为何到月背“挖土”带回的月壤够用吗？

张璐

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起飞，随后成功进入预定环月轨道。嫦娥六号完成世界首次月球背面采样和起飞。嫦娥六号配置了哪些科学载荷？探测数据如何回传？对此，中国科学院参与了嫦娥六号相关任务的专家进行了解答。

问题1：

嫦娥六号的任务科学目标是什么？

嫦娥六号任务地面应用系统总设计师、中国科学院国家天文台研究员左维说，嫦娥六号的任务科学目标包括月球背面着陆区的现场调查和分析。开展月球背面南极—艾特肯盆地（SPA）着陆点区域形貌探测和地质背景勘察，获取与月球样品相关的现场分析数据，建立现场探测数据与实验室分析数据之间的联系。

同时，还包括月球背面样品的分析与研究。对月球背面样品进行系统、长期的实验室研究，分析月壤的结构、物理特性、物质组成等，深化月球成因和演化历史的研究。

问题2：

为何要到月球背面“挖土”？

左维说，已有的月球样品采集任务都集中在月球正面，嫦娥六号即将返回的样品是人类历史上首次获取的月球背面月球样品，将再一次填补月球样品的空白，对丰富人类月球起源和演化认知、更好地了解地球具有重要的科学价值。

中国科学院地质与地球物理研究所研究员贺怀宇说，目前在月球采集到的所有样品对月表的覆盖是不超过8%，如果想更深入研究月球演化，样品覆盖比例越高越好。另外，月球背面样品岩石的类型，将影响到科研人员对于月球演化模型的推测，有可能得到重大突破。

问题3：

嫦娥六号配置了哪些科学载荷？有什么作用？

中国科学院国家空间科学中心研究院薛长斌说，嫦娥六号最重要的科学目标是采集着陆点的月壤样品，所配置的科学载荷继承了嫦娥五号的状态，包括降落相机、全景相机、全景相机转台、月球矿物光谱仪、月壤结构探测仪和国旗展示系统，可以提供月球背面新的采样区月表形貌、地质构造、浅层结构、物质成分等科学数据，为返回的样品研究和分析提供最为详尽的原位环境信息。

特别是月壤结构探测仪（即测月雷达），它的功能相当于可以对钻采区域的浅层月壤做CT扫描，为采样点的选择以及钻进过程的安全性提供重要数据保障。

问题4：

探测数据如何回传？

据左维介绍，嫦娥六号任务地面应用系统由运行管理、数据接收、数据预处理、数据管理、样品储存制备与处理、样品与探测数据研究6个分系统构成，各分系统相互配合协同，完成地面应用系统承担的嫦娥六号任务。

与嫦娥五号任务相比，嫦娥六号对地面应用系统提出了新的要求：一是中继星转发的全新数传模式对地面站数据接收能力的要求。嫦娥六号将在月球背面的南极—艾特肯盆地内的预选着陆区着陆，并开展科学探测和采样返回。由于受到月球的遮挡，位于月球背面的着陆点无法直接与地球之间通信，需要在鹊桥二号的支持下转发月面探测器与地球之间的通信。鹊桥二号中继星通过 S 频段对地传输数据，下行数据的调制体制也发生变化。地面应用系统的密云地面站和武清地面站均需要进行 S 频段数据接收设备研制与链路改造，以满足嫦娥六号任务数据接收的要求。

同时，新增国际载荷和中继星信道对数据处理的要求。嫦娥六号搭载了降落相机、全景相机、月球矿物光谱分析仪和月壤结构探测仪等4台继承载荷，以及法国月球氡气探测仪、欧空局/瑞典月表负离子分析仪、意大利激光角反射器和巴基斯坦立方星等4台国际合作载荷。所有载荷的科学探测数据将不再直接传送到地面站，而是通过鹊桥二号中继星进行转发，地面应用系统需要重新研制中继星信道处理软件、国际载荷遥测数据处理和显示软件等来满足嫦娥六号任务有效载荷运行管理要求。

另外，还有月球背面月球样品对样品处理、制备、存储和分析的要求。所以，地面应用系统的主要任务还包括从探测器系统接收月球样品，对月球样品进行本地和异地长期存储，开展样品解封、处理、制备、测试和分析。

