嫦娥六號任務(wù)及我國未來探月前景

2024年6月25日14時07分，嫦娥六號返回器準確著陸于內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定區(qū)域，為這趟歷時53天的地月往返之旅畫上了圓滿的句號。6月28日，國家航天局在京舉行探月工程嫦娥六號任務(wù)月球樣品交接儀式，經(jīng)初步測算，此次采集到月球背面樣品1935.3克。隨后，月球樣品運輸至實驗室，正式開啟科研工作。

嫦娥六號任務(wù)的完成，使我國成為世界上唯一一個兩度著陸月球背面的國家，并實現(xiàn)了人類首次從月球背面采集月壤返回地球的宏愿。中國的這一歷史性創(chuàng)舉，不僅代表著中國在航天領(lǐng)域的技術(shù)突破，更意味著為人類探月補上了一塊重要拼圖。

2024年5月3日，嫦娥六號采樣返回探測器由長征五號遙八運載火箭在雨中從海南文昌發(fā)射場成功發(fā)射，并于5月8日進入月球軌道。其發(fā)射質(zhì)量達到8.35噸，是中國至今發(fā)射升空的質(zhì)量最大的空間探測器，用于在世界上首次從月球背面進行采樣返回。由于在地球或地球軌道永遠看不到月球背面，為此，我國先于2024年3月20日發(fā)射了鵲橋二號月球中繼星。

為什么要去月球背面

月球背面比正面保留著更為原始的狀態(tài)，地形更加復(fù)雜，在月球背面著陸進行原位探測、巡視探測和采樣返回探測，對研究月球甚至地球的早期歷史都具有重要價值。嫦娥六號采集的月球樣品地質(zhì)年齡預(yù)期將達到40億年。此前，美國和蘇聯(lián)采集的月球樣品地質(zhì)年齡約為30億年，而嫦娥五號采集的月球樣品地質(zhì)年齡約為20億年。

月球表面分為月海和月陸兩大地理單元。其中月球正面有19個月海、背面有3個月海，月海顏色較暗，主要是玄武巖。月球背面月陸居多，顏色較亮，主要是斜長巖，比月海更古老，撞擊坑密度也大。對其綜合探測，能獲月球最古老月殼的物質(zhì)組成、斜長巖高地的月壤厚度等重要科學(xué)成果。

具有不同于月球正面地質(zhì)構(gòu)造的月球背面多“山”多“谷”，環(huán)形山和撞擊坑的比例達到97.5%，遠高于正面（69%）。由于大氣的存在，地球上經(jīng)歷了多次滄海桑田，早期地質(zhì)歷史的痕跡早已消失殆盡。月球上沒有大氣，因而保存了完好的地質(zhì)記錄，從中可挖掘地球的早期歷史。因此，對月球背面開展形貌、物質(zhì)組成、月壤和月表淺層結(jié)構(gòu)的就位與巡視以及采樣返回等綜合探測具有重要科研價值。

另外，由于在地球或地球軌道永遠看不到月球的背面，所以在月球背面可屏蔽來自地球的各種無線電干擾信號，在那里著陸的探測器可以監(jiān)測到在地面和地球軌道無法分辨的宇宙中低頻射電信號，研究恒星起源和星云演化，有望取得重大天文學(xué)成果。

月球背面從南極點到艾特肯坑之間的盆地叫南極-艾特肯盆地。它是太陽系第二大超級撞擊坑，被公認是月球上最大、最古老、最深的盆地，直徑約2500千米，深度約13千米，地質(zhì)年齡距今超過42億年。它也是月殼演化3個獨立的地體之一，可能保存了月球上古老的巖石，所以這里的科研價值很高。嫦娥四號就著陸于該盆地的馮·卡門撞擊坑內(nèi)。

此前，人類共對月球進行了10次采樣返回，全都位于月球的正面。嫦娥六號首次在月球背面采樣返回，即月球背面的南極-艾特肯盆地東北邊緣阿波羅撞擊坑南部（西經(jīng)150°～158°，南緯41°～45°）。

從這里采集月球樣品返回，科學(xué)家在實驗室分析不同地域、不同年齡月壤的結(jié)構(gòu)、物理特性、物質(zhì)組成，對人類更加全面地了解月球、深化認識月球成因和演化、探尋行星演化及太陽系起源等具有重要的意義。它能填補人類獲取月球背面樣本的空白，開啟月球正面與背面的演化差異、電磁場演化和地球大氣演化等重要科學(xué)研究的全新視角，對月球科學(xué)新突破具有獨特的價值。

