人們對(duì)月球背面一直充滿(mǎn)好奇。它的地形更復(fù)雜，有更多隕石坑和山脈，猶如一個(gè)巨大的謎題，一直等待人類(lèi)揭開(kāi)“月之暗面”的神秘面紗?！拔逡弧奔倨?，嫦娥六號(hào)探測(cè)器搭乘長(zhǎng)征五號(hào)遙八運(yùn)載火箭發(fā)射升空，正式開(kāi)啟“月背征途”和“挖寶之旅”。截至5月8日記者發(fā)稿時(shí)，嫦娥六號(hào)已成功實(shí)施近月制動(dòng)，順利進(jìn)入環(huán)月軌道飛行。此外，我國(guó)將在2030年前實(shí)施載人登月，為此正在緊鑼密鼓地研制長(zhǎng)征十號(hào)新一代運(yùn)載火箭、夢(mèng)舟飛船、攬?jiān)轮懫饕约拜d人月球車(chē)和登月服等，目前各項(xiàng)工作進(jìn)展順利，也讓國(guó)人對(duì)登月充滿(mǎn)期待。
月球采樣 飛過(guò)去還要返回來(lái)
嫦娥六號(hào)探測(cè)器主要由上升器、著陸器、返回器、軌道器組成，其功能各不相同。新華社報(bào)道，作為貫穿任務(wù)全過(guò)程的核心產(chǎn)品之一，嫦娥六號(hào)的軌道器承擔(dān)著地月往返運(yùn)輸?shù)闹匾姑?。它將在相?8萬(wàn)公里的地月之間，完成月壤樣品的“空中接力”，是名副其實(shí)的“地月巴士”。
在月面“挖土”，此前已不乏先例：上世紀(jì)，美國(guó)航空航天局（NASA）的阿波羅載人登月計(jì)劃曾6次成功登月，共帶回382千克月壤和月巖樣品。蘇聯(lián)則先后3次完成月球無(wú)人采樣任務(wù)，月球16號(hào)、月球20號(hào)和月球24號(hào)自動(dòng)采樣探測(cè)器共帶回300余克月球樣本。2020年底，中國(guó)的嫦娥五號(hào)從月球正面采集了1731克月壤樣本。
本次地月征途面臨多重考驗(yàn)，中國(guó)航天科技集團(tuán)張玉花介紹，嫦娥六號(hào)月背取壤將歷經(jīng)運(yùn)載發(fā)射段、地月轉(zhuǎn)移段、近月制動(dòng)段、環(huán)月飛行段、著陸下降段、月面工作段、月面上升段、交會(huì)對(duì)接和樣品轉(zhuǎn)移段、環(huán)月等待段、月地轉(zhuǎn)移段和再入回收段共十一個(gè)階段，是我國(guó)航天史上最復(fù)雜的任務(wù)。從發(fā)射到回收，嫦娥六號(hào)軌道器面臨飛行階段多、器間狀態(tài)多、分離次數(shù)多的三重考驗(yàn)。
在發(fā)射升空后，軌道器將攜帶著陸上升組合體（著陸器與上升器）和返回器，依次完成地月轉(zhuǎn)移、中途修正和近月制動(dòng)；在進(jìn)入環(huán)月軌道后，軌道器與著陸上升組合體分離，并攜帶返回器留軌。軌道器就像一輛運(yùn)輸車(chē)，承擔(dān)著探測(cè)器在不同軌道上的飛行任務(wù)。嫦娥六號(hào)飛抵月球附近，軌道器要及時(shí)“剎車(chē)”，幫助探測(cè)器進(jìn)入環(huán)繞月球軌道；采樣結(jié)束并完成交會(huì)對(duì)接和樣品轉(zhuǎn)移后，軌道器將在合適的時(shí)機(jī)進(jìn)入月地轉(zhuǎn)移軌道，護(hù)送返回器回到地球。
返回器“頭尖尖、肚圓圓”，負(fù)責(zé)保護(hù)月壤樣本。與軌道器分離后，它將獨(dú)自進(jìn)入稠密的地球大氣層，最終降落在地球上，平安帶回世界上第一份月背“土特產(chǎn)”。
