Chang'e 3 (kompendium)

[Scorus]

W przedniej części panelu górnego znajduje się maszt kamer i anteny wysokiego zysku. Jest on zainstalowany na mechanizmie obracającym o trzech stopniach swobody, pozwalającym na jego nachylanie w przód i w tył oraz obracanie. Tym samym umożliwia on pozycjonowanie anteny wysokiego zysku oraz ułatwia pozycjonowanie kamer. Dokładność kontroli pozycji masztu wynosi 0.3 stopnia. Mechanizm ten pozwala również na wielokrotne składanie i rozkładanie masztu. Antena znajduje się w górnej części masztu. Na jego szczycie zlokalizowany jest zestaw kamer obejmujący dwie głowice kamery panoramicznej oraz dwie głowice kamery nawigacyjnej. Są one umieszczone na wysokości 1.5 metra ponad powierzchnią. Kamery są zamontowane na ramie zainstalowanej na mechanizmie obracającym. Pozwala on na obracanie zestawu w poziomie oraz nachylanie w pionie. Tym samym kamery mogą uzyskiwać pełne panoramy otoczenia oraz obrazować cele znajdujące się w pobliżu łazika.

[Scorus]

Na przednim panelu bocznym (+Z) znajduje się zrobotyzowane ramię ze spektrometrem APXS. Składa się ono z trzech skrajnych podłużnic krótkich (dwóch tylnych i jednej przedniej), środkowej podłuży długiej oraz końcowej obrotowej wieżyczki. Elementy te są połączone mechanizmami stawowymi obsługiwanymi przez silniki elektryczne. Na obrotowej wieżyczce znajduje się głowica spektrometru APXS. W okresie gdy ramię nie jest używane, pozostaje złożone na panelu +Z tak, że spektrometr znajduje się blisko zainstalowanej na nim radioizotopowej jednostki grzewczej.

[Scorus]

System jezdny łazika jest oparty na konfiguracji Rocker-Bogie. Zawieszenie składa się z dwóch ramion (+Y i -Y). Każde z nich obejmuje dłuższy łącznik przedni (Bogie) z jednym kołem na końcu przednim i osią łączącą z krótszym łącznikiem tylnym (Rocker) zawierającym dwa koła. Łączniki Bogie obu ramion są połączone z belkami przebiegającymi we wnętrzu łazika. Łączą one oba ramiona poprzez mechanizm różnicowy (dyferencjał). Układ taki pozwala na zachowanie równowagi podczas jazdy po przeszkodach. Gdy Rocker unosi się podczas pokonywania nierówności Bogie jednocześnie obniża się.

[Scorus]

 Łazik posiada trzy pary identycznych kół. Ich bieżnik ma konstrukcję ażurową. Składa się z trzech pierścieni na których jest rozpięta siatka. Do pierścieni są ponadto przymocowane niewielkie poprzeczne skrzydełka zapewniające dobrą przyczepność podczas jazdy po sypkim regolicie. Niwelują one poślizgi. Środkowy pierścień bieżnika posiada 6 szprych w kształcie litery Y, zlanych z pierścieniem osiowym umożliwiającym osadzenie koła na osi odpowiedniego łącznika. Każde koło posiada niezależny układ obracający. Na wewnętrznej stronie koła znajduje się mechanizm umożliwiający jazdę postępową, a na stronie zewnętrznej - mechanizm skręcający koło podczas jazdy manewrowej. Obracanie łazika umożliwia skręcania kół przednich i tylnych.

Łazik może poruszać się po zboczach o nachyleniu do 20 stopni i pokonywać przeszkody o wysokości do 20 cm. Teoretyczna maksymalna szybkość jazdy po linii prostej na płaskiej powierzchni wynosi 200 m/h. Minimalny promień skrętu wynosi 1.5 metra. Trwałość systemu jezdnego była szacowana na 10 km. Teoretycznie pozwalało to na spenetrowanie płata terenu o powierzchni około 3 kilometrów kwadratowych.

[Scorus]

System zasilania obejmuje dwa prostokątne panele słoneczne, zainstalowane na ramie na panelu górnym. W czasie startu, lotu i lądowania były one złożone na ramie, rozłożono je niedługo po lądowaniu. Panele mogą być pochylane w poziomie, co umożliwia zoptymalizowanie produkcji energii elektrycznej. Jest też istotne podczas nocy księżycowej, kiedy panele są składane tak, że nakrywają górną powierzchnię łazika opierający się na ramie górnej. W ten sposób stanowią osłonę termiczną zapobiegającą szybkiemu wychłodzeniu wnętrza łazika. Dokładność kontroli nachylenia paneli wynosi 1 stopień. Maksymalna produkcja energii wynosi 280 W, a typowe zużycie energii - 220 W. Instrumenty naukowe zużywają 42 W. Energia produkowana przez panele słoneczne jest wykorzystywana na bieżąco, a także ładuje baterię chemiczną o pojemności 20 A/h, używaną głównie  w czasie nocy księżycowej. W okresie nocy większość systemów jest wyłączanych. Aktywne pozostają jedynie podstawowe komponenty elektroniczne pełniące funkcje kontrolne oraz najważniejsze grzejniki elektryczne. Napięcie w sieci elektrycznej wynosi 23-29.6 V.

