תוכנית החלל הסינית לחקר הירח

תוכנית החלל הסינית לחקר הירח (במנדרינית: 中国探月 ובאנגלית: Chinese Lunar Exploration Program  (CLEP)), הידועה גם כפרויקט צ'אנג-אה (במנדרינית: 嫦娥工程, על שמה של אלת הירח הסינית צ'אנג-אה) היא תוכנית מתמשכת של משימות רובוטיות לחקר הירח, המנוהלת על ידי מינהל החלל הסיני (CNSA). התוכנית משלבת גשושיות, מקפות ירח, נחתות, רוברים וחלליות להחזרת דגימות מהירח, ששוגרו באמצעות משגרי צ'אנג ג'נג. השיגורים והגששויות משתמשים בשילוב אנטנות רדיו - אנטנות של 40 מטר הנמצאות בבייג'ינג ואנטנות 50 מטר בקומינג בשאנגחאי ובאורומצ'י כדי ליצור מערך אינטרפרומטרי של VLBI.

החללית הראשונה של התוכנית, המקפת צ'אנג-אה 1, שוגרה ממרכז מרכז שיגור הלוויינים שיצ'אנג ב-24 באוקטובר 2007. המקפת השנייה, צ'אנג-אה 2, שוגרה ב-1 באוקטובר 2010.

השלב השני של התוכנית התחיל עם משימת צ'אנג-אה 3, שכללה נחתת ורובר, ושוגרה ב-1 בדצמבר 2013. משימה זו נחתה בהצלחה על הירח ב-14 בדצמבר 2013.

צ'אנג-אה 4, גם כללה נחתת ויוטו 2, שוגרה ב-7 בדצמבר 2018 ונחתה בהצלחה ב-3 בינואר 2019 על אגן הקוטב הדרומי-אייקטן, בצד הרחוק של הירח, המשימה הראשונה בהיסטוריה לנחות בהצלחה בצד זה. כדי לצור קשר עם הרובר, שוגרה החללית צ'ואה צ'יאו  להעברת מידע, הנמצאת בנקודת לגראנז' L2 בין כדור הארץ והירח.

בשנת 2020 שוגרה משימת צ'אנג-אה 5 לנחיתה והחזרת דגימות מהירח. החללית שוגרה ב-23 בנובמבר 2020, נחתה על הירח ב-1 בדצמבר 2020, אספה דגימות מהקרקע ושוגרה מהירח ב-3 בדצמבר 2020. לאחר מפגש במסלול סביב הירח, שבה החללית עם הדגימות חזרה לכדור הארץ ב-16 בדצמבר 2020. זוהי החללית הראשונה שהחזירה דוגמיות מהירח מאז לונה 24, והפעם הראשונה מאז שנות ה-70 של המאה ה-20 שמדינה נוספת החזירה דגימות מהירח מלבד ארצות הברית וברית המועצות.

המטרה הסופית של התוכנית היא לסלול את הדרך למשימות מאוישות לחקר הירח. ראש מינהל החלל הלאומי של סין, ג'אנג קהג'ייֵן, הודיע בשנת 2019, כי סין מתכננת להנחית צוות על הקוטב הדרומי של הירח "בעשר השנים הבאות" (2029–2030).

מבנה התוכנית 
תוכנית חקר הירח הסינית מחולקת לארבעה שלבים מבצעיים עיקריים, כאשר כל משימה משמשת כמדגים טכנולוגי לקראת משימות עתידיות. סין מזמינה שיתוף פעולה בינלאומי בצורת מטענים שונים ותחנת חלל רובוטית.