由于在月球背面著陸的探測器不能直接和地球站進行無線電通信，所以目前沒有其他國家的月球探測器在月球背面進行著陸探測、巡視探測和采樣返回探測。

我國探月工程四期任務(wù)包括發(fā)射嫦娥四號、六號、七號和八號，它們開展的著陸和巡視探測以及采樣返回探測，主要位于科研價值更高的月球南極和月球背面地區(qū)，所以需要先研制和發(fā)射月球中繼星，從而架設(shè)起月球背面對地球的“中繼通信站”，解決在月球背面著陸的探測器與地球之間的測控通信和數(shù)據(jù)傳輸。

我國于2018年5月先發(fā)射了世界首顆運行在地月拉格朗日2點（簡稱地月L2點）暈軌道的“鵲橋”月球中繼星。在這個軌道上運行的“鵲橋”能同時“看到”地球和月球背面，從而為此后落在月球背面的嫦娥四號與地球站之間搭建通信鏈路。

2018年12月，我國成功發(fā)射了嫦娥四號落月探測器，它于次年1月3日在月球背面艾特肯盆地的馮·卡門撞擊坑完成軟著陸，這在世界上是第一次。目前，嫦娥四號著陸器和玉兔二號月球車仍在“超期服役”。其中玉兔二號是目前世界上在月面工作時間最長的月球車。

由于“鵲橋”月球中繼星已在軌工作5年，現(xiàn)正超期服役，為了完成探月工程四期的后續(xù)任務(wù)，我國在2024年3月20日又發(fā)射了壽命更長、性能更優(yōu)的鵲橋二號月球中繼星，以替代“鵲橋”。鵲橋二號是世界上第二顆在地球軌道以外的專用中繼星，架設(shè)了地月新“鵲橋”，可為嫦娥四號、六號、七號和八號提供地月間優(yōu)質(zhì)的中繼通信。

鵲橋二號的幾大優(yōu)勢

鵲橋二號月球中繼星由長征八號火箭發(fā)射。該火箭采用兩級半構(gòu)型。其“個頭”雖然只有50.3米，但具有1.3噸的地月轉(zhuǎn)移軌道運載能力，所以足以把1.2噸的鵲橋二號月球中繼星直接送往月球。

與2018年發(fā)射的“鵲橋”相比，鵲橋二號的技術(shù)創(chuàng)新和狀態(tài)更多、功能更強、接口更為復(fù)雜、研制難度更高、任務(wù)時間跨度也更大，它們有以下顯著不同[1]：

①鵲橋二號重量更重。其重量達1.2噸，所以改用運載能力更大的長征八號火箭發(fā)射。而“鵲橋”的重量是448千克，由長征四號C火箭發(fā)射。

②鵲橋二號裝的天線更多。它不僅裝備了一個與“鵲橋”相同的直徑4.2米X波段拋物面天線，用于與在月球背面或南極著陸的探測器的通信，還增裝了一個“小傘”——直徑0.6米S/Ka雙頻拋物面天線，用于向地面站傳輸數(shù)據(jù)。這個二維可驅(qū)動拋物面天線只有20千克，能通過兩軸驅(qū)動機構(gòu)保證其每時每刻都能指向地面數(shù)據(jù)接收站。

③鵲橋二號使用的平臺更強。它使用了性能更優(yōu)的CAST2000衛(wèi)星平臺。該衛(wèi)星平臺設(shè)計壽命大于8年，功率在1000瓦以上，對地最高碼速率為500兆比特/秒。由于壽命長、功率和碼速率高，所以它不僅能更好地用于嫦娥四號和六號任務(wù)，還可用于2026年發(fā)射的嫦娥七號、2028年發(fā)射的嫦娥八號任務(wù)等。而“鵲橋”使用的是CAST100衛(wèi)星平臺，設(shè)計壽命大于3年，功率為800瓦，對地最高碼速率為10兆比特/秒。鵲橋二號一秒鐘就能傳輸一部電影，而“鵲橋”不具備這樣的高速率通信能力。

