嫦娥再赴廣寒宮，去月球背面“挖一勺”

小隱

5月8日，嫦娥六號(hào)探測(cè)器成功實(shí)施近月制動(dòng)，順利進(jìn)入環(huán)月軌道飛行（動(dòng)畫模擬圖/國(guó)家航天局）

據(jù)中國(guó)國(guó)家航天局5月3日消息，長(zhǎng)征五號(hào)遙八運(yùn)載火箭成功發(fā)射，將嫦娥六號(hào)探測(cè)器送入預(yù)定軌道。

2024年，中國(guó)探月工程20周年之際，此次“出征”舉足輕重—這將是人類首次在月球背面取樣并返回。此前人類探月史上，共對(duì)這顆衛(wèi)星進(jìn)行過(guò)10次采樣返回，但均位于其正面。神秘的月球背面，仍一直是未解之謎。

2020年底圓滿收官的中國(guó)探月工程三期標(biāo)志嫦娥五號(hào)項(xiàng)目，從月球正面取回1731克月壤。從中，不僅發(fā)現(xiàn)了新礦物“嫦娥石”，還將科學(xué)界認(rèn)知的月球巖漿活動(dòng)結(jié)束時(shí)間推遲了8億～9億年，繼而將月球地質(zhì)壽命“延長(zhǎng)”了10億年。

推此及彼，嫦娥新探月背，料想有望結(jié)出累累碩果?；妹绹?guó)登月宇航員阿姆斯特朗的名言，可以說(shuō)，中國(guó)前往月球背面“挖一小勺”，將刷新人類航天紀(jì)錄，成為了解宇宙向前邁出的一大步。

月亮的“兩副面孔”

無(wú)人月面取樣返回，早在嫦娥五號(hào)便首次成功實(shí)施。嫦娥六號(hào)作為其“備份星”，之所以更加引發(fā)全球關(guān)注，首先就在于月球獨(dú)特的“二分性”。

由于地球?qū)υ虑虻某毕i定效應(yīng)，這顆衛(wèi)星以同步自轉(zhuǎn)的方式繞地球公轉(zhuǎn)，意味著月球亙古以同一個(gè)面朝向地球，這才有了“正面”與“背面”之分。

并且，探測(cè)研究發(fā)現(xiàn)，月球的正面和背面在地形地貌、元素分布和地質(zhì)特征等方面，均存在著顯著且巨大的差異，這一現(xiàn)象就是月球的“二分性”。

那么，相較于人類欣賞和歌詠了萬(wàn)年的正面，月亮神秘的另一面究竟是怎樣的？

“嫦娥之父”、中國(guó)天體化學(xué)與地球化學(xué)家歐陽(yáng)自遠(yuǎn)在演講中曾提及，月球背面存在著這顆衛(wèi)星上最為古老的巖石。嫦娥六號(hào)任務(wù)副總設(shè)計(jì)師王瓊在接受媒體采訪時(shí)，也作了一個(gè)對(duì)比—整體來(lái)說(shuō)，背面的月壤更為古老，通過(guò)分析其物理特性和物質(zhì)組成，可以更新人類掌握的“月球數(shù)據(jù)”。

據(jù)嫦娥六號(hào)任務(wù)總設(shè)計(jì)師胡浩介紹，此次任務(wù)預(yù)選的著陸區(qū)為月球背面的南極—艾特肯盆地，不僅在月球上，這也是太陽(yáng)系內(nèi)公認(rèn)的最大、最古老、最深的撞擊坑之一，其地質(zhì)年齡距今已超42億年。

選擇在此著陸的原因之一是，科學(xué)家推測(cè)，曾有一顆小行星或彗星高速撞擊過(guò)這一區(qū)域，很有可能將月球內(nèi)部的部分地幔物質(zhì)掀到了月面。故而，南極—艾特肯盆地是探測(cè)月球深部物質(zhì)的一扇天然窗口，這里的“土特產(chǎn)”對(duì)了解月球的形成演化歷史，有著極大的科學(xué)研究?jī)r(jià)值。

不僅如此，與月球正面相比，月球背面的地貌特征也更為獨(dú)特，隕石坑和高山比比皆是。

科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，月球背面的地殼相對(duì)較薄，更易因外界撞擊形成密集的隕石坑群，其分布與月球的地殼構(gòu)造息息相關(guān)。地質(zhì)作用或撞擊事件還在月球背面形成了綿延陡峭的高山，其山體巖石的成分往往與月球正面大相徑庭—富含更多鐵、鎂等金屬元素。

因此，采集月球背面的圖像和樣品，分析其坑洼起伏的“撞擊記錄”，可為進(jìn)一步了解月球內(nèi)部的物質(zhì)構(gòu)成提供寶貴信息。

此外，研究月球背面還有助于解除學(xué)界關(guān)于太陽(yáng)系“晚期重轟擊”謎團(tuán)的分歧。大約39億年前，曾有無(wú)數(shù)小天體對(duì)月球和地球“狂轟濫炸”，留下了大量撞擊盆地的痕跡。

