Chang’e 3

La primera misión china que logró aterrizar en la Luna y desplegar un rover sobre la superficie lunar tras alunizar en Mare Imbrium en 2013.

Chang’e 3 fue la primera misión china que logró realizar un alunizaje suave y operar un vehículo de exploración sobre la superficie lunar. Lanzada el 1 de diciembre de 2013 como parte de la segunda fase del Programa Chino de Exploración Lunar, la misión estaba formada por un módulo de aterrizaje y el rover Yutu, cuyo objetivo era estudiar la geología, la composición y la estructura del subsuelo de Mare Imbrium, una de las mayores llanuras basálticas de la Luna.

La misión alcanzó la superficie lunar el 14 de diciembre de 2013, convirtiéndose en el primer aterrizaje controlado en la Luna desde la misión soviética Luna 24 en 1976. Durante sus operaciones, Yutu recorrió 114 m sobre el regolito lunar y realizó observaciones geológicas, mineralógicas y geoquímicas, mientras que el aterrizador llevó a cabo observaciones astronómicas en ultravioleta y estudios de la plasmasfera terrestre desde la superficie de la Luna.

Aunque la vida útil prevista del rover era de tres meses, Yutu continuó funcionando de forma parcial hasta agosto de 2016, cuando cesó definitivamente sus operaciones tras 31 meses de actividad. El aterrizador superó ampliamente su vida útil nominal de un año y permaneció operativo durante varios años más, convirtiéndose en una de las misiones de superficie lunar de mayor duración de la historia.

Objetivos de la misión Chang’e 3

Chang’e 3 fue concebida como la primera misión china destinada a realizar un aterrizaje suave sobre la superficie lunar y operar un vehículo móvil de exploración. Como parte de la segunda fase del Programa Chino de Exploración Lunar, sus objetivos combinaban la validación de tecnologías necesarias para futuras misiones con una amplia campaña científica desarrollada directamente sobre la superficie de la Luna.

Entre sus principales metas figuraban el estudio de la morfología y la estructura geológica de la región de aterrizaje, el análisis de la composición mineralógica y elemental del regolito y las rocas lunares, y la investigación del subsuelo mediante observaciones radar realizadas por el rover Yutu. Estas mediciones debían mejorar el conocimiento sobre la evolución volcánica de Mare Imbrium y proporcionar datos obtenidos in situ en una región nunca antes explorada por una misión de superficie.

La misión también incorporó dos objetivos científicos adicionales: observar la plasmasfera terrestre desde la superficie lunar mediante una cámara de ultravioleta extremo y realizar observaciones astronómicas en ultravioleta con el telescopio LUT instalado sobre el aterrizador. Al mismo tiempo, Chang’e 3 debía demostrar sistemas de descenso autónomo, detección de obstáculos, supervivencia durante las noches lunares y operaciones prolongadas en superficie que servirían de base para las posteriores misiones Chang’e 4, Chang’e 5 y Chang’e 6.

Características de la misión Chang’e 3

Chang’e 3 fue una misión de exploración lunar de superficie compuesta por un módulo de aterrizaje fijo y el rover Yutu. Fue diseñada para realizar un alunizaje suave en Mare Imbrium, desplegar un vehículo de exploración sobre el terreno y llevar a cabo investigaciones geológicas, geoquímicas, geofísicas y astronómicas durante varios meses. Tras su lanzamiento, la sonda realizó una transferencia directa hacia la Luna, entró en órbita lunar y descendió de forma autónoma hasta la superficie utilizando un motor principal de empuje variable, sistemas de navegación óptica y sensores capaces de identificar obstáculos durante los últimos metros del descenso.

El aterrizador Chang’e 3

El módulo de aterrizaje tenía una masa al lanzamiento cercana a 3.640 kg y fue diseñado para operar durante al menos un año sobre la superficie lunar. Disponía de paneles solares para generar electricidad durante el día lunar y unidades de calentamiento por radioisótopos para mantener sus sistemas dentro de los límites térmicos durante las noches lunares, cuando las temperaturas pueden descender por debajo de −180 °C.

