深度关注 | 旗开月背

发布时间：2024-06-05 12:44:38点击数量:

距离地球38万公里，一抹“中国红”闪耀月背之上。

6月2日至3日，嫦娥六号顺利完成在月球背面南极-艾特肯盆地的智能快速采样，并按预定形式将珍贵的月球背面样品封装存放在上升器携带的贮存装置中。表取完成后，嫦娥六号着陆器携带的五星红旗在月球背面成功展开。这是中国首次在月球背面独立动态展示国旗。

嫦娥六号任务实施人类首次月背采样返回，工程创新多，风险高，难度大。相比2020年实现月球正面采样返回的嫦娥五号，嫦娥六号有什么新突破？在月面工作约46小时，嫦娥六号有哪些新收获？带着月球“土”特产回家，嫦娥六号还要闯过哪些关口？

翩跹一落，步步精准

自5月3日发射入轨以来，嫦娥六号探测器在经过地月转移、近月制动、环月飞行等一系列关键动作后，6月2日清晨，嫦娥六号成功着陆在月背南极-艾特肯盆地预选着陆区，开启人类探测器首次在月球背面实施的样品采集任务。

嫦娥六号探测器由轨道器、返回器、着陆器、上升器组成。落月前，嫦娥六号首先进行组合体分离，其中着陆器和上升器组合体作为“摘月战队”，共同负责落月采样。而由轨道器和返回器组成的“返地战队”继续留在月球轨道上飞行，等待与采样归来的上升器交会对接，携带月壤返回地球。

相比于月球正面，月球背面地形更加崎岖复杂，尤其是南极-艾特肯盆地区域整体地势较低且撞击坑分布更多，光照和测控更易受地形遮挡的影响。为了更好控制着陆过程，科研人员在嫦娥六号探测器上配置了微波敏感器、激光敏感器和一系列光学成像敏感器等。

“这些敏感器就像嫦娥六号的眼睛和耳朵，具备测距测速、障碍识别等功能，帮助嫦娥六号平稳、安全着陆。”中国航天科技集团黄昊说。

翩跹一落，步步精准。嫦娥六号着陆器和上升器组合体自主完成一系列复杂高难度动作：通过视觉自主避障系统进行障碍自动检测，利用可见光相机根据月面明暗选择大致安全点，在安全点上方悬停，利用激光三维扫描进行精确拍照以检测月面障碍，最终选定着陆点，开始缓速垂直下降。即将到达月面时，发动机关闭，利用缓冲系统保障组合体以自由落体方式到达月面。

月球本身会阻挡地月通信和数据传输，嫦娥六号探测器在月背工作时如何与地球“通话”成为难题。今年3月20日，鹊桥二号中继星成功发射。它是嫦娥六号探测器与地球通信的通道，运行在环月大椭圆冻结轨道上。在这条轨道上，鹊桥二号可以为嫦娥六号提供中继通信覆盖时间。

在采样过程中，当中继星飞行至月球正面时，嫦娥六号还是会有几个小时处于“失联”状态。“为此，研制团队优化了采样方案和过程，提高探测器的自主控制能力，省去了几百条上行指令，从而使嫦娥六号探测器更加快速、智能地完成采样任务。”中国航天科技集团逯运通告诉记者。

钻取表取，月背“挖宝”

智能采样是嫦娥六号任务的核心关键环节之一，探测器经受住了月背高温考验，通过钻具钻取和机械臂表取两种方式，分别采集了月球样品，实现了多点、多样化自动采样。

“两种‘挖土’模式的技术途径、采集的月球样品种类不一样，科学价值也各有侧重。”中国航天科技集团金晟毅告诉记者，表取采样是用一个机械臂携带采样装置在一片区域里进行多点采样，获取月球表面风化层的月壤样品；钻取采样是用一根钻杆钻入月球表层一定深度，把较深层土壤采集出来，采样难度和不确定性更大。

如何才能“钻得动”？研制团队为此开展了大量地面试验与仿真分析。针对月背中继通信可能无法有效配合钻采作业这一极端工况，研制团队设计了应急程序，做好充分准备，能够通过“人机协作”方式，辅助嫦娥六号及时研判控制钻取风险，现场决策后续动作。

结合月壤特性，研制团队还设计了“百里挑一”的独创钻头，通过对比多种设计方案，最终确定了取芯机构方案以及相应构型，使其具备高硬度岩石的钻进能力。为了防止在钻取过程中月壤的飞溅和散失，钻取系统利用配备的高效排粉机构，对样品进行严格“筛选”，将钻出来的“杂质”剔除干净。

月球表面为高真空、高低温、月尘综合环境，要将月球样品在无人条件下进行打包封装，且在返回地球过程中不被污染破坏，就需要研制一套能够在月表自动承接、密封样品的装置，做到月面封装“滴土不漏”。

研制团队接连突破了多项关键核心技术。为保证取得的样品在提芯的过程中不发生掉落，研制团队经过多方案的筛选验证，设计采用了特定的封口方案。针对采集的月壤样品具有可变形特征，嫦娥六号探测器还专门设计了特殊的提芯拉绳，确保取芯软袋具有确定的几何形状，方便样品传送和转移。

