La prima missione di sbarco lunare cinese

Per la prima volta è uscita una pubblicazione scientifica che delinea molti particolari della prima missione cinese lunare con equipaggio, e la cosa più importante è che ci sono anche delle date di lancio ben fissate. Secondo quanto riportato nello studio, il lander che porterà un equipaggio sulla superficie potrà decollare da Terra il 27 novembre 2028, quindi tra poco più di quattro anni.

La pubblicazione è uscita il 30 dicembre 2023 su Journal of Astronautics ed è solamente in cinese. Già nel corso del 2023, però, erano stati resi noti altri dettagli sull’architettura di missione, e in particolare che sarebbero stati necessari due lanci distinti: uno con il lander e uno con la capsula per l’equipaggio, utilizzando un razzo ancora in via di sviluppo, il Lunga Marcia 10. Un altro dettaglio emerso in passato è che, sebbene il progetto a lungo termine sia di costruire una base nei pressi del polo sud lunare, la prima missione non avrebbe avuto un vincolo sulla località precisa, anzi il punto di atterraggio potrebbe essere in un posto qualunque della superficie lunare.

Il doppio lancio è un vincolo per non arrivare troppo oltre con la data. Magari aspettando ancora 6-7 anni si sarebbe riusciti a effettuare una missione sulla superficie lunare con un singolo lancio del vettore Lunga Marcia 9, ma per far prima si è optato per un meno potente e più maturo Lunga Marcia 10. Questo razzo è sì in sviluppo, ma molti dei suoi componenti sono già stati utilizzati in altri lanciatori. I carichi dei due lanciatori faranno un rendez-vous in orbita lunare, dopodiché l’equipaggio trasborderà dalla capsula al lander e si staccherà per l’atterraggio. Il lander ripartirà tre giorni dopo, l’equipaggio si ritrasferirà nella capsula prima di ripartire per casa. Il luogo di atterraggio non è ancora stato deciso, ma si presume che sarà attorno alla fascia equatoriale lunare. Il rendez-vous in orbita lunare è stato già sperimentato con la missione Chang’e 5.

Tornando alla pubblicazione più recente, gli autori rimarcano quanto sia più difficile progettare una missione lunare rispetto a una terrestre. Oltre a tutte le questioni di superficie, all’ambiente ostile che si dovrà affrontare, c’è anche un discorso di stabilità orbitale, molto semplice attorno alla Terra e molto più complicato attorno alla Luna. Le orbite lunari studiate risentono, infatti, sia dell’influenza della Terra e del Sole, che le perturbano regolarmente, sia dell’influenza delle difformità intrinseche delle Luna stessa, che essendo un corpo celeste molto più piccolo della Terra è meno uniforme e ha zone con un campo gravitazionale disomogeneo.

Questa instabilità orbitale attorno alla Luna ha vincolato molte scelte del profilo missione. In particolare, accade un fenomeno molto più accentuato rispetto alle orbite omologhe terrestri: la variazione dell’eccentricità orbitale. Per spiegarlo in parole semplici, un’orbita circolare lunare col tempo viene deformata in una ellittica, riducendo di conseguenza la distanza minima dalla superficie. Così, pianificando di mandare prima il lander lunare e parcheggiarlo in orbita attorno alla Luna in attesa dell’equipaggio, se l’orbita in partenza è troppo bassa si rischia di andare pericolosamente vicini alla superficie. Un’orbita circolare a 200 km di quota della superficie viene perturbata in due mesi sotto gli 80 km di quota, una soglia considerata di sicurezza in fase di pianificazione.

Per questo motivo sono state scelte due orbite di parcheggio per il lander lunare. La prima, molto ellittica, con 200 km di quota minima e 5.000 km di quota massima, meno avvezza alle perturbazioni citate sopra, ma più scomoda per le manovre di rendez-vous in orbita lunare. La seconda, a 200 km di quota e quasi circolare, da raggiungere poco prima dell’arrivo dell’equipaggio. L’inclinazione orbitale scelta è di 171°, retrograda per motivi tecnici, perché arrivando dalla Terra il consumo di carburante è minore.

Un altro aspetto importante delle missioni con equipaggio è il ritorno a casa. A differenza delle missioni di sola andata, bisogna anche tenere in mente alcuni vincoli sul rientro che limitano di molto la versatilità della missione. Dopo le operazioni di attracco in orbita lunare, trasbordo dell’equipaggio nel lander e discesa sulla superficie, la capsula dell’equipaggio continuerà a orbitare attorno alla Luna, mentre il lander sarà sulla superficie, la quale ruota attorno all’asse lunare compiendo circa un giro completo al mese. Purtroppo però, per scendere e risalire dall’orbita in superficie, il punto di atterraggio deve essere complanare all’orbita, il che lascia davvero poca libertà alla cadenza della missione.

Questi vincoli non sono unici della Luna; anche a Terra, ad esempio, quando una navetta con equipaggio deve rientrare a casa è fondamentale che il punto di atterraggio sia nello stesso piano dell’orbita, ma la Terra fa un giro ogni 24 ore, cosicché questa situazione si ripete ogni giorno, anzi con due occorrenze favorevoli al giorno. Un’orbita, infatti, incontra un parallelo terrestre solitamente in due punti, che vengono definiti un punto ascendente e uno discendente. La Luna, invece, fa un giro al mese, rendendo questa configurazione di manovra molto più rara. L’orbita scelta è tale che il punto di atterraggio in superficie sia nel piano orbitale al momento della discesa, tre giorni dopo la discesa, e di nuovo dopo un mese.

Questo è un piano preliminare. Ci sono ancora tanti anni davanti, tutto può cambiare. Il piano attuale prevede i seguenti punti:

• partenza del lander il 27 novembre 2028 e parcheggio in orbita 200 × 5.000 km;
• partenza dell’equipaggio da 30 giorni a 6 mesi dopo il lander;
• il lander cambia orbita di parcheggio, abbassando l’apolunio a 200 km;
• rendez-vous tra capsula con equipaggio e lander in orbita 200 × 200 km;
• separazione e discesa in superficie, con tre giorni di operatività;
• risalita, rendez-vous e trasferimento dal lander alla capsula;
• rientro a casa.

Fonte: Journal of Astronautics, anno 2023, Vol. 44 ›› Issue (12): 1830-1838.