Chang'e 5 (, de Chang'e, déesse de la Lune dans la mythologie chinoise) est une sonde spatiale de retour d'échantillons lunaires de l'agence spatiale chinoise (CNSA) développée et construite par la CASC, le principal industriel chinois du secteur spatial. La mission s'inscrit dans le cadre de la troisième phase du programme chinois d'exploration lunaire (CLEP), faisant suite aux orbiteurs Chang'e 1 et Chang'e 2 ainsi qu'aux atterrisseurs Chang'e 3 et Chang'e 4. Les études sur la sonde commencent dès le lancement du programme en , puis le projet est finalement approuvé en . La mission Chang'e 5 T1 est lancée en afin de tester la capsule de rentrée et différentes manœuvres en orbite lunaire.
Contrairement aux sondes soviétiques de retour d'échantillons du programme Luna, la mission Chang'e 5 a recours à la complexe méthode du rendez-vous en orbite lunaire de façon similaire au programme Apollo. L'atterrisseur qui se pose à la surface de la Lune est équipé de trois instruments scientifiques afin de donner le contexte du site de prélèvement : une caméra panoramique (PCAM), un radar à pénétration de sol (LRPR) et un spectromètre visible/infrarouge (LMS). La mission atterrit au nord de l'Océan des Tempêtes sur la face visible de la Lune dans la région du Mons Rümker inexplorée jusqu'ici. Les roches qui s'y trouvent ont un âge estimé à seulement et sont bien plus jeunes que les échantillons rapportés par les missions des programmes Apollo et Luna datés de . Leur étude doit permettre de mieux comprendre la géologie de la Lune, sa chronologie et les derniers évènements volcaniques de surface.
Chang'e 5, d'une masse totale de , est constitué de quatre modules : l'orbiteur, l'atterrisseur, le module de remontée et la capsule de retour. La mission décolle le depuis la base de lancement de Wenchang sur l'île d'Hainan à bord du lanceur lourd Longue Marche 5. La sonde est injectée en orbite de transfert vers la Lune, puis l'orbiteur freine pour placer les quatre modules en orbite lunaire le 28. L'atterrisseur se sépare le puis se pose sur la Lune le . Un bras robotique et une foreuse prélèvent jusqu'à un maximum de quatre kilogrammes d'échantillons et jusqu'à deux mètres de profondeur, puis les transfèrent dans le module de remontée. Ce dernier décolle le et s'insère en orbite autour de la Lune. Il effectue un rendez-vous spatial et s'amarre automatiquement avec l'orbiteur le , les échantillons sont ensuite transférés dans la capsule de retour. Le module de remontée est séparé, puis le l'orbiteur manœuvre afin de quitter l'orbite lunaire en direction de la Terre. Après son largage puis sa rentrée atmosphérique, la capsule se pose avec succès en Mongolie-Intérieure sous parachute le , avec d'échantillons.
La Chine devient avec Chang'e 5 le troisième pays après les États-Unis et l'Union Soviétique à rapporter des échantillons lunaires sur Terre. La dernière mission ayant réussi à le faire était la sonde soviétique Luna 24 en .
Contexte
Précurseurs : programmes Apollo et Luna
vignette|Trajectoire de la mission Apollo 15. Les premières missions de retour d'échantillons lunaires de l'histoire eurent lieu durant la course à l'espace à la fin des années jusqu'au milieu des années . À l'époque, les États-Unis et l'Union soviétique sont lancés dans une compétition idéologique et technologique, et la Lune y occupe vite une place centrale. Les deux superpuissances y envoient tout d'abord des sondes pour effectuer des survols (comme Luna 1 et Pioneer 4), puis s'y placer en orbite (Luna 10 et Lunar Orbiter 1) et enfin s'y poser de façon automatique (Luna 9 et Surveyor 1). Parallèlement à leurs sondes robotiques, ils développent des programmes de vol habité dont l'objectif est de poser des astronautes à la surface de la Lune et de les ramener sur Terre. Une telle architecture de mission implique par conséquent la capacité de rapporter des échantillons lunaires. vignette|Maquette de la sonde soviétique Luna 16.
Dans ce but, la NASA développe durant les années 1960 le programme Apollo. Celui-ci adopte la méthode du rendez-vous en orbite lunaire afin de limiter la charge à mettre en orbite par le lanceur, bien qu'il en résulte une architecture de mission plus complexe. Ainsi la fusée Saturn V injecte en orbite de transfert vers la Lune le module de commande et de service (CSM) et le module lunaire (LEM) qui se placent ensuite tous deux en orbite basse lunaire. Les deux modules se séparent, puis le LEM se pose à la surface de la Lune à l'aide de son étage de descente. Une fois les opérations au sol terminées, l'étage de remontée du LEM décolle de la surface et effectue un rendez-vous spatial avec le CSM en orbite lunaire. Les deux modules se séparent, puis le CSM effectue le trajet de retour vers la Terre et amerrit dans l'océan. Cette architecture de mission porte ses fruits et à six reprises des astronautes parviennent à se poser à la surface de la Lune et à en rapporter des échantillons, pour une masse totale de .
Le programme lunaire habité soviétique retient également la méthode du rendez-vous en orbite lunaire, ses trois composants étant la fusée super lourde N-1, le vaisseau Soyouz 7K-LOK et le module lunaire LK. Mais, pour diverses raisons, le programme n'aboutit pas, le lanceur N-1 échouant à quatre reprises à atteindre l'orbite. Constatant l'avance prise par les Américains, les Soviétiques décident de développer parallèlement à leur programme lunaire habité des sondes robotiques chargées de rapporter des échantillons lunaires. Dans le but de simplifier l'architecture de leurs missions et d'alléger leurs sondes, ils décident que le module de remontée rentrera directement sur Terre après son décollage depuis la surface, sans passer par un rendez-vous en orbite autour de la Lune. Malgré de nombreux échecs, trois missions parviennent à rapporter des échantillons de la surface lunaire : Luna 16, Luna 20 et Luna 24, pour un total de .