④鵲橋二號配備的載荷更多。它搭載了極紫外相機、陣列中性原子成像儀、月地甚長基線干涉試驗系統(tǒng)等科學(xué)載荷，所以能進一步提升其科研價值。也就是說，鵲橋二號不僅能為月球背面的著陸器傳輸數(shù)據(jù)，還可擇機執(zhí)行更多的科學(xué)探測任務(wù)，比如，開展月基對地球磁尾和等離子體層的探測和研究、月地甚長基線干涉測量試驗和觀測研究等。而“鵲橋”只搭載了低頻射電探測儀。

⑤鵲橋二號運行的軌道更優(yōu)。它的使命軌道為傾角54.8°、周期24小時的環(huán)月大橢圓凍結(jié)軌道，其近月點為200千米，遠月點為1.6萬千米，即近月點在月球北半球高緯度地區(qū)，遠月點在月球南半球高緯度地區(qū)。之所以采用這種使命軌道，是因為探月工程四期的后幾次任務(wù)都將選擇在月球背面或南極地區(qū)進行考察。而根據(jù)開普勒第二定律，遠月點較高，可使鵲橋二號飛行速度L6xHovrCGpxquX+qfmd/9jeDvE/c314CHgS9Mw8/Xvo=較慢，從而確保其與在月球背面或南極著陸的探測器之間有更長的通信時間。按照任務(wù)計劃，嫦娥六號將在月球背面停留2天進行采樣作業(yè)，鵲橋二號每天可保持約20小時的時間與其通信。當(dāng)鵲橋二號飛到月球正面和北極時，會與在月球背面著陸的嫦娥六號著陸-上升器組合體短暫失聯(lián)，此時嫦娥六號要根據(jù)程序自主開展工作。為此，研制嫦娥六號時提高了它的自主控制能力，進行了智能采樣設(shè)計，省去了幾百條上行指令，大大提高了月面采樣工作效率。

鵲橋二號的使命軌道之所以又被稱為凍結(jié)軌道，是因為在這種軌道上運行的航天器漂移極小，因而能減少消耗因軌道控制或姿態(tài)控制所需的推進劑。

另外，“鵲橋”運行在地月L2點暈軌道，距離月球約6.5萬千米；而鵲橋二號運行在繞月軌道上，最近時距離月球只有200～300千米，更方便接收來自月面的信號，大幅提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ潘俾剩@也有利于對月球進行科學(xué)觀測。

未來，為更好地配合在月球南極著陸的嫦娥七號、八號的工作，鵲橋二號的軌道將調(diào)整為近月點約300千米、遠月點約8600千米、傾角55°、運行周期12小時的使命軌道，這樣它在月球南極上方有更廣的視角和接收范圍，對月球南極的可見性顯著提升，大幅提高對月球南極區(qū)域的通信覆蓋能力。

簡言之，“鵲橋”是為嫦娥四號任務(wù)量身定做的，可以說是嫦娥四號的“私人管家”；鵲橋二號則不僅要為嫦娥四號和嫦娥六號任務(wù)提供中繼通信服務(wù)，還要為探月工程四期任務(wù)提供中繼通信服務(wù)。

針對用于接收月面探測器數(shù)據(jù)的返向中繼鏈路，鵲橋二號中繼星設(shè)計了多種碼速率，并能夠根據(jù)需要切換。同時，鵲橋二號還具有很強的靈活性和任務(wù)擴展能力，星上用于中繼通信的軟件大部分都可以在軌“升級”，靈活適應(yīng)后續(xù)新的任務(wù)需求。

在此次發(fā)射鵲橋二號中繼星的任務(wù)中，還搭載發(fā)射了天都一號、二號通導(dǎo)技術(shù)試驗星。天都一號重61千克，配備Ka雙頻段一體化通信機、激光角反射器和空間路由器等載荷，主要開展地月激光測距與高速測控等技術(shù)試驗；天都二號衛(wèi)星重15千克，主要開展通導(dǎo)載荷測試，配合開展星間測量技術(shù)試驗。

天都一號、二號所開展的一系列試驗，將為后續(xù)我國架設(shè)地月“鵲橋網(wǎng)絡(luò)”提供先期技術(shù)驗證，為我國“鵲橋”通導(dǎo)遙綜合星座系統(tǒng)的建立提供參考依據(jù)。據(jù)悉，今后我國將構(gòu)建一個以月球為中心的深空互聯(lián)網(wǎng)星座系統(tǒng)，這個系統(tǒng)集通信、導(dǎo)航、遙感等功能為一體，可以擴展到更遠的深空，向太陽系繼續(xù)延伸。

