Přistávací modul zachycený vozítkem Nefritový králík 2 (zdroj CNSA/CLEP).

Čína zahájila svůj vesmírný program první etapou, která měla ověřit její schopnosti dopravit výzkumné aparáty k Měsíci, umístit je na oběžnou dráhu a získat detailní fotografie měsíčního povrchu a informace o jeho charakteristikách. Sondy Čchang-e 1 a Čchang-e 2 (Chang'e) pořídily velké množství 3D fotografií a dramaticky zpřesnily znalosti topografie Měsíce. Tato etapa proběhla v letech 2007 až 2011 a byla součásti návratu lidstva k Měsíci, které se zúčastnilo několik států. Podrobněji je to popsáno v článku z minulého roku.

Nefritový králík 2 z pohledu přistávacího modulu (zdroj CNSA/CLEP).

Druhá etapa čínského měsíčního programu.

Také druhá etapa byla extrémně úspěšná. Jejím úkolem bylo zajistit přistání na měsíčním povrchu a vysazení měsíčního vozítka s názvem „Nefritový králík“. Právě topografické studie mísí v první etapě poskytly potřebná data pro výběr míst přistání. Dne 14. prosince 2013 přistál na přivrácené straně Měsíce v Moři dešťů přistávací modul Čchang-e 3. Ten měl hmotnost 1200 kg a vozítko pak 135 kg, jeho výška byla 1,5 m. Jeho sekundárním cílem bylo i ověření technologií pro budoucí přistávací modul, který by byl schopen nasbírat vzorky a odeslat je k Zemi. Životnost přistávacího modulu i vozítka překonala všechna očekávání. Pomáhá k tomu využití radionuklidových tepelných zdrojů, které zajistí tepelnou pohodu zařízení. Elektrickou energii dodávají pouze fotovoltaické panely. Zařízení se tak na dva týdny měsíční noci musí ukládat ke spánku.

Stopy Nefritového králíka 2 na povrchu odvrácené strany Měsíce (CNSA).

Sonda Čchang-e 4, která byla záložní k té předchozí, pak přistála 3. ledna 2019 na odvrácené straně Měsíce, což se do té doby nikomu nepodařilo. Přenos dat zajišťuje telekomunikační sonda Queqiao, která sedí v Lagrangeově bodu L2. Tuto sondu nabídla Čína k volnému využití i pro případné další mise na odvrácenou stranu Měsíce. Přistávací modul pracuje v oblasti u jižního pólu, konkrétně v kráteru Von Kármán v pánvi South Pole – Atkien. Původně mělo vozítko vydržet dva měsíce, ovšem nyní už je na povrchu Měsíce více než 17 měsíců.

Nove snímky z Čchang-e 4 s vysokým rozlišením publikované v lednu 2020 (zdroj CNSA).

Modul provádí astronomická měření v oblasti rádiových vln s nízkými frekvenci a studuje prostředí v blízkosti měsíčního povrchu. K tomu slouží i detekce neutronů a neutrálních atomů. Na přípravě vědeckých přístrojů i programu mise se podílely i Německo, Švédsko, Nizozemí a Saudská Arábie.

Vozítko Nefritový králík 2 studuje na své pouti morfologii a složení měsíčního povrchu. Nyní už realizují 18 měsíční den svého pobytu na Měsíci. Nefritový králík už urazil téměř 500 m a dostal se zhruba 300 m od přistávacího modulu. Po cestě studoval měsíční kameny, měsíční půdu a několik malých impaktních kráterů. Vozítko má radar, který umožňuje studovat měsíční materiál v podpovrchových vrstvách až do hloubky 40 m. Spektrometrická měření s využitím infračerveným zobrazovacím spektrometrem umožnila třeba potvrdit, že měsíční plášť má vysoký obsah olivínu.

Místo přistání a cesta Nefritového králíka v průběhu radarových měření analyzovaných v článku Chunlai Li et al, Science Advances, Vol. 6, No. 9, 26 February 2020 (zdroj zmíněný článek).

