中國探月工程走出一條高質(zhì)量、高效益的月球探測之路

2024年6月25日下午，內(nèi)蒙古四子王旗阿木古郎草原，一頂紅白相間的巨型降落傘緩緩落下，嫦娥六號(hào)返回器回到地面。至此，嫦娥六號(hào)完成了世界首次月球背面采樣返回的壯舉，實(shí)現(xiàn)了月球逆行軌道設(shè)計(jì)與控制、月背智能采樣、月背起飛上升等三大技術(shù)突破，這也是我國迄今為止開展的最復(fù)雜的深空探測任務(wù)。

9月23日，習(xí)近平總書記在接見探月工程嫦娥六號(hào)任務(wù)參研參試人員代表時(shí)指出，嫦娥六號(hào)完成了人類歷史上首次月球背面采樣，突破了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，是我國建設(shè)航天強(qiáng)國、科技強(qiáng)國取得的又一標(biāo)志性成果，是我國探月工程的重要里程碑。

從嫦娥一號(hào)到嫦娥六號(hào)，20年來，凝結(jié)著無數(shù)航天人的智慧和心血，探月工程聚焦關(guān)鍵核心技術(shù)領(lǐng)域持續(xù)攻關(guān)，在科學(xué)發(fā)現(xiàn)、技術(shù)創(chuàng)新、工程實(shí)踐、成果轉(zhuǎn)化、國際合作等方面取得豐碩成果，走出一條高質(zhì)量、高效益的月球探測之路，為我國航天事業(yè)發(fā)展、為人類探索宇宙空間作出了重大貢獻(xiàn)。

地月之間搭建“鵲橋”

“我們盡力把能想到的都想到，把能做到的都努力做到”

為服務(wù)嫦娥四號(hào)著陸月背，2018年5月我國發(fā)射了嫦娥四號(hào)鵲橋中繼星。作為人類首次登陸月背，嫦娥四號(hào)任務(wù)如何實(shí)現(xiàn)月背和地面通信，當(dāng)時(shí)沒有任何成熟的經(jīng)驗(yàn)可供借鑒。勇闖探月“無人區(qū)”，科研人員創(chuàng)新性地提出研制和發(fā)射一顆中繼衛(wèi)星，運(yùn)行在地月之間，為月背的著陸器和巡視器與地球搭建通信紐帶。

不同的是，鵲橋中繼星是為嫦娥四號(hào)任務(wù)量身定做的，這次鵲橋二號(hào)中繼星則要為整個(gè)探月四期及后續(xù)國內(nèi)外月球探測任務(wù)提供中繼通信服務(wù)，任務(wù)時(shí)間跨度大、技術(shù)狀態(tài)多、接口復(fù)雜。

“接到研制任務(wù)時(shí)，我們感到很有壓力。”孫驥坦言。這位中國航天科技集團(tuán)五院航天東方紅衛(wèi)星有限公司鵲橋二號(hào)中繼星試驗(yàn)隊(duì)隊(duì)員告訴記者。團(tuán)隊(duì)24小時(shí)輪班在崗，開展了大量設(shè)計(jì)和仿真分析驗(yàn)證，“我們盡力把能想到的都想到，把能做到的都努力做到?！睂O驥說。

去往月背，嫦娥六號(hào)不能沿著嫦娥五號(hào)開辟的軌道前往，而是要重新選擇一條更優(yōu)軌道。這是因?yàn)殒隙鹆?hào)著陸位置由月球的北緯地區(qū)變?yōu)榱四暇暤貐^(qū)。

中國航天科技集團(tuán)五院軌道設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過分析研究，決定為嫦娥六號(hào)探測器設(shè)計(jì)環(huán)月逆行軌道方案。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。該方案通過調(diào)轉(zhuǎn)飛行軌道的方向，化解了因采樣區(qū)域位置變化帶來的朝向變化問題，也避免了構(gòu)型布局和硬件產(chǎn)品的大幅度調(diào)整。

呵護(hù)嫦娥六號(hào)順利回家

“工作時(shí)間精確到分鐘，那段時(shí)間，大家?guī)缀跏菬o眠無休”

6月2日至3日，嫦娥六號(hào)完成采樣，將珍貴的月背樣品完成“打包裝箱”后，就將踏上返回之旅。月背起飛，是嫦娥六號(hào)面對(duì)的第一個(gè)挑戰(zhàn)。