[Scorus]

 System komunikacyjny obejmuje antenę wysokiego zysku (High Gain Antenna - HGA), dwie anteny niskiego zysku (Low Gain Antenna - LGA), oraz system nadawczo - odbiorczy.

Paraboliczna antena HGA znajduje się na maszcie kamer i za jego pomocą może być pozycjonowana na Ziemię. Pracuje w paśmie X. Służy do transmisji danych naukowych i inżynieryjnych z dużymi szybkościami oraz odbierania komend. Anteny LGA znajdują się na panelu górnym, od strony -Z. Służą do łączności w okresach niskiej produkcji energii oraz podczas problemów. Również pracują w paśmie X.

Komendy i dane inżynieryjne są w łączu Ziemia - sonda są wysyłane z szybkością 1000 bps a w łączu sonda - Ziemia - z szybkością 2048 bps. Dane naukowe są transmitowane z szybkościami 2 Mbps i 4 Mbps.

Poza podstawowym systemem komunikacyjnym pasma X łazik posiada system łączności w paśmie UHF. Umożliwia on transmisję danych do lądownika, który następnie  przekazuje je na Ziemię z dużą szybkością za pomocą swojego systemu komunikacyjnego. System ten składa się z nadajnika oraz anteny. Jest jednokierunkowy - łazik może transmitować dane do lądownika, ale nie może odbierać z niego komend. System nadawczy układu UHF dostarcza częstotliwości nośnej, która jest następie modulowana metodą BPSK (Binary Phase Shift Keying). Następnie sygnał przechodzi przez filtr usuwający częstotliwości pozapasmowe. W dalszej kolejności jest wzmacniany przez moduł wzmacniacza. Obejmuje on dwa wzmacniacze oparte na arsenku galu zwiększające moc modulowanego sygnału. Ostatecznie sygnał jest transmitowany poprzez antenę znajdującą się na panelu górny (od strony -Z), pomiędzy antenami pasma X. System UHF posiada również własny zasilacz konwertujący zasilanie przyjmowane z sieci elektrycznej łazika.

System UHF może pracować w dwóch trybach. W trybie komunikacji szybkiej używane są trzy szybkości transmisji danych, w zależności od odległości pomiędzy łazikiem i lądownikiem, wraz z którą spada moc odbieranego sygnału. Szybkość 200 kbps jest skowana gdy moc sygnału przyjmowanego przez odbiornik na lądowniku jest nie mniejsza niż -107 dBm. Szybkość 400 kbps jest używana gdy moc sygnału na odbiorniku jest nie mniejsza niż -104 dBm. a 800 kbps - gdy wartość ta wynosi -98 dBm. Tryb ten służy do przesyłania danych naukowych i inżynieryjnych. W trybie komunikacji wolnej używana jest szybkość 1024 bps, przy mocy odbieranego sygnału -125 dBm. Służy on do transmitowania danych inżynieryjnych w czasie rzeczywistym.  Komunikacja z lądownikiem jest możliwa na odległość do 3 km. Wynika to z wysokości na której znajduje się antena na lądowniku (3 m) i na łaziku (1 m) oraz ograniczeń w poziomie zasilania i masie sprzętu wynikających z charakteru misji.

[Scorus]

 System komputerowy łazika pozwala na kontrolę pracy jego poszczególnych systemów oraz wykonywanie komend odbieranych z Ziemi. Umożliwia też wprowadzenie łazika w tryb hibernacji przed nocą księżycową i jego ponowne uruchamianie po wschodzie słońca. Pozwala na pracę w trybie częściowo autonomicznym, również podczas jazdy. System ten jest oparty na koncepcji zintegrowanego modułu elektroniki, gdzie wszystkie funkcje kontrolne, sterowanie silnikami systemu jezdnego, masztu kamer, ramienia i paneli słonecznych, transmisja danych oraz czynności związane z nawigacją podczas jazdy są wykonywane przez pojedynczy komputer centralny ze zunifikowanym oprogramowaniem. Jego elementy znajdują się w pojedynczej obudowie, co pozwoliło na zredukowanie masy i zajmowanej przestrzeni. Jednostka ta składa się z płyty głównej na której z jednej strony połączone są płyty z modułami elektroniki, a z drugiej - zasilacz niskiego napięcia.

System komputerowy obejmuje centralną jednostkę obróbki danych zintegrowaną z modułem usuwania błędów, moduły kontroli zdalnej, moduł obsługi silników i mechanizmów, moduł kontroli temperatury i obsługi urządzeń pirotechnicznych, moduł komunikacyjny oraz zasilacz i moduł dystrybucji energii elektrycznej. Do przesyłania informacji w obrębie łazika używany jest standard CAN (Controller Area Network), analogiczny do rozwiązań przyjętych w systemach przemysłowych. Do przesłania i gromadzenia danych z kamer nawigacyjnych oraz danych naukowych służy standard LVDS (Low-Voltage Differential Signaling). Dane w obrębie łazika są przesyłane za pomocą interfejsów seryjnych RS422.