但科學(xué)家一直無(wú)法確定，這個(gè)撞擊高峰期是一個(gè)短期突發(fā)事件，還是逐步減弱的長(zhǎng)期過(guò)程？而此次探測(cè)器帶回的樣本，將有望提供線索。

嫦娥這趟“出差”，對(duì)探究地球生命起源也存在利好。一種科學(xué)猜想認(rèn)為，孕育出原始生命的水和有機(jī)物質(zhì)，正由撞擊地球的小行星或彗星攜帶而來(lái)。因此，造訪月球背面，對(duì)于揭示整個(gè)地—月系統(tǒng)的奧秘都有著重大意義。

打破地月通信天塹

盡管在地球上觀測(cè)月亮，背面存在著永不可見(jiàn)的“視野盲區(qū)”，然而通過(guò)衛(wèi)星和探測(cè)器，尤其在嫦娥四號(hào)成功實(shí)現(xiàn)月球背面軟著陸以來(lái)，科學(xué)家仍然設(shè)法獲取到了一些月球背面的信息。

從已有圖像和數(shù)據(jù)可知，嫦娥六號(hào)面臨的將是比嫦娥五號(hào)更為復(fù)雜的環(huán)境挑戰(zhàn)。

中國(guó)前往月球背面“挖一小勺”，將刷新人類航天紀(jì)錄。

5月3日，嫦娥六號(hào)探測(cè)器由長(zhǎng)征五號(hào)遙八運(yùn)載火箭在中國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)發(fā)射（圖/國(guó)家航天局）

較之正面，崎嶇的月球背面讓探測(cè)器更難平穩(wěn)降落。月球表面低洼平坦的區(qū)域被稱為“月海”，90%以上都分布在月球的正面，而月球背面除了莫斯科海，基本沒(méi)有易于著陸的優(yōu)質(zhì)選點(diǎn)。

回顧歷史，國(guó)際宇航聯(lián)空間運(yùn)輸委員會(huì)副主席楊宇光，強(qiáng)調(diào)了地形不利給探測(cè)器帶來(lái)的威脅。蘇聯(lián)在1969—1970年間，曾出現(xiàn)無(wú)人探月五連敗，其中“月球-15”號(hào)采樣返回飛行器以毀壞告終，就是因?yàn)樵谔剿餍聟^(qū)域時(shí)遭遇復(fù)雜地形，降落時(shí)撞上了山脈。

這一艱巨的挑戰(zhàn)，還因月球背面“通信盲區(qū)”的問(wèn)題，被進(jìn)一步放大。月球背面與地球相隔約38萬(wàn)公里，漫長(zhǎng)的距離導(dǎo)致無(wú)線電信號(hào)大幅衰減，加上鎖定效應(yīng)下月球本體的阻擋，意味著那里與地球間，存在無(wú)法實(shí)時(shí)交流的信息孤島。

為渡迢迢銀漢，在中國(guó)傳統(tǒng)文化中有“喜鵲搭橋”的唯美神話。以此為喻，早在嫦娥四號(hào)任務(wù)中，中國(guó)便成功部署了人類歷史上首個(gè)月球信號(hào)中繼衛(wèi)星鵲橋一號(hào)，打破“盈盈一水間，脈脈不得語(yǔ)”的地月通信天塹。

若用形象化的手法描述它的作用原理，就如同一個(gè)人照鏡子，無(wú)法看見(jiàn)自己的背影時(shí)，在身后支起的另一面鏡子—通過(guò)波的折射遞轉(zhuǎn)，繞過(guò)觀察的死角。

輔助鵲橋發(fā)揮監(jiān)測(cè)站職能的深空天線組陣系統(tǒng)，則由中國(guó)電科牽頭建設(shè)，佳木斯、喀什和阿根廷拉斯拉哈斯市等三大站構(gòu)建，以多站接力模式為支持，基本保證無(wú)論地月間處于什么位置，至少有一個(gè)站可以“看到”探測(cè)器，從而全程掌控任務(wù)設(shè)備狀態(tài)。

美國(guó)航空航天局（NASA）局長(zhǎng)威爾遜曾針對(duì)嫦娥探月答記者問(wèn)，聲稱“不打算去永遠(yuǎn)黑暗的月背浪費(fèi)錢財(cái)”。但中國(guó)探月工程總設(shè)計(jì)師吳偉仁在央視《面對(duì)面》專訪中透露，鵲橋技術(shù)之先進(jìn)，讓NASA都反口提出了延長(zhǎng)其使用壽命的希望，好借“東風(fēng)”將信標(biāo)機(jī)投放到月球背面。

2023年，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)馬來(lái)西亞籍副研究員劉敬祥透露，對(duì)于NASA借用鵲橋協(xié)助其登月的請(qǐng)求，中方已經(jīng)同意。

