嫦娥六號奔赴月背“挖土”

周游

5月3日，嫦娥六號探測器由長征五號遙八運載火箭在中國文昌航天發射場成功發射，準確進入地月轉移軌道。圖/國家航天局網站

5月3日17時27分，嫦娥六號探測器由長征五號遙八運載火箭在中國文昌航天發射場發射，之后準確進入地月轉移軌道，發射任務取得成功。嫦娥六號將執行全球首次月球背面采樣返回任務，預計將帶回月球背面樣品。

國際宇航聯空間運輸委員會副主席楊宇光告訴《中國新聞周刊》，單從采樣來說，嫦娥六號的任務與此前成功在月球正面采樣歸來的嫦娥五號相比，難度相仿。新增難度在于，月背降落、采樣、起飛都需要通過中繼衛星測控，而無法通過地面站直接監控。雖然月背起飛前可以做各種準備工作，但一旦起飛，飛行器進入正確軌道只有一次機會。

首次月背采樣返回

5月3日發射后2000多秒，火箭將嫦娥六號送入預定軌道，完成星箭分離。嫦娥六號正式開啟奔月之旅。按計劃，嫦娥六號將前往月球背面南極－艾特肯盆地，進行形貌探測和地質背景勘察等工作，重點采集不同地域、不同年齡的月球土壤、巖石樣品。從火箭發射到取樣返回，嫦娥六號任務過程長達53天。

嫦娥六號是中國嫦娥探月計劃的第六個探測器，本是嫦娥五號的備份，由軌道器、返回器、著陸器、上升器四部分組成。探測器全重超過8噸，比它的“姐姐”嫦娥五號還要重100公斤。其搭乘的長征五號是大型低溫液體捆綁式運載火箭，主要用于發射空間站、探月探測器、地球靜止軌道衛星等任務，曾送嫦娥五號上天，被航天愛好者稱為“胖五”。楊宇光表示，長征五號是國內目前唯一奔月軌道能力超過8噸的火箭，嫦娥上天只能靠“胖五”出馬。

4月27日，嫦娥六號和長征五號被轉運至發射區，對發射窗口的選擇，楊宇光表示，探月需要關注的是月球和地球發射場間的相對位置關系，以月相為周期，每個月都有合適的發射窗口。

經過數日奔月路程，嫦娥六號在快到達月球時，需要“踩一腳剎車”，進入環月軌道。經過一段時間的位置調整，嫦娥六號將完成落月。在月球表面，嫦娥六號將采用表面取樣的方式，在月面多個位置鏟取月壤或拾取月巖。此外，還會采用鉆取方式，探查淺層月壤，采集樣品。月面工作后，由軌道器、返回器組成的組合體將在軌道上環繞，等待接應完成工作后的著陸器和上升器的組合體。二者軌道交會、對接過程中，嫦娥六號還將在環月軌道開展多項科學探測。最后經過返程飛行，嫦娥六號將再入大氣層，返回著陸場。

此前，嫦娥四號已于2019年成功降落在月球背面，在人類歷史上首次實現了航天器在月背的巡視勘察。嫦娥五號則于2020年帶回了1731克月球正面的樣品，使得一系列重要科學發現誕生。2021年，中國科學院地質與地球物理研究所團隊僅用0.15克月壤，100天內在《自然》雜志上連發3篇文章，將科學界認知的月球巖漿活動結束時間推遲了8～9億年。2023年，核工業北京地質研究院團隊通過對嫦娥五號月樣品的研究，發現了全新的月球礦物，被命名為“嫦娥石”，這也是人類在月球發現的第六種新礦物。

在楊宇光看來，此次任務將嫦娥四號去月背與嫦娥五號月表采樣兩項任務相結合，意義重大。在月球3800萬平方公里的表面上，人類目前只采樣過10次，美國6次，蘇聯3次，中國1次，且采樣點全部位于月球正面。月球背面和正面地形地貌差異很大，形成過程中有自身的特殊性，地質、火山活動等方面的研究需要更多樣品的支持。

嫦娥六號將降落的南極－艾特肯盆地，是月球背面一座直徑約2500公里的撞擊坑，是月球上最古老和最大的撞擊坑。嫦娥六號任務工程總體發射場工程技術組組長胡震宇接受采訪時表示，嫦娥六號實施月背著陸區的現場勘察分析，獲取月球樣品，對于人類加深對月球成因和演化、太陽系起源等研究具有重要的意義。

