中國探月工程走出一條高質(zhì)量、高效益的月球探測之路

2024年6月25日下午，內(nèi)蒙古四子王旗阿木古郎草原，一頂紅白相間的巨型降落傘緩緩落下，嫦娥六號返回器回到地面。至此，嫦娥六號完成了世界首次月球背面采樣返回的壯舉，實(shí)現(xiàn)了月球逆行軌道設(shè)計(jì)與控制、月背智能采樣、月背起飛上升等三大技術(shù)突破，這也是我國迄今為止開展的最復(fù)雜的深空探測任務(wù)。

9月23日，習(xí)近平總書記在接見探月工程嫦娥六號任務(wù)參研參試人員代表時(shí)指出，嫦娥六號完成了人類歷史上首次月球背面采樣，突破了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，是我國建設(shè)航天強(qiáng)國、科技強(qiáng)國取得的又一標(biāo)志性成果，是我國探月工程的重要里程碑。

從嫦娥一號到嫦娥六號，20年來，凝結(jié)著無數(shù)航天人的智慧和心血，探月工程聚焦關(guān)鍵核心技術(shù)領(lǐng)域持續(xù)攻關(guān)，在科學(xué)發(fā)現(xiàn)、技術(shù)創(chuàng)新、工程實(shí)踐、成果轉(zhuǎn)化、國際合作等方面取得豐碩成果，走出一條高質(zhì)量、高效益的月球探測之路，為我國航天事業(yè)發(fā)展、為人類探索宇宙空間作出了重大貢獻(xiàn)。

地月之間搭建“鵲橋”

“我們盡力把能想到的都想到，把能做到的都努力做到”

為服務(wù)嫦娥四號著陸月背，2018年5月我國發(fā)射了嫦娥四號鵲橋中繼星。作為人類首次登陸月背，嫦娥四號任務(wù)如何實(shí)現(xiàn)月背和地面通信，當(dāng)時(shí)沒有任何成熟的經(jīng)驗(yàn)可供借鑒。勇闖探月“無人區(qū)”，科研人員創(chuàng)新性地提出研制和發(fā)射一顆中繼衛(wèi)星，運(yùn)行在地月之間，為月背的著陸器和巡視器與地球搭建通信紐帶。

不同的是，鵲橋中繼星是為嫦娥四號任務(wù)量身定做的，這次鵲橋二號中繼星則要為整個(gè)探月四期及后續(xù)國內(nèi)外月球探測任務(wù)提供中繼通信服務(wù)，任務(wù)時(shí)間跨度大、技術(shù)狀態(tài)多、接口復(fù)雜。

“接到研制任務(wù)時(shí)，我們感到很有壓力。”孫驥坦言。這位中國航天科技集團(tuán)五院航天東方紅衛(wèi)星有限公司鵲橋二號中繼星試驗(yàn)隊(duì)隊(duì)員告訴記者。團(tuán)隊(duì)24小時(shí)輪班在崗，開展了大量設(shè)計(jì)和仿真分析驗(yàn)證，“我們盡力把能想到的都想到，把能做到的都努力做到?！睂O驥說。

去往月背，嫦娥六號不能沿著嫦娥五號開辟的軌道前往，而是要重新選擇一條更優(yōu)軌道。這是因?yàn)殒隙鹆栔懳恢糜稍虑虻谋本暤貐^(qū)變?yōu)榱四暇暤貐^(qū)。

中國航天科技集團(tuán)五院軌道設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過分析研究，決定為嫦娥六號探測器設(shè)計(jì)環(huán)月逆行軌道方案。簡單來說，就是探測器在環(huán)月軌道上的飛行方向與月球自轉(zhuǎn)方向相反。該方案通過調(diào)轉(zhuǎn)飛行軌道的方向，化解了因采樣區(qū)域位置變化帶來的朝向變化問題，也避免了構(gòu)型布局和硬件產(chǎn)品的大幅度調(diào)整。

呵護(hù)嫦娥六號順利回家

“工作時(shí)間精確到分鐘，那段時(shí)間，大家?guī)缀跏菬o眠無休”

