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Chang'e 4
Riepilogo

L'esploratore lunare Chang'e 4 è il backup del Chang'e 3 ed è composto da un satellite relay di comunicazione, un lander e un rover. Lanciato nel 2018 è programmato per atterrare al Polo Sud, nel Bacino di Aitken, per svolgere rilevamenti e ricognizioni sul lato nascosto della Luna con il supporto delle comunicazioni del satellite relay.
La missione di Chang'e 4 è stata pianificata per trasportare sei carichi scientifici per le corrispondenti attività programmate: i tre sul lander sono la Fotocamera di Atterraggio (LCAM), la Fotocamera di Terra (TCAM) e lo Spettrometro a Bassa Frequenza (LFS) mentre i tre carichi sul rover sono la Fotocamera Panoramica (PCAM), il Radar Lunare di penetrazione (LPR), e lo Spettrometro per l'Imaging a infrarossi(VNIS). L'LFS è stato sviluppato appositamente per il lander di Chang'e 4 mentre gli altri cinque sono gli strumenti ereditati dalla precedente missione Chang'e 3.
Oltre ai sei indicati vi sono anche tre carichi schientifici internazionali in collaborazione congiunta.

Il programma cinese di esplorazione lunare (CLEP) è diviso in tre fasi: Orbitale (Fase I), Atterraggio (Fase II) e Ritorno Campioni (Fase III). Nella Fase I il satellite relay sarà posizionato nel punto L2 Lagrange Terra-Luna e, lanciato nel Giugno 2018, prevede un periodo di funzionamento in orbita di 3 anni. Per la Fase II il lander e il rover sono stati sviluppati dopo Chang'e 3 e sono stati lanciati nel Dicembre del 2018. Dopo i 27 giorni di volo previsti atterreranno vicino al Polo Sud, nel Bacino di Aitken, eseguendo il primo allunaggio della storia sul lato nascosto della Luna per poi proseguire con i rilevamenti e gli esperimenti scientifici della Fase III.
Gli obiettivi e i carichi scientifici della missione Chang'e 4 sono stati progettati grazie dell'esperienza e ai dati raccolti durante la precedente missione Chang'e 3. Il rover di Chang'e 3 ebbe una missione di durata pianificata di tre mesi e il lander di un anno, ottenendo diversi risultati utili alla nuova missione come la foto panoramica della superficie lunare ottenuta con la PCAM installata. Queste immagini sono state utilizzate per l'analisi delle caratteristiche morfologiche e strutturali del sito lunare. La Fotocamera a Raggi Ultravioletti (EUVC) del CE-3 ottenne il 25 dicembre 2013 l'imaging del plasmasfera terrestre in 30.4 nm di lunghezza d'onda riuscendone ad avere, per la prima volta, una visione continua e grandangolare dalla Luna.

Specifiche Tecniche

Il TCAM, LCAM e LFS sono stati scelti come carichi scientifici per il lander di Chang'e 4, mentre il rover è equipaggiato con differenti carichi, inclusi PCAM, LPR e VNIS. Il lander e rover hanno installato un apposito sistema che è stato progettato per elaborare, archiviare e controllare i dati dei carichi scientifici e assegnare i task ai sensori del singolo carico.

Fotocamera di Atterraggio (LCAM)

La LCAM è montata sul fondo del veicolo spaziale e il suo asse ottico punta verso il suolo lunare, pesa 0,5 kg e le sua dimensioni sono di 116x100x70,4 mm. E' costituita da un sistema ottico, un sistema meccanico, le unità elettroniche di controllo, e utilizza un sensore complementare di immagine a semiconduttore in ossido di metallo (CMOS) come dispositivo di rilevamento. La fotocamera ha ripreso la discesa della navicella verso la luna con una risoluzione di 1024x1024 pixel a 10 fotogrammi al secondo. Da un altezza di 12 km dalla superficie lunare ha iniziato a produrre un video in alta risoluzione del sito di atterraggio continuando la ripresa sino al suolo. Durante questa ripresa è stata impostata una breve esposizione nella LCAM per compensare le oscillazioni orizzontali e verticali che potevano disturbare la qualità complessiva delle immagini.

Fotocamera del Terreno (TCAM)

La fotocamera del terreno è una fotocamera CMOS a colori ad alta risoluzione utilizzata per le riprese della superficie lunare e del rover. La fotocamera è posizionata cima al lander su una barra che consente una rotazione a 360° che può inoltre oscillare in alto e in basso con un angolo di 120°. Gli scienziati utilizzano la fotocamera per creare una mappa dell'area in cui si trova lander oltre a cercare rocce e terreni per le indagini. Gli ingegneri la utilizzano per impostare le manovre del rover studiando i percorsi e verificando le operazioni da svolgere per avvicinarsi alle rocce. Il peso della TCAM è di 0,64 kg e la dimensione del corpo è 92x105x118,9 mm.