Programme Chang'e
Dès les années 1960, l'exploration lunaire intéresse les scientifiques chinois, mais ce n'est qu'après le succès de la sonde japonaise Hiten au début des années 1990 que l'idée d'un programme d'exploration spatiale est sérieusement envisagée. Toutefois les dirigeants chinois donneront la priorité au plus ambitieux programme habité Shenzhou. La communauté scientifique chinoise, en particulier l'Académie chinoise des sciences, réalise plusieurs études de faisabilité jusqu'à ce que le programme lunaire baptisé Chang'e (du nom de la déesse Chang'e de la mythologie chinoise) soit approuvé en . L'architecture du programme divisé en trois phases de complexité croissante est approuvée en par le premier ministre Wen Jiabao. La première phase consiste à placer un orbiteur autour de la Lune, puis s'y poser, et enfin d'en rapporter des échantillons. Afin de pallier d'éventuels échecs, chaque sonde est construite en deux exemplaires..
vignette|gauche|Vue d'artiste de Chang'e 1. La première mission du programme, Chang'e 1, décolle le depuis la base de lancement de Xichang puis se place en orbite autour de la Lune deux semaines plus tard le . La mission est un succès complet et remplit tous ses objectifs en produisant notamment la première carte de la Lune en trois dimensions, puis elle s'écrase volontairement le . Sa doublure Chang'e 2 s'envole le , puis se place en orbite autour de la Lune quatre jours plus tard. Dotée d'instruments plus performants, elle remplit ses objectifs et permet de cartographier avec précision le site envisagé pour le premier atterrissage du programme, en plus de tester des manœuvres simulant une descente vers la surface lunaire. Elle quitte ensuite l'orbite de la Lune le pour se rendre au du système Terre-Soleil. Elle manœuvre de nouveau pour se placer dans une orbite héliocentrique avant de survoler l'astéroïde (4179) Toutatis le .
vignette|Schéma de l'atterrisseur Chang'e 4 et du rover Yutu 2. La première mission de la deuxième phase du programme, Chang'e 3, décolle le à bord d'une Longue Marche 3B, le plus puissant lanceur chinois à l'époque, puis se pose avec succès dans la mer des Pluies le . Il s'agit alors du premier atterrissage sur la Lune depuis la sonde soviétique Luna 24 en . L'atterrisseur déploie un petit astromobile, Yutu, qui explore la surface lunaire durant un mois avant d'être immobilisé par une panne. La doublure de la mission ayant déjà été construite, il est décidé de s'en servir pour accomplir le premier atterrissage de l'histoire sur la face cachée de la Lune. Cela est rendu difficile par l'impossibilité d'établir un lien de télécommunication direct avec la Terre, un problème que les ingénieurs chinois contourneront en plaçant un satellite relais, Queqiao, en orbite autour du du système Terre-Lune. Chang'e 4 décolle le , atterrit avec succès le dans le cratère Von Karman, et déploie ensuite le rover Yutu 2.
Conception et construction de la sonde spatiale
Démarrage du projet vignette|Logo du programme chinois d'exploration lunaire. Il est commun à toutes les missions Chang'e. Les premières études commencent dès le lancement du projet en , alors que la Chine n'a encore lancé aucune sonde spatiale. Le scénario initialement préféré par les ingénieurs chinois est celui du retour direct sur le modèle des sondes soviétiques Luna de retour d'échantillons. Ces dernières avaient recours à une trajectoire particulière qui permettait à l'étage de remontée, à l'aide d'un décollage depuis la surface lunaire très précis, d'effectuer le voyage de retour vers la Terre sans nécessiter de manœuvres de correction de trajectoire durant le transit. Cette méthode permet de gagner en masse et en simplicité, au prix d'un choix très restreint des sites d'atterrissage possibles, en raison des critères mathématiques de la trajectoire de retour à satisfaire. Les ingénieurs chinois décidèrent plutôt d'opter pour la méthode du rendez-vous en orbite lunaire, une architecture de mission similaire à celle adoptée par les Américains et les Soviétiques dans leur programme habité lunaire dans les années 1960. Cette technique a l'avantage de permettre un atterrissage à n'importe quel point de la surface lunaire (y compris les pôles), de ramener un échantillon plus conséquent et de développer des technologies utilisables a posteriori pour une mission habitée ou un retour d'échantillon martien. La mission est formellement approuvée par le gouvernement le pour un coût estimé de . Le projet est supervisé par l'Administration d'État pour la Science, la Technologie et l'Industrie de la Défense nationale (SASTIND) via l'Administration spatiale nationale chinoise (CNSA). Comme pour toutes les sondes spatiales chinoises, la conception et la construction de la mission sont confiées à la Société de sciences et technologies aérospatiales de Chine (CASC) via ses trois filiales spécialisées dans la recherche et le développement des engins spatiaux. Ainsi l'Académie chinoise de technologie des lanceurs (CALT) est chargée de fournir la fusée Longue Marche 5 (alors encore en développement à l'époque), tandis que l'Académie chinoise de technologie spatiale (CAST) devient le contractant principal de la sonde. Le développement et la construction de l'orbiteur et du système d'amarrage avec l'étage de remontée sont confiés à l'Académie de Shanghai pour la technologie des vols spatiaux (SAST).
Mission de test Chang'e 5 T1