嫦娥六号奔赴月背“挖土”

周游

5月3日，嫦娥六号探测器由长征五号遥八运载火箭在中国文昌航天发射场成功发射，准确进入地月转移轨道。图/国家航天局网站

5月3日17时27分，嫦娥六号探测器由长征五号遥八运载火箭在中国文昌航天发射场发射，之后准确进入地月转移轨道，发射任务取得成功。嫦娥六号将执行全球首次月球背面采样返回任务，预计将带回月球背面样品。

国际宇航联空间运输委员会副主席杨宇光告诉《中国新闻周刊》，单从采样来说，嫦娥六号的任务与此前成功在月球正面采样归来的嫦娥五号相比，难度相仿。新增难度在于，月背降落、采样、起飞都需要通过中继卫星测控，而无法通过地面站直接监控。虽然月背起飞前可以做各种准备工作，但一旦起飞，飞行器进入正确轨道只有一次机会。

首次月背采样返回

5月3日发射后2000多秒，火箭将嫦娥六号送入预定轨道，完成星箭分离。嫦娥六号正式开启奔月之旅。按计划，嫦娥六号将前往月球背面南极－艾特肯盆地，进行形貌探测和地质背景勘察等工作，重点采集不同地域、不同年龄的月球土壤、岩石样品。从火箭发射到取样返回，嫦娥六号任务过程长达53天。

嫦娥六号是中国嫦娥探月计划的第六个探测器，本是嫦娥五号的备份，由轨道器、返回器、着陆器、上升器四部分组成。探测器全重超过8吨，比它的“姐姐”嫦娥五号还要重100公斤。其搭乘的长征五号是大型低温液体捆绑式运载火箭，主要用于发射空间站、探月探测器、地球静止轨道卫星等任务，曾送嫦娥五号上天，被航天爱好者称为“胖五”。杨宇光表示，长征五号是国内目前唯一奔月轨道能力超过8吨的火箭，嫦娥上天只能靠“胖五”出马。

4月27日，嫦娥六号和长征五号被转运至发射区，对发射窗口的选择，杨宇光表示，探月需要关注的是月球和地球发射场间的相对位置关系，以月相为周期，每个月都有合适的发射窗口。

经过数日奔月路程，嫦娥六号在快到达月球时，需要“踩一脚刹车”，进入环月轨道。经过一段时间的位置调整，嫦娥六号将完成落月。在月球表面，嫦娥六号将采用表面取样的方式，在月面多个位置铲取月壤或拾取月岩。此外，还会采用钻取方式，探查浅层月壤，采集样品。月面工作后，由轨道器、返回器组成的组合体将在轨道上环绕，等待接应完成工作后的着陆器和上升器的组合体。二者轨道交会、对接过程中，嫦娥六号还将在环月轨道开展多项科学探测。最后经过返程飞行，嫦娥六号将再入大气层，返回着陆场。

此前，嫦娥四号已于2019年成功降落在月球背面，在人类历史上首次实现了航天器在月背的巡视勘察。嫦娥五号则于2020年带回了1731克月球正面的样品，使得一系列重要科学发现诞生。2021年，中国科学院地质与地球物理研究所团队仅用0.15克月壤，100天内在《自然》杂志上连发3篇文章，将科学界认知的月球岩浆活动结束时间推迟了8～9亿年。2023年，核工业北京地质研究院团队通过对嫦娥五号月样品的研究，发现了全新的月球矿物，被命名为“嫦娥石”，这也是人类在月球发现的第六种新矿物。

在杨宇光看来，此次任务将嫦娥四号去月背与嫦娥五号月表采样两项任务相结合，意义重大。在月球3800万平方公里的表面上，人类目前只采样过10次，美国6次，苏联3次，中国1次，且采样点全部位于月球正面。月球背面和正面地形地貌差异很大，形成过程中有自身的特殊性，地质、火山活动等方面的研究需要更多样品的支持。

嫦娥六号将降落的南极－艾特肯盆地，是月球背面一座直径约2500公里的撞击坑，是月球上最古老和最大的撞击坑。嫦娥六号任务工程总体发射场工程技术组组长胡震宇接受采访时表示，嫦娥六号实施月背着陆区的现场勘察分析，获取月球样品，对于人类加深对月球成因和演化、太阳系起源等研究具有重要的意义。