השלב הראשון: מקפות לחקר הירח 
השלב הראשון כלל שיגור של שתי מקפות לחקר הירח, והושלם בהצלחה.
 צ'אנג-אה 1, שוגרה ב-24 באוקטובר 2007 על משגר צ'אנג ג'נג 3A. ההגשושית עזבה את מסלול כדור הארץ אל עבר הירח ב-31 באוקטובר 2007 ונכנסה למסלול סביבו ב-5 בנובמבר 2007. הצילום הראשון של הירח נשלח מהגשושית ב-20 בנובמבר 2007 ועד 28 בנובמבר כל המטעדים המדעיים הוכרזו כתקינים. ב-12 בנובמבר 2008 שוחררה מפה של כל הירח שנוצרה מתצלומי צ'אנג-אה 1 שצולמו בין נובמבר 2007 ליולי 2008. המשימה תוכננה לפעול שנה אחת אך הורחבה והגשושית פעלה עד ל-1 במרץ 2009 אז הוצאה ממסלולה. היא התרסקה על קרקע הירח באותו יום בשעה 08:13 UTC. התצלומים שנשלחו מצ'אנג-אה 1 איפשרו ליצור מפה תלת־ממדית של הירח ברזולוציה הגבוהה ביותר מכל מפה אחרת של הירח.
 צ'אנג-אה 2, שוגרה ב-1 באוקטובר 2010 על צ'אנג ג'נג 3C, הגשושית חקרה את הירח ממסלול בגובה 100 ק"מ כהכנה לנחיתת הגשושית צ'אנג-אה 3 על הירח ב-14 בדצמבר 2013. צ'אנג-אה 2 נבנתה בצורה דומה לזאת של צ'אנג-אה 1 אך נכללו בה שיפורים מסוימים כמו מצלמה משופרת בעלת רזולוציה של מטר אחד. אחרי שהשלימה את משימתה העיקרית עזבה הגשושית את מסלולה סביב הירח ועברה לנקודת לגראנז' L2 על מנת לבחון את רשתות הבקרה והעיקוב של סין ובכך הפכה סוכנות החלל הסינית לסוכנות החלל השלישית אחרי נאס"א וסוכנות החלל האירופאית שהגיעה אל אותה נקודה. הגשושית נכנסה למסלול סביב L2 ב-25 באוגוסט 2011 והחלה לשדר מידע ממיקומה החדש בספטמבר 2011. ב-15 באפריל 2012 עזבה הגשושית את נקודת L2 במשימה מורחבת נוספת שמטרתה לבצע יעף על פני האסטרואיד 4179 טואוטאטיס. היעף בוצע ב-13 בדצמבר 2012 והמשימה צילמה את האסטרואיד גם במצלמת צבע. והתקשורת עמה אבדה ב-2014.

השלב השני: נחתות ורוברים על הירח 

השלב השני כולל משלב מקפות, נחתות על הירח ופריסה של רוברים לחקור את הירח. הנחיתות בוצעו גם בצד הקרוב וגם בצד הרחוק של הירח.
 צ'אנג-אה 3, שוגרה ב-2 בדצמבר 2013 על משגר צ'אנג ג'נג 3B, וכללה נחתת רובוטית ורובר בשם יוטו. ב-6 בדצמבר 2013 נכנסה החללית למסלול סביב הירח וב-14 בדצמבר 2013 נחתה על פניו, והייתה לחללית הראשונה שנחתה נחיתה-רכה על הירח מאז לונה 24 הסובייטית בשנת 1976. במהלך ינואר 2014 סבל הרובר מתקלות טכניות והקשר עמו נותק. ב-13 בפברואר הודיעה סוכנות הידיעות הממלכתית של סין כי הרובר שבק חיים באופן סופי. צ'אנג-אה 3 הייתה נקודת ציון חשובה בתוכנית המחקר הסינית, שכן זו הפעם הראשונה שסין הנחיתה גשושית מסוג נחתת על גוף שמימי והיא המדינה השלישית בעולם שמבצעת צעד כזה, לאחר ברית המועצות וארצות הברית.
 צ'אנג-אה 4 שוגרה ב-7 בדצמבר 2018. החללית נבנתה במקור כגיבוי לצ'אנג-אה 3 והפכה זמינה לשיגור לאחר שצאנג-אה 3 נחתה בהצלחה, והמשימה שלה שונתה. . המשימה כללה נחתת רובוטית ורובר יוטו-2. המשימה נכנסה למסלול סביב הירח ב-12 בדצמבר 2018. הנחתת נחתה על הצד הרחוק של הירח, ב-3 בינואר 2019 בשעה 02:26. בכך הפכה לחללית הראשונה אי פעם שנחתה בצד הרחוק של הירח. כדי לצור קשר עם הרובר בצד הרחוק של הירח, שוגר לוויין לממסר תקשורת שוגר למסלול סביב נקודת לגראנז' L2 בין הירח וכדור הארץ במאי 2018.