Centralna jednostka obróbki danych oraz moduł usuwania błędów obejmują trzy płyt obwodów drukowanych. Jedna z nich (płyta nr 3) jest używana podczas normalnego działania. Płyta nr 2 jest zawsze wyłączona i stanowi system zapasowy. Płyta nr 1 zawiera elementy które mogą być używane w przypadku awarii niektórych komponentów płyty nr 3. Jednostka ta wykonuje funkcje związane z wymianą danych w obrębie łazika, gromadzeniem danych i wysyłaniem ich do modułów komunikacyjnych, zadania kontrole (w tym funkcje nawigacyjne, kontroli temperatury i zarządzania resetami), obróbkę obrazów, wprowadzanie łazika w hibernację i uruchamiania go i in. Przed transmisją dane są zapisywane przez rejestrator jednoczęściowy o pojemności 2 GB.

Zestaw modułów kontroli zdalnej znajduje się na trzech płytach drukowanych - płycie kontroli zdalnej, płycie demodulacji komend i płycie elementów zapasowych. W jego skład wchodzi moduł odbioru telemetrii, moduł konwersji telemetrii, wejście LVDS, kontrolka multipleksera danych wejściowych, interfejs multipleksera danych wyjściowych, oraz moduł zarządzający resetami.

Moduł kontroli silników i mechanizmów mieści się na trzech płytach drukowanych. Obsługuje łącznie 17 silników elektrycznych i związanych z nimi mechanizmów. Opiera się na procesorze DSP (Digital Signal Processor) oraz układzie FPGA (Field-Programmable Gate Array). Obejmuje kontroler silników oraz układ kontrolujący system jezdny. Zbiera on dane z sensorów monitorujących pracę silników,  wykonuje algorytmy sterujące silnikami, zarządzania zasilaniem dostarczanym do silników, oraz wykrywa anomalie w pracy silników i pozwala na przeprowadzenie ich diagnostyki.

Moduły komunikacyjne służą do przetwarzania danych otrzymywanych z Ziemi oraz przygotowywania danych do transmisji na Ziemię lub do lądownika. Komedy są przyjmowane przez moduł komunikacji zdalnej, który dekoduje je. Następnie instrukcje są wykonywane przez osobny moduł bezpośredniej obróbki komend. Dane inżynieryjne i naukowe są obrabiane przez moduł komunikacji łazik - Ziemia. Następnie są przesyłane do modułu obróbki telemetrii, który ostatecznie przygotowuje je do transmisji.

Oprogramowanie łazika charakteryzuje się konfiguracją hierarchiczną. Obejmuje oprogramowanie systemowe (system operacyjny SpaceOS-II) zarządzający zasobami sprzętowymi oraz oprogramowanie aplikacyjne wykonujące szczegółowe funkcje kontrolne i zadania związane z przetwarzaniem danych. Kody programów są przechowane w pamięci EEPROM. Ponadto oprogramowanie nawigacyjne oraz związane z obsługą anomalii mieści się w pamięci SRAM. Oprogramowanie nawigacyjne łazika umożliwia wykrywanie przeszkód na podstawie obrazów z kamer i ich omijanie lub blokowanie jazdy. Poza wykonywaniem wcześniej przesłanych komend łazik może być sterowany z Ziemi w czasie rzeczywistym. Opóźnienie komunikacyjne między Ziemią i Księżycem wynosi tylko 2.5 sekundy.

[Scorus]

 System kontroli temperatury umożliwia utrzymywanie temperatury wewnętrznej w zakresie operacyjnym od -20ºC do +55ºC. Komponenty łazika są jednak w stanie przetrwać w szerszym zakresie temperatur, od -50ºC odo +70ºC.

W trakcie dnia księżycowego temperatura we wnętrzu łazika jest regulowana za pomocą grzejników elektrycznych i radiatorów. Grzejniki produkują ciepło na drodze oporu elektrycznego. Są sterowane przez termostaty. Radiatorem o charakterze reflektora optycznego (Optical Surface Reflector - OSR) jest panel górny konstrukcji mechanicznej łazika. Składa się z warstwy odbijającej złożonej z metalu oraz warstwy górnej złożonej z kwarcu. Warstwa kwarcowa przepuszcza promienie słoneczne, które następnie odbijają się od warstwy metalowej. Tym samym radiator taki charakteryzuje się małym współczynnikiem absorpcji. Ponadto warstwa krzemowa jest dobrym emiterem podczerwieni. Głowice kamery panoramicznej i nawigacyjnej są wyposażone we własne radiatory OSR. Dodatkową powierzchnią chłodzącą jest posrebrzana rama górna (F46), również charakteryzująca się małym współczynnikiem pochłaniania światła słonecznego i dużą emisyjnością w podczerwieni. Zasadnicza konstrukcja łazika i układ zawieszenia są  otoczone izolacją wielowarstwową. Zapobiega ona nadmiernemu nagrzewaniu się łazika w słońcu oraz szybkiej utracie ciepła w czasie nocy. Nie pokrywa panelu górnego pełniącego rolę radiatora. W czasie nocy jest on nakrywany przez panele słoneczne zapewniające izolację termiczną.

