太空探索無止境 九天攬月啟新程

經(jīng)過53天的太空“出差”，2024年6月25日，嫦娥六號探測器攜帶1935.3克月球樣品著陸在內(nèi)蒙古四子王旗著陸場，成為世界第一個完成月球背面采樣返回的探測器。

飛向月球的大門一經(jīng)打開，深空探測的腳步就不會停止。一次次向著月球出發(fā)，“嫦娥”的每一次抵達，留給我們的都是驚嘆。

月球探秘 意義非凡

月球背面對于人類而言，是“秘境中的秘境”。

由于月球自轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)周期相等，所以人類在地球上只能看見月球的正面。

從20世紀50年代開始，人類陸續(xù)向月球發(fā)射了100多個探測器，但國外還從沒有探測器在月球背面著陸，開展過就位探測、巡視探測或采樣返回探測。

1962年4月26日，美國“徘徊者4號”探測器撞擊月球背面，成為首個在月球背面硬著陸的探測器，但并未傳回任何數(shù)據(jù)。

2018年，中國通過發(fā)射嫦娥四號任務(wù)“鵲橋”中繼星，為次年在月球背面著陸的嫦娥四號提供地月信息聯(lián)通的“天橋”。2019年，嫦娥四號成功著陸在了月背，著陸區(qū)是月球南極-艾特肯盆地正面的馮·卡門撞擊坑。艾特肯盆地是太陽系中已知最大的撞擊坑之一，也被公認為月球上最古老、最深的撞擊盆地。

與月球正面相比，月球背面有更多撞擊坑，月背起伏大、地勢較高，表面更加粗糙，與月球正面元素分布也存在很大的差異，科學(xué)家對造成差異的原因給出了多種推論。雖然人類已經(jīng)開展了100多次月球探測，但對月球的起源和演化過程依然存在許多認識空白。因此，對月球背面進行采樣返回探測具有重要的科學(xué)意義。

嫦娥六號在月球背面的月球南極-艾特肯盆地的阿波羅撞擊坑內(nèi)進行著陸采樣。該盆地的地質(zhì)年齡距今超過42億年，保存了月球上古老的巖石，在這里進行采樣返回探測具有很高的科研價值。

從這里采集月球樣品返回后，科學(xué)家可在實驗室用多種先進儀器分析不同地域、不同年齡月壤的結(jié)構(gòu)、物理特性、物質(zhì)組成，從而更加全面地認識月球，深化對月球的成因和演化、太陽系的起源等方面的研究。

嫦娥六號填補了人類獲取月球背面樣本的空白，開啟了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，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。

嫦娥六號是我國探月工程四期的第二次重要任務(wù)，任務(wù)的工程目標包括突破月球逆行軌道設(shè)計與控制技術(shù)，月球背面智能快速采樣技術(shù)和月背起飛上升技術(shù)，實現(xiàn)月球背面自動采樣返回，同時開展有效的國際合作。其科學(xué)目標是在月球背面南極-艾特肯盆地著陸點開展區(qū)域形貌探測和地質(zhì)背景勘察，獲取與月球樣品相關(guān)的現(xiàn)場分析數(shù)據(jù)，建立現(xiàn)場探測數(shù)據(jù)與實驗室分析數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，以及對月球背面樣品進行系統(tǒng)、長期的實驗室研究，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。

與嫦娥五號的構(gòu)造基本相同，嫦娥六號由軌道器、返回器、著陸器和上升器4部分組成。它比嫦娥五號搭載了更多的科學(xué)載荷，配置了3臺國內(nèi)科學(xué)載荷和4臺國外載荷，因此嫦娥六號不僅可以在月球背面采樣返回，也能在那里進行廣泛的原位科學(xué)探測。

在著陸器上裝的國內(nèi)的全景相機用于獲取著陸區(qū)和采樣區(qū)的高分辨率月表圖像；月球礦物光譜分析儀用于獲取月表采樣區(qū)的光譜數(shù)據(jù)，進行著陸區(qū)的月表礦物組分的分析研究；月壤結(jié)構(gòu)探測儀用于探測月表地下的月壤結(jié)構(gòu)，同時為鉆取采樣過程提供信息支持。這些分析數(shù)據(jù)將和后續(xù)的樣品實驗室分析數(shù)據(jù)進行聯(lián)系，能夠豐富和拓展月球樣品實驗室的研究成果。