Su carga científica estaba formada por la cámara de descenso LCAM, utilizada para documentar el alunizaje; la cámara de terreno TCAM, destinada a obtener imágenes de la superficie circundante; la cámara de ultravioleta extremo EUVC, diseñada para estudiar la plasmasfera terrestre desde la Luna; y el telescopio ultravioleta LUT, el primer observatorio astronómico robótico de larga duración instalado sobre la superficie lunar.

El rover Yutu

Yutu, cuyo nombre significa «Conejo de Jade», era un vehículo de seis ruedas con una masa de 140 kg y unas dimensiones aproximadas de 1,5 m de longitud, 1,0 m de anchura y 1,1 m de altura. Estaba alimentado mediante paneles solares y empleaba unidades de calentamiento por radioisótopos de plutonio-238 para sobrevivir a las largas noches lunares. Su diseño le permitía superar obstáculos de hasta 20 cm de altura y desplazarse por pendientes de hasta 20°.

El rover transportaba cuatro instrumentos científicos. La cámara panorámica PCAM obtenía imágenes estereoscópicas de la superficie. El espectrómetro APXS analizaba la composición elemental de rocas y regolito. El espectrómetro VNIS estudiaba la composición mineralógica mediante observaciones en el visible y el infrarrojo cercano. Finalmente, el radar de penetración lunar LPR investigaba la estructura del subsuelo, convirtiéndose en el primer instrumento de este tipo utilizado directamente sobre la superficie de la Luna.

Antecedentes de la misión Chang’e 3

La misión Chang’e 3 formaba parte de la segunda fase del Programa Chino de Exploración Lunar (CLEP), una iniciativa aprobada por el gobierno chino a comienzos del siglo XXI con el objetivo de desarrollar progresivamente las capacidades necesarias para explorar la Luna. El programa fue estructurado en tres etapas sucesivas: exploración orbital, exploración de superficie y retorno de muestras. Tras completar con éxito la primera fase, China inició el desarrollo de las tecnologías necesarias para realizar un aterrizaje controlado y operar vehículos sobre la superficie lunar.

Las misiones Chang’e 1 y Chang’e 2 desempeñaron un papel fundamental en esta preparación. Lanzada en 2007, Chang’e 1 obtuvo los primeros mapas globales tridimensionales de la Luna elaborados por China y recopiló información sobre la composición elemental de la superficie. Su sucesora, Chang’e 2, lanzada en 2010, incorporó cámaras de mayor resolución y permitió obtener imágenes detalladas de posibles zonas de aterrizaje. Tras completar su misión lunar, la sonda fue reutilizada para sobrevolar el asteroide (4179) Toutatis en diciembre de 2012, demostrando nuevas capacidades de navegación en el espacio profundo.

La experiencia adquirida por ambas misiones permitió seleccionar una región del norte de Mare Imbrium como objetivo para el primer aterrizaje lunar chino. Esta zona presentaba una combinación de terrenos relativamente seguros para el alunizaje y un elevado interés científico debido a la presencia de basaltos relativamente jóvenes que no habían sido estudiados directamente por las misiones Apolo ni por las sondas soviéticas Luna. Con la construcción de Chang’e 3, China afrontó por primera vez el desarrollo de sistemas de descenso autónomo, detección de obstáculos, supervivencia durante las noches lunares y operaciones de superficie mediante un rover, tecnologías que servirían posteriormente de base para las misiones Chang’e 4, Chang’e 5 y Chang’e 6.

Desarrollo de la misión Chang’e 3

Lanzamiento y viaje hacia la Luna

Chang’e 3 fue lanzada el 1 de diciembre de 2013 mediante un cohete Larga Marcha 3B desde el Centro de Lanzamiento de Satélites de Xichang, en la provincia china de Sichuan. El despegue marcó el inicio de la primera misión china destinada a realizar un aterrizaje controlado sobre la superficie lunar y desplegar un vehículo de exploración.

Tras separarse del lanzador, la sonda fue inyectada en una trayectoria directa hacia la Luna. Durante los días siguientes realizó varias maniobras de corrección de trayectoria para refinar su ruta antes de alcanzar las proximidades de nuestro satélite. Aproximadamente 112 horas después del lanzamiento, Chang’e 3 encendió su motor principal para reducir su velocidad e ingresar en órbita lunar.

