嫦娥六號：去月球背面挖寶

2024年5月3日17時27分，長征五號火箭攜帶嫦娥六號月球探測器，從我國文昌航天發射場成功發射。嫦娥六號月球探測器的核心使命是實現世界上首次月球背面采樣，從月背采集約2千克樣本并帶回地球進行分析。

月球背面啥模樣

月球在繞地球公轉的同時也在自轉，在地-月系統長期演化過程中，月球被地球潮汐鎖定，自轉周期與公轉周期相同，此后月球總是以同一面朝向著地球。從地球上始終不能完全看見的月球另一面，被稱為月球背面。

盡管月球背面始終無法被直接看到，但人類通過月球探測器獲得了大量關于月球背面的信息。近年來，中國對月球背面深入探測方面成績斐然。其中，2020年2月26日，中國“玉兔二號”首次揭示月背地下40米地質分層結構。

月球正面和月球背面有著明顯的不同，無論是物質成分、形貌構造還是巖石年齡都有很大差異。月球正面地形平坦，月海居多。月海是指月球上大片顏色較深的黑斑區域，實際上一滴水也沒有，是寬廣的平原。這些區域對太陽光的反射比較弱，因此看上去比周圍更暗一些。早期天文學家覺得這樣的區域像地球上的海洋，因此稱之為月海，一直沿用至今。

月球背面則是月陸居多，月陸是指月面上比月海高的地區，一般高出2～3千米。月陸主要由淺色斜長巖組成，其反照率較高。通過同位素測定，月陸比月海古老得多，是月球上最古老的地形特征。如果能獲取它們的成分信息，可以更進一步了解月球的化學成分演化過程。與此同時，勘測月球背面，能夠獲取集地形地貌、物質成分、淺層結構于一體的綜合地質剖面。這個剖面的建立，對揭示著陸區域地質演化歷史、演化細節有重大貢獻。

采樣意義不尋常

為了監聽來自宇宙深處的微弱電磁信號，天文學家一直希望找到一片完全寧靜的地區。這在地球上無法辦到，因為人們日常生產生活的電磁環境會對觀測產生嚴重干擾。月球背面能夠屏蔽來自地球的各種無線電干擾信號。在這里開展低頻射電天文觀測，可以為研究恒星起源和星云演化提供重要資料，甚至有可能尋覓到大爆炸后宇宙如何擺脫黑暗、點亮第一代恒星的信息。

月球背面南極-艾特肯盆地被認為是最有可能撞穿月殼、暴露出月球深部物質的區域，是月球科學的突破口之一。

嫦娥六號月球探測器開啟的世界首次月球背面采樣返回之旅，預選著陸和采樣區就在這里。

南極-艾特肯盆地形成于大約39億年前，直徑約2500千米，深度約13千米，比馬里亞納海溝更深。這個盆地的形成與早期撞擊歷史的研究，對于揭示月球外動力演化歷史、建立月球演化的精確時間標尺、理解太陽系天體軌道動力學演化以及地球宜居環境演化等具有重大科學意義。

2019年1月3日，嫦娥四號月球探測器自主著陸在南極-艾特肯盆地內的馮·卡門撞擊坑里，這是人類月球探測器首次在月球背面軟著陸。之后，它通過“鵲橋”中繼星傳回了世界第一張近距離拍攝的月背影像圖。

迎接挑戰闖難關

按計劃，嫦娥六號探測器與運載火箭分離后，在環月軌道上完成著陸上升組合體和軌返組合體的分離。

著陸上升組合體著陸后，采用鉆取和表取這兩種采樣方式，完成月壤的取樣和封裝，與此同時開展就位探測。月面工作時間約48小時，完全后上升器攜帶月球樣品起飛，通過4次軌道機動，在環月圓軌道與軌返組合體實施交會對接。

交會對接完成后，月球樣品轉移至返回器內。軌返組合體擇機與上升器及對接艙段分離，在環月軌道上巡航飛行，等待月地轉移窗口后，進入月地轉移軌道。

6月25日，在距地球約5000千米高度處，返回器與軌道器分離，以半彈道跳躍方式進入地球大氣層，在內蒙古四子王旗預定著陸區精準著陸。

去月球背面采集樣品并不容易，逆行軌道、智能采樣、月背起降等技術環節非常關鍵。一方面，月背無法與地球直接通信，需要解決月球探測器和地球之間的測控通信及數據傳輸問題；另一方面，月背遍布隕石坑，地形復雜，起伏較大，月球短訊：6月28日，國家航天局在京舉行探月工程嫦娥六號任務月球樣品交接儀式。經初步測算，嫦娥六號任務采集月球探測器著陸下降、開展月面工作、起飛上升等環節都存在很大風險。

這時，中繼衛星“鵲橋”就扮演了重要的角色。它是探測器執行任務中與地球通信的唯一通道。不過，采樣過程中，“鵲橋”會飛行至月球正面，這期間嫦娥六號著陸器與上升器組合體會有幾個小時處于失聯狀態。為此，研制團隊進行智能采樣設計，提高月球探測器的自主控制能力，也大大提高了月面工作效率。

2020年12月，嫦娥五號月球探測器降落在月球正面，選擇的是環月順行軌道，沿著月球自轉方向，從西向東飛行。而此次嫦娥六號月球探測器采用環月逆行軌道，也就是從東向西飛行，以此適應月球背面的采樣任務。兩次飛行路線大致呈現出中心對稱關系。

起伏不平的地形地貌對嫦娥六號月球探測器安全軟著陸提出了更高要求。月球探測器采用了多脈沖軌道控制策略，通過精確的自動化設計方式，如期到達預定著陸區。

下一步，研究人員將對新采集的月球樣本進行分析，這一次又會有什么新發現呢，讓我們拭目以待。