Misi Chang'e-4 - hasil dari hari kelima di bulan: masalah dengan penjelajah Yutu-2 dan penemuan ilmiah baru

Perangkat misi Chang'e-4 (modul keturunan dan penjelajah) berhasil menyelesaikan penelitian ilmiah selama hari kelima bulan mereka di sisi jauh bulan, mengirim lebih dari 6,6 GB data ilmiah ke Bumi, dan analisis beberapa di antaranya diperoleh dengan menggunakan spektrometer penjelajah "Yutu-2" pada komposisi mantel bulan, telah menjadi penemuan ilmiah baru.

Tetapi para operator rover Yut-2 harus melakukan beberapa upaya untuk mengkompensasi dampak negatif dari masalah yang muncul dalam sistem pengendaraan otonom.


Data tentang proyek dan modul misi bulan Chang'e-4:

21 Mei 2018: Satelit relai Tseyuqiao (jembatan keempat puluh) diluncurkan dari kosmodrom Cina Xichang, perlu untuk mengatur komunikasi antara Bumi dan ujung bulan.

14 Juni 2018: Relai satelit Tseyuqiao pergi ke orbit di sekitar titik Lagrange L2 dari sistem Bumi-Bulan, sekitar 65.000 km dari Bulan, menjadi satelit komunikasi pertama dalam orbit ini di dunia.

8 Desember 2018: Roket pendorong Changzheng-3B dengan stasiun Chang'e-4 berhasil diluncurkan dari pusat ruang angkasa Sichan di Cina.

3 Januari 2019: Pendarat Chang'e-4 melakukan pendaratan di kawah Karman di sisi jauh bulan. Lander Chang'e-4 berisi baling-baling bulan kedua Cina Yutu-2, analog modern dari penjelajah Yutu. Perangkat misi Chang'e-4 sekarang terus beroperasi secara normal dan mengirim data ke Bumi untuk bulan kelima.


Modul Keturunan Chang'e-4:

• 4,4 meter antara penahan yang berlawanan, berat 1200 kg.
• Durasi kerja: satu tahun bumi.

Perangkat berikut ini diinstal pada modul keturunan Chang'e-4:

• LFS - Spektrometer Frekuensi Rendah;
• LND - Lunar Lander Neutron dan Dosimetri (dosimeter neutron);
• TCAM - Kamera Medan (kamera lanskap);
• LCAM - Kamera Pendarat (landing camera).

Rover "Yutu-2":

• tinggi 1 meter, lebar 1 meter (tanpa panel surya), panjang 1,5 meter, dua panel surya lipat, enam roda;
• berat rover total sekitar 140 kg (310 lbs);
• kapasitas muat sekitar 20 kg (44 lbs);
• dapat bergerak di lereng dan memiliki sensor otomatis untuk mencegah tabrakan dengan benda lain;
• Bajak dilengkapi dengan listrik melalui dua panel surya, memungkinkan bajak untuk bekerja selama hari bulan;
• kecepatan maksimum 200 meter per jam (kecepatan di Bulan ini masih belum dapat dicapai, karena elemen-elemen di permukaan tidak akan memungkinkan untuk mempercepat dan merusak bajak sebelumnya);
• area penelitian maksimum adalah 3 meter persegi. km;
• perkiraan waktu operasi adalah 3 bulan (2160 jam), penjelajah telah melampaui usia layanannya dua bulan;
• jarak perkiraan maksimum adalah 10 km, sekarang 190,66 meter telah dilalui di sepanjang permukaan bulan dalam lima bulan (1 tempat di antara baling-baling di sisi jauh bulan, tempat keenam di antara semua penemu bulan), tabel jarak rover diberikan di sini ;
• mode kontrol: otomatis (jalan memutar hambatan kecil), manual (utama) - kontrol operator dari Bumi.

Perangkat berikut diinstal pada rover Yutu-2:

• LPR - Lunar Penetrating Radar (radar penembus tanah bulan);
• ASAN - Penganalisis Kecil Lanjut untuk Netral (penganalisa kecil partikel netral);
• VNIS - Spektrometer Pencitraan Terlihat dan Hampir-Inframerah (spektrometer inframerah);
• PCAM - Kamera Panorama (kamera panorama ganda).

Hari kerja bulan kelima telah berakhir, ini adalah foto-foto baru dari sisi jauh bulan yang dikirim perangkat ke Bumi.

