帶著全人類的夢想出發(fā)！

在浩渺無垠的宇宙，繁星閃爍如同璀璨的寶石，點綴著那無盡的黑暗。人類自誕生以來，就對神秘的星空充滿了無盡的好奇與向往。從古至今，無數(shù)的目光曾仰望那片蒼穹，心懷對宇宙奧秘的渴望而追尋。

2024年5月3日17時27分，長征五號運載火箭托舉著嫦娥六號探測器在中國文昌航天發(fā)射場點火起飛，隨后將探測器送入預(yù)定轉(zhuǎn)移軌道，發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功。嫦娥六號探測器執(zhí)行的是備受關(guān)注的世界首次月球背面采樣返回任務(wù)。

奧秘?zé)o窮的月球背面

迄今為止，人類已進(jìn)行的月球采樣返回均位于月球正面。月球背面整體相對月球正面更為古老，具有重要科研價值，是“秘境中的秘境”。

由于月球自轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)周期相等，加上被地球潮汐鎖定，地球強大的引力讓月球總是一面朝向地球，人類在地球上只能看見月球的正面。

從20世紀(jì)50年代開始，人類陸續(xù)向月球發(fā)射了100多次探測器，僅中國的嫦娥四號探測器在月球背面著陸開展過就位探測。

2019年1月3日，嫦娥四號成功著陸在月球背面南極-艾特肯盆地馮·卡門撞擊坑的預(yù)選著陸區(qū)。這片永遠(yuǎn)背向地球的亙古荒原，在寂寞了數(shù)十億年后，終于迎來第一個翩翩降臨的地球訪客。

2020年，嫦娥五號實施中國首個無人月球采樣返回任務(wù)，是當(dāng)時中國復(fù)雜度最高、技術(shù)跨度最大的航天系統(tǒng)工程，一舉突破月面采樣、月面起飛上升、月球軌道交會對接與樣品轉(zhuǎn)移、跳躍式再入返回等關(guān)鍵技術(shù)，經(jīng)過環(huán)環(huán)相扣的飛行過程，帶回1731克月球樣品，成為世界單次采樣量最大的無人月球采樣任務(wù)。

迄今為止，人類共對月球進(jìn)行了10次采樣返回，這10次采樣均位于月球的正面。而這次嫦娥六號去的是月球背面——南極-艾特肯盆地，去發(fā)現(xiàn)并采集不同地域、不同年齡、不同類型的月球樣品，進(jìn)行形貌探測和地質(zhì)背景勘察等工作。采樣返回后，科學(xué)家將對樣品進(jìn)行研究，分析月壤的結(jié)構(gòu)、物理特性、物質(zhì)組成等，深化月球成因和演化歷史的研究。

月球南極位于月球最古老、規(guī)模最大的艾特肯盆地邊緣，是研究深部月殼及月幔物質(zhì)、近距離探測永久陰影區(qū)內(nèi)可能存在水冰的理想?yún)^(qū)域；良好的光照條件也為開展長時間復(fù)雜的探測活動提供可能，逐漸成為各航天大國和空間組織開展空間拓展和科技創(chuàng)新的戰(zhàn)略制高點，也是建立月球基地的熱點地區(qū)。但月球南極緯度較高，地形地貌復(fù)雜，既有低洼的環(huán)形山坑底，也有高聳入云的山峰，光照特性、對地直接觀測能力差異明顯，

身手敏捷的嫦娥六號

嫦娥六號探測器是我國迄今最重的深空探測航天器，主要由軌道器、著陸器、上升器、返回器四個部分組成。其主要科學(xué)目標(biāo)是開展月球背面著陸區(qū)的現(xiàn)場調(diào)查和分析，并對月球背面樣品開展分析與研究。探測器發(fā)射入軌后，按計劃將進(jìn)行約53天的飛行，其間經(jīng)歷地月轉(zhuǎn)移、近月制動、環(huán)月飛行、著陸下降、月面工作、月面上升、交會對接與樣品轉(zhuǎn)移、環(huán)月等待、月地轉(zhuǎn)移、再入回收等工作階段。