Radio Spettrometro a Bassa Frequenza (LFS)

Gli obiettivi scientifici del LFS sono di indagare sulle basse frequenze del campo elettrico generato dalle eruzioni solari e per studiare la ionosfera lunare. Al fine di servire a questo scopo l'LFS è sviluppato per rilevare il campo elettrico a bassa frequenza dal sole, dello spazio interplanetario e dello spazio galattico.
Nell'LFS, verrà utilizzato l'elemento dell'antenna composta da tre componenti per ricevere le onda elettromagnetiche provenienti dal sole e dallo spazio. Secondo la teoria della propagazione delle onde radio, possiamo ottenere l'intensità, lo spettro, la variazione temporale, la polarizzazione della bassa frequenza dell'onda elettromagnetica e la direzione della sorgente di radiazioni utilizzando i dati ricevuti dai tre componenti. L'LFS è composto da un'unità elettrica, un preamplificatore e tre antenne riceventi.

Fotocamera Panoramica (PCAM)

La PCAM è composta da due telecamere con funzioni, prestazioni e interfacce indentiche ed è posizionata sulla barra in cima al rover lunare che consente alle telecamere di ruotare a 360° per ottenere una vista panoramica. Può acquisire immagini 3D della superficie lunare basate sul principio della stereoscopia. Combinato con il design di integrazione PCAM è costituito da un sistema ottico, un sistema meccanico, un'unità di controllo termico. La fotocamera ha anche la capacità di effettuare riprese a colori e immagini pancromatichecon un FOV di 19,6° x 14,5° utilizzando un filtro Bayer che copre il sensore CMOS per la conversione. Il peso totale della PCAM è 0,69 kg e la dimensione del corpo è 90x110x120 mm.

Radar Lunare di penetrazione (LPR)

L'obiettivo scientifico del LPR è di rilevare la struttura del sottosuolo lunare lungo il tragitto percorso dal rover per misurare lo spessore e la struttura della regolite. LPR si avvia quando si muove il rover e durante questa operatività, al fine di bilanciare la profondità di rilevamento e la sua risoluzione, verranno utilizzati due canali di rilevamento. L'LPR è un radar a impulsi al nanosecondo con antenne bistatiche che funzionano nel dominio del tempo. Gli impulsi al nanosecondo a banda larga prodotti dal trasmettitore sono inviato attraverso l'antenna trasmittente fino alla superficie. L'eco del segnale che colpisce il bersaglio sotterraneo viene ricevuto dall'antenna ricevente, amplificato nel ricevitore e quindi registrato come record di dati. Le bande di frequenza dei due canali dell'LPR sono rispettivamente 40-80 MHz e 250-750 MHz.

Spettrometro per Imaging a infrarossi (VNIS)

La missione principale di VNIS è acquisire l'immagine spettrale visibile e la curva spettrale dell'infrarosso attorno all'area di rilevamento per analizzare la composizione e la distribuzione dei minerali. Il VINS è composto da un sensore e da unità elettroniche e il suo peso è di 4.69 kg con la dimensione del corpo è 255 x 172 x 162 mm.

Dispositivi della Cooperazione Internazionale

La missione Chang'4 trasporta tre carichi di collaborazione internazionale che includono: il Lunar Lander Neutrons e Dosimetry (LND) posto sul lande, l'Advanced Small Analyzer for Neutrals (ASAN) sul rover, e Netherlands-China Low-Frequency Explorer (NCLE) sul satellite relay.

Denominazione Scopo e Caratteristiche Partner Straniero Tipologia
Lunar Lander Neutrons and Dosimetry(LND) Misura la radiazione delle particelle della superficie lunare e lo spettro del trasferimento lineare di energia (LET), inoltre misura lo spettro energetico continuo e lo spettro termico dei neutroni veloci. Università di Kiel (Germania) Lander
Advanced Small Analyzer for Neutrals(ASAN) Studia il meccanismo della polverizzazione catodica nell'atmosfera e misura la radiazione di ritorno degli atomi energetici neutrali presenti sulla superficie lunare. Istituto di Fisica Spaziale, Svezia Rover
Netherlands-China Low-Frequency Explorer (NCLE) Mappa il cielo nelle onde radio a bassa frequenza per studiare la Galassia su vasta scala e rilevare i lampi radio veloci di stelle e pianeti. Università Radboud Nijmegen, Olanda Relay S/C

Cronologia Missione
07-12-2018 Chang'e 4: lancio dallo Xichang Launch Center (CH)
12-12-2018 Chang'e 4: inserimento nell'orbita della Luna
04-01-2019 Chang'e 4: atterraggio sul lato nascosto della Luna
Oggetti
  • Luna
    Satellite naturale

    Il solo satellite della Terra che orbita a circa 384400 km dal pianeta.