Bayangan indah dari penjelajah yang baru terbangun "Yutu-2":





Permukaan menarik sisi jauh bulan:





Jejak bajak Yutu-2 dan batu-batu kecil yang melingkari:







Tapi apa batu yang tersisa dari rute bajak Yutu-2:



Mengikat panorama dari modul keturunan ke relief nyata sisi jauh bulan di zona pendaratan:



Pegunungan yang sangat jauh, peningkatan dari modul pendaratan kamera:



Dan foto yang paling sepi - kendaraan keturunan Chang'e-4 sekarang lebih dari 100 meter dari bajak Yutu-2 (dan probabilitas bahwa bajak akan kembali ke kendaraan keturunan sangat kecil):





Inilah jarak (total jaraknya selama lima hari lunar - 190,66 meter) rover Yutu-2 tersisa dari lokasi pendaratan dan kendaraan keturunan Chang'e-4:



Ngomong-ngomong, berdasarkan penemuan, yang akan dibahas nanti dalam publikasi, operator rover Yut-2 diinstruksikan untuk membawa rover dari lokasi pendaratan ke jarak setidaknya dua kilometer sehingga memungkinkan untuk melakukan penelitian ilmiah dan membandingkan hasil dengan data yang diperoleh tentang tempat pendaratan.

Dengan demikian, bajak Yutu-2 menunggu perjalanan besar dan kompleks ke pusat kawah Karman.



Apa masalah yang muncul dengan bajak Yutu-2 pada hari kelima bulan operasinya?

Faktanya, perkiraan waktu operasi rover Yutu-2 adalah tiga bulan di Bumi, dan hampir dua kali telah terlewati, sehingga gangguan dan masalah dengan elemen-elemen rover Yutu-2 harus dimulai.

Kenapa dia bisa melebihi waktu kerjanya? Karena operator di Bumi berusaha semaksimal mungkin untuk mengamankan pergerakannya di sisi jauh bulan, meminimalkan kemungkinan kerusakan.

Selama dua hari pertama di bulan, penjelajah Yutu-2 menempuh jarak 120 meter (ini adalah pengintaian dari lokasi pendaratan dan mempelajari permukaan bagian belakang bulan), pada hari ketiga bulan penjelajah menempuh 43 meter (operator memulai tahap penelitian proyek, di mana penjelajah membutuhkan waktu yang lama. waktu untuk berlama-lama di satu tempat, sehingga tempat-tempat untuk penelitian diidentifikasi dan dipelajari hari itu), pada hari keempat bulan penjelajah menempuh 16 meter, pada hari kelima bulan itu sudah 12 meter, mengukur jarak sama dengan 190,66 meter pada odometernya yang tertutup mereka tentang sisi persaudaraan bulan.

Mengapa, pada hari kelima bulan, bajak Yutu-2 melaju sangat sedikit?

Ternyata dia mengalami gangguan dalam sistem penghindaran rintangan otomatis.

Dengan menggunakan sistem ini, rover Yutu-2 dapat secara otomatis melewati rintangan kecil yang akan diperbaiki oleh kamera dan sensor di dalamnya.

Jika ada batu besar atau kawah di depannya, maka dia dapat berhenti sendiri dan merencanakan rute baru melewati tempat ini, dalam hal ini, operator di MCC dapat mendaftarkan situasi ini dan membangun kembali rute yang direncanakan ke yang baru setelah manuver penjelajah secara otomatis dan berhenti.

Jadi, pada hari kelima bulan, sensor dari sistem penghindaran rintangan otomatis, yang mengaktifkan alarm ketika hambatan terjadi sebelum bajak, mulai bekerja secara tidak normal di bajak Yutu-2. Karena itu, bajak Yutu-2 membeku beberapa kali, dan pada saat itu kontrol tidak ditransfer ke operator di Bumi.

Alasan kegagalan sistem penghindaran rintangan bajak didirikan cukup cepat - sensor sistem terkena karena pantulan cahaya matahari dari unsur-unsur tubuh bajak.



Operator di MCC di Bumi dapat mengkompensasi situasi ini dengan menyesuaikan perangkat lunak untuk sistem penghindaran hambatan dan me-reboot sistem ini di bajak. Hanya setelah melakukan semua manipulasi jarak jauh ini dari Bumi, penjelajah Yutu-2 dapat melanjutkan studinya tentang sisi jauh bulan dalam mode normal.