“嫦娥六號(hào)探測(cè)器需要進(jìn)入近地點(diǎn)200公里、遠(yuǎn)地點(diǎn)約38萬(wàn)公里的地月轉(zhuǎn)移軌道，這對(duì)火箭的運(yùn)載能力提出了很高要求”。中國(guó)航天科技集團(tuán)李平岐告訴記者，考慮到嫦娥六號(hào)探測(cè)器比嫦娥五號(hào)探測(cè)器重約100公斤，設(shè)計(jì)人員對(duì)箭上產(chǎn)品進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化和工藝改進(jìn)，將長(zhǎng)征五號(hào)火箭的地月轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力提升100公斤，以充分滿(mǎn)足“乘客”的要求。
《中國(guó)航天報(bào)》報(bào)道，為確保嫦娥六號(hào)探測(cè)器更可靠地工作，來(lái)自航天科技集團(tuán)五院的研制人員在采樣效率方面進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，使探測(cè)器擁有更強(qiáng)的自主能力。例如，表取采樣過(guò)程設(shè)計(jì)了17個(gè)獨(dú)立的序列，器上可以自主判讀遙測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)序列組合完成表取采樣全部工作，整個(gè)采樣任務(wù)可以減少約500條器地指令交互，節(jié)省約6個(gè)小時(shí)的時(shí)間……總之，探測(cè)器上的自主設(shè)計(jì)體現(xiàn)在全流程的方方面面。
為了能夠準(zhǔn)確降落在預(yù)定區(qū)域，航天科技集團(tuán)五院研制團(tuán)隊(duì)優(yōu)化軌道設(shè)計(jì)和控制，使其在預(yù)定時(shí)間精準(zhǔn)著陸在預(yù)選位置；同時(shí)優(yōu)化整個(gè)動(dòng)力下降和著陸過(guò)程的策略，提高著陸安全性，在沒(méi)有地面控制的直接幫助下，使其能夠獨(dú)立完成任務(wù)。
月背“挖土” 需要克服重重困難
去月球采樣并安全返回如今已不是一件太難的事情，真正難的是到月球背面去“挖土”，此舉可以說(shuō)是前所未有，也大大增加了月表“挖土”的難度。這又是為什么呢？
科普中國(guó)網(wǎng)站報(bào)道稱(chēng)，作為地球唯一的天然衛(wèi)星，月球既幸運(yùn)也不幸地被地球潮汐鎖定，導(dǎo)致它的自轉(zhuǎn)速度與公轉(zhuǎn)速度逐步趨同，最終結(jié)果就是月球只能“直面”地球。而對(duì)于月球背面的情況，我們則無(wú)法在地球上直接觀(guān)察——月背存在于人類(lèi)視野的盲區(qū)內(nèi)。同樣，月背也是無(wú)線(xiàn)電盲區(qū)，也就是通信盲區(qū)。因此，任何飛到月背、落到月背的探測(cè)器，受月球自身遮擋，都無(wú)法直接與地球建立聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。
為解決這一難題，鵲橋二號(hào)中繼星提前兩個(gè)月出發(fā)，已在環(huán)月凍結(jié)軌道上等待多時(shí)。而早在2018年，鵲橋一號(hào)中繼星的成功發(fā)射，就已保障嫦娥四號(hào)和玉兔二號(hào)月背軟著陸，在地球與月背之間架起一座跨越40多萬(wàn)千米的通信橋梁，真正實(shí)現(xiàn)了世界領(lǐng)跑。
