Het Chang'e-programma — Chinese verkenning van de maan

De maan is in de Chinese mythologie nauw verbonden met de godin Chang'e, die volgens de overlevering op de maan woont. Het is dan ook geen toeval dat China zijn nationale maanverkenningsprogramma naar haar vernoemde. Wat begon als een ambitieuze nationale doelstelling in het begin van de eenentwintigste eeuw, is uitgegroeid tot een van de meest succesvolle en consequent uitgevoerde verkenningsprogramma's in de recente ruimtevaartgeschiedenis. Terwijl NASA en de Sovjet-Unie de pioniers waren van de vroege maanverkenning, heeft China met het Chang'e-programma bewezen dat het een volwaardige derde speler is geworden in het internationale maanonderzoek.

Het programma is opgedeeld in duidelijke fasen: eerst verkenning vanuit een baan om de maan, dan zachte landingen op het oppervlak, vervolgens het terugbrengen van maanmonsters en uiteindelijk de voorbereiding van bemande missies. Deze methodische aanpak onderscheidt het Chinese programma van eerdere ruimtevaartprogramma's, die vaker werden aangedreven door de druk van de ruimtewedloop en politieke urgentie dan door een langetermijnstrategie.

De eerste orbiters: Chang'e 1 en Chang'e 2

De eerste stap van het programma was het in kaart brengen van het maanoppervlak vanuit een baan om de maan. Chang'e 1, gelanceerd in 2007, was de eerste Chinese ruimtesonde die een baan om de maan bereikte. De sonde maakte gedetailleerde driedimensionale kaarten van het maanoppervlak en leverde de eerste complete Chinese dataset over de samenstelling en topografie van de maan. Na een geslaagde missie van ruim een jaar werd Chang'e 1 gecontroleerd op de maan neergestort — een technisch bewijs dat de baanmanoeuvres betrouwbaar werden beheerst.

Chang'e 2, gelanceerd in 2010, was technisch geavanceerder en had tot doel betere kaarten te maken van potentiële landingslocaties voor de volgende fase. De sonde orbiteerde op een lagere hoogte dan zijn voorganger en leverde beeldmateriaal van aanzienlijk hogere resolutie. Na het voltooien van de maanmissie werd Chang'e 2 ingezet voor aanvullende wetenschappelijke doeleinden, waaronder een fly-by langs de asteroïde Toutatis. Zo bewees China al in de vroege fase van het programma dat zijn sondes meerdere taken konden uitvoeren en dat de ingenieurs bereid waren de mogelijkheden van een vaartuig maximaal te benutten.

De eerste Chinese landing: Chang'e 3

In december 2013 voerde China de eerste zachte landing op de maan uit in bijna veertig jaar. Chang'e 3 landde in de Mare Imbrium, de Zee der Regens, en bevatte naast een stationaire lander ook een rijdend voertuig: de Yutu-rover, wat “Jade Konijn” betekent. Met Yutu betrad China het exclusieve gezelschap van landen die een rijdend voertuig op een ander hemellichaam hebben gezet, een club die tot dan toe alleen de Verenigde Staten en de Sovjet-Unie omvatte. Het vroegste Sovjet-Loenochod-programma had in de jaren zeventig met vergelijkbare maar onbemande rovers gewerkt.

Yutu reed over het maanoppervlak en voerde metingen uit van de bodemsamenstelling. Hoewel de rover door technische problemen eerder dan gepland stil kwam te staan, bleef de lander zelf veel langer operationeel dan verwacht. Chang'e 3 legde de basis voor de technologie die China zou toepassen bij de ambitieuzere missies die volgden. De missie bevestigde ook dat China zijn rakettechnologie, navigatiesystemen en zachtlandingtechnieken voldoende had geperfectioneerd voor de volgende, veel uitdagender stap.

Chang'e 4: de historische landing op de achterkant

De meest geruchtmakende prestatie van het programma tot nu toe is ongetwijfeld de landing van Chang'e 4 in januari 2019: de eerste zachte landing ooit op de achterkant van de maan. Dit is technisch een stuk lastiger dan een landing aan de zijde die altijd naar de aarde is gericht, omdat directe radiocommunicatie met de achterkant onmogelijk is. De aarde en de achterkant van de maan hebben nooit rechtstreeks zichtcontact met elkaar doordat de maan gebonden rotatie kent en altijd dezelfde kant naar ons toekeert.

Om dat probleem te omzeilen lanceerde China eerder de relaysatelliet Queqiao, die werd geplaatst in een Halo-baan rondom het zogeheten Lagrangepunt L2 achter de maan. Van daaruit kan Queqiao tegelijkertijd de lander op de achterkant en de controlecentra op aarde zien, en zo het communicatiekanaal open houden. Dit was een briljante en grotendeels onderschatte ingenieursoplossing die geen enkel eerder ruimtevaartprogramma ooit had hoeven realiseren.

Chang'e 4 landde in de Von Kármán-krater, gelegen binnen het Zuidpool-Aitken-bekken — een van de grootste en oudste inslagkraters in het zonnestelsel. De krater trekt wetenschappelijk grote interesse omdat de inslag zo diep was dat mogelijk materiaal uit de maanmantel blootgelegd is, wat informatie kan geven over de inwendige opbouw van de maan. Samen met de rover Yutu-2 begon Chang'e 4 aan een uitgebreid onderzoek van het terrein, de mineralogische samenstelling en de kosmische stralingsniveaus aan de achterkant van de maan.