這意味著，從“鵲橋”開始的月球中繼星通信方式，將會逐步升級為太陽系內(nèi)的通信服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。未來，“鵲橋”通導(dǎo)遙綜合星座系統(tǒng)不僅服務(wù)于探月工程和載人月球探測，最終還會覆蓋火星和金星區(qū)域，為我國的行星探測計劃提供通信服務(wù)。

復(fù)雜的嫦娥六號任務(wù)

嫦娥六號是嫦娥五號的備份，整體結(jié)構(gòu)與嫦娥五號基本一致，但它用于人類首次在月球背面進行采樣返回探測，同時開展更廣泛的科學(xué)探測和國際合作。

該月球采樣返回器在月球-艾特肯盆地中緯度地區(qū)阿波羅環(huán)形山著陸采樣。科學(xué)家可進一步分析月壤的結(jié)構(gòu)、物理特性、物質(zhì)組成等，有望在太陽系早期撞擊歷史、月球背面的火山活動和月球地質(zhì)演化等重大科學(xué)問題上取得新的認識，進一步拓展人類對月球乃至太陽系的認知。

嫦娥六號著陸在這個巨型盆地東北部的阿波羅撞擊坑邊緣，通過鉆取和表取兩種方式，采集約2千克月球樣品，并開展月表淺層結(jié)構(gòu)、礦物組分、月面形貌等科學(xué)探測。由于著陸點位于月球背面無法與地面測控站直接通信，所以通過鵲橋二號月球中繼星提供中繼通信支持。

其工程目標(biāo)是：①突破月球逆行軌道設(shè)計與控制技術(shù)；②月球背面智能快速采樣技術(shù)；③月背起飛上升技術(shù)，實現(xiàn)月球背面自動采樣返回；④開展有效的國際合作。

其科學(xué)目標(biāo)是：①月球背面著陸區(qū)的現(xiàn)場調(diào)查和分析；②月球背面樣品的分析與研究。

與嫦娥五號基本一樣，嫦娥六號仍由軌道器、返回器、著陸器和上升器4部分組成，其中軌道器和返回器約4.35噸，著陸器約3.3噸，上升器約0.7噸。每部分功能各異。其中軌道器相當(dāng)于地月“巴士”，承擔(dān)著地月往返運輸?shù)闹匾姑?；返回器負?zé)把采集的月球樣品帶回地球，它要承受超高速進入地球大氣層時的高溫和沖擊，保護樣品不受影響；著陸器裝有反推火箭，不僅負責(zé)在月面軟著陸，著陸后還負責(zé)自動對月球采樣、樣品封裝等；上升器負責(zé)攜帶采集的樣品以著陸器作為發(fā)射架從月球背面升空飛入月球軌道，然后把采集的樣品轉(zhuǎn)移給返回器。

嫦娥六號比五號搭載了更多的科學(xué)載荷，配置了降落相機、全景相機、礦物光譜分析儀、月壤結(jié)構(gòu)探測儀和國旗展示系統(tǒng)等國內(nèi)和國際載荷（嫦娥五號上沒有搭載國際載荷）。在嫦娥六號著陸器上，搭載了來自法國、歐洲太空署、意大利的3臺載荷，在軌道器上搭載了巴基斯坦獨立運行的立方星。為了確保搭載設(shè)備可靠工作，研制團隊對國際搭載提級管控，進行了專門的國際搭載設(shè)計，并對搭載安全進行特殊考慮，做了充分驗證。

其中，法國的氡氣探測儀（DORN）用于對月球表面氡氣同位素開展原位探測，研究揮發(fā)物在月球環(huán)境下傳輸和擴散機制，包括月球塵埃的遷移以及月球風(fēng)化石、水資源等之間的相互作用；歐空局的月表負離子分析儀（NILS）用于探測月球表面負離子對空間、表面和行星體的重要性，研究其與月面的相互作用機制；巴基斯坦的7千克立方星（ICUBE-Q）搭載了兩臺拍攝月球的光學(xué)相機，用于開展在軌成像任務(wù)、驗證納衛(wèi)星月球軌道探測技術(shù)，它不僅拍攝軌道器、月球和地球的圖像，還探測月球磁場；意大利的激光角反射器（INRRI）由兩個被動激光逆反射器組成，用于激光測距，作為在月球背面的定位絕對控制點，它可以與其他月球探測任務(wù)開展聯(lián)合測距與定位研究。

