17 декабря. Таким образом, вся экспедиция продлится 23 дня.
Место посадки выбрано вблизи горы Рюмкера, расположенной в северо-восточной части Океана Бурь в координатах 41°с.ш., 58°з.д. Эта формация диаметром 70 км и высотой до 1300 м представляет собой комплекс из примерно 20 древних вулканов, окруженных полями молодой по лунным меркам лавы – ее возраст составляет 1.2 и 1.5 млрд лет. Столь молодые образцы представляют собой большую ценность, так как не доставлялись ни американскими «Аполлонами», ни советскими «Лунами».
Китайские специалисты опубликовали границы посадочной зоны в Океане Бурь – от 41° до 45° по широте и от 49° до 79° по долготе, в пределах которой назывались многие потенциальные точки. О выборе окончательного варианта, однако, не сообщалось.
Трехлетняя задержка с осуществлением проекта «Чанъэ-5» привела к тому, что стоявший в планах после него полет «Чанъэ-4» состоялся раньше. Как и в первой паре, «Чанъэ-4» был изготовлен как дублер «Чанъэ-3», и после первой успешной посадки получил новое назначение в рамках третьего этапа лунной программы. Он был запущен 7 декабря 2018 г., вышел на окололунную орбиту 12 декабря, а 3 января произвел успешную посадку на обратной стороне Луны, в пределах бассейна «Южный полюс – Айткен», в кратере фон Карман, в точке 45.46°ю.ш., 177.59°в.д.
Так как Луна непроницаема для радиосигналов, для посадки и исследований на обратной стороне требовался ретранслятор. Специализированный аппарат «Цюэцяо» был запущен 21 мая 2018 г., 14 июня он вышел на орбиту вокруг точки L2, и с декабря в течение уже двух лет обеспечивает работу лэндера «Чанъэ-4» и ровера «Юйту-2» в кратере фон Карман.
Подготовка
Китай не пошел на реализацию «с нуля» столь сложной, никем еще в мире не осуществленной программы, какой является «Чанъэ-5»,– это было бы верхом самонадеянности. Поэтому главному старту третьего этапа предшествовал полет экспериментального изделия, известного под техническим обозначением CE5-T1 и личным именем «Сяофэй». Оно было запущено с космодрома Сичан 24 октября 2014 г. и имело в своем составе легкий орбитальный аппарат от «Чанъэ-2» и возвращаемый аппарат, представляющий собой копию спускаемого аппарата «Шэньчжоу» в масштабе 1:2. У них даже был один конструктор Чжун Вэй, и добавим – общий прототип, спускаемый аппарат советского корабля «Союз».
В ходе недельного полета CE5-T1 были продемонстрированы:
* облет Луны 28 октября 2014 г. на расстоянии около 12000 км с гравитационным маневром и выходом на «правильную» подлетную траекторию;
* отделение возвращаемого аппарата на подлете и успешное приземление на территории Внутренней Монголии, в хошуне Сыцзыван – там же, где осуществлялись и все посадки космических кораблей «Шэньчжоу».
Сразу после отделения возвращаемого аппарата сам CE5-T1 выполнил маневр увода, прошел над Землей и оказался на эллиптической орбите с апогеем 540000 км. 27 ноября он вышел в район точки L2 системы Земля – Луна, находящейся в 65000 км за Луной по отношению к Земле, где имитировал работу спутника-ретранслятора «Цюэцяо». 4 января 2015 г. CE5-T1 был уведен из ее окрестностей, а 11 января выполнил маневр торможения и вышел на начальную орбиту вокруг Луны. В результате двух коррекций 13 января была сформирована круговая селеноцентрическая орбита наклонением 43.7° и высотой 200 км, аналогичная основной рабочей орбите «Чанъэ-5».