“與2020年實(shí)現(xiàn)月球正面采樣返回的嫦娥五號(hào)任務(wù)不同，嫦娥六號(hào)任務(wù)需要在鵲橋二號(hào)中繼星的支持下，首次完成月球背面采樣返回，突破月球逆行軌道設(shè)計(jì)和控制、月背智能快速采樣、月背起飛上升等關(guān)鍵技術(shù)”。嫦娥六號(hào)副總設(shè)計(jì)師王瓊對(duì)媒體表示，與月球正面相比，月背基本是古老的月殼和高地，坑洞更多，可能隱藏著月球形成和演化的秘密，因此更具科研價(jià)值。
為何選擇南極-艾特肯盆地作為著陸點(diǎn)？“我們對(duì)月背‘已知’很少，‘未知’很多”。中國(guó)航天科技集團(tuán)逯運(yùn)通告訴《中國(guó)航天報(bào)》記者，南極-艾特肯盆地是月球最大、最深、最古老的一個(gè)撞擊坑，其面積接近半個(gè)中國(guó)，嫦娥六號(hào)有望在這里獲得更為古老的月壤。
“南極-艾特肯盆地是小天體直接撞擊形成的，按照現(xiàn)有撞擊理論和模擬，這次撞擊的深度很大，應(yīng)該把深部月幔的物質(zhì)都拋射到了月球表面，但截至目前仍未發(fā)現(xiàn)大面積出露的月幔橄欖巖，其原因尚不可知?！敝袊?guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）行星科學(xué)研究所教授肖龍表示。
此外，南極-艾特肯盆地深達(dá)13公里，一些靠近南極的區(qū)域長(zhǎng)時(shí)間處在陰暗之中，未受到陽(yáng)光照射，被稱(chēng)為“永久陰影區(qū)”。那里極可能有“水冰”存在，這為科學(xué)家在月球上找水甚至建立月球基地帶來(lái)了希望。
另?yè)?jù)第一財(cái)經(jīng)報(bào)道，嫦娥六號(hào)此次“奔月”任務(wù)全過(guò)程約53天。探測(cè)器與火箭分離后，預(yù)計(jì)將于6月初登陸月球背面。嫦娥六號(hào)抵達(dá)月球后，探測(cè)器將花費(fèi)兩天時(shí)間挖掘兩公斤樣本，然后返回地球，預(yù)計(jì)將在位于內(nèi)蒙古自治區(qū)的四子王旗著陸場(chǎng)著陸。
未來(lái)20年 “嫦娥”將書(shū)寫(xiě)人類(lèi)探月新篇章
今年是我國(guó)實(shí)施探月工程20周年。按照規(guī)劃，我國(guó)將于2026年發(fā)射嫦娥七號(hào)，它擬采用繞、落、巡、飛躍等綜合探測(cè)方式著陸在月球南極，為未來(lái)建立長(zhǎng)期、可連續(xù)運(yùn)行的綜合性月球科研站奠定基礎(chǔ)；擬于2028年發(fā)射的嫦娥八號(hào)由著陸器、飛躍器、巡視器和月面作業(yè)機(jī)器人等組成，將著陸在嫦娥七號(hào)附近，并與其構(gòu)成基本型月球科研站。屆時(shí)，我國(guó)還將建成鵲橋通導(dǎo)遙綜合星座，服務(wù)載人登月和火星、金星等深空探測(cè)。2040年前，我國(guó)將與俄羅斯等多國(guó)合作，建成完善型國(guó)際月球科研站，之后還將建造應(yīng)用型月球科研站。
“讓嫦娥六號(hào)探測(cè)器依照我們?cè)O(shè)計(jì)的目標(biāo)精準(zhǔn)抵達(dá)月背，并在采樣后安全平穩(wěn)地返回地球，這就是我們GNC（制導(dǎo)導(dǎo)航與控制）分系統(tǒng)的工作?！敝袊?guó)航天科技集團(tuán)于潔說(shuō)，她全程參與了嫦娥六號(hào)探測(cè)器的飛控工作。從嫦娥三號(hào)到嫦娥六號(hào)，于潔一路見(jiàn)證中國(guó)探月的向上軌跡。在她眼中，這是“追逐夢(mèng)想、勇于探索、協(xié)同攻堅(jiān)、合作共贏(yíng)”的探月精神最真實(shí)的體現(xiàn)。