K výročí prvního roku práce sondy na povrchu odvrácené strany Měsíce a po publikaci prvních článků otevřela Čína vědecká data pro širokou mezinárodní komunitu. Připomeňme, že i data z předchozích měsíčních misí byla nabídnuta světové vědecké komunitě.

Jako velmi pěkný příklad získaných výsledků je práce publikovaná v únoru tohoto roku společně čínskými a italskými vědci, která využívá právě radar vozítka Nefritový králík 2. Ukazuje se, že v daném místě je velmi velká tloušťka regolitu, která dosahuje hodnoty okolo 12 m. Pod ní je mezi 12 až 24 m vrstva hrubšího materiálu s jednotlivými kameny. Ještě níž je pak až do dosahu radaru, což je zhruba 40 m, vrstva, kde se střídají vrstvičky hrubšího a jemnějšího materiálu.

Jde o jednu z řady prací, které ukazují, jak projekt Čchang-e 4 přispívá k našemu poznání polárních oblastí odvrácené strany Měsíce a zároveň dláždí cestu k třetí etapě čínského měsíčního dobrodružství.

Třetí etapa čínského měsíčního programu.

Třetí etapa je zaměřena na dopravu vzorků z Měsíce na Zemi a komplexní geologické studie zajímavých míst na jeho povrchu. Závislý je na dostatečně silné raketě, která je schopna vynést a poslat na dráhu k Měsíci dostatečně těžkou sondu. Touto raketou je Dlouhý pochod 5.

Podpovrchové oblasti v místě přistání sondy Čchang-e 4 lze rozdělit na tři vrstvy. Nejvýše je regolit, pak vrstva hrubšího materiálu s jednotlivými kameny a pod ní střídající se oblasti hrubšího a jemnějšího materiálu. (Zdroj Chunlai Li et al, Science Advances, Vol. 6, No. 9, 26 February 2020).

Na nízkou oběžnou dráhu dokáže tento nosič vynést 25 tun. Je tak srovnatelný s raketami Delta IV Heavy, Falcon 9 nebo Proton-M. První její testovací start se uskutečnil v listopadu 2016. Neobešel se bez problémů. Nosič s družicí se dostal na jinou oběžnou dráhu. Tu se pak následně podařilo upravit, takže byl let zhodnocen jako úspěšný. Při druhém letu v červenci 2017 však selhal motor a start byl neúspěšný. Příprava rakety, u které bylo nutné odstranit příčiny selhání a zajistit spolehlivost, se tak zdržela. Až koncem prosince 2019 se tak uskutečnil třetí start této rakety. Byl úspěšný a vynesl do vesmíru telekomunikační družici Š'-ťien 20. Tím se otevřela cesta i k uskutečnění prvního startu této etapy. Potvrdil to i první úspěšný start nové verze této rakety Dlouhý pochod 5B, který proběhl 5. května 2020 a vynesl na oběžnou dráhu první bezpilotní exemplář nové kosmické lodi určené pro pilotované lety. Takže i přes dvě selhání jiných verzí raket Dlouhý pochod, byl to typ Dlouhý pochod 7a v březnu a Dlouhý pochod 3B v dubnu 2020 se snad dva plánované starty rakety Dlouhý pochod 5 určené k vynesení sond do vzdálenějšího vesmíru uskuteční. Připomenu, že kromě sondy k Měsíci by měla tato raketa vynést v červenci i čínskou sondu k Marsu Tchien-wen-1 (Tianwen-1).

Vše je pro start v druhé polovině tohoto roku připraveno i proto, že úspěšný test návratového pouzdra proběhl už v roce 2014 při letu Čchang-e 5T. Při něm se potvrdilo, že pouzdro vydrží náročné podmínky průletu atmosférou i v situaci, kdy do ní vstoupí s velmi vysokou rychlostí při návratu od Měsíce.

Místo budoucího přistání sondy Čchang-e 5 na snímku z Apolla 15 (foto NASA).

