Chang'e 1 ou CE-1 (du chinois : 嫦娥一号 ; pinyin : cháng'é yī hào, de Chang'e, déesse de la Lune dans la mythologie chinoise) est une sonde spatiale lunaire chinoise lancée le 24 octobre 2007. Chang'e 1 dont l'objectif est d'étudier la surface et l'environnement de la Lune en préparation d'un atterrissage est la première mission du programme d'exploration lunaire de la Chine.
La sonde de type orbiteur est équipée de 8 instruments scientifiques dont une caméra stéréoscopique à haute résolution, un altimètre laser, un spectromètre à rayon X ou encore un détecteur de vent solaire. Les objectifs de la mission sont de dresser une carte en 3 dimensions de la surface lunaire, d'étudier la répartition des éléments chimiques et de caractériser l'environnement de la Lune.
La sonde se place en orbite autour de la Lune le 5 novembre 2007. La mission s'achève 495 jours après son lancement lorsque la sonde est désorbitée et heurte la surface lunaire le 1er mars 2009 dans la Mer de la Fertilité, non loin du site d'atterrissage de la sonde soviétique Luna 16.
Le premier projet de sonde lunaire chinoise remonte à 1962, proposé par l'Université de Nankin, mais il n'est pas retenu. La question se pose finalement sérieusement en 1994 après le succès de la sonde Hiten envoyée par le Japon, qui démontre que l'exploration lunaire n'est pas limitée qu'aux deux Grands, mais la priorité est alors donnée au plus ambitieux programme habité. En 1995, le directeur de la recherche spatiale de l'Académie chinoise des sciences, Jiang Jingshan, annonce qu'un projet d'orbiteur lunaire est à l'étude. La mission Chang'e 1 est finalement approuvée le 28 février 2003 sous le nom officiel de projet 211, avec un budget de 1,4 milliard de yuan (140 millions d'euro).
Les objectifs scientifiques sont les suivants :
Imager la Lune en trois dimensions afin d'en déterminer la structure, la topographie, les cratères, l'histoire et l'évolution structurelle
Déterminer la quantité et la distribution des éléments chimiques sur la Lune
Mesurer l'épaisseur du régolithe lunaire
Évaluer les particules et les radiations de l'environnement lunaire
La sonde doit également aider à déterminer des sites pour les futurs atterrissages du programme et tester la capacité de communication dans l'espace profond.
Afin d'économiser le développement d'un engin totalement nouveau et d'utiliser des technologies ayant déjà fait leur preuve, il est choisi de réutiliser le bus d'un satellite de télécommunication Dong Fang Hong 3 de l'Académie chinoise de technologie spatiale. Le corps de la sonde est de forme cubique et de dimensions 2,2 × 1,72 × 2,2 m, avec une structure construite autour d'un réservoir cylindrique entouré de panneaux en nid d'abeilles, avec un module supérieur et un module inférieur. La masse totale au lancement de la sonde est de 2 350 kg, dont 1 200 kg de carburant. Le contrôle thermique est évalué à l'aide de capteurs et obtenu via plusieurs couches isolantes, peinture thermique, caloducs, et un système de chauffage.
La propulsion principale est assurée par un unique moteur-fusée à ergols liquides d'une poussée de 490 N brûlant le couple hypergolique peroxyde d'azote et hydrazine stocké dans des réservoirs mis sous pression par de l'hélium. Ce propulseur est allumable plusieurs fois mais sa poussée n'est pas modulable ni orientable. Il est utilisé lors des manœuvres importantes telles que les changements d'orbite.
La sonde est stabilisé sur 3 axes, c'est-à-dire qu'elle dispose d'un système afin de maintenir son orientation. Cela permet aussi bien de maximiser l'énergie reçue par les panneaux solaires que de pointer les instruments scientifiques vers leurs cibles. Le moteur principal étant fixe, cela permet également de maintenir l'orientation de la sonde durant sa mise en marche. L'attitude est déterminée à l'aide de capteurs solaires, de viseurs d'étoiles, de gyroscopes et de capteurs à ultra-violet. L'orientation est modifiée à l'aide de roues de réaction et de deux grappes de 6 propulseurs de 10 N chacun. La précision de pointage obtenue est inférieure à 1° (3σ) et la précision de maintien est de 0,01°/s.
La sonde se fournit en énergie à l'aide de deux ailes comportant chacune trois panneaux solaires, soit une envergure totale de 18 m pour une surface de 22,7 m2 une fois déployées. La puissance électrique maximale produite est de 1 450 W et l'énergie est stockée dans des batteries nickel-hydrogène. La charge utile reçoit une puissance électrique de 161 W.
Pour les télécommunications avec le contrôle au sol, la sonde utilise une antenne parabolique orientable grand gain de 60 cm de diamètre qui se déploie une fois en orbite et 4 antennes omnidirectionnelle de faible gain. Les transmissions se font en bande S, avec un débit des données vers le sol de 3 Mo/s.
La sonde emporte en tout 8 instruments scientifiques. Six d'entre eux sont des instruments de télédétection destinés à l'observation directe de la Lune. Aucun n'est mobile et ils reposent donc sur l'orientation globale de la sonde pour pointer vers leur sujet d'étude. Ces instruments sont :
CELMS (Chang'e 1 Lunar Microwave Sounder), aussi appelé MRM (Microwave Radiometer, Moon), est l'instrument principal de la mission. Il s'agit d'un radiomètre à micro-onde sur 4 fréquences (3 GHz, 7,8 GHz, 19,3 GHz et 37 GHz) dont l'objectif est d'étudier la profondeur du régolithe lunaire. La fréquence la plus basse étant celle permettant d'étudier le plus profondément, il fut décidé de se limiter à 3 GHz en raison des contraintes liées à la taille de l'antenne. La fréquence de 37 GHz sert à évaluer la température de brillance (en) de la surface lunaire, et les fréquences de 7,8 GHz et 19,3 GHz permettent d'obtenir la construction interne des couches du régolithe. L'instrument est calibré à l'aide de deux cibles : une charge interne à l'instrument, et en pointant vers l'espace profond. Il permit d'obtenir la première carte en micro-onde de toute la surface lunaire.
Stereo Camera est une caméra stéréoscopique CCD d'une résolution d'environ 120 m, observant dans trois directions différentes simultanément : en avant (17°), en arrière (−17°) et au nadir (0°), ce qui permit d'obtenir un modèle numérique de terrain ainsi que des données d'orthophotographie, c'est-à-dire une carte en 3 dimensions de la surface de la Lune. L'instrument fonctionne dans le spectre visible entre 500 et 750 nm. La caméra a une distance focale de 23,3 mm, et utilise un capteur photographique de 1 024 × 1 024 pixels, avec une taille de pixels de 14 μm, et un angle de champ couvrant 60 km. L'instrument a une masse de 31 kg.