世界首份月背樣品1935.3克

11個(gè)階段，1935.3克！

2024年6月28日，國(guó)家航天局在京舉行探月工程嫦娥六號(hào)任務(wù)月球樣品交接儀式。國(guó)家航天局局長(zhǎng)張克儉向中國(guó)科學(xué)院副院長(zhǎng)丁赤飚移交嫦娥六號(hào)樣品容器，交接樣品證書。經(jīng)測(cè)量，嫦娥六號(hào)任務(wù)采集月球樣品1935.3克，這是人類首份月背樣品。

從5月3日，長(zhǎng)征五號(hào)遙八運(yùn)載火箭成功將嫦娥六號(hào)探測(cè)器送入預(yù)定軌道開始，歷經(jīng)地月轉(zhuǎn)移、近月制動(dòng)、四器兩兩分離、平穩(wěn)落月、鉆表取樣、月面起飛、交會(huì)對(duì)接、樣品轉(zhuǎn)移、環(huán)月等待、月地轉(zhuǎn)移、再入回收等階段，嫦娥六號(hào)最終滿載成果返回地球。

回顧這段探月之旅，月背“土特產(chǎn)”，來得不容易。

難在哪兒？月背地形地貌復(fù)雜、落月機(jī)會(huì)只有一次、“挖土”如同開盲盒……月背采樣返回，沒有先例可循，面臨很多新情況、新問題。

“這次任務(wù)比嫦娥四號(hào)降落月背、嫦娥五號(hào)月表采樣都更具挑戰(zhàn)性?！眹?guó)際宇航聯(lián)合會(huì)空間運(yùn)輸委員會(huì)副主席楊宇光認(rèn)為，嫦娥六號(hào)面臨的一大困難在于，“在月背降落、采樣和起飛均需要通過中繼衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)控，整個(gè)過程無法通過地面站直接監(jiān)控?！?/p>

“嫦娥六號(hào)原來是嫦娥五號(hào)的備份，執(zhí)行月背任務(wù)是對(duì)備份提出的新挑戰(zhàn)。”在嫦娥六號(hào)任務(wù)總設(shè)計(jì)師胡浩看來，挑戰(zhàn)來自質(zhì)量和可靠性、技術(shù)狀態(tài)變化以及計(jì)劃安排等多個(gè)方面。

怎么辦？在嫦娥六號(hào)執(zhí)行任務(wù)之前，科研人員對(duì)上天產(chǎn)品和地面產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性進(jìn)行深入分析，使整個(gè)系統(tǒng)更健全、更可靠；為在月球背面著陸采樣，做出了很多與之相適應(yīng)的改變；在一年多的時(shí)間里，從頭開始研制鵲橋二號(hào)中繼星，開展大量試驗(yàn)和驗(yàn)證工作……“事實(shí)證明，我們成功應(yīng)對(duì)各項(xiàng)挑戰(zhàn)，圓滿完成了任務(wù)?！焙普f。

嫦娥六號(hào)月球樣品移交至中國(guó)科學(xué)院后，將安全運(yùn)輸至月球樣品實(shí)驗(yàn)室，科研人員將按計(jì)劃開展月球樣品的存儲(chǔ)和處理，啟動(dòng)科研工作。這標(biāo)志著嫦娥六號(hào)任務(wù)由工程實(shí)施階段，正式轉(zhuǎn)入科學(xué)研究新階段。

丁赤飚表示，中國(guó)科學(xué)院將精心組織開展好月球樣品管理與科學(xué)研究，瞄準(zhǔn)科學(xué)目標(biāo)，高質(zhì)量實(shí)現(xiàn)月球樣品保護(hù)利用，不斷產(chǎn)出重大科學(xué)成果。

作為人類首份月背樣品，嫦娥六號(hào)月球樣品在科學(xué)上具有獨(dú)特意義，將進(jìn)一步增進(jìn)人類對(duì)月球演化的認(rèn)知，加快人類和平探索利用月球資源的腳步。此前，通過對(duì)嫦娥五號(hào)月球樣品的深入研究，科研人員在月球形成與演化、太空風(fēng)化作用及資源利用等多個(gè)領(lǐng)域，取得重大科學(xué)成果，如發(fā)現(xiàn)月球第六種新礦物“嫦娥石”、月球最“年輕”玄武巖等。

三大關(guān)鍵技術(shù)突破

“亮點(diǎn)非常多！”楊宇光介紹，嫦娥六號(hào)任務(wù)實(shí)現(xiàn)了三大關(guān)鍵技術(shù)突破。

突破月球逆行軌道設(shè)計(jì)與控制技術(shù)。嫦娥六號(hào)與嫦娥五號(hào)的基本狀態(tài)一致，不同在于，嫦娥六號(hào)是在月球背面著陸，著陸位置由北半球變?yōu)槟习肭?。若沿用嫦娥五?hào)的環(huán)月順行軌道方案，就意味著很多設(shè)備的朝向是反的。嫦娥六號(hào)采用的逆行環(huán)月軌道方案，雖給軌道設(shè)計(jì)帶來一定難度，但避免了硬件設(shè)備的大幅調(diào)整，做到了整個(gè)系統(tǒng)的最優(yōu)。這是一個(gè)設(shè)計(jì)很精巧、能有效降低成本的措施。