В феврале и марте 2015 г. CE-5T1 провел серию маневров, имитировавших снижение посадочного аппарата перед сходом с орбиты и встречу орбитального аппарата со взлетным аппаратом, несущим образцы лунного грунта. В апреле планировалось фотографирование предполагаемых районов забора лунного грунта с разрешением 0.97 м, но в итоге было опубликовано сообщение о том, что такая съемка была проведена в период с 30 августа по 2 сентября 2015 г. Тогда же опубликовали два снимка участка лунной поверхности северо-западнее горы Рюмкера, сделанные широкоугольной и узкоугольной камерами аппарата, но понятно, что эта точка была не единственной.
Наконец, проверялась возможность навигации на окололунной орбите по сигналам земных навигационных спутников. Как оказалось, по ним можно определять местоположение лунного аппарата с ошибкой порядка 100 м по координатам и 0.05 м/с по скорости.
Комплекс
Подробное описание «Чанъэ-5» пока не опубликовано, поэтому попытаемся собрать его из деталей, разбросанных по многочисленным публикациям разных лет.
Орбитальный аппарат спроектирован и изготовлен в Шанхайской исследовательской академии космической техники SAST, а остальные части комплекса – в Китайской исследовательской академии космической техники CAST в Пекине. Оба учреждения входят в состав Китайской корпорации космической науки и техники CASC.
Орбитальный аппарат выполнен в форме плоского цилиндра («шайбы») диаметром около 3.1 м. Для установки его на 2-й ступени носителя пришлось разработать специальную систему фиксации и отделения. С нижней стороны слегка выступают четыре сферических бака компонентов топлива, между которыми расположен основной двигатель тягой 3000 Н. Система электропитания использует две ориентируемых панели солнечных батарей, развертываемых вдоль оси Y.
Для поиска взлетного аппарата и сближения с ним орбитер оснащен системой измерения параметров относительного движения с микроволновым радиолокатором, разработанным в 25-м институте Китайской корпорации космической науки и промышленности CASIC, и лидаром Института оптики и электроники Китайской АН в Чэнду.
Посадочный аппарат имеет большое сходство с использованным в проекте «Чанъэ-3», но несет более массивную полезную нагрузку. Масса посадочного аппарата оценивается в 3100-3400 кг. Корпус лэндера выполнен в виде восьмиугольной призмы и оснащен четырьмя посадочными опорами, которые переводятся из стартового положения в рабочее уже в полете. Система электропитания использует две ориентируемые панели солнечных батарей, развертываемых вдоль оси Z. Запас топлива для спуска и посадки размещен в четырех сферических баках. Снизу вдоль осевой линии установлен ЖРД YF-150 с регулируемой тягой в пределах от 7500 до 1500 Н, сверху имеется посадочное место для взлетного аппарата. На одном из боковых ребер смонтирован кронштейн с государственным флагом КНР.
На верхней плоскости лэндера смонтированы манипулятор для забора грунта с поверхности, созданный совместными усилиями специалистов Института системного проектирования КА в Пекине, Харбинского технологического института и Гонконгского политехнического университета, и второй манипулятор с камерой для контроля загрузки образцов в контейнер взлетного аппарата. Буровое устройство в корпусе цилиндрической формы установлено на боковой поверхности аппарата. Мощность привода составляет 600 Вт, а развиваемый момент – до 20 Н·м. При скорости вращения рабочей части 12175 об/мин бур погружается в грунт со скоростью до 100 мм/мин.


