Chang'e 7 (, de Chang'e, déesse de la Lune dans la mythologie chinoise) est une mission spatiale à destination de la Lune développée par l'agence spatiale chinoise (CNSA) combinant un orbiteur, un atterrisseur, un astromobile et un robot se déplaçant sur des pattes. La mission qui doit se poser au pôle sud de la Lune a pour objectif d'étudier les ressources et l'environnement afin de préparer de futures missions. Chang'e 7 doit être lancée en .
Contexte
Programme Chang'e La mission Chang'e 7 est la première mission de la quatrième phase du programme chinois d'exploration lunaire (CLEP). Au cours de la première phase, la Chine a développé et mis en œuvre deux orbiteurs lunaires, Chang'e 1 (lancement en 2007) et Chang'e 2 (2010). La deuxième phase, qui comprend les missions Chang'e 3 (2013) et Chang'e 4 (2018), permis de déployer sur le sol lunaire des astromobiles qui explorent la surface de la Lune. Chang'e 4 réalise une première en se posant sur la face cachée de la Lune. La troisième phase comprend deux missions de retour d'échantillons, Chang'e 5 lancée en 2020 et Chang'e 6 (2024). La quatrième phase du programme lunaire chinois a pour objectif d'étudier la région du pôle sud lunaire caractérisée par des dépôts de glace d'eau et un ensoleillement par endroit quasi permanent qui favorise l'envoi d'une expédition humaine. Les deux missions programmées, Chang'e 7 et Chang'e 8, sont pratiquement identiques et comprennent à la fois un astromobile, un orbiteur et un engin se déplaçant sur 6 pattes.
Contexte international
Conception et construction Chang'e 7 est, comme les missions précédentes, développée par la CASC, le principal industriel chinois du secteur spatial. Les échanges radio entre les sites d'atterrissage envisagés au pôle sud et la Terre seront difficiles car la Terre sera très proche de l'horizon ou même au-dessous du fait des mouvements de libration lunaire. Aussi ces liaisons utiliseront un relais assuré par le petit satellite de télécommunications Queqiao 2 lancé en 2024 pour les besoins de la mission Chang'e 6 et placé sur une orbite elliptique de type ELFO (Orbite elliptique lunaire gelée).
Coopération internationale
Les responsables de la mission ont réservé une fraction du volume et de la masse pour des engins fournis par d'autres pays. La sonde spatiale peut emporter ainsi un satellite dont la masse doit être inférieure à 15 kilogrammes et dont le volume ne doit pas dépasser 30 x 20 x 20 cm qui peut être placé sur une orbite circulaire autour de la Lune (200 x 200 km) ou sur une orbite de 200 x 15 km avec un inclinaison orbitale de 90°. De son côté, l'atterrisseur peut emporter une charge de 10 kg ayant un volume inférieur à 30 x 15 x 15 centimètres. En revanche l'emport prévu de l'astromobile Rashid-2 (10 kg) des Émirats Arabes Unis, clone de l'engin lancé par la sonde spatiale Hakuto-R en , n'est plus d'actualité. En effet les États-Unis ont refusé d'exporter les composants "sensibles" ITAR nécessaires à sa construction.
Objectifs L'objectif principale de la mission est de mieux caractériser la région du pôle Sud de la Lune, sa topographie, son environnement spatial, son sous-sol, et de confirmer la présence de glace d'eau dans les cratères d'obscurité éternelle en vue de l'établissement futur du projet de station de recherche lunaire internationale (ILRS). Les objectifs scientifiques détaillés sont les suivants :
Étudier la distribution et la composition de la glace d'eau et des éléments volatils présents dans le sol lunaire, en particulier dans les cratères d'obscurité éternelle. À l'aide d'exploration in situ confirmer la présence d'eau et son origine. Étudier la topographie, la composition et la structure de la Lune afin de dresser un profil géologique, et cartographier avec précision le pôle sud de la Lune et son sous-sol pour mieux comprendre l'histoire géologique de la région. Étudier la structure interne de la Lune, son champ magnétique, et les séismes lunaires, mesurer les champs magnétiques locaux afin de mieux comprendre les mécanismes de leur évolution, apparition et disparition. Étudier l'environnement spatial du pôle sud de la Lune, analyser les particules de basse, moyenne et haute énergie, les champs électromagnétiques et la poussière lunaire afin d'informer le développement de futures missions lunaire habitées et de préparer l'établissement de la station de recherche lunaire internationale. Étudier la magnétosphère de la Lune et la plasmasphère de la Terre, ainsi que les interactions entre la magnétosphère et l'ionosphère de la Terre avec le vent solaire. Réaliser des mesures d'interférométrie à très longue base afin d'améliorer la précision de la détermination de l'orbite d'un engin spatial dans l'espace profond, et réaliser des observations de radioastronomie.