Una vez capturada por la gravedad de la Luna, la nave comenzó una serie de maniobras destinadas a reducir progresivamente la altura de su órbita. Inicialmente operó en una órbita casi circular de unos 100 km de altitud y posteriormente fue trasladada a una órbita elíptica con un perilunio de aproximadamente 15 km, desde la que iniciaría la secuencia de descenso hacia Mare Imbrium. Durante estos días se verificó el correcto funcionamiento de todos los sistemas de navegación, guiado y control que serían necesarios para afrontar el alunizaje.

Descenso y alunizaje

La secuencia de descenso comenzó el 14 de diciembre de 2013 desde una órbita elíptica de aproximadamente 100 × 15 km. A las 13:11 UTC, Chang’e 3 completó con éxito el primer alunizaje suave realizado por China y el primero efectuado en la Luna desde la misión soviética Luna 24 en 1976.

Durante la fase inicial del descenso, el motor principal de empuje variable redujo progresivamente la velocidad orbital de la nave, que alcanzaba unos 1,7 km/s. A medida que perdía altitud, el sistema de guiado utilizó radares, altímetros láser y cámaras para determinar con precisión la posición de la nave respecto a la superficie lunar. Cuando descendió por debajo de los 2 km de altura, el aterrizador modificó su orientación para observar directamente el terreno situado bajo la trayectoria de vuelo.

A unos 100 m de altitud, Chang’e 3 anuló prácticamente toda su velocidad horizontal y permaneció brevemente en vuelo estacionario mientras analizaba el terreno mediante su sistema de navegación autónoma. Esta maniobra permitió identificar obstáculos potenciales y seleccionar una zona segura para el aterrizaje dentro del área prevista. Tras completar la evaluación, la nave realizó pequeños desplazamientos laterales para ajustar su posición y reanudó el descenso vertical.

Cuando alcanzó una altura de aproximadamente 4 m sobre la superficie, el motor principal se apagó deliberadamente para evitar que los gases de escape alterasen el terreno o comprometieran la estabilidad del aterrizador. La nave cayó los últimos metros en caída libre y tomó contacto con la superficie lunar en una región del norte de Mare Imbrium situada cerca del cráter Zi Wei, en las coordenadas 44,12° N y 19,51° O.

Las imágenes transmitidas durante el descenso mostraron por primera vez en tiempo real un alunizaje controlado sobre la superficie lunar demostrando por primera vez la capacidad china para realizar aterrizajes autónomos en otro mundo.

Despliegue del rover Yutu

Pocas horas después del alunizaje comenzaron las operaciones para desplegar el rover Yutu desde la plataforma superior del aterrizador. Tras verificar el estado de los sistemas de ambos vehículos y desplegar sus paneles solares, el rover inició una secuencia cuidadosamente planificada para descender hasta la superficie lunar.

A diferencia de los rovers soviéticos Lunojod, Yutu utilizaba un sistema compuesto por una plataforma móvil y una rampa desplegable. El vehículo avanzó lentamente desde su posición de transporte hasta la rampa, que fue inclinándose progresivamente hasta alcanzar la superficie. La maniobra fue supervisada desde el Centro de Control Aeroespacial de Pekín y transmitida mediante múltiples cámaras instaladas tanto en el aterrizador como en el propio rover.

El 14 de diciembre de 2013, pocas horas después del aterrizaje, Yutu completó con éxito su descenso y comenzó a desplazarse sobre Mare Imbrium. China se convirtió así en el segundo país, tras la Unión Soviética, en operar un rover sobre la superficie lunar. Durante las primeras horas de actividad, el vehículo recorrió varios metros alrededor del lugar de aterrizaje y tomó imágenes del aterrizador, mientras Chang’e 3 fotografiaba al rover desde la superficie.

Estas observaciones permitieron confirmar el correcto funcionamiento de los sistemas de movilidad, comunicaciones y navegación. Las imágenes obtenidas por ambos vehículos, incluyendo las primeras fotografías mutuas tomadas desde la superficie lunar, constituyeron uno de los hitos más destacados de la misión y marcaron el inicio de las operaciones científicas de Yutu.