问题5：

月球背面如何测控？

在嫦娥六号任务中，我国甚长基线干涉（VLBI）测量分系统在地月通信方面发挥着重要作用，它就像一双眼睛，实时为嫦娥六号“导航”。

据中国科学院上海天文台研究员郑为民介绍，VLBI测量分系统是上海天文台组织国家天文台、新疆天文台和云南天文台的优势力量，共同构建的高分辨率综合孔径射电望远镜，包括“四站一中心”，即上海天马站、北京密云站、新疆南山站、云南昆明站和上海VLBI数据处理中心。

甚长基线干涉测量技术（VLBI），将分布在不同地方的望远镜接收到的信号综合起来，构成分辨率超高的综合孔径射电望远镜，最高分辨率可等效为一台直径为3200千米的单口径望远镜。

自嫦娥一号开始，他们将实时VLBI技术成功应用于月球探测器的测定轨，构成了现有的“测距测速+VLBI测角”深空高精度测定轨体制。

2024年VLBI分系统计划完成包括鹊桥二号中继星和嫦娥六号在内的多个月球探测器测定轨工作，并将支持首次地月VLBI试验。

在嫦娥六号任务中，VLBI测量分系统可以对四器组合体、四器分离后的轨道器和上升器进行实时测定轨，还能分时对鹊桥二号中继星进行实时测定轨，支持对月球背面的测控通信。它还可以完成双目标观测的快速切换与测定轨，确保嫦娥六号探测器与中继星之间的切换能在50分钟内完成。

问题6：

嫦娥五号样品取得了哪些研究成果？

2020年12月17日，嫦娥五号从月球带回1731克月壤样品，这是人类首次获得的月表年轻火山岩区样品，也是中国科学家第一次拥有属于自己的地外天体返回样品。

据中国科学院地质与地球物理研究所研究员贺怀宇介绍，截至目前，经月球样品专家委员会评审，国家航天局已经完成6批嫦娥五号月球科研样品的发放，第7批已经完成评审，尚未完成审批。前6批累计向40家科研机构的114个科研团队发放月球样品258份，共计77.7克。

“嫦娥五号样品返回之前，我们也听到了一些声音——国外有300多公斤的月球样品已经研究了50多年，你们还能研究出什么花样？”她说，虽然发放样品仅占返回样品的4.5%，但所取得的科学研究成就却涵盖了月球形成、演化、太空风化作用与机制以及资源利用等多个领域。目前已有70余项嫦娥五号月球样品研究成果在《科学》《自然》《国家科学评论》等国内外重要学术期刊发表，其中，很多成果引起了学术界广泛关注和高度评价。

她举例说，其中的成果包括证实月球最“年轻”玄武岩年龄为20亿年。利用自主研发的超高分辨定年技术，研究团队测定了嫦娥五号玄武岩形成于20亿年，将月球火山活动的结束时间推迟了约8亿年，并为撞击坑定年曲线提供了关键锚点，大幅提高了内太阳系星球表面撞击坑定年的准确度。

嫦娥五号月球样品研究初步实现了服务我国深空探测需求、牵引我国月球与行星科学发展的目标。值得一提的是，在学科和人才队伍建设方面，国内的地外样品研究团队由原来的几个发展到现在的100多个。

嫦娥五号月球样品研究初步实现了服务我国深空探测需求、牵引我国月球与行星科学发展的目标。值得一提的是，在学科和人才队伍建设方面，国内的地外样品研究团队由原来的几个发展到现在的100多个。

“月球样品研究吸引了地学、天文、物理、化学、生物等各学科研究者的广泛兴趣，推动了我国行星科学的发展，培养了行星科学研究的人才队伍，初步形成了科学、技术、工程融合创新发展的局面。”她说。

问题7：

分给科学家的样品只有几克，甚至几毫克，够用吗？

贺怀宇说，随着技术、学科和实验设备的发展，科研人员可以利用微量样本进行实验，毫克级的样品已经是大样品了。另外，发出去的样本最终还要被回收，科研团队申请时就要写清楚可能的损耗。从另一个角度说，实验时更主张使用微量样品，因为在太空中样品经常是不均衡的，使用的样本颗粒越小，得到的信息越真实。