Взлетный аппарат массой 509 кг напоминает посадочный, но в масштабе 1:2. На восьмиугольном корпусе смонтированы две панели солнечных батарей, под ним – четыре сферических бака, между ними – двигатель тягой 3000 Н, аналогичный ЖРД орбитального аппарата. Интересно, что старт взлетного аппарата обеспечивает пружинный толкатель, его двигатель включается уже на подъеме, чтобы свести к минимуму повреждения лэндера и дать ему возможность продолжить работу на Луне после выполнения основной задачи миссии.
Найдя цель на орбите вокруг Луны, орбитер осуществляет ее захват и удержание тремя парами «лапок» за три штыря в верхней части взлетного аппарата.


Возвращаемый аппарат выполнен в виде «фары» (коническая конструкция со сферическим днищем с теплозащитой) и имеет высоту 1236 мм при наибольшем диаметре 1258 мм, его масса более 300 кг. Контейнер с образцами загружается через люк в верхней части капсулы. Посадка производится на однокупольном парашюте, выводимого из контейнера на боковой поверхности изделия.


Всего на четырех компонентах комплекса имеется три маршевых двигателя и 74 двигателя ориентации и направленного перемещения четырех номиналов тяги (150, 120, 25 и 10 Н). Все они разработаны и изготовлены 801-м институтом Исследовательской академии ЖРД («6-я академия»). Три двигательных установки имеют суммарную массу 590 кг, в баки заправлено свыше 5450 кг топлива.
Аппараты лунного комплекса более чем на 90% состоят из компонентов китайского производства.
В декабре 2013 г. сообщалось, что на «Чанъэ-5» будет установлен обширный комплект приборов, включая посадочную камеру, панорамную камеру для съемки лунной поверхности, спектрометр LMS для определения минерального состава, анализатор газовыделения лунной поверхности, инструмент для изучения структуры лунного грунта, измеритель профиля температуры образца. Позднее к этому списку добавили импульсный радар для изучения подповерхностных структур. Все ли перечисленные приборы имеются в действительности и как распределены между орбитальным и посадочным аппаратами, пока неизвестно.
Запуск
После испытаний осенью 2017 г. компоненты «Чанъэ-5» перевели в режим хранения. Испытания в Пекине возобновились в марте 2020 г., когда появилась определенность со сроком запуска. Тогда же в Тяньцзине началась сборка ракеты с номером Y5.
9 июля 2020 г. контейнеры с составными частями «Чанъэ-5» были доставлены самолетом Ан-124 российской компании «Волга–Днепр» в аэропорт Мэйлань на Хайнане, а оттуда – автотранспортом на космодром. 23 июля, в день старта экспедиции «Тяньвэнь-1» к Марсу, была названа точная дата запуска к Луне: 24 ноября.
Утром 6 сентября специализированные суда-ракетовозы «Юаньван-21» и «Юаньван-22» вышли из порта Цзянъинь и 9 сентября ошвартовались в Тяньцзине. 11 сентября состоялась погрузка контейнеров со ступенями CZ-5. Утром 15 сентября корабли вышли в море курсом на остров Хайнань. Поскольку пришлось пережидать непогоду на подходе к Гонконгу, на место они пришли 21 сентября с опозданием на двое суток. Подготовка носителя в монтажно-испытательном корпусе на Вэньчане началась 23 сентября.


17 ноября в торжественной обстановке ракета была вывезена на старт. Пуск был назначен на 24 ноября в пределах стартового окна с 04:30:12 до 05:15:07 пекинского времени. Он состоялся в заданное время и с первой попытки и был показан китайским телевидением в прямом эфире.


Расчетная и фактическая циклограмма запуска приведены в таблице.

Событие	План, сек	Факт, сек
Пуск	0.0	0.0
Отделение ускорителей	177.6	179.0
Сброс головного обтекателя	303.6	303.6
Отделение 1-й ступени	483.4	486.2
Выключение ДУ 2-й ступени	738.4	738.7
Второе включение ДУ 2-й ступени	1675.9	1678.0
Выключение ДУ 2-й ступени	2095.5	2091.0
Окончание терминальной коррекции	2112.5	2114.0
Отделение КА	2182.8	2184.0

За выведением КА наблюдали наземные станции китайского командно-измерительного комплекса, корабли «Юаньван-6» и «Юаньван-5» и спутник-ретранслятор «Тяньлянь-2» №01. Начальную фазу полета обеспечивала также наземная станция ЕКА в Куру, а за подлетом к Земле возвращаемого аппарата будет следить европейская станция Маспаломас на Канарских островах.

«Чанъэ-5»: есть взлет, есть стыковка!
6 декабря 2020 г. в 05:42 пекинского времени (5 декабря в 21:42 UTC) взлетный аппарат китайского комплекса «Чанъэ-5» с образцами лунного грунта в контейнере произвел стыковку с орбитальным комплексом на окололунной орбите. Выполнены все ключевые, не проверенные ранее операции в экспедиции за лунным грунтом, за исключением последней – старта к Земле.
Напомним, что задачей проекта «Чанъэ-5» является доставка на Землю образцов лунного вещества из зоны относительно молодых вулканических пород. Среди материалов, привезенных в 1969-1976 гг. шестью американскими экспедициями программы «Аполлон» и тремя советскими беспилотными аппаратами типа Е8-5, таких образцов не было.


Комплекс «Чанъэ-5» общей массой 8250 кг был запущен носителем CZ-5 с космодрома Вэньчан 24 ноября в 04:30:22 пекинского времени и в 05:06:50 выведен на сильно вытянутую эллиптическую орбиту с перигеем 200 км и апогеем около 400000 км вблизи Луны.
На траектории полета к Луне было запланировано три коррекции. Состоялись первые две из них – 24 ноября в 22:06, то есть через 17 часов после начала полета, и 25 ноября в это же время. В первом случае использовался маршевый двигатель YF-37 орбитального аппарата тягой 3000 Н, который был включен на 2 секунды: помимо выдачи необходимого импульса нужно было проверить его в работе до использования в критически важном маневре торможения у Луны. Проверка прошла успешно, и для второй коррекции применили два двигателя тягой по 150 Н, которые проработали 6 секунд. Третья коррекция, планировавшаяся на 27 ноября в 21:06, то есть через 88 часов после старта, не потребовалась.

