Negli ultimi due decenni la Cina ha costantemente lavorato e messo in gioco moltissime risorse per costruire il proprio programma di esplorazione lunare. Chang’e 5 sarà il culmine di tutto quello svolto con le precedenti quattro missioni del programma CLEP (Chinese Lunar Exploration Program) e con la missione Chang’e 5-T1.
Poco dopo le 21:30 del 23 novembre (ora italiana) è partita con successo la missione cinese verso la Luna. Il Lunga Marcia 5 ha completato alla perfezione la sua missione. L’allunaggio è ora previsto per il 30 novembre e il ritorno a Terra dei campioni raccolti per il 15 dicembre.
Per meglio collocare Chang’e 5 nel mosaico che compone l’impresa cinese verso la Luna è necessario capire che fin dal principio Pechino ha ragionato ad un piano pluridecennale articolato su diverse fasi. Ognuna di esse rappresenta un piccolo passo che avvicina sempre di più la Cina al sogno dello sbarco di taikonauti sul suolo lunare.
Con le prime due missioni del prgramma, ossia Chang’e 1 (2007) e Chang’e 2 (2010) si è conclusa la prima fase del CLEP, il cui obbiettivo era raggiungere con successo l’orbita lunare. Nella seconda fase la Cina ha archiviato con successo anche il raggiungimento della superficie, con un lander e col piccolo rover Yutu di Chang’e 3 (2013). Con Chang’e 4 (2018) la Cina raggiunge un importante primato facendo allunare un lander con rover sul lato nascosto della Luna per la prima volta nella storia.
Il penultimo punto delle quattro fasi di Pechino è raccogliere e riportare dei campioni sulla terra, che sarà lo scopo della missione Chang’e 5 . Come già detto, esiste anche Chang’e 5-T1 (2014), ossia una missione propedeutica a Chang’e 5 con la quale la Cina sperimentò diverse manovre per il rendezvouz in orbita lunare, ma sopratutto testò con successo la capsula di rientro dei campioni.
Obbiettivi
Chang’e 5 non è solo una prova di forza da parte della Cina in ambito tecnico, ma una grande opportunità per tutta la comunità scientifica di capire la storia e l’evoluzione del sistema Terra-Luna. Infatti, se tutto andrà come previsto, verranno portati sulla Terra dei campioni di suolo molto “giovani” formati da circa 1.2 miliardi di anni. Un’età decisamente inferiore rispetto ai campioni portati dalle missioni Apollo e da quelle sovietiche Luna il cui range varia tra 3.1 e 4.4 miliardi di anni.
La possibilità di poter analizzare e comparare questi campioni sulla terra è di fondamentale importanza, dato che molte analisi nello spazio non possono essere fatte. Da una parte per la grandezza di certi strumenti da laboratorio che è impossibile rimpicciolire, dall’altra ci sono analisi che richiedono troppa energia, non ottenibile nello spazio.
Un’altra importante novità di Chang’e 5 sarà la zona di allunaggio, situata nella prossimità del Mons Rumker nella regione Oceanus Procellarum, zona mai esplorata fino ad oggi da nessuna delle missioni robotiche o umane.
Struttura e fasi della missione
Il fattore tempo nella missione è fondamentale. Il lander dovrebbe allunare il 27 novembre, all’alba del giorno lunare nelle regione designata. Da questo momento le operazione sulla Luna potranno durare al massimo 14 giorni, ossia il periodo di luce nel giorno lunare. Se tutto andrà come previsto, i campioni atterranno nella Mongolia interna il 15 dicembre.
Chang’e 5 si compone di quattro distini elementi: un modulo di servizio, una capsula per il rientro dei campioni, il lander e un veicolo di ascesa che porterà i campioni dalla sulla superficie ai primi due elementi rimasti in orbita. In totala la massa al lancio di Chang’e 5 sarà di 8200kg spingendo quasi al limite le prestazione del vettore su cui verrà lanciato: il Lunga Marcia 5.