與地面起飛相比，嫦娥六號(hào)上升器沒有固定的發(fā)射塔架系統(tǒng)，而是將著陸器作為“臨時(shí)塔架”，許多工作需要靠探測器自主完成。此外，與嫦娥五號(hào)月面起飛相比，嫦娥六號(hào)從月球背面起飛，無法直接得到地面測控支持，而需要在鵲橋二號(hào)中繼星輔助下，借助自身攜帶的特殊敏感器實(shí)現(xiàn)自主定位、定姿，工程實(shí)施難度更大。

于潔是中國航天科技集團(tuán)嫦娥六號(hào)探測器制導(dǎo)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)成員，在月背起飛環(huán)節(jié)中，飛行器的智能自主起飛，靠的就是他們研制的系統(tǒng)。

“正樣階段我們完成了大量的軟件開發(fā)測試、數(shù)學(xué)仿真、系統(tǒng)試驗(yàn)，以及整器的力熱試驗(yàn)和模擬飛行測試。”于潔說，“百煉成金”的測試保障了制導(dǎo)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)正常運(yùn)行。

月背“珍寶”搭上“回家專車”，嫦娥六號(hào)上升器與軌道器返回器組合體完成月球軌道交會(huì)對(duì)接是必經(jīng)環(huán)節(jié)，這是一場科技和美學(xué)的雙重盛宴。中國航天科技集團(tuán)研制人員喬德治是這次“太空牽手”的主要技術(shù)負(fù)責(zé)人之一。

“‘太空牽手’不允許有一丁點(diǎn)兒偏差?！眴痰轮胃嬖V記者，太空環(huán)境中，探測器上攜帶的太陽帆板輕微震動(dòng)、探測器貯箱里推進(jìn)劑分布的不確定性等，都可能影響交會(huì)對(duì)接的準(zhǔn)確。為保障交會(huì)對(duì)接精度，中國航天科技集團(tuán)五院502所專門成立了實(shí)驗(yàn)室，創(chuàng)造條件模擬真實(shí)對(duì)接過程。

任務(wù)期間，于潔和喬德治全程守候在北京航天飛行控制中心，時(shí)刻盯著探測器的一舉一動(dòng)?？吹芥隙鹆?hào)著陸、起飛的每一步都很完美，與地面預(yù)演的情況一模一樣，他們難掩激動(dòng)。

嫦娥六號(hào)回家，還需經(jīng)歷一次“太空打水漂”，即返回器先是高速進(jìn)入大氣層，再借助大氣層提供的升力躍出大氣層，然后再次進(jìn)入大氣層，返回地面。

中國航天科技集團(tuán)嫦娥六號(hào)探測器制導(dǎo)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)研制團(tuán)隊(duì)工程師楊鳴說，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，科研人員在制導(dǎo)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)的研制過程中開展了大量模擬飛行試驗(yàn)。在模擬了上千萬條飛行路線后，楊鳴和同事們攻克了一系列技術(shù)難點(diǎn)，確保“太空打水漂”過程的順利和返回的高精度。

月背升起“玄武巖”版國旗

“必須通過周到細(xì)致的工作，確保萬無一失”

按照計(jì)劃，完成月球表面無人自主采集樣品后，嫦娥六號(hào)著陸器攜帶的五星紅旗將在月球背面展開。6月3日，北京航天飛行控制中心測控現(xiàn)場信息顯示，國旗展開指令已正確執(zhí)行。

此時(shí)，中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心高級(jí)工程師、嫦娥六號(hào)探測器有效載荷總體主任設(shè)計(jì)師李慧軍緊盯著北京航天飛行控制中心屏幕，期待月球背面展開的五星紅旗出現(xiàn)。不一會(huì)兒，一抹鮮艷的“中國紅”在屏幕上展開?！澳且豢?，雖然急切但內(nèi)心還是有把握的！”李慧軍告訴記者。