6月2日至3日，嫦娥六號完成采樣，將珍貴的月背樣品完成“打包裝箱”后，就將踏上返回之旅。月背起飛，是嫦娥六號面對的第一個(gè)挑戰(zhàn)。

與地面起飛相比，嫦娥六號上升器沒有固定的發(fā)射塔架系統(tǒng)，而是將著陸器作為“臨時(shí)塔架”，許多工作需要靠探測器自主完成。此外，與嫦娥五號月面起飛相比，嫦娥六號從月球背面起飛，無法直接得到地面測控支持，而需要在鵲橋二號中繼星輔助下，借助自身攜帶的特殊敏感器實(shí)現(xiàn)自主定位、定姿，工程實(shí)施難度更大。

于潔是中國航天科技集團(tuán)嫦娥六號探測器制導(dǎo)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)成員，在月背起飛環(huán)節(jié)中，飛行器的智能自主起飛，靠的就是他們研制的系統(tǒng)。

“正樣階段我們完成了大量的軟件開發(fā)測試、數(shù)學(xué)仿真、系統(tǒng)試驗(yàn)，以及整器的力熱試驗(yàn)和模擬飛行測試?！庇跐嵳f，“百煉成金”的測試保障了制導(dǎo)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)正常運(yùn)行。

月背“珍寶”搭上“回家專車”，嫦娥六號上升器與軌道器返回器組合體完成月球軌道交會對接是必經(jīng)環(huán)節(jié)，這是一場科技和美學(xué)的雙重盛宴。中國航天科技集團(tuán)研制人員喬德治是這次“太空牽手”的主要技術(shù)負(fù)責(zé)人之一。

“‘太空牽手’不允許有一丁點(diǎn)兒偏差?！眴痰轮胃嬖V記者，太空環(huán)境中，探測器上攜帶的太陽帆板輕微震動(dòng)、探測器貯箱里推進(jìn)劑分布的不確定性等，都可能影響交會對接的準(zhǔn)確。為保障交會對接精度，中國航天科技集團(tuán)五院502所專門成立了實(shí)驗(yàn)室，創(chuàng)造條件模擬真實(shí)對接過程。

任務(wù)期間，于潔和喬德治全程守候在北京航天飛行控制中心，時(shí)刻盯著探測器的一舉一動(dòng)?？吹芥隙鹆栔憽⑵痫w的每一步都很完美，與地面預(yù)演的情況一模一樣，他們難掩激動(dòng)。

嫦娥六號回家，還需經(jīng)歷一次“太空打水漂”，即返回器先是高速進(jìn)入大氣層，再借助大氣層提供的升力躍出大氣層，然后再次進(jìn)入大氣層，返回地面。

中國航天科技集團(tuán)嫦娥六號探測器制導(dǎo)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)研制團(tuán)隊(duì)工程師楊鳴說，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，科研人員在制導(dǎo)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)的研制過程中開展了大量模擬飛行試驗(yàn)。在模擬了上千萬條飛行路線后，楊鳴和同事們攻克了一系列技術(shù)難點(diǎn)，確?！疤沾蛩边^程的順利和返回的高精度。

月背升起“玄武巖”版國旗

“必須通過周到細(xì)致的工作，確保萬無一失”

按照計(jì)劃，完成月球表面無人自主采集樣品后，嫦娥六號著陸器攜帶的五星紅旗將在月球背面展開。6月3日，北京航天飛行控制中心測控現(xiàn)場信息顯示，國旗展開指令已正確執(zhí)行。

此時(shí)，中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心高級工程師、嫦娥六號探測器有效載荷總體主任設(shè)計(jì)師李慧軍緊盯著北京航天飛行控制中心屏幕，期待月球背面展開的五星紅旗出現(xiàn)。不一會兒，一抹鮮艷的“中國紅”在屏幕上展開?！澳且豢蹋m然急切但內(nèi)心還是有把握的！”李慧軍告訴記者。