Modulo di Servizio
Il compito del modulo di servizio (orbiter) sarà manovrare tutte le componenti della missione tramite il proprio sistema di propulsione basato sull’esperienza di Chang’e 3 con l’utilizzo di propellenti ipergolici. Oltre alle manovre di immisione in orbita lunare, il modulo attenderà per oltre venti giorni in attesa del docking con la capsula contenente i campioni.
Una volta che questi saranno assicurati nella capsula di rientro, il modulo fornirà la spinta necessaria per dirigersi verso Terra. Nel corso di tutta la sua missione il modulo di servizio verrà utilizzato come ponte per le cominicazione della missione.
Capsula di rientro
Dal punto di vista del design questa capsula riprende la geometria della Shenzou, ma in una versione in scala ridotta. Una delle principali modifiche rispetto alla “sorella maggiore” è uno scudo termico rinforzato. Infatti, se in un normale profilo di rientro dall’orbita bassa terrestre la velocità è di circa 8 km/s nel caso di Chang’e 5 si arriverà a 11 km/s.
Al fine di garantire il rientro entro un range temporale ragionevole, la capsula impiega un sistema di motori direzionali che verrano impiegati prima del rientro atmosferico per aggiustare la traiettoria di rientro. Nelle ultime fasi di atteraggio verrano dispiegati dei paracaduti in successione e non vi sarà alcun elemento propulsivo.
Lander
Il lander di Chang’e 5 si basa sull’eredità di Chang’e 3 adoperando lo stesso design, con la grande eccezione della parte superiore in cui verrà ospitato il veicolo di ascesa. Il lander dispone di due pannelli solari che possono essere ripiegati ed un motore principale da 7.5 kN oltre ad altri 28 per il controllo dell’assetto che variano da 10 a 150 N.
Una delle caratteristiche cardine del lander è sicuramente il sistema di atteraggio autonomo. Sviluppato sulle precedenti due missioni Chang’e e riutilizzato su Tianwen-1, il sistemasi si avvale di diversi laser oltre che sistemi ottici per ricreare una mappa tridimensionale della zona di allunaggio. Ottenuta questa mappa il computer di bordo può decidere in autonomia la zona migliore, ossia libera da ostacoli e dislivelli impegnativi.
Nel lander spicca anche un braccio robotico munito di trivella, quest’ultima potrà scavare fino a due metri nella superficie lunare per la raccolta di campioni che verrannò messi sul veicolo di rientro.
A circa due metri dalla superficie, il motore principale del lander si spegne al fine di evitare una nuvola di detriti che potrebbe compromettere la missione. L’assorbimento di tutta l’energia rimenate è affidato alle quattro “zampe” appositamente studiate realizzte delle leghe metalliche appositamente sviluppate.
Veicolo di ascesa
L’ultimo pezzo del complesso puzzle di Chang’e 5 è il veicolo di ascesa il cui compito sarà di portare i 2kg di rocce lunari in orbita lunare per effettuare un rendezvous con il modulo di servizio e la capsula. Al fine di semplificare gli elementi della missione, tale veicolo impoiega lo stesso motore principale del lander.
Il veicolo di asscesa è dotato anche di due pannelli solari dispegabili che durante il viaggio e sulla superficie lunare saranno in posizione ritratta.
Un altro volo del Lunga Marcia 5
Con questo lancio, la Cina potrebbe portare a termine l’ultimo dei tre grandi progetti del 2020 che pianifica da inizio anno. In tutte queste missioni, il protagonista è sicuramente stato anche il vettore pesante Lunga Marcia 5 che ha portato a termine con successo le due precedenti missioni, il lancio del rover TianWen-1 verso Marte a luglio, e il lancio di prova della nuova capsula per il trasporto umano cinese a Maggio.
Quest’ultimo fatto è non banale, poiché il LM-5 è uscito da poco da una pesante riprogettazione dei motori YF-77 del primo stadio. Tale modifica fu necessaria dopo che il secondo volo del LM-5 nel 2017 si concluse in un fallimento causato da un malfunzionamento in una turbopompa dell’ossidante.
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