28 ноября в 20:58:38 с китайской наземной станции Цзямусы была отправлена команда на исполнение цикла торможения у Луны. В 20:58:53.659 на высоте около 400 км над Луной был включен маршевый двигатель YF-37. Примерно через 17 минут он выключился, израсходовав около 1000 кг топлива и снизив скорость комплекса примерно на 400 м/с. «Чанъэ-5» вышел на начальную орбиту с апоцентром на высоте около 5700 км и с периодом обращения более 8 часов.
На первом витке была проведена небольшая необъявленная коррекция с целью снижения перицентра примерно до 200 км. Европейские радиолюбители, принимавшие сигналы «Чанъэ-5» в X-диапазоне, отметили характерный перегиб допплеровской кривой в 18:48, хотя, казалось, логичнее было бы провести маневр двумя часами раньше, в апоцентре орбиты.
Китайские официальные органы сообщали далеко не о всех маневрах, предусмотренных полетным планом, и радиолюбительские наблюдения давали очень ценную дополнительную информацию. Скотт Тилли, Эдгар Кайзер и другие «слухачи» обнаружили передачи различных компонентов комплекса на частотах 8463.7, 8467.3, 8471.2, 8478.7 и 8486.3 МГц, а также широкополосный телевизионный сигнал на 8455 МГц. Последний даже удалось расшифровать и увидеть солнечные батареи КА, снимаемые бортовой камерой.


За сутки «Чанъэ-5» сделал три витка по своей восьмичасовой орбите. 29 ноября в 20:23 маршевый двигатель был включен еще раз и снизил скорость еще на 410 м/с. Расчеты показывают, что маневр продолжался около 16 минут, расход топлива был близок к 900 кг. В результате была сформирована круговая орбита наклонением около 44° и высотой примерно 196x198 км с периодом обращения 127.3 мин и средней скоростью 1592 м/с.
30 ноября в 04:40:14.822 состоялась расстыковка орбитального и посадочного комплексов. Теперь сигналы посадочного комплекса принимались на частотах 8463.7 и 8478.7 МГц, в то время как орбитальный комплекс передавал на 8486.3 МГц. У орбитального комплекса орбита просела совсем чуть-чуть, а у посадочного довольно заметно, примерно до 185x198 км.


Далее полетным планом предусматривались два маневра посадочного комплекса – 30 ноября в 22:23 и 1 декабря в 02:22. Официальных сообщений о них не было, но опубликованные радиолюбителями допплеровские кривые позволяют заключить, что после первого была достигнута орбита 86x184 км, а после второго – 15.5x183 км с периодом 117.8 мин.


Тем временем 1 декабря в 07:59 орбитальный комплекс выполнил первый маневр фазирования, поднявшись на орбиту высотой 196x234 км. С каждым витком посадочный комплекс уходил вперед по отношению к орбитальному и к моменту торможения обогнал его на виток.
1 декабря в 22:57:17.944 был включен на торможение двигатель YF-36A посадочного аппарата. Это произошло примерно в 600 км от расчетной точки посадки (43.1°с.ш., 51.8°з.д.) вблизи перицентра орбиты, на высоте 15587 м и при начальной скорости 1709.8 м/с. Двигатель успешно погасил орбитальную и вертикальную скорость движения и примерно через 14 минут на высоте около двух метров выключился. В 23:11:20.924 пекинского времени посадочный аппарат опустился на лунную поверхность.
Видио
https://youtu.be/VS9zr6MrCiM
Посадка произошла в северо-восточной части Океана Бурь, примерно в 160 км к востоку от вулканического комплекса горы Рюмкера и в 10 км к северу от холма Лувилль-Омега. Координаты точки посадки, объявленные первоначально, несколько раз уточнялись; последние китайские данные соответствовали точке 43.062°с.ш., 51.916°з.д.


Китайское телевидение и сетевые СМИ не показали прилунение в прямом эфире, но репортаж о нем запустили буквально через пару минут после касания. Вскоре был представлен фильм, снятый на спуске десантной камерой посадочного модуля, а также половина лунной панорамы к югу от посадочного аппарата, составленной из 120 отдельных снимков панорамной камеры. С левой стороны был замечен свежий кратер, на гладкой в целом поверхности лежали камни различного размера. Поверхность действительно была моложе, чем в районах посадки «Чанъэ-3» и «Чанъэ-4».