此次任務(wù)可以形象地描述為“去、下、上、回”。軌道器主要負(fù)責(zé)“去”，飛到月球背面去和返回地球；著陸器主要負(fù)責(zé)“下”，落到月球背面并進(jìn)行樣本采集；上升器主要負(fù)責(zé)“上”，攜帶采集的樣本從月球背面飛起來；返回器主要負(fù)責(zé)“回”，攜帶月壤返回地球。

我國的探月工程四期任務(wù)由嫦娥四號、嫦娥六號、嫦娥七號和嫦娥八號4次任務(wù)組成。2018年12月8日成功發(fā)射的嫦娥四號，實現(xiàn)了人類航天器首次在月球背面巡視探測。嫦娥五號于2020年12月17日首次實現(xiàn)我國地外天體采樣返回后，嫦娥六號探測器作為嫦娥五號探測器的備份，任務(wù)有所調(diào)整，改為到月球背面獲取樣本。嫦娥六號任務(wù)并非嫦娥四號與嫦娥五號任務(wù)的簡單相加，而是必須攻克月球逆行軌道設(shè)計與控制、月背智能采樣和月背起飛上升等多項關(guān)鍵技術(shù)，實施多項重大突破。這也將成為繼嫦娥四號任務(wù)之后世界上第二次以月球背面為目的地的探月任務(wù)。

月背采樣在世界上沒有先例可循，面臨著很多新情況新問題。在探測器硬件產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)已經(jīng)確定的情況下，約束條件非常苛刻。為了適應(yīng)新的任務(wù)要求，研制人員統(tǒng)籌考慮任務(wù)目標(biāo)和技術(shù)條件，開展了大量適配設(shè)計和優(yōu)化設(shè)計，并采用逆行環(huán)月軌道方案等多項創(chuàng)新設(shè)計，以滿足月背采樣返回任務(wù)適應(yīng)性設(shè)計以及國際載荷搭載需求。

針對月背著陸區(qū)月壤特性，研制人員為嫦娥六號采樣封裝分系統(tǒng)進(jìn)行了多項升級，設(shè)計了適應(yīng)月球背面采樣的控制算法和采樣策略，進(jìn)一步提高了采樣的智能化、自動化程度，增強了月壤采樣效率、采樣能力和在軌工作可靠性。同時，還為著陸上升組合體量身設(shè)計了自主月面工作狀態(tài)設(shè)置、自主定位、應(yīng)急自主采樣和自主起飛等功能，工作效率得到大幅提升。

嫦娥六號任務(wù)積極開展國際合作，最終確定了歐空局月表負(fù)離子分析儀、法國月球氡氣探測儀、意大利激光角反射器、巴基斯坦立方星等4個國際搭載項目。

力能扛鼎的長征五號

長征五號運載火箭（以下簡稱“長五火箭”）為捆綁四個助推器的兩級半構(gòu)型火箭，采用無毒無污染推進(jìn)劑。火箭全箭總長56.97米，起飛質(zhì)量約869噸，具備近地軌道25噸、地球同步轉(zhuǎn)移軌道14噸的運載能力，是我國現(xiàn)役運載能力最大的火箭，可以完成近地軌道衛(wèi)星、地球同步轉(zhuǎn)移軌道衛(wèi)星、太陽同步軌道衛(wèi)星、空間站、月球探測器和火星探測器等各類航天器的發(fā)射任務(wù)。

在5月3日發(fā)射當(dāng)日，長五火箭迎著突發(fā)的風(fēng)雨穩(wěn)穩(wěn)直刺蒼穹成功執(zhí)行了嫦娥六號探測器發(fā)射任務(wù)，再次彰顯了中國航天的卓越實力。長五火箭究竟憑借什么力量實現(xiàn)了這一壯舉呢？

長五火箭是我國首型5米芯級直徑的新一代大推力運載火箭，在設(shè)計之初就充分考慮了各種天氣與環(huán)境挑戰(zhàn)。其防水防雨設(shè)計細(xì)致入微，從“堵”到“疏”，每個細(xì)節(jié)都經(jīng)過精心策劃和嚴(yán)密實施，確?；鸺捌浯钶d的“乘客”在干燥透氣的環(huán)境中安全啟程。