嫦娥六号任务还搭载了4个他国探测器或卫星，包括法国的氡气探测仪、欧空局的负离子探测仪、意大利的激光角反射镜、巴基斯坦的立方星。杨宇光表示，在深空探测任务中让他国载荷“搭便车”是普遍现象，是出于整个飞行任务回报最大化、促进国际合作的考虑。嫦娥六号任务涉及进入奔月轨道、进入绕月轨道、到达月球表面、返回绕月轨道等关键节点，这些节点都有不同的科学意义，因此可以利用设计余量来搭载其他科学仪器。

对接或成最大难点

据悉，嫦娥六号任务将突破月球逆行轨道设计与控制、月背智能采样和月背起飞上升等关键技术。在技术实施过程中，嫦娥六号依然面临诸多难点。

月球背面的地形比正面更加崎岖，这为月背降落带来了困难。杨宇光表示，月球表面90％以上的低洼平坦区域都在月球的正面，这些区域称为月海，嫦娥五号就曾降落在月球正面的一片月海中。而月球背面除了莫斯科海以外，基本上没有大型月海，地形限制了探测器着陆的选点。历史上，苏联在1969～1970年间连续遭遇了5次无人探月失败，其中“月球－15”号采样返回飞行器在降落过程中撞上了山脉。“月球－15号”的失败源于其对复杂地形缺乏准确认知，在探索新区域时风险尤其高。

这一困难在月背还因地月通信问题而被放大。从月球正面登陆月球，地面可以和飞行器保持联系，地面测控站也可以提供轨道测量数据等支持。但由于月球阻挡信号，月球背面着陆的飞行器难以获得这些支持，只能靠中继卫星。为了架设地月通信“鹊桥”，今年3月，探月工程提前发射了鹊桥二号中继卫星，为嫦娥六号及后续月背任务服务。

杨宇光指出，从测控专业角度推测，鹊桥二号不仅是信号中继卫星，还是一个测控站，有测轨预报功能。在飞行器着陆和上升过程中，采样点、上升轨道等测量工作都可能需要通过鹊桥二号完成。测控站就像人的眼睛，为飞行器执行操作提供依据，是最重要的一步。即使执行出了问题，例如飞行轨道偏离，但若有及时的测量和修正，还可以挽回。

在杨宇光看来，最大的技术难点不在于月背起飞，而在于實现对接。着陆器和上升器的组合体需要和轨道器、返回器组合体对接，后者在环月轨道上有转到月球正面、让地面站测轨和通信的机会，但前者在月球表面得不到任何地面站的支持，只能跟鹊桥二号通信。在轨对接最基本的要求是，着陆器和上升器的组合体要进入和轨返组合体相同的轨道面，然后通过调整实现近距离交会、靠近和对接，对接轨道的测量需要非常精确。着陆器和上升器的组合体在绕月轨道上的飞行速度是一千六七百米每秒，如此的高速意味着极小的对接窗口。如果轨道都错了，将很难校正并实现对接。

此外，月背采样在有“鹊桥”的情况下依然难度不小。鹊桥二号在绕月飞行中存在视觉盲区，因此，嫦娥六号需在鹊桥二号的可视阶段加紧工作。嫦娥六号副总设计师王琼向媒体介绍，受限于中继星覆盖时长，嫦娥六号的工作时间较嫦娥五号更短，对地面人员以及探测器的工作效率要求更高。着陆点是否符合科研人员预期，能否采到足够深的月球样品，都要等嫦娥六号抵达月球后才能准确探测。

根据国家航天局已公布的消息，今年是中国探月工程20年，工程规划已完成三期，分别是以嫦娥一号为代表的绕月，以嫦娥三号为代表的落月，和嫦娥五号的采样返回。这意味着中国探月工程已经完全掌握了“绕、落、回”的技术体系。嫦娥六号为国家探月工程四期的项目之一，此后还将组织嫦娥七号和八号的发射。四期的主要目标为“登”和“驻”。嫦娥七号以月球科研站站址勘察为主，是不返回的飞行器。嫦娥八号涉及多项关键技术的突破，包括资源原位利用技术的验证等。二者预计将在2030年前构成中国月球科研站的基本型。杨宇光表示，在完整建成科研站前，还有许多技术难关等待攻克。