השלב השלישי: החזרת דגימות מהירח 
השלב השלישי כולל משימות להחזרת דגימות מהירח.
 צ'אנג-אה 5 T1  שוגרה ב-23 באוקטובר 2014. זו הייתה משימת הוכחת טכנולוגיות ששוגרה לירח, ונועדה לבחון את שלב ההחזרה של הדגימות לאטמוספירה של כדור הארץ. הגשושית טסה וחלפה סביב הירח והקפסולה של החזרת הדגימות, שנקראה שׂיאופיי (Xiaofei) נחתה בהצלחה במונגוליה הפנימית ב-31 באוקטובר 2014. בחללית לא היו דגימות אבל נבדק התהליך של ההחזרה מהירח ועד הנחיתה המוצלחת. בנוסף, "מודול השירות" של החללית נשאר במסלול סביב הירח, צילם אתרים לנחיתה וביצע אימון וירטואלי של התחברות עם חללית שהמריאה מהירח. על החללית היו גם מטע"דים מסחריים של חברת LuxSpace לחובבי רדיו, ומדיד קרינה של חברת iC-Málaga הספרדית.
 צ'אנג-אה 5 - משימה להחזרת דגימות מהירח. הגשושית שוגרה ב-23 בנובמבר 2020, ממרכז שיגור הלוויינים וונצ'אנג. המשימה כללה נחתת שנחתה על הירח ב-1 בדצמבר 2020, ואספה דגימות במסה של 1,731 גרם, כולל מידע מחפירות בעומק של 1 מטר מהירח. המשימה המריאה מהירח וחברה בצורה אוטונומית למודול השירות שחיכה לה סביבה המסלול וחזרה לכדור הארץ עם הדגימות ב-16 בדצמבר 2020. זוהי המשימה הראשונה להחזרת דגימות מהירח מאז לונה 24 ב-1976, ועם סיומה המוצלח הפכה סין למדינה השלישית בהיסטוריה שביצעה החזרת דגימות מהירח לאחר ארצות הברית וברית המועצות.

שלב רביעי: תחנת מחקר על הירח 
שלב זה כולל הקמה ובנייה של תחנת מחקר רובוטית ליד הקוטב הדרומי של הירח.

המשימות המתוכננות לשלב זה יכללו:
צ'אנג-אה 6  - משימה זו תשוגר בסביבות 2023 או 2024. המשימה נבנתה כגיבוי למשימת צ'אנג-אה 5, ומורכבת מארבעה מכלולים - הנחתת תאסוף דגימות של כ-2 ק"ג מקידוחים מתחת לפני השטח, ותעביר לחללית שתשוגר ותמריא מהירח, תבצע תמרון אוטונומי למקפת ותחזור לכדור הארץ. לאחר הצלחת משימת צ'אנג-אה 5, יעד הנחיתה כנראה יעבור לכיוון הקוטב הדרומי של הירח או ליד מכתש אייקן. המשימה תכלול שיתוף פעולה עם סוכנות החלל הצרפתית.
צ'אנג-אה 7  אמורה להיות משוגרת ב-2023 והיא משימה שאמורה לחקור את הקוטב הדרומי של הירח. המשימה תכלול מקפת ונחתת, ובנחתת יהיה רובר וגם יחידת מקפצת רובוטית.> כמו כן יהיה לוויין ממסר התומך בהעברת מידע מהמשימה, כמו שהיה בשלב של צ'אנג-אה 4.
 צ'אנג-אה 8, אמורה להיות משוגרת בשנת 2027, אמורה להיות משימת הדגמה של ניצול משאבים מקומיים (ISRU), כלומר שימוש במשאבים על הירח לבניית מבנה. המשימה תכלול מקפת, נחתת, רובר ומסוק ותבדוק טכנולוגיות חדשות. כמו כן יהיה ניסוי של מערכת אקולוגית אטומה, הנחוצה להקמת בסיס מדעי על הירח.

משימות מאוישות לירח 
נכון ל-2020, סין מנהלת מחקרים ראשוניים לבחינת התכנות של נחיתה מאוישת על הירח בשנות ה-2030. ייתכן שסין מעוניינת לבנות בסיס מאויש ליד הקוטב הדרומי של הירח כחלק משיתוף פעולה בינלאומי.

רשימת משימות

טכנולוגיות מפתח הנדרשות להצלחת התוכנית

תקשורת פיקוד וטלמטריה לטווח ארוך 
אחד האתגרים הראשוניים להצלחת התוכנית הייתה הקמה והפעלת מערכת לתקשורת פיקוד וטלמטריה (TT&C) שתוכל לתקשר עם הגשושיות סביב הירח.