Operaciones en Mare Imbrium

Tras completar su despliegue, Yutu inició una campaña de exploración centrada en los alrededores del lugar de aterrizaje, oficialmente denominado Guang Han Gong por la Unión Astronómica Internacional en 2015. Durante los primeros días lunares, el rover recorrió lentamente el terreno circundante obteniendo imágenes panorámicas, analizando la composición del regolito y realizando observaciones radar del subsuelo. Mientras tanto, el aterrizador comenzó a operar sus instrumentos astronómicos y de observación de la plasmasfera terrestre.

La misión tuvo que adaptarse al ciclo día-noche de la Luna. Tanto el aterrizador como el rover entraban periódicamente en hibernación durante las noches lunares, de aproximadamente catorce días terrestres de duración, cuando las temperaturas pueden descender por debajo de −180 °C. Para sobrevivir a estas condiciones extremas, ambos vehículos utilizaban unidades de calentamiento por radioisótopos basadas en plutonio-238, que mantenían los sistemas electrónicos dentro de rangos operativos hasta la llegada del siguiente amanecer.

Durante sus desplazamientos, Yutu recorrió una trayectoria de unos 114 m alrededor del lugar de aterrizaje. El rover obtuvo imágenes detalladas de la superficie, realizó análisis geoquímicos de rocas y regolito mediante el espectrómetro APXS y empleó su radar de penetración para investigar la estructura del subsuelo lunar. Los datos obtenidos durante estas primeras semanas constituyeron la primera exploración in situ realizada por China sobre otro cuerpo celeste.

El 25 de enero de 2014, durante los preparativos para afrontar la segunda noche lunar, el rover sufrió una avería mecánica relacionada con su sistema de movilidad. Aunque el fallo impidió nuevos desplazamientos, Yutu continuó transmitiendo datos científicos desde una posición fija y logró sobrevivir a sucesivos ciclos térmicos mucho más allá de su vida útil nominal de tres meses. El aterrizador también continuó operando con normalidad y mantuvo activos sus instrumentos científicos.

Las operaciones científicas del rover finalizaron el 3 de agosto de 2016 tras 31 meses de actividad sobre la superficie lunar, más de diez veces la duración prevista para la misión primaria. El aterrizador, diseñado para funcionar durante un año, continuó transmitiendo datos durante varios años adicionales. El telescopio ultravioleta LUT siguió realizando observaciones astronómicas y el conjunto de la misión permaneció operativo mucho más tiempo de lo previsto inicialmente, convirtiéndose en una de las misiones de superficie lunar de mayor duración de la historia.

El aterrizador continuó funcionando mucho más allá de su vida útil nominal y siguió transmitiendo datos durante varios años después del final de las operaciones del rover. Diversas observaciones realizadas desde la Tierra indicaban que la nave mantenía una actividad limitada al menos hasta 2020, mientras que algunas fuentes posteriores sugieren que aún conservaba capacidades operativas básicas en 2024.

Primeros resultados científicos

El lugar de aterrizaje y los basaltos de Mare Imbrium

Chang’e 3 aterrizó en una región del norte de Mare Imbrium caracterizada por la presencia de extensas llanuras basálticas formadas por antiguas erupciones volcánicas. Los análisis realizados por Yutu demostraron que esta zona era geológicamente diferente de las visitadas por las misiones Apolo y las sondas soviéticas Luna. La región de Guang Han Gong se encuentra sobre basaltos relativamente jóvenes, con una edad estimada de unos 2.500 a 3.200 millones de años, lo que la convierte en una de las unidades volcánicas más recientes estudiadas directamente sobre la superficie lunar.

Las observaciones realizadas desde la superficie permitieron relacionar por primera vez los datos obtenidos in situ con las observaciones orbitales realizadas por misiones como Lunar Reconnaissance Orbiter, Kaguya, Chang’e 1 y Chang’e 2. Esta calibración proporcionó una referencia directa para interpretar regiones similares observadas únicamente desde órbita.

Composición de la superficie lunar

Los instrumentos APXS y VNIS permitieron analizar la composición elemental y mineralógica del regolito y de varios afloramientos rocosos próximos al lugar de aterrizaje. Las mediciones revelaron basaltos ricos en hierro y titanio, con concentraciones de dióxido de titanio superiores a las encontradas en algunas muestras obtenidas durante las misiones Apolo.