[Scorus]

 W trakcie nocy księżycowej wnętrze łazika jest ogrzewane za pomocą unikalnego systemu opartego na radioizotopowych jednostkach grzewczych (Radioisotope Heater Unit - RHU). Jego podstawowa konstrukcja jest taka sama jak na lądowniku. Łazik posiada pojedynczą jednostkę RHU. Wykorzystuje ona rozpad izotopu plutonu Pu-238 (w postaci tlenku plutonu) do wytwarzania ciepła. Materiał ten został zakupiony w Rosji. RHU dostarcza ponad 120 W ciepła. Ciepło jest następnie przenoszone na panele obudowy łazika za pomocą systemu kapilar cielnych (Variable Conductance Heat Pipe - VCHP). Pętla taka obejmuje zbiornik czynnika roboczego (amoniaku), sekcję ewaporacyjną przebiegającą wzdłuż paneli łazika, oraz sekcję kondensacyjną w pobliskim radiatorze. Ciepło produkowane przez RHU powoduje odparowywanie amoniaku. Powstały gaz przepływa następnie w sekcji ewaporacyjnej i oddaje ciepło panelom zewnętrznym na drodze przewodnictwa. Następnie w sekcji kondensacyjnej ciepło przechodzi na radiator, gdzie jest wypromieniowywane w przestrzeń kosmiczną. Gaz tym samym skrapla się, a następnie wraca do zbiornika. System ten jest aktywowany przed początkiem nocy na drodze otwarcia odpowiednich zaworów w kapilarach. W trakcie dnia księżycowego jest nieaktywny, co zapobiega przegrzaniu wnętrza łazika.

Wrażliwe urządzenia, takie jak spektrometr APXS są wyposażone we własne jednostki RHU o małej mocy.

Zasadniczo system kontroli temperatury łazika może działać tylko w dwóch trybach. W trybie 1 używanym podczas dnia księżycowego układ RHU/VCHP jest nieaktywny. W trybie 2 stosowanym w trakcie nocy księżycowej układ RHU/VCHP aktywnie ogrzewa wnętrze pojazdu. W przeciwieństwie do lądownika konfiguracje pośrednie nie są stosowane.

Aktywowanie systemów łazika po wschodzie Słońca umożliwiają dwa sensory Słońca umieszczone na panelu górnym, od strony +Z, po obu stronach masztu kamer.

[Scorus]

 Łazik posiada system kamer inżynieryjnych. W jego skład wchodzą dwie kamery nawigacyjne (Navigation Camera - NavCam) i dwie kamery unikania niebezpieczeństw (Hazard Identyfication Camera - HazCam).

Kamery HazCam dostarczają obrazów używanych do autonomicznego wykrywania przeszkód podczas jazdy oraz do planowania ruchów ramienia. Ponadto pozwalają na dokumentowanie działań związanych z pomiarami za pomocą APXS. Są ustawione na dolnej stronie panelu górnego. Znajdują się obok siebie, tworząc parę stereoskopową. Każda głowica stanowi pojedynczą jednostkę złożoną z soczewkowego układu optycznego zainstalowanego w cylindrycznym tubusie, detektora CCD wraz z elektroniką odzyskiwania informacji oraz systemem elektronicznym umieszczonych w pojedynek obudowie. Kamery te uzyskują zdjęcia monogromatyczne za pomocą detektora CCD o wymiarach 1024 x 1024 piksele. Ich pole widzenia ma wymiary ok. 120 x 120 stopni. Obrazy są analizowane przez oprogramowanie pojazdu, które wyrywa przeszkody pozwalając na ich ominięcie lub zatrzymanie przejazdu.

Kamery NavCam dostarczają zdjęć umożliwiających planowanie trasy łazika poprzez tworzenie modeli DEM powierzchni, oraz autonomiczne wykrywanie przeszkód terenowych. Są ustawione na wysięgniku kamer, obok głowic kamery PanCam. Są skonsumowane podobnie jak inne kamery na łaziku i lądowniku. Każda głowica stanowi pojedynczą jednostkę zbudowaną z soczewkowego układu optycznego zainstalowanego w cylindrycznym tubusie, detektora CCD wraz z elektroniką odzyskiwania informacji oraz systemem elektronicznym umieszczonych w pojedynek obudowie. Podobnie jak w przypadku kamery PanCam na górnej powierzchni obudowy jednostki elektroniki umieszczono radiator  w postaci reflektora optycznego (Optical Surface Reflector - OSR). Dzięki temu kamera może działać podczas całego dnia księżycowego, również w południe, mimo intensywnego ogrzewania przez słońce. NavCam dostarcza stereoskopowych, monochromatycznych, obrazów o rozdzielczości kątowej niższej niż PanCam, ale o szerszym polu widzenia. Detektor CCD mają wymiary 1024 x 1024 piksele. Pole widzenia ma wymiary około 45 x 45 stopni.