突破月背智能采樣技術(shù)。嫦娥六號(hào)月背采樣只能靠鵲橋二號(hào)中繼星支持，一旦出現(xiàn)問題，任務(wù)就難以進(jìn)行，“尤其是表取，由于機(jī)械臂路徑不是唯一的，在無人干預(yù)的情況下，要自主完成任務(wù)，難度很大?！毖兄迫藛T為嫦娥六號(hào)采樣封裝分系統(tǒng)進(jìn)行了多項(xiàng)升級(jí)，設(shè)計(jì)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(dòng)化程度，增強(qiáng)了采樣效率和能力。

突破月背起飛上升技術(shù)。嫦娥六號(hào)從月背起飛，要在鵲橋二號(hào)中繼星的輔助下進(jìn)行智能自主控制。嫦娥六號(hào)采樣返回采用了月球軌道交會(huì)對(duì)接的方式，這就要求上升器進(jìn)入和軌返組合體相同的軌道面，然后通過調(diào)整實(shí)現(xiàn)近距離交會(huì)對(duì)接。上升器在繞月軌道上的飛行速度約為每秒1700米，如此高速意味著極小的軌道面偏差就會(huì)導(dǎo)致交會(huì)對(duì)接失敗。

“嫦娥六號(hào)任務(wù)是中國(guó)航天史上迄今為止技術(shù)水平最高的月球探測(cè)任務(wù)，也是我國(guó)第四次成功在月面實(shí)施軟著陸。這對(duì)未來更大規(guī)模、更深入的月球探測(cè)、深空探測(cè)活動(dòng)，都會(huì)起到夯實(shí)基礎(chǔ)的作用。”楊宇光說。

月球背面的“土”有什么不一樣？

“從月球背面，尤其是從我們選擇的南極-艾特肯盆地采集樣品，在礦物化學(xué)成分上可能與正面樣品有非常大的差別?！辨隙鹆?hào)任務(wù)副總設(shè)計(jì)師、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員李春來認(rèn)為，研究這些樣品有助于揭示月球背面特有的地質(zhì)構(gòu)造和物質(zhì)成分的差異，更全面地了解月球的地質(zhì)演化歷史，“以往采集的樣品，只認(rèn)識(shí)到半個(gè)月球。”

李春來分析，嫦娥六號(hào)采樣點(diǎn)位于巨大的撞擊盆地里，它受到早期撞擊事件的拋射，很可能會(huì)挖掘到深部物質(zhì)?！澳蠘O-艾特肯盆地是一個(gè)巨大的撞擊坑，可以為早期的撞擊歷史，甚至地球的早期撞擊過程研究提供機(jī)會(huì)，有助于了解太陽系早期的演化歷史和判斷歷史，推動(dòng)比較行星學(xué)的研究。”

“我們?cè)诓蓸舆^程中就感覺月球背面和正面的月壤不太一樣，正面的月壤比較細(xì)膩、松散，背面的狀態(tài)似乎不太一樣，所以我們有更高的期待，希望科學(xué)家們有新的發(fā)現(xiàn)。”胡浩說。

月球樣品如何管理？

其實(shí)，這有章可循。2021年，國(guó)家航天局發(fā)布《月球樣品管理辦法》，規(guī)范月球樣品的保存、管理和使用，以發(fā)揮其科研價(jià)值與社會(huì)效益。原則上，月球樣品分為永久存儲(chǔ)、備份永久存儲(chǔ)、研究和公益四種基礎(chǔ)用途。

月球樣品實(shí)驗(yàn)室，便是“第一站”。無論是嫦娥五號(hào)月球樣品，還是嫦娥六號(hào)月球樣品，都要在這里解封、存儲(chǔ)和分發(fā)。

月球樣品實(shí)驗(yàn)室由外及里，共分為三個(gè)房間。第一間用來解封樣品，第二間存儲(chǔ)了嫦娥五號(hào)月球樣品，而第三間便是為嫦娥六號(hào)月球樣品所準(zhǔn)備的。

在實(shí)驗(yàn)室，工作人員以“是否接觸過大氣”為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)已有的嫦娥五號(hào)月球樣品進(jìn)行分類存儲(chǔ)。嫦娥六號(hào)探測(cè)任務(wù)地面應(yīng)用系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師周琴介紹，接觸過大氣的月球樣品分為兩部分，一部分是當(dāng)時(shí)挑出來的一些巖塊樣品，另外一部分是對(duì)外發(fā)布的一些返還樣品。而沒有接觸過大氣的原始月球樣品，會(huì)被存放在一個(gè)充氮密封手套箱里。

此外，周琴還介紹了樹脂包埋的保存方法——將小的巖屑顆?；蛟氯雷龀蓸渲馄男问?，科研人員就可以直接用這些光片去做同位素、化學(xué)成分的分析。采用這種方法能保持樣品顆粒的原始形態(tài)，方便研究，同時(shí)在封存狀態(tài)下，樣品不易破碎，利于長(zhǎng)期保存使用。