2 декабря в 04:53 завершился первый этап взятия образцов – бурение лунного грунта и взятие колонки с глубины до 2 метров. Операция затянулась примерно на час по сравнению с планом. Развивая мощность до 1000 Вт, лунный бур благополучно углубился в реголит. Гибкую трубу с грунтом аккуратно намотали на барабан и в таком виде загрузили в контейнер на взлетном аппарате. Бортовой радар для зондирования подповерхностной структуры грунта указал наиболее интересные места, и «Чанъэ-5» приступил к сбору образцов при помощи манипулятора с поверхности к югу от себя.
Видио
https://youtu.be/CUiJDByQ5Wg
Это был очень медленный процесс: на то, чтобы опустить манипулятор на грунт, зачерпнуть и закрыть крышечкой немного реголита, поднять «руку» и пересыпать материал в контейнер, уходило не менее 50 минут. Спектрометр LMS использовался для определения минерального состава грунта с поверхности и залегавшего на глубине. Панорамная камера продолжала съемку и в конечном итоге передала примерно 700 кадров.
Программой предусматривалось взять 15 таких черпков, но после 12-го специалисты увидели, что контейнер почти полон, и остановили процесс. В результате все работы по забору и упаковке грунта завершились 2 декабря в 22:00 – на пять с лишним часов раньше плана. Контейнер был герметически закрыт, чтобы доставить лунные образцы в вакуумной «таре» и не допустить загрязнения земным воздухом и влагой.


Тем временем орбитальный комплекс после третьего маневра фазирования, который в плане стоял на 2 декабря в 22:46, вернулся на орбиту ожидания высотой 197 км. На 3 декабря в 05:46 намечался сброс переходного конуса, на котором во время запуска стоял посадочный модуль, а под ним размещались возвращаемый аппарат и элементы стыковочного устройства. Никаких сообщений об этих операциях китайские СМИ не дали, хотя они были очевидным образом необходимы для стыковки.
Старт с Луны планировался ровно через двое суток после прилунения, когда вследствие медленного вращения Луны плоскость орбиты «Чанъэ-5» вновь пройдет через место посадки. Чтобы сохранить лэндер и его инструменты, разработчики предусмотрели что-то вроде минометного старта: 800-килограммовый взлетный аппарат подбрасывался пружиной, и уже после этого, в полете, включался двигатель YF-37 тягой 3000 Н, такой же, как и на орбитальном аппарате.
Непосредственно перед стартом на посадочном аппарате был выставлен из горизонтального положения в вертикальное флагшток с государственным флагом КНР. Сам флаг имел массу всего 12 граммов, а весь блок для его хранения и вертикализации – около килограмма. Панорамная камера немедленно сделала снимки красного знамени над Луной.


Старт с Луны был произведен 3 декабря в 23:10:21.078 пекинского времени. Израсходовав около 400 кг топлива, через шесть минут с небольшим, в 23:17:27.853, взлетный аппарат вышел на окололунную орбиту высотой 15x180 км. Орбитальный аппарат в этот момент находился практически в противоположной точке орбиты высотой примерно 196x207 км.






Как и раньше, китайские СМИ не сообщали подробностей орбитального маневрирования. Западные радиолюбители фиксировали орбитальный аппарат на орбите со средней высотой 203 км, а взлетный в ходе маневров фазирования поднимался, уменьшая угловую скорость сближения. После второго маневра, выполненного 4 декабря примерно в 16:04, его средняя высота была близка к 180 км, и он отставал от цели примерно на 14 минут. После третьего маневра (по плану 5 декабря в 03:46) высота достигла 191 км, а отставание сократилось до трех минут. Судя по данным радиомониторинга, 5 декабря около 20:30 взлетный аппарат сократил отставание до нуля и даже вышел немного вперед. В итоге он оказался на орбите высотой примерно 210 км на расстоянии в несколько десятков километров от орбитального комплекса.


