嫦娥六號(hào)首次到月球背面“挖土”，難在哪？
??5月3日17時(shí)27分，嫦娥六號(hào)探測(cè)器由長征五號(hào)遙八運(yùn)載火箭在中國文昌航天發(fā)射場發(fā)射，之后準(zhǔn)確進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道，發(fā)射任務(wù)取得成功。這是全球首次月球背面采樣返回任務(wù)，嫦娥六號(hào)預(yù)計(jì)將帶回月球背面樣品。
國際宇航聯(lián)空間運(yùn)輸委員會(huì)副主席楊宇光告訴《中國新聞周刊》，單從采樣來說，嫦娥六號(hào)的任務(wù)與此前成功在月球正面采樣歸來的嫦娥五號(hào)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(wèi)星測(cè)控，而無法通過地面站直接監(jiān)控。雖然月背起飛前可以做各種準(zhǔn)備工作，但一旦起飛，飛行器進(jìn)入正確軌道只有一次機(jī)會(huì)。
2024年5月3日，搭載嫦娥六號(hào)的長征五號(hào)遙八運(yùn)載火箭在中國文昌航天發(fā)射場準(zhǔn)備點(diǎn)火發(fā)射。圖/視覺中國
首次月背采樣返回
5月3日發(fā)射后2000多秒，火箭將嫦娥六號(hào)送入預(yù)定軌道，完成星箭分離。嫦娥六號(hào)正式開啟奔月之旅。按計(jì)劃，嫦娥六號(hào)將前往月球背面南極-艾特肯盆地，進(jìn)行形貌探測(cè)和地質(zhì)背景勘察等工作，重點(diǎn)采集不同地域、不同年齡的月球土壤、巖石樣品。從火箭發(fā)射到取樣返回，嫦娥六號(hào)任務(wù)過程長達(dá)50多天。
嫦娥六號(hào)是中國嫦娥探月計(jì)劃的第六個(gè)探測(cè)器，由軌道器、返回器、著陸器、上升器四部分組成。探測(cè)器全重超過8噸，比它的“姐姐”嫦娥五號(hào)還要重100公斤。其搭乘的長征五號(hào)是大型低溫液體捆綁式運(yùn)載火箭，主要用于發(fā)射空間站、探月探測(cè)器、地球靜止軌道衛(wèi)星等任務(wù)，曾送嫦娥五號(hào)上天，被航天愛好者稱為“胖五”。楊宇光表示，長征五號(hào)是國內(nèi)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。
嫦娥六號(hào)的整個(gè)奔月路程持續(xù)5天。在快到達(dá)月球時(shí)，其需要“踩一腳剎車”，被月球捕獲，進(jìn)入環(huán)月軌道。通過20天左右的位置調(diào)整，嫦娥六號(hào)將完成落月。在月球表面，嫦娥六號(hào)將采用表面取樣的方式，在月面多個(gè)位置鏟取月壤或拾取月巖。此外還會(huì)采用鉆取方式，探查淺層月壤，采集樣品。月面工作時(shí)間后，此時(shí)，由軌道器、返回器組成的組合體將在軌道上環(huán)繞，等待接應(yīng)完成工作后的著陸器和上升器的組合體。在二者軌道交會(huì)、對(duì)接過程中，嫦娥六號(hào)還將在環(huán)月軌道開展多項(xiàng)科學(xué)探測(cè)。最后經(jīng)過5天返程飛行，嫦娥六號(hào)將再入大氣層，返回著陸場。
5月3日，海南省文昌市航天發(fā)射場附近海灘圍滿觀看發(fā)射升空的航天愛好者。圖/視覺中國
此前，嫦娥四號(hào)已于2019年成功降落在月球背面，在人類歷史上首次實(shí)現(xiàn)了航天器在月背的巡視勘察。嫦娥五號(hào)則于2020年帶回了1731克月球正面的樣品，意味著中國探月工程已經(jīng)完全掌握了繞月、落月和采樣返回的技術(shù)體系。嫦娥五號(hào)任務(wù)取回的月球樣品使得一系列重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)誕生。2021年，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所團(tuán)隊(duì)僅用0.15克月壤，100天內(nèi)在《自然》雜志上連發(fā)3篇文章，將科學(xué)界認(rèn)知的月球巖漿活動(dòng)結(jié)束時(shí)間推遲了8～9億年。
在楊宇光看來，此次任務(wù)將嫦娥四號(hào)去月背與嫦娥五號(hào)月表采樣兩項(xiàng)任務(wù)相結(jié)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(lián)3次，中國1次，且采樣點(diǎn)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(zhì)、火山活動(dòng)、行星演化等方面的研究需要更多樣品的支持。