Site d'atterrissage vignette|Un modèle 3D du cratère Shackleton obtenu à l'aide des données de l'altimètre LOLA à bord de Lunar Reconnaissance Orbiter. Dès le départ la mission est formulée pour explorer le pôle sud de la Lune, une région qui présente plusieurs caractéristiques singuliers qui en font une cible de choix pour la construction d'une habitée. On y trouve en effet la présence concomitante de cratère d'obscurité éternelle ou la présence d'eau sous forme de glace a été détectée, ainsi que des pics de lumière éternelle qui permettent l'usage de panneaux solaires. Le choix du site d'atterrissage de Chang'e 7 est donc crucial puisqu'elle doit préparer le terrain pour la future station de recherche lunaire internationale (ILRS), avant ça il est aussi prévu que la mission Chang'e 8 se pose à proximité.
En lors de l'appel à participations internationales il est dévoilé que trois régions sont présélectionnées avec chacune plusieurs potentiels sites d'atterrissage. Il s'agit des cratères Amundsen, Haworth, et Shackleton, tous trois étant des cratères d'obscurité éternelle. Les sites potentiels se trouvent sur les hauteurs environnantes qui constituent des pics de lumière éternelle. En la région du cratère Shackleton est finalement sélectionnée. Il s'agit d'un cratère de de diamètre et de de profondeur, identifié de longue date comme une cible privilégiée pour des missions habitées, et également étudié par la NASA pour son programme Artemis.
Caractéristiques techniques
La mission a une masse totale au lancement d'environ , similaires aux missions Chang'e 5 et 6, et aux limites des capacités de la fusée lourde Longue Marche 5 en injection trans-lunaire. Cette masse est répartie entre plusieurs éléments :
Orbiteur L'orbiteur est un satellite de grande taille dérivé de celui des missions Chang'e 5 et 6. Il est chargé des manœuvres de corrections de trajectoire entre la Terre et la Lune puis de l'insertion en orbite lunaire, après quoi il se sépare de l'atterrisseur et poursuis sa mission en orbite lunaire. Il doit s'agir du premier orbiteur chinois spécifiquement consacré à l'observation de la Lune depuis Chang'e 2 lancé en 2010, les orbiteurs de Chang'e 5 et 6 ne jouant qu'un rôle technique. La propulsion principale est assurée par un moteur d'une poussée fixe de consommant du MMH et du MON-1, stockés dans deux réservoirs sphériques chacun, et pressurisé par de l'hélium. L'énergie est fournie par des panneaux solaires déployés de part et d'autre du corps central. L'orbiteur est conçu pour une durée de vie d'au moins 8 ans.
Atterrisseur L'atterrisseur est l'élément chargé de l'atterrissage à la surface de la Lune, il est directement dérivé de celui des missions Chang'e 5 et 6 et comprend des caractéristiques similaires. Une fois posé, il déploie le rover et le robot sauteur puis conduit ses propres relevés scientifiques. La propulsion principale est assurée par un moteur YF-36 d'une poussée modulable entre et consommant du MMH et du MON-1, stockés dans deux réservoirs sphériques chacun, et pressurisé par de l'hélium. L'énergie est fournie par deux panneaux solaires déployés verticalement au-dessus de l'atterrisseur en raison de l'éclairage rasant qui caractérise les pôles. L'atterrisseur est conçu pour une durée de vie d'au moins 8 ans.