[Scorus]

WYPOSAŻENIE
W skład instrumentów naukowych łazika Yutu wchodzą:
- kamera panoramiczna (Panoramic Camera - PanCam);
- spektrometr obrazujący światła widzialnego i bliskiej podczerwieni (Visible and Near Infrared Imaging Spectrometer - VNIS);
- spektrometr promieni X oparty na cząstkach alfa (Alpha X-ray-Spectrometer - APXS);
- radar penetrujący podłoże (Ground Penetration Radar - GPR).

Kamera PanCam znajduje się na maszcie kamer i anteny wysokiego zysku, zlokalizowanym na panelu górnym konstrukcji łazika, VNIS - na przedzie panelu górnego (na jego dolnej powierzchni), głowica APXS - na obrotowej wieżyczce na końcu ramienia łazika, a anteny GPR - na tylnym panelu bocznym (-Z). Elektronika kamery PanCam jest zintegrowana z optyką i detektorem tego instrumentu. Komunikuje się bezpośrednio z jednostką elektroniki kontrolującą instrumenty łazika. Jednostki elektroniki głównej pozostałych instrumentów mieszczą się w pojedynczym, wspólnym module elektroniki zarządzanym przez jednostkę kontrolną instrumentów.

[Scorus]

PanCam
Kamera panoramiczna jest głównym systemem obrazującym łazika Yutu, pozwalającym na uzyskiwanie barwnych i wysokorozdzielczych zdjęć otoczenia. Jej podstawowym celem naukowym jest scharakteryzowanie geomorfologii terenu w miejscu lądowania oraz faktury i struktury regolitu. Ponadto pozwala na monitorowanie działania lądownika w początkowym etapie misji, uzyskiwanie modeli DEM używanych podczas planowania trasy jazdy łazika oraz  wyboru celów do pomiarów za pomocą innych instrumentów, wybór celów badań za pomocą APXS, dokumentowanie próbek badanych za pomocą APXS oraz dostarczanie obrazów kontekstowych celów obserwowanych za pomocą spektrometru VNIS.

 Kamera PanCam znajduje się na maszcie kamer i anteny wysokiego zysku łazika, koło kamery NavCam. Jest zamontowana na ramie zainstalowanej na mechanizmie obracającym. Pozwala on na jej obracanie w poziomie oraz nachylanie w pionie. Tym samym kamera może uzyskiwać pełne panoramy otoczenia oraz obrazować cele znajdujące się w pobliżu łazika. Ponadto obrazowane ułatwia możliwość poruszania całym masztem - nachylania go w przód i w tył oraz obracania wzdłużał długiej osi. Kamera znajduje się na wysokości 1.5 metra ponad powierzchnią, dzięki czemu uzyskuje obrazy z perspektywy naturalnej dla obserwatora. W skład kamery wchodzą dwie głowice (PanCam-A i PanCam-B) o identycznej konstrukcji. Są one oddalone od siebie o 27 cm Ich pola widzenia częściowo zachodzą na siebie tak, że zestawiając zdjęcia można uzyskać obrazy stereoskopowe pozwalające na opracowanie modeli DEM.  Urządzenie charakteryzuje się dużym stopniem zminiaturyzowania - uproszczoną optyką, małą masą, objętością i poborem energii przy jednoczesnej wysokiej wydajności i niezawodności. Na górnej powierzchni obudowy jednostki elektroniki każdej głowicy umieszczono radiator  o charakterze reflektora optycznego (Optical Surface Reflector - OSR). Dzięki temu kamera może działać podczas całego dnia księżycowego, również w południe, mimo intensywnego ogrzewania przez słońce. Urządzenie jest dobrze przystosowane do przetrwania w warunkach szybko zmieniających się temperatur i wysokiego poziomu promenowania. Może pracować w zakresie temperatur wewnętrznych od -25ºC do +55ºC. Może również zachować funkcjonalność w szerszym zakresie, od -40ºC do +75ºC.

W skład każdej głowicy PanCam wchodzi układ optyczny, zespół detektora oraz jednostka elektroniki. System optyczny składa się z zespołu soczewek umieszczonych w cylindrycznym tubusie, przymocowanym do prostopadłościennej obudowy zawierającej elektronikę głowicy. Na górnej części tubusa znajduje się przegroda usuwająca rozproszone światło. Długość ogniskowej może być regulowania automatycznie lub ręcznie (przez komendy z Ziemi), co pozwala na uzyskiwanie ostrych obrazów zarówno obiektów odległych jak i położonych blisko lądownika (od 3 metrów od łazika do nieskończoności). Pole widzenia ma wymiary 19.6 x 14.5  stopnia.

