人們對月球背面一直充滿好奇。它的地形更復雜，有更多隕石坑和山脈，猶如一個巨大的謎題，一直等待人類揭開“月之暗面”的神秘面紗?！拔逡弧奔倨冢隙鹆柼綔y器搭乘長征五號遙八運載火箭發射升空，正式開啟“月背征途”和“挖寶之旅”。截至5月8日記者發稿時，嫦娥六號已成功實施近月制動，順利進入環月軌道飛行。此外，我國將在2030年前實施載人登月，為此正在緊鑼密鼓地研制長征十號新一代運載火箭、夢舟飛船、攬月著陸器以及載人月球車和登月服等，目前各項工作進展順利，也讓國人對登月充滿期待。
月球采樣 飛過去還要返回來
嫦娥六號探測器主要由上升器、著陸器、返回器、軌道器組成，其功能各不相同。新華社報道，作為貫穿任務全過程的核心產品之一，嫦娥六號的軌道器承擔著地月往返運輸的重要使命。它將在相距38萬公里的地月之間，完成月壤樣品的“空中接力”，是名副其實的“地月巴士”。
在月面“挖土”，此前已不乏先例：上世紀，美國航空航天局（NASA）的阿波羅載人登月計劃曾6次成功登月，共帶回382千克月壤和月巖樣品。蘇聯則先后3次完成月球無人采樣任務，月球16號、月球20號和月球24號自動采樣探測器共帶回300余克月球樣本。2020年底，中國的嫦娥五號從月球正面采集了1731克月壤樣本。
本次地月征途面臨多重考驗，中國航天科技集團張玉花介紹，嫦娥六號月背取壤將歷經運載發射段、地月轉移段、近月制動段、環月飛行段、著陸下降段、月面工作段、月面上升段、交會對接和樣品轉移段、環月等待段、月地轉移段和再入回收段共十一個階段，是我國航天史上最復雜的任務。從發射到回收，嫦娥六號軌道器面臨飛行階段多、器間狀態多、分離次數多的三重考驗。
在發射升空后，軌道器將攜帶著陸上升組合體（著陸器與上升器）和返回器，依次完成地月轉移、中途修正和近月制動；在進入環月軌道后，軌道器與著陸上升組合體分離，并攜帶返回器留軌。軌道器就像一輛運輸車，承擔著探測器在不同軌道上的飛行任務。嫦娥六號飛抵月球附近，軌道器要及時“剎車”，幫助探測器進入環繞月球軌道；采樣結束并完成交會對接和樣品轉移后，軌道器將在合適的時機進入月地轉移軌道，護送返回器回到地球。
返回器“頭尖尖、肚圓圓”，負責保護月壤樣本。與軌道器分離后，它將獨自進入稠密的地球大氣層，最終降落在地球上，平安帶回世界上第一份月背“土特產”。
“嫦娥六號探測器需要進入近地點200公里、遠地點約38萬公里的地月轉移軌道，這對火箭的運載能力提出了很高要求”。中國航天科技集團李平岐告訴記者，考慮到嫦娥六號探測器比嫦娥五號探測器重約100公斤，設計人員對箭上產品進行了設計優化和工藝改進，將長征五號火箭的地月轉移軌道運載能力提升100公斤，以充分滿足“乘客”的要求。
《中國航天報》報道，為確保嫦娥六號探測器更可靠地工作，來自航天科技集團五院的研制人員在采樣效率方面進行改進設計，使探測器擁有更強的自主能力。例如，表取采樣過程設計了17個獨立的序列，器上可以自主判讀遙測數據，通過序列組合完成表取采樣全部工作，整個采樣任務可以減少約500條器地指令交互，節省約6個小時的時間……總之，探測器上的自主設計體現在全流程的方方面面。
為了能夠準確降落在預定區域，航天科技集團五院研制團隊優化軌道設計和控制，使其在預定時間精準著陸在預選位置；同時優化整個動力下降和著陸過程的策略，提高著陸安全性，在沒有地面控制的直接幫助下，使其能夠獨立完成任務。
月背“挖土” 需要克服重重困難
去月球采樣并安全返回如今已不是一件太難的事情，真正難的是到月球背面去“挖土”，此舉可以說是前所未有，也大大增加了月表“挖土”的難度。這又是為什么呢？
科普中國網站報道稱，作為地球唯一的天然衛星，月球既幸運也不幸地被地球潮汐鎖定，導致它的自轉速度與公轉速度逐步趨同，最終結果就是月球只能“直面”地球。而對于月球背面的情況，我們則無法在地球上直接觀察——月背存在于人類視野的盲區內。同樣，月背也是無線電盲區，也就是通信盲區。因此，任何飛到月背、落到月背的探測器，受月球自身遮擋，都無法直接與地球建立聯系，實現數據傳輸。
為解決這一難題，鵲橋二號中繼星提前兩個月出發，已在環月凍結軌道上等待多時。而早在2018年，鵲橋一號中繼星的成功發射，就已保障嫦娥四號和玉兔二號月背軟著陸，在地球與月背之間架起一座跨越40多萬千米的通信橋梁，真正實現了世界領跑。