Yutu-2 is bijzonder succesvol geweest: de rover was jaren na de landing nog altijd operationeel en heeft daarmee alle eerdere verwachtingen ruimschoots overtroffen. De wetenschappelijke resultaten van Chang'e 4 zijn in meerdere gerenommeerde tijdschriften gepubliceerd en hebben onder andere aanwijzingen opgeleverd voor de aanwezigheid van mantelmateriaal aan het oppervlak van het Zuidpool-Aitken-bekken. Hiermee heeft China als enig land ter wereld directe metingen verricht aan de eeuwig verborgen zijde van onze natuurlijke satelliet.

Chang'e 5: monstername en terugkeer

In december 2020 voltooide China met Chang'e 5 een missie die de meeste ruimtevaartexperts als de technisch moeilijkste tot dan toe beschouwden: het ophalen van vers maanmateriaal en dat veilig terugbrengen naar de aarde. China werd daarmee slechts het derde land, na de Verenigde Staten en de Sovjet-Unie, dat erin slaagde monsters van de maan terug te halen naar de aarde.

Chang'e 5 landde in de vulkanische regio Mons Rümker, een gebied dat geologisch jonger is dan de meeste door de Apollo-missies bemonsterde locaties. De lander boorde tot circa twee meter diep in de maanbodem en verzamelde ook oppervlaktemateriaal. In totaal werd circa 1,7 kilogram maanmateriaal meegenomen. Het terugkeervaartuig koppelde vanuit een baan om de maan aan bij de commandomodule — een techniek waarbij voor het eerst een koppelingsmanoeuvre in een maanbaan werd uitgevoerd buiten een Amerikaanse of Russische missie.

De monsters bleken afkomstig van geologisch jong vulkanisch basalt van naar schatting ongeveer 1,9 miljard jaar oud, aanzienlijk jonger dan het materiaal dat de Apollo-missies meebrachten. Deze bevinding verdiept ons begrip van de vulkanische activiteit op de maan en stelt vragen bij bestaande modellen over de afkoeling van het maaninterieur. Het maangesteente uit de Chang'e 5-missie wordt zorgvuldig geanalyseerd door wetenschappers wereldwijd, en China heeft ook een deel ervan ter beschikking gesteld aan internationale onderzoekers.

Wetenschappelijke bijdragen en bijzonderheden

De Chang'e-missies hebben niet alleen records gevestigd maar ook concrete wetenschappelijke kennis opgeleverd. De gedetailleerde kartering van het maanoppervlak door Chang'e 1 en 2 resulteerde in kaarten met een resolutie die vergelijkbaar is met die van eerdere internationale missies, en vulde lacunes op die de westerse programma's hadden gelaten. Chang'e 4 publiceerde gegevens over de samenstelling van de achterkant van de maan, over de kosmische stralingsomgeving en over de eigenschappen van het maanstof aan de achterkant — gebieden die nooit eerder ter plekke waren onderzocht.

Een opvallend onderdeel van Chang'e 4 was ook een biologisch experiment: een kleine hermetisch afgesloten container met plantenzaadjes en insecteneieren die aan boord van de lander werden meegestuurd. Het was een eerste poging om te onderzoeken of biologische cycli onder maanomstandigheden op gang kunnen komen. Hoewel het experiment beperkt van omvang was, vertegenwoordigde het een ambitieuze stap in de voorbereiding op toekomstig menselijk verblijf op de maan.

Toekomstige missies en bemande ambities

China heeft plannen bekendgemaakt voor verdere missies in de Chang'e-reeks en daarna. Chang'e 6 was gericht op monstername van de achterkant van de maan, waarmee China nog verder zou gaan dan de historische landing van Chang'e 4. Verdere missies zijn gericht op de zuidpool van de maan, een gebied dat ook centraal staat in het Artemis-programma van NASA vanwege de mogelijke aanwezigheid van waterijs in permanent beschaduwde kraters.

Op langere termijn werkt China aan de ontwikkeling van een Internationaal Maanonderzoeksstation, een project dat China in samenwerking met Rusland en mogelijk andere partners wil bouwen. Of en wanneer Chinese astronauten voet zullen zetten op de maan valt op dit moment niet met zekerheid te zeggen, maar de technische bouwstenen — precisielanding, rendez-vous in maanbaan, monstername en -terugkeer — zijn stuk voor stuk al gedemonstreerd door de onbemande Chang'e-missies. De vergelijking met de vroege fases van het Apollo-programma dringt zich op: ook dat begon met orbiters en onbemande verkenners voordat mensen de reis waagden.

China in de internationale context van maanverkenning

Het Chang'e-programma opereert in een wereld waarin maanverkenning opnieuw een internationale prioriteit is geworden. Naast China en de Verenigde Staten zijn ook India met het Chandrayaan-programma, Japan en diverse Europese landen actief met maanonderzoek. De concurrentie is minder uitgesproken ideologisch dan tijdens de oorspronkelijke ruimtewedloop, maar de nationale prestige-component is zeker niet verdwenen.

China heeft bewust gekozen voor een eigen, onafhankelijke weg. Het land werd lange tijd buitengesloten van samenwerking met NASA vanwege politieke restricties, en heeft mede daardoor een volledig autonome capaciteit opgebouwd: eigen lanceervoertuigen, eigen vluchtleidingsinfrastructuur en eigen wetenschappelijke instrumenten. Die onafhankelijkheid heeft als onverwacht neveneffect dat China technieken heeft ontwikkeld die nergens anders ter wereld beschikbaar zijn, zoals het communicatiesysteem via de Queqiao-relaysatelliet dat noodzakelijk was voor de Chang'e 4-landing op de achterkant van de maan. Voor wie de tijdlijn van maanverkenning bestudeert, markeert het Chang'e-programma een duidelijk nieuw hoofdstuk: de maan is geen exclusief domein meer van de supermachten van de twintigste eeuw.