此外，嫦娥六号着陆器配置的降落相机、全景相机、月壤结构探测仪、月球矿物光谱分析仪等多种有效载荷也正常开机，按计划开展了科学探测，在月表形貌及矿物组分探测与研究、月球浅层结构探测等科学探测任务中发挥重要作用。其中，在探测器钻取采样前，月壤结构探测仪对采样区地下月壤结构进行了分析判断，为采样提供了数据参考。

月面起飞，“穿针引线”

6月4日7时38分，嫦娥六号上升器携带月球样品自月球背面点火起飞。经过垂直上升、姿态调整、轨道射入三个阶段后，上升器顺利进入了预定环月轨道。

“月背起飞最大的难点是智能自主控制。”黄昊说，与地面起飞相比，嫦娥六号上升器没有固定的发射塔架系统，而是将着陆器作为“临时塔架”。地面发射有保障团队支撑，月面起飞许多工作需要靠航天器自己完成。地面发射可以精准测算和调整起飞位置及起飞姿态，月面起飞只能靠飞行器自己提前识别。

与嫦娥五号月面起飞相比，嫦娥六号从月球背面起飞，无法直接得到地面测控支持，而需要在鹊桥二号中继星辅助下，借助自身携带的特殊敏感器实现自主定位、定姿，工程实施难度更大。

嫦娥六号上升器上升和入轨的动作都由中国航天科技集团五院研制的GNC（制导导航与控制）系统智能自主完成。据了解，嫦娥六号上升器的月面起飞准备工作在起飞前数小时就已开始，到了预定的起飞时刻，GNC系统就会控制上升器主发动机自行点火起飞，经过约6分钟的飞行后，准确进入预定环月轨道。

阔别数日，轨道器与返回器组合体已做好迎接月球“土”特产的准备。上升器将与在环月轨道上等待的轨道器和返回器组合体进行月球轨道的交会对接，并将月球样品转移到返回器中。

交会对接，如同在茫茫太空中“穿针引线”，对精度控制要求极高。为了避免交会对接时两器碰撞，上升器和轨道器与返回器组合体的交会对接采用了一种“握手”加“抱紧”的方式，类似双臂拉住对方随后收紧。

完成交会对接后，上升器就要转交月球样品了。借助转移机构，样品容器将通过一个狭小通道，最终被抓取到返回器内。后续，轨道器和返回器组合体将环月飞行，等待合适的返回时机进行月地转移，在地球附近返回器将携带月球样品再入大气层，计划降落在内蒙古四子王旗着陆场。

旗开月背，振奋人心

6月4日，国家航天局公布了嫦娥六号在月球表面的国旗展示影像。这面国旗看上去并无特别，实则大有不同——它是用玄武岩“织”出来的。

月面温差大、辐射强，普通材质的国旗难以满足要求。为此，中国航天科工集团研制团队联合武汉纺织大学等单位开展了玄武岩纤维旗面的研制攻关，陆续攻克了纤维成型、织物织造、印花染色以及旗面与展开机构适配等技术难题，使生产的月面国旗能够适应月球表面的恶劣环境，保障了国旗展示任务的圆满成功。

由于落月位置不同，嫦娥六号国旗展示系统在嫦娥五号任务基础上进行了适应性改进。嫦娥六号是在月球背面着陆，月面光线与旗面角度都发生了变化。为此，研制团队提出了多种改进方案，联合总体单位开展了多轮方案评估和地面模拟月面成像试验，以保证国旗的最佳成像效果。

旗开月背，振奋人心！

这是探月史上一场前所未有的科学探索。迄今为止，人类已经完成了十次月球采样返回，均位于月球正面。嫦娥六号开历史之先河，将成为第一个月背采样返回的“探路先锋”。

月球背面整体相对月球正面更为古老。南极-艾特肯盆地被公认为月球上最大、最古老、最深的盆地，直径约2500公里，堪比昆仑山脉的长度；深度约13公里，比马里亚纳海沟更深。“科研人员将月背样品与月球正面样品比照研究，有助于进一步分析月壤的结构、物理特性、物质组成等，深化对月球成因和演化历史的认识。”逯运通说。

这是人类和平利用外太空的历史性一步。5月8日，巴基斯坦立方星与嫦娥六号轨道器在环月轨道分离，实现了“成功分离，获得遥测”的既定目标并已完成数据交接。嫦娥六号着陆器携带的欧空局月表负离子分析仪、法国月球氡气探测仪在月背开展了相应科学探测任务。其中，法国月球氡气探测仪在地月转移、环月阶段和月面工作段均进行了开机工作；欧空局月表负离子分析仪于月面工作段进行了开机工作。安装在着陆器顶部的意大利激光角反射器成为月球背面可用于距离测量的位置控制点。

“嫦娥六号国际载荷开展相关探测后获取的数据，中方科学家和合作方科学家将共享这些数据，并且联合开展研究，以期取得更多的创新科学成果和科学发现。”嫦娥六号任务新闻发言人葛平说。

2004年，中国探月工程正式批准立项。嫦娥一号拍摄全月球影像图，嫦娥四号实现人类首次月球背面软着陆，嫦娥五号带着月壤凯旋……“嫦娥”一次次起舞，跃动着中国探月的逐梦身姿。此刻，人们翘首以盼，只待嫦娥六号九天云外揽月归。