今年3月，為保障嫦娥六號(hào)在月背安全著陸、采集樣本、月面起飛、交匯對(duì)接和返回地球的全流程，升級(jí)版的“順風(fēng)耳”鵲橋二號(hào)，則已先行一步“就位”月背上空。

不過(guò)，一個(gè)無(wú)法回避的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題隨之而來(lái)：中繼通訊畢竟不如直接指揮，鵲橋不可能始終在嫦娥上方跟蹤，導(dǎo)致地面科研人員無(wú)法絕對(duì)掌握探測(cè)實(shí)時(shí)情況。

基于嫦娥工程科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)，由中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)繪制的世界首套高精度月球地質(zhì)圖

月球信號(hào)中繼衛(wèi)星鵲橋一號(hào)

然而細(xì)節(jié)決定成敗，在無(wú)人操作下規(guī)避樣本被污染和損毀的風(fēng)險(xiǎn)，萬(wàn)無(wú)一失是題中之義。為此，中國(guó)獨(dú)創(chuàng)了月背智能采樣技術(shù)，以自動(dòng)化、智能化技術(shù)擺脫地面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)這個(gè)大前提的桎梏，實(shí)現(xiàn)月壤“采集—包裝—轉(zhuǎn)移—封裝”一條龍。

同樣獨(dú)步世界的，還有人類首次在繞月軌道實(shí)行航天器“無(wú)人交會(huì)對(duì)接”。

此前，美國(guó)阿波羅計(jì)劃6次挖土、蘇聯(lián)3次無(wú)人采樣、中國(guó)嫦娥五號(hào)，都自月面起飛直接返回地球。所以，嘗試月球逆行軌道設(shè)計(jì)與控制技術(shù)，可謂“前無(wú)古人”—對(duì)接軌道的測(cè)算必須非常準(zhǔn)確。

盡管肩負(fù)測(cè)軌預(yù)報(bào)功能的鵲橋二號(hào)猶如一雙眼睛，在飛行器著陸和上升過(guò)程中出現(xiàn)軌道偏離等執(zhí)行問(wèn)題時(shí)，可以及時(shí)修正挽回，但增加了點(diǎn)傳輸環(huán)節(jié)，仍有可能在一定范圍內(nèi)出現(xiàn)誤差。尤其當(dāng)著陸器和上升器的組合體，以一千六七百米每秒的速度在繞月軌道上飛行時(shí)，意味著對(duì)接窗口極為狹窄。

故而，嫦娥五號(hào)鉆取子系統(tǒng)飛控專家組成員肖龍?jiān)u價(jià)，這將是嫦娥六號(hào)探月的最大技術(shù)難點(diǎn)。一旦起飛，飛行器進(jìn)入正確軌道的機(jī)會(huì)只有一次。

人類的未來(lái)是星辰大海

在月球背面，科學(xué)家們已發(fā)現(xiàn)了氦-3的豐富儲(chǔ)藏。作為一種理想的核聚變?nèi)剂?，若能開發(fā)氦-3資源，將為人類解決能源危機(jī)提供一種清潔高效的全新可能。此外，月球背面具備較好的遙感條件，可以在低干擾狀態(tài)下，更清晰地開展宇宙天體觀測(cè)。

在上海的一場(chǎng)訪談中，《三體》的作者劉慈欣曾發(fā)感慨，地球只是浩渺宇宙中的一粒塵埃，人類作為一個(gè)整體生活在這塵埃上，我們的未來(lái)要著落于探索星辰大海。

在地球上觀測(cè)月亮，背面存在著永不可見(jiàn)的“視野盲區(qū)”。

2022年10月，科研人員在分析嫦娥五號(hào)月壤成分

的確，開發(fā)星際資源已從科幻逐漸照進(jìn)現(xiàn)實(shí)，而全人類休戚與共，合作而非競(jìng)賽才是未來(lái)的主旋律。

此次嫦娥六號(hào)出征，就搭載了歐洲的月表負(fù)離子分析儀、法國(guó)的氡氣探測(cè)載荷、意大利的激光角反射鏡、巴基斯坦的立方星等4個(gè)國(guó)家的衛(wèi)星項(xiàng)目，攜手共同叩響月亮背面的大門。

其中，尤以法國(guó)最為醒目。其計(jì)劃在月球南極進(jìn)行采樣返回的25公斤科研設(shè)備載荷，不僅象征著中法首次探月合作，更是法國(guó)首個(gè)登月項(xiàng)目，書就該國(guó)航天歷史上濃墨重彩的一筆。

預(yù)計(jì)，嫦娥六號(hào)將著陸在南極—艾特肯盆地中，撞擊深度最深、月殼厚度最薄且直徑最大的阿波羅盆地南部邊緣。在600公里外的馮·卡門坑內(nèi)，嫦娥四號(hào)和玉兔二號(hào)仍在兢兢業(yè)業(yè)地開展探測(cè)工作。

中國(guó)登月的步伐加快，人類問(wèn)天的征途不停。

責(zé)任編輯吳陽(yáng)煜 wyy@nfcmag.com