作為嫦娥五號的備份，2017年嫦娥六號有效載荷相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)生產(chǎn)出來。由于經(jīng)過了長期貯存，月面國旗展示系統(tǒng)評估后需更換超期旗面。最可靠穩(wěn)妥且工作量最小的方案是生產(chǎn)一套“織物版”月面國旗。2022年8月，武漢紡織大學(xué)團(tuán)隊(duì)提出一種想法——用玄武巖纖維制造月面國旗。改用玄武巖纖維新旗面，如果出現(xiàn)在軌無法展開或者展示效果不佳怎么辦？

為讓“玄武巖”版國旗精彩展示，科研人員迅速行動(dòng)起來，梳理困難，一一解決。探測器總體對探測器系統(tǒng)做了最小化改動(dòng)，有效解決了嫦娥六號落點(diǎn)光照條件對國旗展示效果產(chǎn)生影響的問題；有效載荷總體會同中國航天科工集團(tuán)四院九部、武漢紡織大學(xué)研制團(tuán)隊(duì)高效完成了玄武巖旗面的設(shè)計(jì)、制造，以及適應(yīng)性鑒定試驗(yàn)、成像效果專項(xiàng)試驗(yàn)等工作。

20年來，我國探月工程每一次突破、每一步跨越，都是無數(shù)科技工作者協(xié)同攻關(guān)的結(jié)果。

創(chuàng)造月壤研究的“中國速度”

“我們對嫦娥六號樣品研究充滿期待，也滿懷信心”

6月25日，嫦娥六號返回器順利攜帶回1953.3克月壤樣品。這是人類首次獲得月球背面樣品，舉世矚目，將會為月球正反面的差異性的原因以及月球的形成歷史提供更新的認(rèn)識。

2020年12月17日，嫦娥五號從月球帶回1731克月壤樣品。中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所（以下簡稱“地質(zhì)地球所”）申領(lǐng)到了3克月壤，裝在兩個(gè)小瓶子里，一瓶裝了1克，另外一瓶裝了2克。

中國科學(xué)院院士、地質(zhì)地球所研究員李獻(xiàn)華至今難忘見到月壤樣品的那一刻?！霸氯捞?xì)了！月壤的平均粒度只有50微米?！?/p>

當(dāng)時(shí)，全世界都在等著嫦娥五號樣品的研究結(jié)果，希望知道嫦娥五號月壤能給人類帶來什么樣的月球新故事。怎么辦？只有爭分奪秒抓緊干！

拿到嫦娥五號月壤樣品的第一時(shí)間，地質(zhì)地球所就召開了項(xiàng)目啟動(dòng)會。在會上，所長吳福元向研究團(tuán)隊(duì)提出明確要求：“一個(gè)星期內(nèi)完成定年、巖石地球化學(xué)、水含量和鍶、釹、氫等同位素分析，然后再用一個(gè)星期時(shí)間寫成論文投稿?！?/p>

為了能按時(shí)完成任務(wù)，地質(zhì)地球所提前把所里相關(guān)的儀器設(shè)備調(diào)試到了最佳狀態(tài)。在月壤研究過程中，所里其他課題組研究人員都得為月壤樣品研究“讓路”。

在大家夜以繼日的努力下，很快如期取得了第一個(gè)重磅成果，創(chuàng)造了月壤研究的“中國速度”。研究團(tuán)隊(duì)僅用0.15克月壤，7天完成分析，16天完成論文，100天在《自然》上同時(shí)發(fā)表3篇論文，將科學(xué)界已知的月球巖漿活動(dòng)結(jié)束時(shí)間推后了10億年。

3年多來，國家航天局已向國內(nèi)131個(gè)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)放7批次共85.48克嫦娥五號月壤樣品，第一批國際申請已完成專家評審。目前已產(chǎn)出100多篇科技論文，一次又一次刷新了人類對月球的認(rèn)知。

“有了嫦娥五號月壤研究的積累，我們對嫦娥六號樣品研究充滿期待，也滿懷信心?！辟R懷宇說。

“嫦娥”既是中國的、又屬于全人類，為國際科技合作提供廣闊舞臺，為全球深空探索貢獻(xiàn)中國智慧和中國力量，中國探月工程步履不停。

（稿件來源：《人民日報(bào)》）