עמידה בתנאי הסביבה של מסלולים ונחיתה לירח 
סביבת החלל במסע לירח מורכבת ודורשת עמידה גבוהה יותר בקרינה מאשר במסלול סביב כדור הארץ. כמו כן, אמינות הרכיבים ויכולות זיהוי תקלות נדרשות לאור חוסר תקשורת רציפה עם הגשושיות. טווח הטמפרטורות הקיצוני בנחיתה על הירח דורש בחירה קפדנית של חלקים ויכולת בקרה תרמית גבוהה. נדרשת יכולת של הרוברים לשרוד לילה ירחי.

תכנון המסלול ובקרת הטיסה 
תכנון מסלולים לירח מורכב יותר ממסלולי לוויינים סביב כדור הארץ ודורש יכולת לפתור ולהתמודד עם בעיית שלושת הגופים (כדור הארץ, ירח והגשושית). המשימות צ'אנג-אה 1, צ'אנג-אה 2 וצ'אנג-אה 3 נשלחו בתחילה במסלול אליפטי החוצה את מסלול הירח וביצעו תמרון כדי להיכנס ולהתפס במסלול סביב הירח. עם הצלחת תמרון זה, ביצעו תיקוני מסלול כדי להיכנס למסלול הסופי סביב הירח, במספר שלבים.

בקרת הכוון 
בזמן תפעול המשימות הגשושיות נדרשות לשמור על הכוון יחסי ספציפי ביחס לכדור הארץ, הירח והשמש. המטע"דים המדעיים צריכים לשמור על הכוון לירח, האנטנות צריכות להיות מכוונות לכדור הארץ כדי לקבל פקודות ולהעביר מידע, והפאנלים הסולרים צריכים להיות מכוונים לשמש כדי להשיג חשמל לתפעול. מהלך התפעול הוא ביצוע מיטוב בין כל הצרכים של תתי-המערכות והמטע"דים.

הימנעות מסכנות 
במהלך השלב השני של התוכנית, בו מבצעים נחיתה רכה על הירח, היה צורך לתכנן מערכת אוטומטית להימנע מסכנות כדי לא לנחות על משטחים שאינם מתאימים ויכולים לפגוע בנחתת. צ'אנג-אה 3 השתמשה במערכת ראייה ממוחשבת ששכללה עיבוד תמונה וזיהוי סכנות מהתמונות המצולמות ושני מכשירי מדידת טווח לקרקע. במהלך השלבים האחרונים של הנחיתה, התוכנה פעלה כדי להתאים את קצב ירידת המסלול וביצועי המדחפים. החללית ריחפה תחילה בגובה 100 מטר, ואז בגובה 30 מטר, כאשר חיפשה מקום מתאים לנחיתה. הרובר יוטו מצויד גם הוא במצלמות קדמיות הנותנות ראיית סטריאו ובשילוב עיבוד תמונה כדי להימנע מסכנות.

שיתופי פעולה בין-לאומיים

שיתוף פעולה עם סוכנות החלל הרוסית
בנובמבר 2017 חתמו סין ורוסיה על הסכם בנושא שיתוף פעולה בחקר הירח והחלל העמוק. ההסכם כולל שישה חלקים, המכסים חקר הירח, חלל עמוק, פיתוח חלליות משותפות, אלקטרוניקה לשימוש בחלל, שיתוף פעולה בחישה מרחוק של כדור הארץ וניטור פסולת חלל. שיתוף פעולה בתחום הטיסות המאוישות לירח נדון גם כן.

שיתוף פעולה עם סוכנות החלל הצרפתית
בשלב השלישי של התוכנית, דובר על שיתוף פעולה עם סוכנות החלל הצרפתית ושימוש במטע"דים של הסוכנות בחלק מהמשימות. מתוכנן מטעד צרפתי על צ'אנג-אה 6.

אנשי מפתח בתוכנית 
 ג'אנג צ'ינגוויי  ראש תוכנית החלל הסינית לחקר הירח.
 אוׂאוּיאנג דזיואן , גאולוג, קוסמולוג והמדען הראשי של התוכנית.
 יה פייג'ייֵן  המתכנן הראשי של התוכנית.
 מה שׂינג ז'וויי  ראש משימת צ'אנג-אה 3.
 סון ג'יה דונג , מהנדס אווירונאוטיקה וחלל ומהנדס המערכת הראשי של התוכנית.

ראו גם 
 תוכנית החלל הסינית

קישורים חיצוניים 

 
 המטרות המדעיות של פרויקט חקר הירח הסיני מאת אוׂאוּיאנג דזיואן, המדען הראשי של התוכנית, 26 באוקטובר 2007

הערות שוליים 

משימות לחקר הירח
תוכנית החלל הסינית