Obiettivi

Sulla base del massimo riutilizzo della tecnologia di Chang'e 3, gli obiettivi scientifici per la missione di Chang'e 4 selezionati sono i seguenti:
- studi radio-astronomici a bassa frequenza sulla superficie della Luna
- indagine della struttura superficiale del lato nascosto della Luna
- ricerca topografica e la composizione mineralogica

Studi radio-astronomici a bassa frequenza sulla superficie della Luna

La Radioastronomia a bassa frequenza nella banda al di sotto dei 10 MHz non può essere effettuata da terra o essere eseguita correttamente dallo spazio a causa delle interruzioni prodotte dalla ionosfera terrestre, sia per le interferenze di radiofrequenza provocate dall'uomo (RFI) sia per il rumore della radiazione aurorale chilometrica (AKR). Ma il lato nascosto della Luna è protetto da entrambe le interferenze e inoltre, durante le ore notturne, anche dalle emissioni radio provenienti dal Sole. Ciò ha portato gli scienziati a ritenere il lato nascosto della Luna il luogo ideale per svolgere questa tipologia di esperimenti.
Per trarre vantaggio da questo ambiente radio unico la missione Chang'e 4 investigherà le caratteristiche radio a bassa frequenza della nostra Galassia su larga scala e svilupperà una nuova mappatura radio del cielo. Inoltre verrà svolto per la prima volta un esperimento di Interferometria a Base Molto Ampia tra la Luna e la Terra insieme agli studi a bassa frequenza della superficie.
La missione vuole inoltre scoprire i meccanismi che stanno dietro al fenomeno deii lampi radio veloci e offrirà una grande opportunità di studio delle emissioni radio del Sole sotto i 30 Mhz emessi durante le eruzioni solari che possono essere utilizzate per migliorare le previsioni del tempo nello Spazio.

Indagine della struttura superficiale del lato nascosto della Luna

Ci sono apparenti differenze nella geologia tra il lato visibile e quello nascosto della Luna e la loro genesi è uno dei problemi irrisolti nell'attuale studio della Luna. Il Bacino Polo Sud-Aitken (abbreviato SPA) che ha un diametro di 2500 km e una profondità di 12 km è uno dei più grossi e antichi crateri. Il forte impatto ha esposto la più profonda crosta lunare e probabilmente materiali del mantello, elementi fondamentali per lo studio della composizione della Luna. In base ai dati raccolti dall'Altimetro Laser durante la missione Clementine della NASA, sono state identificate tre larghe strutture circolari nella zona nord-est del bacino. La correlazione tra la loro forma e la formazione e l'evoluzione dell'SPA è ignota e deve essere ulteriormente approfondita.

Ricerca topografica e la composizione mineralogica
La superficie lunare non è solo una manifestazione completa dell'evoluzione della Luna ma anche il prodotto di materiali esterni che in seguito a impatti sono venuti a contatto con essa. Effettuare una ricerca topografica e della composizione dei minerali presenti nell'area di analisi è indispensabile per le ricerche scientifiche. I crateri sono una delle caratteristiche geomorfiche prevalenti sulla superficie lunare. L'analisi della loro morfologia, della struttura e le caratteristiche spettrali dei crateri principali forniranno informazioni abbondanti sul meccanismo di craterizzazione, sugli effetti degli impatti con corpi esterni e sulla storia dell'evoluzione lunare. Il Bacino SPA è stato selezionato come sito di atterraggio per la missione Chang'e 4 prendendo in considerazione le sue composizioni materiali uniche e l'evoluzione geologica. I carichi scientifici e le relative esplorazioni includono LCAM e TCAM sul lander, e PCAM e VNIS su il rover, programmato per esplorare in-situ la superficie lunare tramite la topografia tridimensionale topografia e l'analisi dei materiali, in particolare per studiare la morfologia e la statistica di distribuzione dei crateri nella zona. Inoltre con l'ausilio del rilevamento dello spettro è possibile studiare i crateri con il metodo tridimensionale multi-spettro e ottenere la morfologia geometrica tridimensionale dei crateri, la loro distribuzione e la struttura del profilo del cratere. Con l'imaging spettrale è possibile identificare pirosseni, olivina e plagioclasio e altri minerali che formano roccia tramite l'assorbimento caratteristico dei minerali silicati. Questi campioni di roccia saranno fondamentali per studiare i componenti della crosta lunare e del mantello, così da rilevare l'evoluzione geologica dell'area e studiarne la possibile evoluzione stabilendo un modello evolutivo della geochimica e delle dinamiche tettoniche della Luna.

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