6 декабря в 02:14 началась фаза сближения и захвата, за которую отвечал орбитальный аппарат, оснащенный необходимыми средствами автономного наведения. Массы двух участников процесса оценивались в 2300 и 400 кг соответственно. Контрольные точки на участке сближения находились на отметках 50 км, 5 км, 1 км и 100 м, причем на сближение от 5 км и до касания отводился весь последний виток. Специалисты в Пекинском центре управления полетом отслеживали подход и последующие операции по кадрам бортовых видеокамер. В 05:42, на две минуты позже плана, на высоте 210 км был выполнен захват взлетного аппарата за три радиальных штыря стыковочного устройства. Это была первая в мире автоматическая стыковка на окололунной орбите.

Видио
https://youtu.be/iABFC9V3cPc
Сразу после этого была инициирована перегрузка контейнера в возвращаемый аппарат, которая завершилась в 06:12 с отставанием от графика на 11 минут. Эти отклонения не имеют значения для выполнения задачи экспедиции, так как до старта к Земле остается целая неделя.
Видио
https://youtu.be/lrosyDrRnjY
Отделение взлетного аппарата с элементами стыковочного устройства состоялось 6 декабря в 12:35 в строгом соответствии с планом. Китайские СМИ сообщили, что на борту остался значительный запас топлива, так что рассматриваются варианты полезного использования этого изделия.
Орбитальный комплекс должен стартовать к Земле 13-14 декабря из оптимальной для этого точки лунной орбиты. Возвращаемый аппарат приземлится 17 декабря на штатном полигоне посадки во Внутренней Монголии.
Возвращение «Чанъэ-5»
17 декабря 2020 г. в 01:59 пекинского времени (16 декабря в 17:59 UTC) возвращаемый аппарат китайского комплекса «Чанъэ-5» успешно приземлился на посадочном полигоне в хошуне Сыцзыван Автономного округа Внутренняя Монголия, доставив образцы лунного грунта из Океана Бурь.


Напомним, что задачей проекта «Чанъэ-5» являлась доставка на Землю образцов лунного вещества из зоны относительно молодых вулканических пород. Среди материалов, привезенных в 1969-1976 гг. шестью американскими экспедициями программы «Аполлон» и тремя советскими беспилотными аппаратами типа Е8-5, таких образцов не было.
Комплекс «Чанъэ-5» общей массой 8250 кг был запущен носителем CZ-5 с космодрома Вэньчан 24 ноября в 04:30 пекинского времени и в 05:07 выведен на сильно вытянутую эллиптическую орбиту с перигеем 200 км и апогеем около 400000 км вблизи Луны.
28 ноября в 20:59 на высоте около 400 км над Луной был включен маршевый двигатель YF-37 орбитального аппарата. За 17 минут работы он снизил скорость комплекса примерно на 400 м/с, и «Чанъэ-5» вышел на начальную орбиту с апоцентром на высоте около 5700 км и с периодом обращения более 8 часов.
29 ноября в 20:23 маршевый двигатель был включен еще раз и снизил скорость еще на 410 м/с. В результате была сформирована круговая орбита наклонением около 44° и высотой примерно 196x198 км.
30 ноября в 04:40 состоялась расстыковка орбитального и посадочного комплексов. В результате двух последующих маневров последний перешел на предпосадочную орбиту высотой 15.5x183 км.
1 декабря в 22:57 был включен на торможение двигатель YF-36A посадочного аппарата. Он успешно погасил орбитальную и вертикальную скорость движения, и в 23:11 пекинского времени посадочный аппарат совершил посадку в северо-восточной части Океана Бурь, примерно в 160 км к востоку от вулканического комплекса горы Рюмкера и в 10 км к северу от холма Лувилль-Омега.
2 декабря в 04:53 завершился первый этап взятия образцов – бурение лунного грунта и взятие колонки с глубины до 2 метров. На втором этапе образцы грунта отбирались с помощью манипулятора с совочком и захватом. Эти операции завершились 2 декабря в 22:00 с заполнением контейнера, который был герметически закрыт. Точная масса взятого грунта пока неизвестна, но планировалось, что она составит 2 кг.
3 декабря в 23:10 пекинского времени взлетный аппарат массой около 800 кг стартовал и в 23:17 вышел на окололунную орбиту высотой 15x180 км. В течение двух суток он догонял орбитальный аппарат и постепенно поднимался к нему.
6 декабря в 05:42 орбитальный аппарат произвел сближение со взлетным на орбите высотой 209x212 км и захватил его за три радиальных штыря стыковочного устройства. Спустя полчаса контейнер с грунтом перегрузили в возвращаемый аппарат, а в 12:35 прошло отделение взлетного аппарата с элементами стыковочного устройства.
8 декабря в 06:59 китайские операторы включили двигатель взлетного аппарата на торможение, и в 07:30 он разбился о поверхность Луны в районе 30°ю.ш., 0°в.д. По непонятным причинам китайские информационные агентства сообщили об этом как о посадке, хотя взлетный аппарат не предназначался для этого и не имел запаса топлива, необходимого для повторного гашения орбитальной скорости. Зато обоснование для этой операции было дано вполне грамотное: не стоит оставлять на окололунной орбите космический мусор, который в будущем может помешать какой-нибудь другой лунной миссии.
Как мы помним, момент отлета к Земле был выбран вблизи зимнего новолуния, когда Луна имеет наиболее отрицательное склонение. Поэтому еще шесть суток аппарат находился в режиме ожидания на круговой орбите высотой около 210 км.
12 декабря в 09:54 был выдан первый отлетный импульс величиной около 400 м/с, который превратил орбиту «Чанъэ-5» в эллиптическую с перицентром 230 км и апоцентром около 5730 км.