另外，由于是在月球背面采樣返回，所以替換了嫦娥六號探測器上原本與嫦娥五號相同的部分產(chǎn)品，并對導(dǎo)航控制指令進行重新設(shè)計，從而適應(yīng)月背采樣任務(wù)需求。

嫦娥六號任務(wù)飛行全過程約53天，由11個飛行階段組成：

①發(fā)射入軌段：2024年5月3日，嫦娥六號由長征五號遙八火箭發(fā)射。

②地月轉(zhuǎn)移段：器箭分離后嫦娥六號沿近地點高度約200千米、遠地點高度約38萬千米的地月轉(zhuǎn)移軌道飛行約5天，期間進行1～3次中途修正。

③近月制動段：2024年5月8日，在高度200千米的近月點附近通過嫦娥六號軌道器上的3000牛主發(fā)動機實施第1次近月制動減速，使嫦娥六號進入近月點200千米、遠月點8600千米、軌道周期12小時的環(huán)月橢圓軌道。在該軌道上嫦娥六號擇機釋放巴基斯坦的立方星開展在軌成像。

嫦娥六號探測器在飛臨月球附近時必須實施“剎車”減速，使其對月球的相對速度低于月球逃逸速度，從而被月球引力捕獲，實現(xiàn)繞月飛行?？刂啤皠x車”力度很重要，如果其“剎車”力度不夠，速度沒有降下來，探測器會與月球“擦肩而過”，滑入外太空；如果“剎車”力度過猛，則可能與月球碰撞。

相對于嫦娥五號，嫦娥六號的近月制動也有些許不同，因為其近月制動點火時正在月球背面，與地面的所有信息傳遞需要由鵲橋二號來轉(zhuǎn)發(fā)，即在整個制動過程中，嫦娥六號要邊急劇減速邊始終與鵲橋二號保持“眼神交流”，而鵲橋二號在和嫦娥六號“對視”的同時，還要始終“凝視”地球并和地面飛控人員保持聯(lián)系。

此后，在12小時軌道上嫦娥六號又進行了第二次近月制動減速，使其進入近月點200千米、遠月點2200千米、軌道周期4小時的橢圓停泊軌道。最后，嫦娥六號還進行了第三次制動減速，使其進入高度200千米、周期2小時的環(huán)月圓軌道。

④環(huán)月飛行段：從2024年5月8日探測器進入環(huán)月軌道開始，直至著陸-上升組合體到達動力下降初始點為止。2024年6月1日，嫦娥六號在環(huán)月圓軌道上完成了著陸-上升組合體與軌道-返回組合體的分離，分離后軌道-返回組合體繼續(xù)環(huán)月飛行，等待上升器進行交會對接。

⑤著陸下降段：分離后的著陸-上升組合體通過實施2次降軌變軌，進入近月點約15千米、遠月點約200千米的橢圓軌道。2024年6月2日實施著陸下降。在動力下降前，著陸-上升組合體與鵲橋二號建立通信鏈路。在鵲橋二號支持下，著陸-上升組合體在近月點附近約15千米高度處通過著陸器上的1500～7500牛變推力主發(fā)動機實施動力下降和著陸，經(jīng)過主減速段、接近段、懸停避障段、緩速下降段等7個階段，用時約15分鐘，最終在月面預(yù)定區(qū)域軟著陸。

⑥月面工作段：著陸-上升組合體著陸后，采用鉆取和表取兩種采樣方式，對月壤取樣。其中鉆取采樣通過特殊的鉆頭鉆到月表以下2米左右的位置，把月壤整體取出來，保持其剖面層序；表取采樣通過機械臂和機械爪的配合，在月球表面多個位置鏟取月壤或拾取月巖兩種月球樣品。采集的樣品分別轉(zhuǎn)移至位于上升器頂部的樣品容器內(nèi)。樣品容器密封后，國旗展開，上升器完成起飛準備。月面工作歷時兩天。

與此同時，有效載荷、國際載荷開展就位探測。其中，全景相機對著陸區(qū)進行成像，月球礦物光譜分析儀、月壤結(jié)構(gòu)探測儀、法國氡氣探測儀和歐空局月表負離子分析儀開展科學(xué)探測。

另外，著陸-上升組合體在月面工作約48小時期間，在月球軌道運行的軌道-返回組合體通過實施4次調(diào)相機動，使其在遠程導(dǎo)引段終點（交班點）到達200千米圓軌道上合適的相位，即調(diào)整軌道來迎接上升器，與它交會對接。