Připravovaná sonda Čchang-e 5 by měla přistát v severní části Oceánu bouří v oblasti, kde je osamocený komplex lunárních dómů Mons Rümker. Jde o největší komplex takových útvarů, který zaujímá plochu o průměru 70 km a obsahuje celkově okolo 30 dómů. Jde o vulkanické útvary, které jsou z hlediska měsíční historie relativně mladé, mladší než dvě miliardy let. Jedná se tak o geologicky velmi zajímavé místo, a to je i důvod jeho výběru. Navíc bylo dosud jen velmi málo prozkoumané. Přípravný tým sondy vypracoval velmi podrobnou studii geologie těchto míst. Využíval fotografický, spektroskopický i topografický materiál získaný ze sond na oběžné dráze okolo Měsíce.

Podařilo se vybrat řadu atraktivních útvarů, které by mohly poskytnout velmi zajímavé vzorky. Nejzajímavější se zdají být mladé lávové bazalty z tohoto měsíčního moře, které budou hlavní prioritou. Velice pečlivý rozbor možných míst přistání, jejich geologických vlastností a potenciálního vědeckého přínosu byl publikován již v roce 2018 v článku Y. Q. Quina a dalších, „Geology and Scientific Significance of the Rümker Region in Northern Oceanus Procellarum: China’s Chang’E-5 Landing Region“.

Místo navrhované pro přistání sondy, ve středu v dolní části je Mons Rümker. Navrhované místo A by umožnilo získat mořský lávový materiál a zároveň jde o relativně hladký povrch, umožňující bezpečné přistání. (Zdroj: Y. Q. Qian et al./AGU100)

Po podrobné analýze byla vybrána tři potenciální místa přistání, která jsou na fotografii označena jako A, B a C. Místo A je v mladém moří. Je velmi vhodné pro zkoumání délky trvání pozdní fáze měsíčního vulkanismu. Určení přesného stáří hornin, které při něm vznikaly. Studovaly by se procesy vedoucí ke zvýšení koncentrací thoria a jeho role v tomto vulkanismu i průběh a role následných impaktů.

Místo B je přímo v samotném Mons Rümker. Zde by bylo možné získat poznatky o původu měsíčních dómů, vlastnosti zdrojů magmatu a délce vulkanismu v této oblasti. A také by bylo možné poznat časový průběh následných impaktů.

Místo C je křemičitý dóm. Zde by se zkoumaly horniny tohoto typu měsíčních útvarů, zdroje magmatu a jejich vývoj i role koncentrace thoria v těchto procesech.

Zatím se jako nejnadějnější místo jeví varianta A. Zde by bylo možné získat velmi mladé lávové horniny. Výhodou je nejen vědecká atraktivita, ale také hladký a nekomplikovaný terén s minimálním rizikem při přistávání. S největší pravděpodobností by tak měla sonda přistát zde. Po nasbírání dostatečného množství vzorků by pak vyslala návratové pouzdro zpět k Zemi.

Lávové dómy v oblasti Mons Rümker (zdroj: Y. Q. Qian et al./AGU100).

Celá sestava bude mít při startu hmotnost 8,2 t. Samotná sonda, jejíž hmotnost při startu bude zhruba 3860 kg, se bude zase skládat ze čtyř částí. Orbitální modul zůstane na dráze okolo Měsíce. Přistávací modul bude obsahovat i malé vozítko a návratovou část. Systém bude schopen nasbírat až 2 kg vzorků z míst i 2 m pod povrchem. Ty se umístí na návratovou část, která odstartuje na oběžnou dráhu okolo Měsíce. Na ní se setká s orbitální částí, která dopraví vzorky na Zemi. Hmotnosti přistávacího modulu a vozítka budou podobné těm z předchozích misí, které na Měsíci přistály.