13 декабря вблизи перицентра аппарат включил на 22 минуты четыре двигателя тягой по 150 Н. В результате он увеличил свою скорость еще примерно на 420 м/с и покинул окололунную орбиту, направившись к Земле.
На этапе перелета к Земле состоялись две из трех запланированных коррекций – 14 декабря в 11:13 и 16 декабря в 09:15. В обоих случаях использовались два двигателя тягой по 25Н, которые проработали 28 и 8 секунд соответственно.


На заключительном этапе полета над южной частью Индийского и Атлантического океанов и над Африкой с «Чанъэ-5» по договору с китайской стороной работала наземная станция ЕКА Маспаломас на Канарских островах. Сначала она отслеживала подлетную траекторию, а 17 декабря около 01:00 через нее на борт заложили последние уставки с условиями входа в атмосферу. Станция Куру работала только на прием в качестве дублера.
В 01:13:18.864 на высоте около 5000 км над Южной Атлантикой прошло разделение орбитального и возвращаемого модулей. Первый сразу после этого сманеврировал, чтобы избежать попадания в земную атмосферу – у китайских специалистов есть планы его дальнейшего использования. Второй продолжил снижение и в 01:33 на высоте 120 км к востоку от берегов Сомали вошел в атмосферу со второй космической скоростью.
Частично погасив ее в ходе первого погружения над Аравийским морем и кораблем «Юаньван-3», возвращаемый модуль поднялся над краем атмосферы за счет подъемной силы, действующей на его фарообразный корпус с теплозащитой. Пройдя апогей новой баллистической траектории над Гималаями, он погрузился во второй раз над западной частью Китая и окончательно затормозился в плотных слоях атмосферы. В 01:51 на высоте 10 км в соответствии с планом была введена парашютная система. Посадка была зафиксирована в 01:59 пекинского времени (17:59 UTC) в точке с координатами 42°20’19’’с.ш., 111°26’20’’в.д., всего в 1.5 км от расчетной.
В ночной степи Сыцзывана была отвратительная погода – температура ниже -20°C при сильном ветре. Тем не менее поисково-спасательный комплекс уверенно вел аппарат до касания, и уже через 20 минут после приземления люди были около него.

Впрочем, любопытная лиса появилась на месте событий еще раньше.

Около трех часов ночи Председатель КНР Си Цзиньпин выступил с поздравлением в адрес всех участников китайской экспедиции за лунным грунтом. И есть за что – ведь лунное вещество доставлено на Землю впервые за 44 года!
Аппарат упаковали и вывезли с места посадки. Вечером 17 декабря китайский военной-транспортный самолет Юнь-9 поднялся с военного полигона Чжурихэ, чтобы доставить ценный груз на предприятие CAST в Пекине. Утром 19 декабря там в контролируемых условиях из возвращаемого аппарата был извлечен контейнер с лунным грунтом. Измерение показало, что внутри находятся образцы суммарной массой 1731 кг. После этого руководитель Китайской национальной космической администрации Чжан Кэцзянь и президент Китайской академии наук Хоу Цзяньго подписали акт о передаче контейнера для научных исследований.


Между прочим, в возвращаемом аппарате «Чанъэ-5» имеются и другие грузы. Пока известно, что он доставил семена растений (риса, овса, люцерны и орхидей), совершившие полет по маршруту Земля – Луна и обратно.