Penemuan baru apa yang dilakukan Yutu-2 rover dengan instrumen ilmiah VNIS, Spectrometer Pencitraan Yang Terlihat dan Hampir-Infra Merah (spektrometer inframerah)?

Perangkat ilmiah macam apa itu VNIS, yang dipasang di rover Yutu-2.

Spektrometer inframerah bulan VNIS (Spektrometer Pencitraan Yang Terlihat dan Dekat-Inframerah) dikembangkan di Institut Fisika Teknis Shanghai dari Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok.

Spektrometer menggunakan filter merdu acousto-optic noncollinear, terdiri dari spektrometer video VIS / NIR (0,45-0,95 μm) dan spektrometer inframerah gelombang pendek (0,9-2,4 μm), dan juga mencakup unit kalibrasi dengan perlindungan dari debu dan polusi.

Spektrometer dipasang di depan di atas rover Yutu-2, memiliki batasan berikut pada pemosisian dan bekerja dengan bahan bulan (operator di Bumi perlu menangkap area permukaan yang menarik di jendela kecil di depan bajak):





Mineral, seperti piroksen, plagioklas, olivin, dan ilmenit, yang membentuk sebagian besar batuan permukaan bulan, memiliki karakteristik spektral yang khas:



Diagram struktural spektrometer:



Karakteristik teknis utama spektrometer:




Penampilan spektrometer:



Dimensi geometris dari jendela deteksi:



Data diperoleh dengan spektrometer:



Tugas yang paling sulit untuk rover Yutu-2 adalah untuk memperoleh data ilmiah menggunakan spektrometer stasioner onboard VNIS (Visible and Near-Infrared Imaging Spectrometer), yang bidang pandang sensornya hanya selebar beberapa sentimeter, sehingga rover harus sangat akurat dan akurat diposisikan. "Yut-2" sehingga Anda dapat membawa "mata" spektrometer ke area permukaan bulan yang diinginkan untuk menerima data yang benar dari jarak optimal.



Setelah berjalan singkat di sepanjang bulan, penjelajah Yut-2 mencapai sebuah batu rawa yang menarik, di tengahnya ditemukan sebuah batu besar dengan diameter 20 sentimeter. Para ilmuwan segera tertarik pada penemuan ini, asal-usulnya (meteorit, pembentukan bulan) dan proses pendidikan.

Tampilan umum panorama permukaan selama pencarian batu:



Permukaan berbatu, untuk batu besar (diameternya 20 sentimeter) jarak 120 sentimeter:



Gambar batu besar yang lebih besar:





Bekerja dengan spektrometer:





Lebih lanjut, data dari spektrometer rover Yutu-2 ditransmisikan ke pusat kontrol dirgantara Akademi Teknologi Ruang Angkasa Cina, tempat ia dianalisis, disimpan, dan beberapa di antaranya akhirnya menjadi terbuka bagi komunitas ilmiah dan dunia .

Fitur planet dari struktur dalam Bulan adalah pembagiannya menjadi bidang luar yang kuat, dingin dan kaku serta bagian dalam plastik yang dipanaskan, sebagian cair dan sebagian.

Ketebalan kerak Bulan rata-rata 68 km, bervariasi dari 0 km di bawah lautan Krisis bulan ke 107 km di bagian utara Kawah Korolev di sisi sebaliknya.

Di bawah kerak ada mantel dan inti kecil besi belerang (dengan radius sekitar 340 km dan massa 2% dari massa bulan).



Namun, di sisi jauh bulan, kerak bumi lebih tipis dan lebih mudah dijelajahi mantel bulan.



Para ilmuwan dari Akademi Ilmu Pengetahuan China mempresentasikan dalam jurnal Nature hasil utama analisis dari permukaan sisi jauh bulan menggunakan spektrometer VNIS - data pertama tentang komposisi mantel bulan diperoleh, ternyata mengandung mineral yang kaya zat besi.

Komposisi unsur-unsur yang terletak di permukaan bulan di dua daerah yang diteliti dengan penjelajah Yutu-2 menggunakan spektrometer VNIS mengungkapkan adanya piroksen dan olivin - mineral dengan kandungan besi yang tinggi.



Batuan ini awalnya bagian dari mantel atas dan berada di permukaan bulan karena jatuhnya meteorit dan asteroid.