⑦月面上升段：2024年6月4日攜帶月球樣品的上升器以著陸器為平臺通過3000牛主發(fā)動機點火在月面起飛，加速至月球逃逸速度（約2.4千米/秒）。經(jīng)過約6分鐘的飛行，進入近月點15千米、遠月點180千米的上升目標(biāo)軌道。接著，通過實施4次軌道機動，采用多圈多脈沖共面橢圓軌道交會策略，最終導(dǎo)引至高度為210千米的環(huán)月圓軌道上。

⑧交會對接與樣品轉(zhuǎn)移段：2024年6月6日，當(dāng)上升器位于軌道-返回組合體前方約50千米、上方約10千米時，該組合體進行主動逼近抓捕。對接機構(gòu)捕獲鎖定上升器后，樣品轉(zhuǎn)移機構(gòu)將上升器中的樣品容器轉(zhuǎn)移至返回器內(nèi)部，完成樣品轉(zhuǎn)移。此后，軌道-返回組合體擇機分離上升器及對接艙段。

⑨環(huán)月等待段：軌道-返回組合體與上升器分離后，在環(huán)月軌道停留約14天，等待月地轉(zhuǎn)移窗口。然后在2024年6月20日通過軌道器上的3000牛主發(fā)動機實施兩次月地轉(zhuǎn)移入射機動進入月地轉(zhuǎn)移軌道。

⑩月地轉(zhuǎn)移段：軌道-返回組合體在月地轉(zhuǎn)移軌道飛行5天后抵達地球附近，其間進行1～3次中途修正。

？再入回收段：當(dāng)軌道-返回組合體飛行到達距地球約5000千米高度處，返回器與軌道器分離，并進入高速再入返回跟蹤測量鏈跟蹤范圍。軌道器進行規(guī)避機動。2024年6月25日，返回器在120千米高度以10.9千米/秒速度用半彈道跳躍式再入大氣層，著陸于內(nèi)蒙古四子王旗著陸場，從而完成這趟歷時53天的地月往返之旅。地面搜索回收力量在48小時內(nèi)完成對返回器的回收。

與嫦娥五號任務(wù)在月球正面采樣返回相比，嫦娥六號任務(wù)是在鵲橋二號月球中繼星的支持下，首次實施月背采樣返回，在工程上要突破月球逆行軌道設(shè)計與控制、月背智能快速采樣和月背起飛上升三大關(guān)鍵技術(shù)。

相比嫦娥五號，嫦娥六號的環(huán)月軌道由順行軌道調(diào)整為由東向西環(huán)月的逆行軌道，這樣可為探測器提供更加穩(wěn)定和均勻的空間外熱流環(huán)境，確保探測器姿態(tài)幅度調(diào)整最小，在飛行過程中技術(shù)狀態(tài)穩(wěn)定，動力下降初始姿態(tài)和落月后月面工作姿態(tài)與嫦娥五號一致。為了能著陸在預(yù)選位置，優(yōu)化了軌道設(shè)計和控制以及整個動力下降和著陸過程的策略，從而提高了著陸安全性。

據(jù)中國空間技術(shù)研究院介紹[2]：由于太陽始終直射在月球赤道附近的區(qū)域，如果仍然采用原有的環(huán)月順行軌道方案，探測器在月球南半球著陸時相比嫦娥五號任務(wù)會出現(xiàn)受曬面調(diào)轉(zhuǎn)180°的情況，即探測器本應(yīng)朝陽的一側(cè)處于陰影中，而應(yīng)當(dāng)處于陰影環(huán)境的一側(cè)處于光照中，這會影響采樣過程中的能源供給、采光等條件。采用環(huán)月逆行軌道方案就可通過調(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，同時也避免了構(gòu)型布局和硬件產(chǎn)品的大幅度調(diào)整，順利化解了因著陸點變化帶來的朝向、姿態(tài)等問題。由于月球背面中繼通信時長受限，所以嫦娥六號的表取采樣時間要從嫦娥五號的21小時縮短為14小時。為此，在嫦娥五號基礎(chǔ)上，嫦娥六號在采樣效率方面進行了改進設(shè)計，突破了月背快速采樣技術(shù)，提高了采樣自主性和工作效率。例如，為表取采樣過程設(shè)計了17個獨立的序列，器上能自主判讀遙測數(shù)據(jù)，通過序列組合完成表取采樣全部工作，整個采樣任務(wù)減少了約500條器地指令交互，從而縮短了采樣時間。