Astromobile (rover) L'astromobile ou rover est un robot doté de six roues pour explorer la surface de la Lune, il est dérivé des rovers Yutu et Yutu 2 des missions Chang'e 3 et 4. D'une masse d'environ , il peut atteindre une vitesse d'environ 200 mètres par heure et gravir des pentes de 15 degrés. Il est également équipé d'un petit bras robotique doté d'une foreuse et d'une pelle pour prélever des échantillons de roches et de régolithe afin d'alimenter le spectromètre de masse IsMSV. L'énergie est fournie par deux panneaux solaires déployés verticalement au-dessus du rover en raison de l'éclairage rasant qui caractérise les pôles. Le rover consomme moins de pour son fonctionnement normal, 300 Watts lors de ses déplacements et 270 Watts lors des forages. Il est également équipé d'un élément chauffant à radioisotope (RHU) utilisant du plutonium 238 afin d'aider au contrôle thermique lors des nuits lunaires. Il est conçu pour une durée de vie d'au moins 8 ans.
Robot sauteur Le robot sauteur est un engin monté sur six jambes capable de se déplacer en marchant ou en utilisant ses propulseurs, afin de faire des bonds et d'explorer les cratères d'obscurité éternelle. D'une masse d'environ , il peut atteindre une vitesse de 12 mètres par minute en utilisant ses jambes et gravir des pentes de 30 degrés, les jambes sont également conçues pour amortir l'atterrissage lors des bonds. La propulsion doit permettre au robot de réaliser au moins trois sauts et de couvrir ainsi une distance totale de plus de 30 kilomètres. La propulsion principale est assurée par un moteur consommant de l'UDMH et du MON-1 stockés dans deux réservoirs sphériques chacun, et pressurisé par de l'hélium. L'énergie est fournie par un panneau solaire déployé verticalement lorsque le robot se trouve dans une région éclairée, et par des batteries lorsqu'il explore le fond d'un cratère, cela pour une durée totale n'excédant pas 10 heures. Le robot est équipé d'une foreuse pouvant atteindre 1 mètre de profondeur et d'une pelle afin de prélever des échantillons, analysés ensuite par le mini-laboratoire interne LSWMA. La foreuse est de type rotative à percussion, afin de casser d'éventuelles couches de glace d'eau. La phase d'exploration des cratères doit durer plusieurs mois jusqu'à l'épuisement des ergols, après quoi la mission du robot peut être prolongée dans les régions éclairés.
Pénétrateur expérimental L'atterrisseur emporte un pénétrateur expérimental qui doit être largué lors de la descente vers la surface lunaire, avant l'atterrissage. Son objectif est d'atteindre les parois intérieures d'un cratère d'obscurité éternelle, une zone impraticable pour le robot sauteur en raison des pente trop élevées. Le pénétrateur freine sa trajectoire avant l'impact à l'aide d'un moteur à propergol solide d'une masse de , de longueur et 9 centimètre de diamètre, puis impacte finalement la paroi à une vitesse d'environ . Cela doit lui permettre de s'enfoncer à au moins de profondeur, des capteurs permettent ensuite de mesurer les caractéristiques mécaniques, électriques, et thermique du régolithe en contact du pénétrateur. Les données sont transmises directement au satellite relais Queqiao 2 en bande X.
Instruments scientifiques La mission Chang'e 7 emporte un très grand nombre d'instruments scientifiques, réparties entre le satellite relai (voir Queqiao 2), l'orbiteur, l'atterrisseur, l'astromobile (rover), et le robot sauteur. Parmi le total de 21 charges utiles embarquées (sans compter les 3 à bord de Queqiao 2), 6 sont fournis par des partenaires étrangers, toutes réparties entre l'orbiteur et l'atterrisseur. La mission pourrait également emporter une ou plusieurs expériences développées par des étudiants.
Orbiteur L'orbiteur emporte un total de 8 instruments scientifiques, dont 5 sont développés par la Chine :