“與2020年實現月球正面采樣返回的嫦娥五號任務不同，嫦娥六號任務需要在鵲橋二號中繼星的支持下，首次完成月球背面采樣返回，突破月球逆行軌道設計和控制、月背智能快速采樣、月背起飛上升等關鍵技術”。嫦娥六號副總設計師王瓊對媒體表示，與月球正面相比，月背基本是古老的月殼和高地，坑洞更多，可能隱藏著月球形成和演化的秘密，因此更具科研價值。
為何選擇南極-艾特肯盆地作為著陸點？“我們對月背‘已知’很少，‘未知’很多”。中國航天科技集團逯運通告訴《中國航天報》記者，南極-艾特肯盆地是月球最大、最深、最古老的一個撞擊坑，其面積接近半個中國，嫦娥六號有望在這里獲得更為古老的月壤。
“南極-艾特肯盆地是小天體直接撞擊形成的，按照現有撞擊理論和模擬，這次撞擊的深度很大，應該把深部月幔的物質都拋射到了月球表面，但截至目前仍未發現大面積出露的月幔橄欖巖，其原因尚不可知?！敝袊刭|大學（武漢）行星科學研究所教授肖龍表示。
此外，南極-艾特肯盆地深達13公里，一些靠近南極的區域長時間處在陰暗之中，未受到陽光照射，被稱為“永久陰影區”。那里極可能有“水冰”存在，這為科學家在月球上找水甚至建立月球基地帶來了希望。
另據第一財經報道，嫦娥六號此次“奔月”任務全過程約53天。探測器與火箭分離后，預計將于6月初登陸月球背面。嫦娥六號抵達月球后，探測器將花費兩天時間挖掘兩公斤樣本，然后返回地球，預計將在位于內蒙古自治區的四子王旗著陸場著陸。
未來20年 “嫦娥”將書寫人類探月新篇章
今年是我國實施探月工程20周年。按照規劃，我國將于2026年發射嫦娥七號，它擬采用繞、落、巡、飛躍等綜合探測方式著陸在月球南極，為未來建立長期、可連續運行的綜合性月球科研站奠定基礎；擬于2028年發射的嫦娥八號由著陸器、飛躍器、巡視器和月面作業機器人等組成，將著陸在嫦娥七號附近，并與其構成基本型月球科研站。屆時，我國還將建成鵲橋通導遙綜合星座，服務載人登月和火星、金星等深空探測。2040年前，我國將與俄羅斯等多國合作，建成完善型國際月球科研站，之后還將建造應用型月球科研站。
“讓嫦娥六號探測器依照我們設計的目標精準抵達月背，并在采樣后安全平穩地返回地球，這就是我們GNC（制導導航與控制）分系統的工作。”中國航天科技集團于潔說，她全程參與了嫦娥六號探測器的飛控工作。從嫦娥三號到嫦娥六號，于潔一路見證中國探月的向上軌跡。在她眼中，這是“追逐夢想、勇于探索、協同攻堅、合作共贏”的探月精神最真實的體現。
中國科學院院士、中國探月工程月球科學應用首任首席科學家歐陽自遠曾在公開演講中介紹，我國對于月球探測的整體戰略部署可以歸納為“探、登、駐”：“探”指的是無人月球探測；“登”指的是建立月球科研站，實現載人登月；“駐”指的是建立月球基地，進行資源開發和駐扎。目前，探月工程“繞、落、回”已圓滿完成，未來“登”和“駐”將成為新的時代課題。
我們探測月球的意義在哪里？正如中國科學院院士、航天科技集團五院技術顧問葉培建所言，面對當今世界局勢，探月、探火的意義已經遠遠超出科學探索本身，它是大國力量的象征。
值得一提的是，嫦娥六號任務積極開展國際合作，最終確定了歐洲航天局的月表負離子分析儀、法國的月球氡氣探測儀、意大利的激光角反射器和巴基斯坦的立方星等4個國際搭載項目。
月表負離子分析儀將進行月表原位反向散射和濺射負離子探測，由此開展行星科學的基礎問題研究。氡是地球土壤和月球土壤都會釋放的一種放射性氣體，氡氣探測儀可以讓我們更了解星球土壤和大氣中氣體的遷移，從而進一步追蹤月球上水的蹤跡。意大利的激光角反射器將成為人類第一個放置在月球背面的固定標識點。此前，人類曾將激光角反射器放置在月球正面，科學家由此開展了地月距離測量等一系列長期實驗，并發現月球正以每年3.8厘米的速度遠離地球。巴基斯坦的立方星被搭載在軌道器上，在嫦娥六號進入月球軌道后，立方星將被釋放，獨立進行科學探測。隨著更多國際項目加入，中國探月的“朋友圈”將越來越大。
中國探月工程向來重視國際合作，中國探月的合作之門始終對外敞開。國家航天局《中國的航天》白皮書指出，和平探索、開發和利用外層空間是世界各國都享有的平等權利。中國已向國際開放嫦娥五號月球科研樣品申請，并將在后續探月工程四期及行星探測工程相關任務中面向世界公開征集合作機遇。
皎皎明月，照耀著中華兒女孜孜求索的夢想與希冀。月遙路遠，嫦娥六號已踏上前往月背的征途，只待38萬公里外采樣凱旋。（王永軍 綜合報道）
鏈接：中國民航報電子報 (caacmedia.cn)
（原載《中國民航報》2024年5月10日）
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