作為嫦娥五號(hào)的備份，2017年嫦娥六號(hào)有效載荷相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)生產(chǎn)出來。由于經(jīng)過了長期貯存，月面國旗展示系統(tǒng)評(píng)估后需更換超期旗面。最可靠穩(wěn)妥且工作量最小的方案是生產(chǎn)一套“織物版”月面國旗。2022年8月，武漢紡織大學(xué)團(tuán)隊(duì)提出一種想法——用玄武巖纖維制造月面國旗。改用玄武巖纖維新旗面，如果出現(xiàn)在軌無法展開或者展示效果不佳怎么辦？

為讓“玄武巖”版國旗精彩展示，科研人員迅速行動(dòng)起來，梳理困難，一一解決。探測器總體對(duì)探測器系統(tǒng)做了最小化改動(dòng)，有效解決了嫦娥六號(hào)落點(diǎn)光照條件對(duì)國旗展示效果產(chǎn)生影響的問題；有效載荷總體會(huì)同中國航天科工集團(tuán)四院九部、武漢紡織大學(xué)研制團(tuán)隊(duì)高效完成了玄武巖旗面的設(shè)計(jì)、制造，以及適應(yīng)性鑒定試驗(yàn)、成像效果專項(xiàng)試驗(yàn)等工作。

20年來，我國探月工程每一次突破、每一步跨越，都是無數(shù)科技工作者協(xié)同攻關(guān)的結(jié)果。

創(chuàng)造月壤研究的“中國速度”

“我們對(duì)嫦娥六號(hào)樣品研究充滿期待，也滿懷信心”

6月25日，嫦娥六號(hào)返回器順利攜帶回1953.3克月壤樣品。這是人類首次獲得月球背面樣品，舉世矚目，將會(huì)為月球正反面的差異性的原因以及月球的形成歷史提供更新的認(rèn)識(shí)。

2020年12月17日，嫦娥五號(hào)從月球帶回1731克月壤樣品。中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所（以下簡稱“地質(zhì)地球所”）申領(lǐng)到了3克月壤，裝在兩個(gè)小瓶子里，一瓶裝了1克，另外一瓶裝了2克。

中國科學(xué)院院士、地質(zhì)地球所研究員李獻(xiàn)華至今難忘見到月壤樣品的那一刻?！霸氯捞?xì)了！月壤的平均粒度只有50微米?！?/p>

當(dāng)時(shí)，全世界都在等著嫦娥五號(hào)樣品的研究結(jié)果，希望知道嫦娥五號(hào)月壤能給人類帶來什么樣的月球新故事。怎么辦？只有爭分奪秒抓緊干！

拿到嫦娥五號(hào)月壤樣品的第一時(shí)間，地質(zhì)地球所就召開了項(xiàng)目啟動(dòng)會(huì)。在會(huì)上，所長吳福元向研究團(tuán)隊(duì)提出明確要求：“一個(gè)星期內(nèi)完成定年、巖石地球化學(xué)、水含量和鍶、釹、氫等同位素分析，然后再用一個(gè)星期時(shí)間寫成論文投稿。”

為了能按時(shí)完成任務(wù)，地質(zhì)地球所提前把所里相關(guān)的儀器設(shè)備調(diào)試到了最佳狀態(tài)。在月壤研究過程中，所里其他課題組研究人員都得為月壤樣品研究“讓路”。

在大家夜以繼日的努力下，很快如期取得了第一個(gè)重磅成果，創(chuàng)造了月壤研究的“中國速度”。研究團(tuán)隊(duì)僅用0.15克月壤，7天完成分析，16天完成論文，100天在《自然》上同時(shí)發(fā)表3篇論文，將科學(xué)界已知的月球巖漿活動(dòng)結(jié)束時(shí)間推后了10億年。

3年多來，國家航天局已向國內(nèi)131個(gè)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)放7批次共85.48克嫦娥五號(hào)月壤樣品，第一批國際申請已完成專家評(píng)審。目前已產(chǎn)出100多篇科技論文，一次又一次刷新了人類對(duì)月球的認(rèn)知。

“有了嫦娥五號(hào)月壤研究的積累，我們對(duì)嫦娥六號(hào)樣品研究充滿期待，也滿懷信心?！辟R懷宇說。

“嫦娥”既是中國的、又屬于全人類，為國際科技合作提供廣闊舞臺(tái)，為全球深空探索貢獻(xiàn)中國智慧和中國力量，中國探月工程步履不停。

（稿件來源：《人民日報(bào)》）