Pokud se tento let vydaří, bude jeho záloha využita pro misi Čchang-e 6. Na rozdíl od předchozí mise Čchang-e 5, která bude čistě čínská, ponese opět zahraniční přístroje, tentokrát je dodá i Francie. Ta by měla dopravit vzorky z odvrácené strany Měsíce v oblasti jeho jižního pólu. Zatím se uvažuje, že by to mohlo být v roce 2022 až 2023. Tato mise by pak byla přechodem do čtvrté etapy čínského dobývání Měsíce. V té by se měla postupně v oblasti jižního pólu Měsíce vybudovat automatická měsíční základna. Sondy Čchang-e 7 a 8 by měly být složeny z orbitální části, přistávacího modulu a vozítka.

Úspěšný start rakety Dlouhý pochod 5 koncem roku 2019 otevřel cestu i k nové měsíční misi (zdroj CASC).

Měly by hlavně studovat zdroje surovin na Měsíci a možnost jejich využití například pro stavbu budov pomocí 3D tisku. Zároveň by se testovaly možnosti přežití živých organizmů a metody jejich pěstování v tamních podmínkách. Čtvrtá etapa by mohla být zahájena zhruba okolo roku 2023, ale její přesný popis i rozvrh zatím publikovány nebyly.

Závěr.

V druhé polovině roku by se konečně měla uskutečnit čínská mise Čchang-e 5, která odebere vzorky z povrchu Měsíce a dopraví je na Zemi. Optimismus vůči úspěšné realizaci vzbuzuje i velmi spolehlivé fungování přistávacího modulu a vozítka sondy Čchang-e 4, které už jsou na Měsíci více než 17 měsíčních dnů. Zároveň proběhlo několik úspěšných startů nosné rakety Dlouhý pochod 5, která sondu Čchang-e 5 vynese do vesmírného prostoru.

Pokud se mise zahajující třetí etapu čínského měsíčního programu povede, půjde o klíčový krok k cestě k etapě čtvrté a vybudování automatické měsíční základny, a nakonec i k tomu hlavnímu cíli, kterým je bezesporu přistání a práce čínských kosmonautů na povrchu Měsíce.

Sonda Čchang-e 5 bude ze čtyř částí, servisního modulu, návratového pouzdra, které nebudou přistávat na Měsíci a dvou přistávajících částí, kterými bude přistávací modul a přepravní zařízení, které odebere vzorek a dopraví ho na oběžnou dráhu okolo Měsíce. (Zdroj CAST/Spaceflight101).

Doplnění – přesnější informace o průběhu letu Čchang-e 5 a odběru vzorků

Na základě diskuze a otázek čtenářů bych připojil ještě upřesnění o způsobu odběru vzorků i samotného letu. Celý systém bude obsahovat čtyři části. Servisní modul, návratové pouzdro a ze dvou komponent složenou přistávací část, která bude obsahovat přistávací modul a zařízení pro odběr vzorku a jejich dopravu na oběžnou dráhu okolo Měsíce. Nebude nakonec obsahovat vozítko.

Schéma přistávacího modulu s částí, která zajistí přepravu vzorku na měsíční orbitu a podrobněji ukázaným odběrovým zařízením. (Zdroj: Harbin Institute of Technology).

Samotné odběrové zařízení bude obsahovat robotické rameno, které má na konci lopatku pro sběr vzorků a systém pro jejich zpracování využívající vibrační a další separační metody, které umožňují získat několik oddělených vzorků tak, aby se vzájemně nepromíchaly (nekontaminovaly). Přistávací část také obsahuje vrtací a penetrační mechanismus. Ten umožní získat více vzorků ve formě celistvého jádra až do zmíněné hloubky 2 m. Jádra budou v trubici, která umožní jejich bezpečnou dopravu bez poškození během letu i přistání.

Dá se očekávat, že bude snaha veškeré odběrové a vrtací práce uskutečnit během měsíčního slunečného dne, aby se vyloučilo možné poškození přistávacího modulu během extrémního chladu v průběhu měsíční noci. Podrobnější popis je zde.

Přednáška o současném návratu člověka na Měsíc a k cestě k měsíční základně:

Napsáno pro servery Osel a Kosmonautix.