Selain itu, kerak bulan terdiri dari mineral yang lebih ringan dari kelas plagioklas.

Tentu saja, penemuan ini membutuhkan konfirmasi tambahan dan studi rinci dari sampel. Tetapi banyak ilmuwan sudah mengklaim bahwa, secara umum, data baru "diperoleh dalam rangka penerapan metode spektroskopi yang benar dan akurat, dan komposisi mineral ditentukan dengan cukup andal."

Situs pendaratan misi Chang'e-4 terletak di kawah Karman, di cekungan Kutub Selatan-Aitken, yang kedalamannya mencapai 8 km.









Foto topografi zona pendaratan di kawah Saku sisi jauh bulan dari modul keturunan Chang'e-4 (dibuat oleh penyelidikan LRO, NASA):



Usia Cekungan Kutub Selatan-Aitken adalah 4,2–4,3 miliar tahun. Itu terbentuk sebagai hasil dari pukulan kekuatan besar.

Simulasi dampak di sepanjang lintasan vertikal menunjukkan bahwa sejumlah besar substansi Bulan seharusnya terlempar ke permukaan dari kedalaman hingga 200 kilometer - dari mantel (kerak bulan ditusuk ke lapisan bawah).



Dengan demikian, dengan bantuan spektrometer VNIS di kawah Karman, penjelajah Yutu-2 mendeteksi bebatuan dan bebatuan yang jatuh di sana dari kedalaman yang sangat dalam, mungkin dari mantel, di permukaan belakang Bulan.

Bagaimana penelitian dilakukan.

Setelah menganalisis foto-foto dan mendapatkan spektogram utama dari berbagai tempat di permukaan bulan pada rute rover, para operator dan ilmuwan di MCC di Bumi memilih dua tempat (di antara mereka ada jarak sekitar 50 meter) untuk melakukan siklus penuh penelitian ilmiah di sana (diperlukan akuisisi data selama satu siklus seperti itu diperlukan) beberapa hari bumi).

Menggunakan spektrometer VNIS, Yutu-2 rover melakukan studi luas permukaan bulan pada dua titik pada rute (CE4_0015 dan CE4_0016):



Data pengukuran ini, setelah analisis dan pemrosesan di Bumi:











Di sini untuk perbandingan, uji sampel kalibrasi pada grafik:





Berikut ini adalah penemuan ilmiah yang menarik yang dibuat oleh penjelajah Yutu-2 dengan spektrometer VNIS - tanah di area pendaratan misi Chang'e-4 berisi olivin dan piroksen - mineral dengan kepadatan tinggi dengan kalsium rendah dan kandungan besi tinggi yang menghantam permukaan dari atas mantel bulan di bawah Kutub Selatan - cekungan Aitken setelah peristiwa kejutan yang menciptakan Kawah Finsen di dekatnya.

Basal dan plagioklas bulan, yang menjadi bahan untuk pembentukan lapisan regolith yang menutupi permukaan Bulan, ditemukan sebelumnya, dan mereka dibawa ke Bumi dalam jumlah besar dari Bulan untuk penelitian.

Dan dalam penemuan ini, di permukaan bulan, ditemukan unsur-unsur yang terkandung di mantel bulan (sangat dalam), dan tidak di permukaan. Tetapi mereka menemukannya dengan cara ilmiah - mereka tidak mengebor kedalaman ratusan kilometer, tetapi menyelidiki daerah di sisi jauh Bulan, di mana partikel mantel atas dikeluarkan dari perut Bulan sebagai akibat dari dampak meteorit / asteroid ke kawah terdekat.

Penemuan pertama, yang dilakukan pada Januari 2019: analisis data dari sensor suhu pada perangkat Chang'e-4 menunjukkan bahwa pada permukaan selama malam yang diterangi cahaya bulan, di sisi jauh bulan, suhu turun hingga -190 ° C.

Ngomong-ngomong, portal Internet China khusus "Sistem untuk menerbitkan dan mengumpulkan data ilmiah dan penelitian bulan dan ruang angkasa dalam" terus bekerja, di mana data dan gambar yang diterima dari Chang'e-4 sudah mulai diterbitkan dan diproses (dan sudah ada gigabyte data di sana). dari misi sebelumnya).

→ Jalan menuju portal



Jadi penjelajahan bulan berlanjut, dan penemuan-penemuan baru menunggu kita: