Chang'e 4 est une sonde spatiale lunaire chinoise dont le lancement a eu lieu le . L'engin est une réplique de la sonde lunaire , lancée en 2013. C'est le huitième engin spatial chinois lancé vers la Lune et le deuxième à s'y poser. comprend un atterrisseur et un astromobile (rover). Les deux engins spatiaux emportent plusieurs instruments dont des caméras, un spectromètre infrarouge pour mesurer la composition du sol à proximité du rover et un radar détectant la structure superficielle du sous-sol ainsi qu'un spectromètre radio pour analyser les éruptions solaires. La mission primaire doit durer .
La sonde spatiale s'est placée en orbite lunaire le . L'atterrisseur s'est posé sur la face cachée de la Lune le dans le cratère Von Kármán. Il s'agit du premier atterrissage d'un engin spatial sur cette face de la Lune. Un satellite de télécommunications, baptisé Queqiao a été placé au du système Terre-Lune pour jouer le rôle de relais, la Lune faisant obstacle aux communications entre et la Terre. Début 2023, soit quatre ans après son arrivée sur le sol lunaire, l'astromobile est toujours opérationnel et a parcouru .
Étymologie Le nom Chang'e vient du , déesse de la Lune dans la mythologie chinoise.
Contexte
La Chine développe rapidement son programme spatial dans tous les domaines au cours de la décennie 2010. En ce qui concerne l'exploration du système solaire, les responsables chinois ont concentré leurs efforts sur la Lune. Le programme chinois d'exploration lunaire démarre officiellement en . L'orbiteur est lancé en 2007. Lui succède en 2010 l'orbiteur qui est chargé d'effectuer des reconnaissances approfondies de la surface en vue d'un futur atterrissage des prochaines sondes spatiales. Après avoir rempli ses objectifs, quitte l'orbite lunaire et se positionne près du pour permettre aux opérateurs chinois de vérifier leur capacité à contrôler la sonde spatiale dans cette région éloignée de l'espace. La sonde spatiale quitte le pour survoler à très faible distance () l'astéroïde Toutatis en prenant des photos avec une résolution spatiale de . L'agence spatiale chinoise parvient à poser avec succès sur le sol lunaire en 2013 l'atterrisseur . Il s'est écoulé depuis le dernier atterrissage réalisé par une sonde spatiale soviétique. emporte un rover de .. Celui-ci parcourt une centaine de mètres avant de s'immobiliser un peu plus d'un mois après l'arrivée sur le sol lunaire. constitue une copie de mais le site d'atterrissage choisi est cette fois situé sur la face cachée de la Lune, ce qui rend impossible toute communication sauf à disposer d'un satellite relais. De manière symbolique, la Chine vise une première spatiale puisque ni la NASA ni l'Union soviétique n'ont jamais posé d'engins spatiaux sur cette face non visible depuis la Terre. La mission suivante a pour objectif de ramener un échantillon du sol lunaire sur Terre.
Sélection du site d’atterrissage Le site d'alunissage retenu, le cratère Von Kármán, est situé sur la face cachée de la Lune au sud-est de la Mare Ingenii et dans le bassin d'impact Aitken. Il constitue le plus ancien et le plus grand des cratères lunaires et à ce titre présente un intérêt particulier pour les scientifiques. La mission a pour objectif de déterminer la géologie de la région ainsi que la composition des roches et du sol..
Les responsables du projet avaient évoqué initialement le cratère Apollo comme la destination la plus probable. D'après les données recueillies par la sonde lunaire Chandrayaan-1, ce bassin d'impact situé sur la face cachée de la Lune pourrait contenir des matériaux en provenance des couches profondes de la croûte. D'autres destinations sont également à l'étude dans des mares basaltiques situées à l'intérieur ou à l'extérieur du bassin Pôle Sud-Aitken comme Moscoviense, Orientale, Ingenii, et Australe..
Caractéristiques techniques La mission spatiale comprend un atterrisseur qui s'est posé en douceur sur la Lune et y a déposé un astromobile (rover). Leurs caractéristiques sont identiques à celles des engins de la mission . La sonde spatiale a une masse au lancement de . Une fois posé au sol, l'atterrisseur a une masse de et l'astromobile une masse de ..
Atterrisseur
L'atterrisseur dispose de plusieurs types de moteurs, sans doute des moteurs-fusées à ergols liquides, brûlant un mélange d'UDMH et de peroxyde d'azote. Le moteur-fusée principal est sans doute le moteur à poussée modulable disposant d'un système de régulation à aiguille, déjà expérimenté dans l'espace dans le cadre d'autres missions chinoises. Sa poussée peut être établie à une valeur comprise entre , ce qui constitue une amplitude suffisante pour permettre un atterrissage en douceur sur un satellite dont la gravité est égale à un sixième de celle de la Terre. La poussée peut être fixée avec une précision de et le moteur dispose d'un système de refroidissement actif. Les ergols sont mis sous pression par un gaz inerte. Vingt-huit petits propulseurs sont par ailleurs utilisés pour les petites corrections de trajectoire et pour les modifications d'orientation. Huit modules de propulsion, composés chacun de deux propulseurs de et d'un propulseur de , sont installés sur des panneaux de petite taille recouvrant l'atterrisseur, et permettent de stabiliser celui-ci sur trois axes. Quatre autres propulseurs de sont fixés de manière isolée.
Pour l'atterrissage, la sonde spatiale utilise plusieurs instruments : un système inertiel sert, au début de cette phase, à déterminer la trajectoire ; puis, à l'approche du sol, un altimètre laser et un capteur à micro-ondes interviennent pour déterminer la vitesse et la distance restante. Quand la sonde arrive à cent mètres de la surface lunaire, l'ordinateur de bord utilise les images fournies par une caméra de descente et par un système de reconnaissance de forme, pour trouver un terrain d'atterrissage dépourvu d'obstacles. Le train d'atterrissage comprend quatre pieds faisant un angle de 30° avec la partie centrale de l'atterrisseur, renforcés par deux poutrelles attachées à cette partie centrale et munis d'absorbeurs de choc pour résister à l'impact. Les pieds sont munis de larges semelles pour éviter de s'enfoncer de manière trop importante dans le sol. La masse de l'atterrisseur, une fois parvenu sur le sol lunaire, est de . L'énergie électrique lui est fournie par des panneaux solaires et par un générateur thermoélectrique à radioisotope. Celui-ci est utilisé durant la nuit lunaire (d'une durée de quinze jours terrestres), pour alimenter les résistances chauffantes qui permettent de maintenir une température minimale. Le rover est solidement fixé sur l'atterrisseur. Une fois celui-ci posé, deux rampes sont déployées pour permettre au rover de descendre sur le sol lunaire ..
L'astromobile (rover)
Pratiquement identique à Yutu 1, , est un engin autonome à six roues, d'une masse de dont de charge utile. Haut de , il comporte un mât servant de support aux caméras de navigation et panoramique ainsi qu'à l'antenne parabolique utilisée pour les communications avec la Terre. Un bras articulé est utilisé comme support pour un des instruments scientifiques. Il a une durée de vie prévue de (trois jours et trois nuits lunaires). Son énergie est fournie par des panneaux solaires. Le rover se met en mode veille durant la nuit lunaire (longue de quinze jours terrestres) lorsque la température tombe à au-dessous de zéro et survit grâce à l'énergie stockée dans ses batteries, sans doute complétées, comme chez ses homologues américains et russes, par des unités de chauffage à base d'isotopes radioactifs de . Le système de locomotion utilise un châssis similaire à celui des rovers américains, pour faciliter le franchissement des obstacles. Chaque roue est motorisée avec un moteur électrique sans balais alimenté en courant continu.
Le rover est conçu pour parcourir une distance maximale de et peut explorer une surface de . Il peut gravir une pente de 20° et franchir un obstacle de de haut. Il utilise un algorithme de Delaunay pour analyser les images fournies par ses caméras de navigation et celles destinées à éviter les obstacles, afin d'en déduire la route à suivre. Compte tenu du faible temps d'aller-retour d'un signal radio Terre-Lune (), il est prévu que le rover puisse être également télécommandé par un opérateur humain.
Instrumentation scientifique Atterrisseur L'atterrisseur reprend deux instruments de . : la caméra LCAM () utilisée pour prendre des photos durant la descente ; la caméra topographique TCAM () qui n'avait pas résisté à la première lunaire.
De nouveaux instruments sont ajoutés : le spectromètre LFS () est utilisé pour détecter les variations du champ électrique basse fréquence générées par les tempêtes solaire. Il devrait bénéficier de l'environnement radio très calme du site (la Lune s'interpose entre le site et la Terre). Les données collectées permettront d'étudier le plasma lunaire présent au-dessus du site d'atterrissage ; un dosimètre à neutrons LND () fourni par l’université de Kiel en Allemagne pour mesurer la quantité d'eau présente dans le régolithe lunaire dans le but de préparer de futures missions habitées. Ses dix détecteurs au silicium permettent de mesurer les protons ayant une énergie comprise entre 10 et , les électrons dont l'énergie est comprise entre 60 et , les particules alpha de 10 à par noyau et les ions lourds de 15 à . Deux détecteurs utilisant un sandwich Gd mesurent les flux de neutrons thermiques qui permettent de déterminer la présence d'eau dans le sous-sol et de déterminer les processus qui brassent la couche superficielle du sol. un container de contenant des graines de pommes de terre et dArabidopsis dans le but d'étudier la respiration des graines et la photosynthèse sur le sol lunaire. La température à l'intérieur de cette mini-biosphère est maintenue entre 1 et tandis que l'humidité et les éléments nutritionnels sont strictement contrôlés. La lumière est canalisée par un tube vers les plantes pour permettre leur croissance. L'expérience a été conçue conjointement par . La Chine a annoncé (photo à l'appui) que des graines avaient bien germé dans l'atterrisseur durant les de l'expérience, à la suite de quoi le froid extrême a tout gelé. Certaines photos d’une grande pousse verte diffusées dans les médias proviennent de l'expérience témoin sur Terre..
Astromobile/rover Le rover de son côté reprendrait trois des quatre instruments de Yutu, le rover de la mission : la caméra panoramique PCAM () fournit des images tridimensionnelles de la zone d'atterrissage et des régions explorées par le rover et permet de déterminer la morphologie de la surface et la structure géologique ; le spectromètre imageur VNIS () fonctionne en lumière visible et en infrarouge. Il comprend un spectromètre imageur fonctionnant dans les longueurs d'onde 0,45- et un spectromètre infrarouge infrarouge (0,9-) ; le radar LPR () utilisé pour étudier les structures géologiques du sous-sol et cartographier le régolithe lunaire ; l'analyseur d'atomes neutres ASAN () fourni par la Suède est similaire à un instrument ayant volé sur l'orbiteur lunaire indien Chandrayaan-1. Ce nouvel instrument doit analyser les structures souterraines proches de la surface.
Satellite relais Queqiao
Le satellite relais Queqiao, qui a été lancé le , six mois avant le rover pour lui permettre de rejoindre le du système Terre-Lune, emporte. : un spectromètre radio à basse fréquence fourni par les Pays-Bas ; une caméra pour détecter les flash des impacts sur la surface de la Lune (sous réserve) ; une caméra permettant d'identifier les émissions de sodium (sous réserve).
Déroulement
Lancement