嫦娥六號(hào)任務(wù)還搭載了4個(gè)他國探測(cè)器或衛(wèi)星，包括法國的氡氣探測(cè)儀、歐空局的負(fù)離子探測(cè)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(cè)任務(wù)中讓他國載荷“搭便車”是普遍現(xiàn)象，是出于整個(gè)飛行任務(wù)回報(bào)最大化、促進(jìn)國際合作的考慮。嫦娥六號(hào)任務(wù)涉及進(jìn)入奔月軌道、進(jìn)入繞月軌道、到達(dá)月球表面、返回繞月軌道等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)都有不同的科學(xué)意義，因此可以利用設(shè)計(jì)余量來搭載其他科學(xué)儀器。
對(duì)接或成最大難點(diǎn)
據(jù)悉，嫦娥六號(hào)任務(wù)將突破月球逆行軌道設(shè)計(jì)與控制、月背智能采樣和月背起飛上升等關(guān)鍵技術(shù)。在技術(shù)實(shí)施過程中，嫦娥六號(hào)依然面臨諸多難點(diǎn)。
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(qū)域都在月球的正面，這些區(qū)域稱為月海，嫦娥五號(hào)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(cè)器著陸的選點(diǎn)。歷史上，蘇聯(lián)在1969～1970年間連續(xù)遭遇了5次無人探月失敗，其中“月球-15”號(hào)采樣返回飛行器在降落過程中撞上了山脈。月球-15號(hào)的失敗源于其對(duì)復(fù)雜地形缺乏準(zhǔn)確認(rèn)知，在探索新區(qū)域時(shí)風(fēng)險(xiǎn)尤其高。
5月3日17時(shí)27分，嫦娥六號(hào)探測(cè)器搭乘長征五號(hào)遙八運(yùn)載火箭升空。圖/視覺中國
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(lián)系，地面測(cè)控站也可以提供軌道測(cè)量數(shù)據(jù)等支持。但由于月球阻擋信號(hào)，月球背面著陸的飛行器難以獲得這些支持，只能靠中繼衛(wèi)星。為了架設(shè)地月通信“鵲橋”，今年3月，探月工程提前發(fā)射了鵲橋二號(hào)中繼衛(wèi)星，為嫦娥六號(hào)及后續(xù)月背任務(wù)服務(wù)。
楊宇光指出，從測(cè)控專業(yè)角度推測(cè)，鵲橋二號(hào)不僅是信號(hào)中繼，還是一個(gè)測(cè)控站，有測(cè)軌預(yù)報(bào)功能。在飛行器著陸和上升過程中，采樣點(diǎn)、上升軌道等測(cè)量工作都可能需要通過鵲橋二號(hào)完成。測(cè)控站就像人的眼睛，為飛行器執(zhí)行操作提供依據(jù)，是最重要的一步。即使執(zhí)行出了問題，例如飛行軌道偏離，但若有及時(shí)的測(cè)量和修正，還可以挽回。
在楊宇光看來，最大的技術(shù)難點(diǎn)不在于月背起飛，而在于實(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)接，后者在環(huán)月軌道上有轉(zhuǎn)到月球正面、讓地面站測(cè)軌和通信的機(jī)會(huì)，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(hào)通信。在軌對(duì)接最基本的要求是，著陸器和上升器的組合體要進(jìn)入和軌返組合體相同的軌道面，然后通過調(diào)整實(shí)現(xiàn)近距離交會(huì)、靠近和對(duì)接，對(duì)接軌道的測(cè)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大概是一千六七百米每秒，如此的高速意味著極小的對(duì)接窗口。如果軌道都錯(cuò)了，將很難校正并實(shí)現(xiàn)對(duì)接。
根據(jù)國家航天局已公布的消息，嫦娥六號(hào)為國家探月工程四期的項(xiàng)目之一，此后還將組織嫦娥七號(hào)和八號(hào)的發(fā)射。嫦娥七號(hào)以月球科研站站址勘察為主，是不返回的飛行器。嫦娥八號(hào)涉及多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的突破，包括資源原位利用技術(shù)的驗(yàn)證等。二者預(yù)計(jì)將在2030年前構(gòu)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(shù)難關(guān)等待攻克。
本文轉(zhuǎn)自于 中國新聞網(wǎng)