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)進行了多項升級；針對月壤特性設(shè)計了適應(yīng)月背采樣的控制算法和采樣策略，進一步提高了采樣的智能化、自動化程度，提高了月壤采樣效率、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，使工作效率得到大幅提升。

因為著陸點從正面改變到了背面，所以受軌道設(shè)計還有窗口的約束，從而增加了飛行時間。例如，嫦娥六號在環(huán)月飛行段要比嫦娥五號多飛行8天，而在環(huán)月等待段也比嫦娥五號多許多天。

另外，月球背面隕石坑比正面多得多，到處是類似云貴川的崇山峻嶺，地形十分復(fù)雜，所以嫦娥六號不能像嫦娥五號那樣弧線著陸，而是要垂直起降。

未來的月球探測計劃

2026年，嫦娥七號將發(fā)射，著陸在月球南極[3]。據(jù)我國探月工程四期首席科學(xué)家王赤院士撰文介紹，嫦娥七號任務(wù)聚焦月球南極的關(guān)鍵科學(xué)問題，其科學(xué)目標(biāo)包括：月壤水冰和揮發(fā)組分的探測和研究；月球形貌、成分和構(gòu)造的探測和研究；月球內(nèi)部結(jié)構(gòu)、磁場和熱特性的探測和研究；月球南極月表環(huán)境的綜合探測與研究；月基對地球磁尾和等離子體層的探測和研究等[4]。

嫦娥七號由軌道器+著陸器+巡視器+飛躍器組成，配置了15臺國內(nèi)載荷。其中的飛躍器是一種具備反復(fù)起飛與反復(fù)著陸功能的新型著陸器，它能擇機在月球南極一個永久陰影坑著陸，直接獲取水冰資源存在與否的證據(jù)。

嫦娥七號的軌道器上將配置高分辨率立體相機、月球微波成像雷達、寬譜段紅外光譜成像分析儀、月球中子伽馬譜儀和環(huán)月磁強計共5臺科學(xué)載荷；著陸器上將配置月表環(huán)境探測系統(tǒng)、月震儀、降落相機和地形地貌相機共4臺科學(xué)載荷；巡視器上將配置拉曼光譜儀、測月雷達、月表磁場測量儀、全景相機和月壤揮發(fā)分測量儀共5臺科學(xué)載荷；飛躍器上將配置月壤水分子分析儀1臺科學(xué)載荷，直接與飛躍器平臺相連。

2024年4月24日，國家航天局在2024年“中國航天日”主場活動開幕式上，現(xiàn)場發(fā)布了嫦娥七號任務(wù)搭載的國際科學(xué)載荷。根據(jù)載荷的科學(xué)目標(biāo)、工程可實現(xiàn)性等原則，最終遴選出7個國家和國際組織的6臺科學(xué)載荷[3]。

著陸器上將搭載3臺載荷：意大利國家核物理研究院-弗拉斯卡蒂國家實驗室研制的激光角反射器陣列，用于為月面高精度測量和軌道器定軌導(dǎo)航提供支持；俄羅斯空間科學(xué)研究院研制的月球塵埃與電場探測儀，用于研究月球近地表外逸層的塵埃等離子體環(huán)境；國際月球天文臺協(xié)會研制的月基天文觀測望遠鏡，用于開展月基銀河系、地球、全景天空觀測。

軌道器上將搭載3臺載荷：埃及航天局、巴林國家空間科學(xué)局聯(lián)合研制的月表物質(zhì)超光譜成像儀，用于分析識別月表物質(zhì)和環(huán)境；瑞士達沃斯物理氣象觀象臺（世界輻射中心）研制的月基雙通道地球輻射能譜儀，用于從月球監(jiān)測地球氣候系統(tǒng)輻射量收支變化；泰國高等教育科研與創(chuàng)新部、泰國國家天文研究所研制的空間天氣全球監(jiān)測傳感裝置，用于預(yù)警由太陽風(fēng)暴引起的磁擾動和宇宙輻射。

2028年，嫦娥八號將發(fā)射，著陸在嫦娥七號附近。它由著陸器+飛躍器+巡視器+月面作業(yè)機器人組成，用于試驗驗證一些月球資源利用的關(guān)鍵技術(shù)，包括利用月壤原位3D打印技術(shù)，開展月球環(huán)境探測和資源利用試驗驗證，與嫦娥七號一起為國際月球科研站奠定基礎(chǔ)。