在著陸器上裝的法國的氡氣探測儀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。在著陸器上裝的歐洲航天局的月表負離子分析儀用于對月球表面負離子進行探測，探測負離子對空間、表面和行星體的重要性，研究等離子體和月面的相互作用機制。巴基斯坦的立方星用于開展在軌成像任務(wù)。在著陸器上裝的意大利的激光角反射器用于激光測距，作為在月球背面的定位絕對控制點。

月球之旅新突破

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，在世界上首次實施月球背面采樣返回，為此突破了月球逆行軌道設(shè)計與控制、月球背面智能快速采樣和月球背面起飛上升三大關(guān)鍵技術(shù)。

由于是在月球背面著陸，嫦娥六號沒有沿著嫦娥五號開辟的道路前往，而是重新選擇了一條最優(yōu)軌道。這是由于嫦娥六號是在月球背面著陸，而且著陸位置由嫦娥五號的北緯地區(qū)變?yōu)槟暇暤貐^(qū)。如用嫦娥五號的環(huán)月順行軌道方案，著陸時會比嫦娥五號出現(xiàn)受曬面調(diào)轉(zhuǎn)180°的情況，從而會影響采樣過程中的能源供給等。為了在不大幅調(diào)整探測器的構(gòu)型布局和硬件產(chǎn)品的前提下，順利化解因著陸點變化帶來的朝向、姿態(tài)等問題，設(shè)計師們?yōu)殒隙鹆柼綔y器重新設(shè)計了一條環(huán)月軌道—“逆行環(huán)月軌道”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。這樣一來，無需調(diào)整探測器設(shè)計方案，就能保證它隨時隨地“能量十足”。

嫦娥六號完成世界首次月球背面采樣，且采樣區(qū)域靠近南極。與嫦娥五號相比，嫦娥六號的任務(wù)有三個特點：月球背面相對地球不可見，為保證數(shù)傳鏈路的連續(xù)性，需要靠鵲橋二號中繼星搭橋；由于著陸緯度更高一點，與低緯度相比，月壤的風(fēng)化程度更加不充分，月壤中的石塊含量更多，這對地面的規(guī)劃以及采樣機構(gòu)的挑戰(zhàn)更大；采樣時間比嫦娥五號更短，整體工作流程更復(fù)雜。

因為月球背面中繼通信時長受限，嫦娥六號表取采樣時間比嫦娥五號縮短了許多。為此，“嫦娥”團隊設(shè)法提高了采樣效率。與嫦娥五號相比，嫦娥六號在快速化、智能化和自主化方面有了很大的改進。

為了提高采樣自主性和工作效率，“嫦娥”團隊為表取采樣過程設(shè)計了17個獨立的序列程序，探測器能自主判讀遙測數(shù)據(jù)，通過序列程序組合完成表取采樣全部工作。整個采樣任務(wù)減少了約500條探測器和地面實驗室的指令交互，從而縮短了采樣時間。

針對月背著陸區(qū)月壤特性，團隊設(shè)計了適應(yīng)月球背面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，進一步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，使工作效率得到大幅提升。

6月4日，嫦娥六號攜帶的“移動相機”自主移動并成功拍攝、回傳著陸器和上升器合影。該“移動相機”是月面自主智能微小機器人，重5公斤，可在月表自主智能移動。在嫦娥六號奔月和落月過程中，這臺小機器人一直被懸掛在著陸器的側(cè)板外。嫦娥六號完成月背采樣后，這臺小機器人自主分離到月球表面，自主移動到合適的拍攝位置、自主選擇拍攝角度和自主構(gòu)圖并進行成像位置的智能優(yōu)化，最終拍攝了著陸-上升組合體在月球背面的第三視角真實圖像。

嫦娥六號任務(wù)的完成，使中國成為世界上唯一一個兩度著陸月球背面的國家，也是人類首次從月球背面成功采集月壤。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。作為多個國家“集體勞動”的成果，嫦娥六號的意義超越了國界。它標志著人類團結(jié)合作、和平利用外空的歷史性進步，它也讓人們對中國2030年前實現(xiàn)載人登月、2040年前建成一個完善型的國際月球科研站增添了更多信心與期待。

（本文作者系全國空間探測技術(shù)首席科學(xué)傳播專家，未署名圖片由國家航天局提供。）