嫦娥六號任務還搭載了4個他國探測器或衛星，包括法國的氡氣探測儀、歐空局的負離子探測儀、意大利的激光角反射鏡、巴基斯坦的立方星。楊宇光表示，在深空探測任務中讓他國載荷“搭便車”是普遍現象，是出于整個飛行任務回報最大化、促進國際合作的考慮。嫦娥六號任務涉及進入奔月軌道、進入繞月軌道、到達月球表面、返回繞月軌道等關鍵節點，這些節點都有不同的科學意義，因此可以利用設計余量來搭載其他科學儀器。

對接或成最大難點

據悉，嫦娥六號任務將突破月球逆行軌道設計與控制、月背智能采樣和月背起飛上升等關鍵技術。在技術實施過程中，嫦娥六號依然面臨諸多難點。

月球背面的地形比正面更加崎嶇，這為月背降落帶來了困難。楊宇光表示，月球表面90％以上的低洼平坦區域都在月球的正面，這些區域稱為月海，嫦娥五號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，基本上沒有大型月海，地形限制了探測器著陸的選點。歷史上，蘇聯在1969～1970年間連續遭遇了5次無人探月失敗，其中“月球－15”號采樣返回飛行器在降落過程中撞上了山脈。“月球－15號”的失敗源于其對復雜地形缺乏準確認知，在探索新區域時風險尤其高。

這一困難在月背還因地月通信問題而被放大。從月球正面登陸月球，地面可以和飛行器保持聯系，地面測控站也可以提供軌道測量數據等支持。但由于月球阻擋信號，月球背面著陸的飛行器難以獲得這些支持，只能靠中繼衛星。為了架設地月通信“鵲橋”，今年3月，探月工程提前發射了鵲橋二號中繼衛星，為嫦娥六號及后續月背任務服務。

楊宇光指出，從測控專業角度推測，鵲橋二號不僅是信號中繼衛星，還是一個測控站，有測軌預報功能。在飛行器著陸和上升過程中，采樣點、上升軌道等測量工作都可能需要通過鵲橋二號完成。測控站就像人的眼睛，為飛行器執行操作提供依據，是最重要的一步。即使執行出了問題，例如飛行軌道偏離，但若有及時的測量和修正，還可以挽回。

在楊宇光看來，最大的技術難點不在于月背起飛，而在于實現對接。著陸器和上升器的組合體需要和軌道器、返回器組合體對接，后者在環月軌道上有轉到月球正面、讓地面站測軌和通信的機會，但前者在月球表面得不到任何地面站的支持，只能跟鵲橋二號通信。在軌對接最基本的要求是，著陸器和上升器的組合體要進入和軌返組合體相同的軌道面，然后通過調整實現近距離交會、靠近和對接，對接軌道的測量需要非常精確。著陸器和上升器的組合體在繞月軌道上的飛行速度是一千六七百米每秒，如此的高速意味著極小的對接窗口。如果軌道都錯了，將很難校正并實現對接。

此外，月背采樣在有“鵲橋”的情況下依然難度不小。鵲橋二號在繞月飛行中存在視覺盲區，因此，嫦娥六號需在鵲橋二號的可視階段加緊工作。嫦娥六號副總設計師王瓊向媒體介紹，受限于中繼星覆蓋時長，嫦娥六號的工作時間較嫦娥五號更短，對地面人員以及探測器的工作效率要求更高。著陸點是否符合科研人員預期，能否采到足夠深的月球樣品，都要等嫦娥六號抵達月球后才能準確探測。

根據國家航天局已公布的消息，今年是中國探月工程20年，工程規劃已完成三期，分別是以嫦娥一號為代表的繞月，以嫦娥三號為代表的落月，和嫦娥五號的采樣返回。這意味著中國探月工程已經完全掌握了“繞、落、回”的技術體系。嫦娥六號為國家探月工程四期的項目之一，此后還將組織嫦娥七號和八號的發射。四期的主要目標為“登”和“駐”。嫦娥七號以月球科研站站址勘察為主，是不返回的飛行器。嫦娥八號涉及多項關鍵技術的突破，包括資源原位利用技術的驗證等。二者預計將在2030年前構成中國月球科研站的基本型。楊宇光表示，在完整建成科研站前，還有許多技術難關等待攻克。