Las observaciones espectrales identificaron minerales como piroxeno y olivino, característicos de rocas volcánicas basálticas. Los resultados indicaron que los materiales presentes en Mare Imbrium poseen características composicionales diferentes de las estudiadas anteriormente en otras regiones de la Luna, aportando nueva información sobre la evolución química del interior lunar y sobre la duración de la actividad volcánica en nuestro satélite.

El subsuelo lunar observado por el radar LPR

Uno de los mayores logros científicos de la misión fue la utilización del radar de penetración lunar LPR, el primero que operó directamente sobre la superficie de la Luna. El instrumento permitió estudiar la estructura del subsuelo con una resolución sin precedentes, identificando una capa superficial de regolito de aproximadamente 4 a 6 m de espesor y varias unidades geológicas situadas a mayor profundidad.

Los datos obtenidos revelaron la existencia de múltiples capas de basaltos superpuestas, separadas por depósitos de eyección y antiguos horizontes de regolito enterrado. Estas observaciones proporcionaron evidencias directas de que Mare Imbrium experimentó varios episodios volcánicos distintos a lo largo de su historia geológica. Los estudios posteriores basados en los datos del radar permitieron reconstruir una compleja secuencia de coladas de lava acumuladas durante cientos de millones de años y mejorar el conocimiento sobre la evolución térmica del interior lunar.

La plasmasfera terrestre observada desde la Luna

La cámara de ultravioleta extremo EUVC obtuvo las primeras imágenes de gran campo de la plasmasfera terrestre tomadas desde la superficie lunar. Operando en la longitud de onda de 30,4 nm, el instrumento observó la distribución del plasma que rodea la Tierra y su interacción con el entorno espacial.

Durante la misión se obtuvieron más de 600 imágenes que permitieron identificar la extensión de la plasmasfera, el contorno terrestre, la sombra proyectada por nuestro planeta y diferentes estructuras asociadas a la ionosfera. Estas observaciones ofrecieron una perspectiva única imposible de obtener desde satélites situados en órbita terrestre.

Astronomía desde la superficie lunar

El telescopio ultravioleta LUT se convirtió en el primer observatorio astronómico robótico de larga duración instalado sobre la Luna. Diseñado para realizar observaciones en ultravioleta cercano, el instrumento estudió estrellas brillantes, sistemas binarios, galaxias activas y objetos variables desde un entorno libre de atmósfera y con largas ventanas de observación continuas.

Durante los primeros meses de la misión obtuvo más de 32.000 imágenes astronómicas y realizó observaciones de hasta 18 horas consecutivas. Entre sus primeros resultados se incluyeron estudios fotométricos de estrellas variables y la identificación de decenas de objetos astronómicos en la constelación de Draco. Gracias a su prolongada vida operativa, LUT se convirtió en una de las cargas científicas más longevas de toda la misión y demostró la viabilidad de realizar observaciones astronómicas desde la superficie lunar.

Cronología de la misión Chang’e 3

Lanzamiento	1 de diciembre de 2013
Inserción en órbita lunar	6 de diciembre de 2013
Inicio de la órbita de descenso	10 de diciembre de 2013
Alunizaje en Mare Imbrium	14 de diciembre de 2013
Despliegue del rover Yutu	14 de diciembre de 2013
Fin de las operaciones del rover Yutu	3 de agosto de 2016
Últimas confirmaciones públicas de actividad limitada del aterrizador	2024

Referencias y más información:

• Sijing Liu, et al. (2022). Pattern Analyses of Lunar Penetrating Radar Images at Chang’E-3, Chang’E-4 and Chang’E-5 Landing Sites. Remote Sensing. JGR Planets.
• Lai, J. et al. (2020). First look by the Yutu-2 rover at the deep subsurface structure at the lunar farside. Nature.
• Dong, Zehua et al. (2017). Parameters and structure of lunar regolith in Chang’E-3 landing area from lunar penetrating radar data. Icarus – Science Direct.
• Xiao L. et al. (2015). A young multilayered terrane of the northern Mare Imbrium revealed by Chang’E-3 mission. Science.
• Su, Y. et al. (2014). Lunar Penetrating Radar onboard the Chang’E-3 mission. Astronomy and Astrophysics.