在“堵”的方面，長五火箭為關(guān)鍵部件穿上了“雨衣”，通過加裝密封條、使用吹塑薄膜以及選擇具備防水功能的元器件等措施，有效隔絕雨水侵襲；在“疏”的方面，火箭多個部段設(shè)計排水孔，整流罩排氣孔處更是設(shè)置了內(nèi)置導(dǎo)流罩，實現(xiàn)了排氣與防水的雙重功能。此外，多條送風(fēng)管路持續(xù)為整流罩等艙段送風(fēng)，確?？臻g內(nèi)保持正壓狀態(tài)，進(jìn)一步增強了防水能力。經(jīng)過多次嚴(yán)格測試和驗證，長五火箭早已具備中雨條件下發(fā)射的能力。

面對中國文昌航天發(fā)射場的“淺層風(fēng)”，長五火箭同樣展現(xiàn)出強大的應(yīng)對能力。其四個助推支撐與防風(fēng)拉桿設(shè)計緊密結(jié)合，即使在每秒17米的大風(fēng)中也能穩(wěn)穩(wěn)“站立”。

由于地月相對位置不斷變化，一旦在發(fā)射窗口內(nèi)不能實施發(fā)射，嫦娥六號奔月就會受到影響。為了確保火箭準(zhǔn)時發(fā)射，研制人員應(yīng)用“窄窗口多軌道”發(fā)射技術(shù)，為火箭在連續(xù)兩天、每天50分鐘的窗口內(nèi)，設(shè)計了10條奔月軌道，提高發(fā)射概率和發(fā)射可靠性。

這是長五火箭繼2020年11月24日護(hù)送嫦娥五號探測器奔月后，時隔3年多再次執(zhí)行深空探測任務(wù)。在此期間，研制人員針對箭上關(guān)鍵單機(jī)開展了大量可靠性增長工作，火箭可靠性顯著提升。

此外，研制人員持續(xù)推進(jìn)以“設(shè)計特性全集”為抓手的產(chǎn)品質(zhì)量管控措施，在產(chǎn)品研制生產(chǎn)過程中，逐項梳理確認(rèn)影響產(chǎn)品功能、性能的設(shè)計參數(shù)，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，確保發(fā)射萬無一失。

嫦娥六號探測器需要進(jìn)入近地點200千米、遠(yuǎn)地點約38萬千米的地月轉(zhuǎn)移軌道，這對火箭的運載能力提出了很高的要求，尤其是嫦娥六號探測器比嫦娥五號探測器重了100千克。研制人員對箭上產(chǎn)品進(jìn)行了多項設(shè)計優(yōu)化和工藝改進(jìn)，成功幫助火箭“瘦身”，將長五火箭地月轉(zhuǎn)移軌道運載能力提升100千克，滿足了“乘客”需求。

首飛至今，研制團(tuán)隊持續(xù)對火箭進(jìn)行優(yōu)化，提高適應(yīng)能力和可靠性。正是這些技術(shù)展示出的“強者”實力，讓長五火箭在風(fēng)雨中依然能昂首挺胸，勇往直前。

自2007年起，長征三號甲系列、長征四號丙、長征五號、長征八號等六型火箭完成了探月工程迄今全部發(fā)射。17年間，九戰(zhàn)全勝，為探月工程架起天梯，托舉中國人的探月夢想走得更遠(yuǎn)。此次長征五號運載火箭成功將嫦娥六號探測器送往月背，是人類首次如此近距離地探索月背的奧秘，是全人類夢想的一次偉大啟航！

未來，我國計劃在2026年發(fā)射嫦娥七號探測器；2028年發(fā)射嫦娥八號，包括著陸器、飛躍器、巡視器和月面作業(yè)機(jī)器人等，它們將降落在嫦娥七號附近，與其共同構(gòu)建起一個功能完備的月球科研站。

讓我們共同期待，在宇宙中留下更多屬于我們的輝煌印記！

作者單位 中國航天科技集團(tuán)