Optyka skupia światło na detektorze CMOS. Jego obszar efektywny ma wymiary 2352 x 1728 piksele. Jest on umieszczonym w jednostce elektroniki PanCam, wraz z elektroniką instrumentu. Jest wyposażony w filtry Bayera. Pozwala tym samym na uzyskiwanie obrazów barwnych o jakości porównywalnej z komercyjnymi aparatami cyfrowymi. Każdy piksel w tym detektorze jest pokryty indywidualnym filtrem czerwonym, zielonym lub niebieskim. Pozwala to na uzyskanie bardzo naturalnych kolorów. Detektor może uzyskiwać tylko obrazy statyczne, nie rejestruje sekwencji wideo, w przeciwieństwie do kamery Terrain Camera na lądowniku. Czas ekspozycji jest regulowany elektronicznie. Jest obliczany automatycznie, co pozwala na jego dostosowanie do jasności fotografowanych obiektów. Współczynnik sygnału do szumu wynosi 40 dB przy albedo powierzchni 9% i przy Słońcu na wysokości 30 stopni ponad horyzontem.

Sygnał z detektora jest wzmacniany i ucyfrawiany przez elektronikę odzyskiwania informacji. Następnie jest przesyłany do dalszej części elektroniki kamery, umieszczonej w prostopadłościennej obudowie za tubusem optyki. Przyjmuje ona dane z detektora, formatuje je i wysyła do elektroniki kontrolującej instrumenty naukowe łazika. Jednostka ta przesyła je następnie do systemu informatycznego łazika. Ponadto elektronika PanCam wykonuje komendy i kontroluje stan instrumentu.

Instrument PanCam został opracowany przez Instytut Optyki i Mechaniki Precyzyjnej (Xian Institute of Optics and Precision Mechanics - OPT) wchodzący skład  Chińskiej Akademii Nauk (China Academy of Sciences - CAS).

[Scorus]

VNIS
Spektrometr światła widzialnego i bliskiej podczerwieni pozwala na określanie składu mineralnego i pierwiastkowego skał i regolitu w miejscu pracy łazika. Informacje te, wraz z pomiarami składu pierwiastkowego wykonywanymi za pomocą APXS oraz obrazami badanych celów z PanCam pozwalają na przeprowadzenie badań geologii miejsca lądowania Chang'e 3.

 Instrument VNIS znajduje się na panelu górnym konstrukcji mechanicznej łazika Yutu, na jego dolnej powierzchni, od strony przedniego panelu bocznego (+Z). Może tym samym obserwować skały i regolit położone bezpośrednio przed łazikiem. Urządzenie jest złożone z sekcji detekcyjnej oraz głównej jednostki elektroniki.

W skład sekcji detekcyjnej wchodzi optyka przednia, filtr akustooptyczny (Acousto-Optic Tunable Filter - AOTF), optyka tylna, zespół detektorów, elektronika odzyskiwania informacji, elektronika obsługująca AOTF, system kontroli temperatury, cel kalibracyjny oraz osłona przeciwpyłowa. Komponenty te są zainstalowane w lekkiej strukturze mechanicznej wykonanej z materiałów kompozytowych.

Światło wpadające do instrumentu jest odbijane przez obracane zwierciadło skanujące, pozwalające na zbudowanie obrazu spektralnego obserwowanej skały lub płatu regolitu. Następnie jest skupiane przez optykę przednią na szczelinie wejściowej spektrometru. Po przejściu przez nią pada na filtr AOTF. Jest to element dyspersyjny pozywający na uzyskanie spektrogramu. Ma on postać kryształu dwutlenku telluru (TeO2) o właściwościach piezoelektrycznych, na który działają fale akustyczne o częstotliwości 40 - 180 MHz.. Przenikają one kryształ powodując, że zmienia się jego współczynnik refrakcji. Przechodzące przez niego światło ulega rozpłoszeniu, tak więc działa on podobnie jak siatka dyfrakcyjna. Przepuszczana długość fali świetlnej jest funkcją częstotliwości przyłożonej fali akustycznej. Fala akustyczna jest wytwarzana w krysztale przez syntezator częstotliwości radiowych. Został on opracowany specjalnie na potrzeby misji, jego konfiguracja jest różna od używanych wcześniej. Zastosowanie AOTF zamiast siatki dyfrakcyjnej pozwoliło na zmniejszenie wielkości i masy instrumentu w stosunku do konwencjonalnych spektrometrów. Po przejściu przez AOTF światło jest kolimowane i rzutowane na płaszczyznę ogniskowej przez zespół elektroniki tylnej. W płaszczyźnie ogniskowej znajdują się dwa detektory CCD. Jeden z nich pracuje w zakresie światła widzialnego i bliskiej podczerwieni (Visible and Near Infrared - VNIR) 450 - 950 nm z rozdzielczością spektralną 2 - 6 nm. Pole widzenia w tym zakresie ma wymiary 8.4 x 8.4 stopnia. Detektor ten pozwala na wykonywanie spektrometrii obrazującej. Drugi detektor pracuje w zakresie podczerwieni krótkofalowej (Shortwave Infrared - SWIR) 900 - 2400 nm z rozdzielczością spektralną 3 - 11 nm w polu widzenia o wielkości 2 x 2 stopnie. Pozwala na uzyskiwanie samych spektrogramów. Temperatura detektorów jest precyzyjnie kontrolowana przez dedykowany system termiczny w celu uzyskania wysokiego współczynnika sygnału do szumu. W obu kanałach spektralnych wynosi on 31 dB przy albedo powierzchni 9% i przy Słońcu na wysokości 45 stopni ponad horyzontem. Sygnały z detektorów są wzmacniane i ucyfrawiane przez elektronikę odzyskiwania informacji, a następnie przesyłany do głównej jednostki elektroniki.