國際月球科研站可長期持續(xù)開展科學(xué)探測、資源開發(fā)、技術(shù)驗證等多學(xué)科多目標(biāo)大規(guī)?？茖W(xué)和技術(shù)活動，可為以后奔向火星、奔向更遠的深空做技術(shù)儲備和物資、智力上的儲備。據(jù)探月工程總設(shè)計師吳偉仁院士介紹，它將按照2個階段分步實施。

①2035年前建成基本型國際月球科研站。它以月球南極為核心，逐步拓展至全月面探測能力，建成功能基本齊備、要素基本配套的綜合科學(xué)設(shè)施，開展常態(tài)化科學(xué)實驗活動和一定規(guī)模的資源開發(fā)利用。

②2045年前建成拓展型國際月球科研站。它以月球軌道站建設(shè)為重點，建成功能完善、相當(dāng)規(guī)模、穩(wěn)定運行的設(shè)備設(shè)施，開展月基綜合性科學(xué)研究和深度資源開發(fā)利用，為登陸火星開展相關(guān)技術(shù)驗證和科學(xué)實驗研究。

目前，國內(nèi)外都對探測月球南極有很大興趣，原因很多。例如，月球南極存在很深的隕石坑，這些隕石坑內(nèi)極有可能富集大量水冰和稀有礦藏。這是由于月球軸的傾角只有1.54°，陽光基本上是平射到月球，月球極區(qū)的表面有隕石坑的底部受不到陽光的照射，所以非常寒冷，水冰和其他揮發(fā)物（氨、甲烷等）可以在其中積累。如果隕石內(nèi)有大量水冰，未來可以供登月航天員使用，并能分解成氫和氧作為燃料，為日后的載人深空探索提供補給。

月球南極有些地方也存在極晝現(xiàn)象，因此可以使月球著陸器長時間開展工作，從而減輕載人或無人月球設(shè)施重量，降低發(fā)射費用。這種具有“永恒之光”的地方也可作為射電望遠鏡的站點，能連續(xù)研究太陽，提高分析太陽數(shù)據(jù)的能力。

此外，月球南極的艾特肯盆地是月球上最大的由撞擊形成的地形，里面的物質(zhì)來自月殼深處和月幔，通過對這些月球深層物質(zhì)的研究，能夠讓人類更好地理解月球的形成和演化等。

2030年前，我國還將實施載人登月，為此，目前正在積極研制長征十號新一代載人運載火箭、“夢舟”新一代載人飛船、“攬月”月面著陸器、載人月球車和登月服等，并將選拔、訓(xùn)練登月航天員[1]。

“嫦娥工程”使我國月球科學(xué)、比較行星學(xué)、空間天文學(xué)等基礎(chǔ)研究領(lǐng)域取得較大進展，大大地提升航天技術(shù)水平并促進眾多相關(guān)技術(shù)發(fā)展，為中國進一步開展深空探測及載人登月奠定了基礎(chǔ)。

（本文作者龐之浩為全國空間探測技術(shù)首席科學(xué)傳播專家，《國際太空》雜志原執(zhí)行主編，《太空探索》《中國國家天文》雜志編委。）

[1]龐之浩. 嫦娥六號發(fā)射在即， 中國探月未來已來. 文匯報， 2024-04-20[2024-05-27]. https：//www.whb.cn/commonDetail/928038.

[2]嫦六月背取“寶”記丨無懼挑戰(zhàn)， 最美“逆行”. 中國空間技術(shù)研究院， （2024-05-20） [2024-05-27]. https：//mp.weixin.qq.com/s/X_ Sr4BOBrKyDyUH--H7wdw.

[3]官宣|新成員+3！中國的航天， （2024-04-24） [2024-05-27]. https：//mp.weixin.qq.com/s/TL56aDQr5HPCOfyOOIlgsw.

[4]王赤院士等： 嫦娥七號任務(wù)的科學(xué)目標(biāo)和有效載荷配置 | NSR綜述. 中國科學(xué)雜志社， （2024-01-15） [2024-05-27]. https：// mp.weixin.qq.com/s/fSRrq-aoM5mJa_PQvjMMnQ.

關(guān)鍵詞：嫦娥六號 嫦娥工程 鵲橋二號 月球樣品 國際月球科研站 ■