中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)探月工程月球科學(xué)應(yīng)用首任首席科學(xué)家歐陽(yáng)自遠(yuǎn)曾在公開(kāi)演講中介紹，我國(guó)對(duì)于月球探測(cè)的整體戰(zhàn)略部署可以歸納為“探、登、駐”：“探”指的是無(wú)人月球探測(cè)；“登”指的是建立月球科研站，實(shí)現(xiàn)載人登月；“駐”指的是建立月球基地，進(jìn)行資源開(kāi)發(fā)和駐扎。目前，探月工程“繞、落、回”已圓滿(mǎn)完成，未來(lái)“登”和“駐”將成為新的時(shí)代課題。
我們探測(cè)月球的意義在哪里？正如中國(guó)科學(xué)院院士、航天科技集團(tuán)五院技術(shù)顧問(wèn)葉培建所言，面對(duì)當(dāng)今世界局勢(shì)，探月、探火的意義已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出科學(xué)探索本身，它是大國(guó)力量的象征。
值得一提的是，嫦娥六號(hào)任務(wù)積極開(kāi)展國(guó)際合作，最終確定了歐洲航天局的月表負(fù)離子分析儀、法國(guó)的月球氡氣探測(cè)儀、意大利的激光角反射器和巴基斯坦的立方星等4個(gè)國(guó)際搭載項(xiàng)目。
月表負(fù)離子分析儀將進(jìn)行月表原位反向散射和濺射負(fù)離子探測(cè)，由此開(kāi)展行星科學(xué)的基礎(chǔ)問(wèn)題研究。氡是地球土壤和月球土壤都會(huì)釋放的一種放射性氣體，氡氣探測(cè)儀可以讓我們更了解星球土壤和大氣中氣體的遷移，從而進(jìn)一步追蹤月球上水的蹤跡。意大利的激光角反射器將成為人類(lèi)第一個(gè)放置在月球背面的固定標(biāo)識(shí)點(diǎn)。此前，人類(lèi)曾將激光角反射器放置在月球正面，科學(xué)家由此開(kāi)展了地月距離測(cè)量等一系列長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)，并發(fā)現(xiàn)月球正以每年3.8厘米的速度遠(yuǎn)離地球。巴基斯坦的立方星被搭載在軌道器上，在嫦娥六號(hào)進(jìn)入月球軌道后，立方星將被釋放，獨(dú)立進(jìn)行科學(xué)探測(cè)。隨著更多國(guó)際項(xiàng)目加入，中國(guó)探月的“朋友圈”將越來(lái)越大。
中國(guó)探月工程向來(lái)重視國(guó)際合作，中國(guó)探月的合作之門(mén)始終對(duì)外敞開(kāi)。國(guó)家航天局《中國(guó)的航天》白皮書(shū)指出，和平探索、開(kāi)發(fā)和利用外層空間是世界各國(guó)都享有的平等權(quán)利。中國(guó)已向國(guó)際開(kāi)放嫦娥五號(hào)月球科研樣品申請(qǐng)，并將在后續(xù)探月工程四期及行星探測(cè)工程相關(guān)任務(wù)中面向世界公開(kāi)征集合作機(jī)遇。
皎皎明月，照耀著中華兒女孜孜求索的夢(mèng)想與希冀。月遙路遠(yuǎn)，嫦娥六號(hào)已踏上前往月背的征途，只待38萬(wàn)公里外采樣凱旋。（王永軍 綜合報(bào)道）
鏈接：中國(guó)民航報(bào)電子報(bào) (caacmedia.cn)
（原載《中國(guó)民航報(bào)》2024年5月10日）
鄂公網(wǎng)安備 42011102004169號(hào)