Ponieważ łazik w czasie jazdy może powodować wzbijanie pyłu, otwór wejściowy spektrometru jest chroniony przez otwierane pokrycie ochronne. Ponadto instrument posiada płytę kalibracyjną której obserwacja pozwala na oszacowanie stopnia zanieczyszczenia optyki pyłem.

Główna jednostka elektroniki instrumentu mieści się w module elektroniki instrumentów naukowych lądownika, w jego wnętrzu. Przyjmuje ona dane z detektorów, formatuje je i wysyła do systemu informatycznego łazika. Ponadto wykonuje komendy i kontroluje stan instrumentu.

Instrument VNIS został opracowany przez Instytut Fizyki Technicznej w Szanghaju (Shanghai Institute of Technical Physics - SITP) wchodzący w skład Chińskiej Akademii Nauk (China Academy of Sciences - CAS).

[Scorus]

APXS
Spektrometr promieni X oparty na cząstkach alfa jest instrumentem służącym do zmierzenia zawartości wszystkich głównych pierwiastków skałotwórczych oraz niektórych występujących w niskich koncentracjach (Mg, Al, Si, K, Cl, Ti, Cr, Fe, St, Y, Zr) w skałach i glebach w miejscu działania łazika Yutu.  Ponadto dzięki zastosowaniu nowych technik analizy danych możliwe jest również oszacowanie przybliżonego składu mineralnego oraz wykrycie substancji nie emitujących promieniowania rentgenowskiego na skutek oddziaływań z cząstkami alfa, takich jak woda związana i węglowodory, jeśli występują w dużych stężeniach. Celem naukowym urządzenia jest scharakteryzowanie składu pierwiastkowego skał i gleb w miejscu eksploracji. Umożliwia to określenie procesów odpowiedzialnych za uformowanie badanego celu. Wraz z informacjami o składzie mineralnym uzyskiwanymi za pomocą spektrometru VNIS oraz obrazami z kamery PanCam informacje te są przydatne do scharakteryzowania geologii miejsca lądowania sondy Chang'e 3. Ponadto spektrogramy rentgenowskie uzyskiwane w krótkim czasie mogą być używane do sterowania ruchami ramienia łazika w bezpośredniej bliskości celu. Technika ta wykorzystuje różnice w częstotliwości zliczeń fotonów rentgenowskich podczas zbliżania instrumentu do celu. Dane te są następnie wykorzystywane przez elektronikę sterującą ruchami ramienia w czasie rzeczywistym.

 W skład instrumentu APXS wchodzi głowica, cel kalibracyjny, radioizotopowa jednostka grzewcza oraz główna jednostka elektroniki. Instrument charakteryzuje się małą masą, rozmiarami i poborem mocy.

Głowica instrumentu znajduje się na obrotowej wieżyczce na końcu ramienia łazika, zlokalizowanego na przednim panelu bocznym jego konstrukcji mechanicznej (+Z). W jej skład wchodzi źródło cząstek alfa, zespół detektora oraz sensor kontaktu z podłożem. Komponenty te są umieszczone w cylindrycznej konstrukcji nośnej. W czasie pomiarów głowica jest umieszczana nad celem badań, w nominalnej odległości 25 mm od niego. Przypadkowemu uderzeniu głowicy w cel zapobiega sensor kontaktu z podłożem. Badana próbka jest następnie naświetlana za pomocą źródła cząstek alfa o radioaktywności 30 millicurie. Oświetla ono obszar o średnicy 60 mm. Cząstki alfa powodują powstanie emisji promieniowania rentgenowskiego z badanej próbki, na skutek zjawiska emisji rentgenowskiej wywołanej cząstkami (Particle-Induced X-ray Emission - PIXE) oraz fluorescencji rentgenowskiej (X-ray Fluorescence - XRF). Powstałe promieniowanie jest rejestrowane przez detektor półprzewodnikowy (Solid State Detector - SSD). Umożliwia to uzyskanie spektrogramów energii promieniowania rentgenowskiego. Typowy czas ekspozycji wynosi 30 minut. Energia promieniowania X emitowanego przez pobudzone atomy jest charakterystyczna dla pierwiastka, który je wyemitował, co umożliwia jego identyfikację. Detektor pracuje w zakresie energetycznym 0.3 - 25 keV. Rozdzielczość pomiarów energii wynosi 140 eV przy 5.9 keV. Sygnał z detektora jest wzmacniany i ucyfrawiany przez jego elektronikę i wysyłany do głównej jednostki elektroniki.

Główna jednostka elektroniki instrumentu mieści się w module elektroniki instrumentów naukowych łazika, w jego wnętrzu. Przyjmuje ona dane z detektora, formatuje je i wysyła do systemu informatycznego łazika. Ponadto wykonuje komendy i kontroluje stan instrumentu.

Do celów kalibracyjnych służy dedykowany cel kalibracyjny, umieszczony na panelu bocznym +Z łazika. Ma on postać okrągłej płytki bazaltu o dobrze scharakteryzowanym składzie pierwiastkowym. Jest ona umieszczona w metalowej ramce przykręconej do panelu łazika. Spektrometr może wykonać jej bezpośrednie pomiary, dzięki czemu możliwe jest śledzenie zmian w jego wydajności w trakcie misji.

Na panelu +Z konstrukcji łazika umieszczono też radioizotopową jednostkę grzewczą o małej mocy. W czasie gdy spektrometr nie jest używany a ramię łazika jest złożone, jego głowica znajduje się blisko jednostki grzewczej, co pozwala na jej utrzymanie w temperaturze operacyjnej. Tym samym pomimo dużych zmian temperatur występujących na powierzchni Księżyca zachowana jest funkcjonalność instrumentu.

Instrument APXS został opracowany przez Instytut Fizyki Wysokich Energii (Institute of High Energy Physics - IHEP) wchodzący w skład Chińskiej Akademii Nauk (China Academy of Sciences - CAS). W projekcie uczestniczyło też obserwatorium Purple Mountain Observatory (PMO).

[Scorus]

GPR
Radar penetrujący podłoże pozwala na badania podpowierzchniowych struktur geologicznych w miejscu pracy łazika. Tym samym umożliwia oszacowanie grubości regolitu oraz zidentyfikowanie warstw w pokrywach lawowych oraz wykrycie podpowierzchniowych kanałów lawowych. Ma to duże znaczenie dla ogólnych badań historii geologicznej i ewolucji termicznej Księżyca.

 Instrument GPM jest podzielony na dwa kanały (GPR-1) i (GPR-2) obsługiwane przez wspólną jednostkę elektroniki głównej. Urządzenie charakteryzuje się dużym stopniem miniaturyzacji, małym poborem energii i wysoką wydajnością. Jego anteny mogą pozostać sprawne w zakresie temperatur od -200ºC do +120ºC, tak więc jest dobrze przystosowane do użycia na powierzchni Księżyca.

Każdy kanał GPR posiada odrębny zestaw elektroniki obejmującej nadajnik i odbiornik umieszczony we wnętrzu łazika oraz dwie anteny - nadawczą i odbiorczą. Drutowe anteny kanału GPR-1 są umieszczone na tylnym panelu bocznym (-Z) konstrukcji mechanicznej łazika. Przed zajadem na powierzchnię były złożone w prostopadłościennej obudowie na panelu -Z. Płaskie anteny nadawcze i odbiorcze kanału GPR-2 znajdują się na krawędzi panelu dolnego łazika, od strony -Z.

Nadajniki instrumentu transmitują na powierzchnię impulsy fal radiowych. Emitowane fale radiowe ulegają odbiciu od struktur podpowierzchniowych różniących się gęstością, uziarnieniem i/lub stałą dielektryczną. Są następnie odbierane przez odbiorniki instrumentu. Zmienione parametry sygnału odbitego dostarczają informacji na temat właściwości elektrycznych i gęstości materiału od którego zostały odbite. Pozwala to na zidentyfikowanie struktur podpowierzchniowych i rozpoznanie budowy geologicznej miejsca pracy łazika. Sygnały z odbiorników są wzmacniane i przesyłany do głównej jednostki elektroniki instrumentu.

Kanał GPR-1 emituje impulsy radiowe o częstotliwościach 0.5, 1 i 2 kHz. Umożliwia penetrację głęboką (około 100 metrów) z rozdzielczością pionową około 1 metra. Pozwala na badania struktury pokryw lawowych. Kanał GPR-2 używa częstotliwości 5, 10 i 20 kHz. Zastosowanie wyższych częstotliwości pozwoliło na zwiększenie rozdzielczości pionowej do około 30 cm. Głębokość penetracji zmniejszyła się jednak do około 30 metrów. Tak więc jest on przydatny do badań struktury regolitu i jednostek skalnych położonych blisko powierzchni.

Główna jednostka elektroniki instrumentu mieści się w module elektroniki instrumentów naukowych łazika, w jego wnętrzu. Przyjmuje ona dane z odbiorników, formatuje je i wysyła do systemu informatycznego łazika. Ponadto wykonuje komendy i kontroluje stan instrumentu.

Instrument GPR został opracowany przez Instytut Elektroniki (Institute of Electronics) wchodzący w skład Chińskiej Akademii Nauk (China Academy of Sciences - CAS).