在浩渺無垠的宇宙，繁星閃爍如同璀璨的寶石，點綴著那無盡的黑暗。人類自誕生以來，就對神秘的星空充滿了無盡的好奇與向往。從古至今，無數(shù)的目光曾仰望那片蒼穹，心懷對宇宙奧秘的渴望而追尋。

2024年5月3日17時27分，長征五號運載火箭托舉著嫦娥六號探測器在中國文昌航天發(fā)射場點火起飛，隨后將探測器送入預定轉移軌道，發(fā)射任務取得圓滿成功。嫦娥六號探測器執(zhí)行的是備受關注的世界首次月球背面采樣返回任務。

奧秘無窮的月球背面

迄今為止，人類已進行的月球采樣返回均位于月球正面。月球背面整體相對月球正面更為古老，具有重要科研價值，是“秘境中的秘境”。

由于月球自轉周期和公轉周期相等，加上被地球潮汐鎖定，地球強大的引力讓月球總是一面朝向地球，人類在地球上只能看見月球的正面。

從20世紀50年代開始，人類陸續(xù)向月球發(fā)射了100多次探測器，僅中國的嫦娥四號探測器在月球背面著陸開展過就位探測。

2019年1月3日，嫦娥四號成功著陸在月球背面南極-艾特肯盆地馮·卡門撞擊坑的預選著陸區(qū)。這片永遠背向地球的亙古荒原，在寂寞了數(shù)十億年后，終于迎來第一個翩翩降臨的地球訪客。

2020年，嫦娥五號實施中國首個無人月球采樣返回任務，是當時中國復雜度最高、技術跨度最大的航天系統(tǒng)工程，一舉突破月面采樣、月面起飛上升、月球軌道交會對接與樣品轉移、跳躍式再入返回等關鍵技術，經(jīng)過環(huán)環(huán)相扣的飛行過程，帶回1731克月球樣品，成為世界單次采樣量最大的無人月球采樣任務。

迄今為止，人類共對月球進行了10次采樣返回，這10次采樣均位于月球的正面。而這次嫦娥六號去的是月球背面——南極-艾特肯盆地，去發(fā)現(xiàn)并采集不同地域、不同年齡、不同類型的月球樣品，進行形貌探測和地質背景勘察等工作。采樣返回后，科學家將對樣品進行研究，分析月壤的結構、物理特性、物質組成等，深化月球成因和演化歷史的研究。

月球南極位于月球最古老、規(guī)模最大的艾特肯盆地邊緣，是研究深部月殼及月幔物質、近距離探測永久陰影區(qū)內(nèi)可能存在水冰的理想?yún)^(qū)域；良好的光照條件也為開展長時間復雜的探測活動提供可能，逐漸成為各航天大國和空間組織開展空間拓展和科技創(chuàng)新的戰(zhàn)略制高點，也是建立月球基地的熱點地區(qū)。但月球南極緯度較高，地形地貌復雜，既有低洼的環(huán)形山坑底，也有高聳入云的山峰，光照特性、對地直接觀測能力差異明顯，

身手敏捷的嫦娥六號

嫦娥六號探測器是我國迄今最重的深空探測航天器，主要由軌道器、著陸器、上升器、返回器四個部分組成。其主要科學目標是開展月球背面著陸區(qū)的現(xiàn)場調查和分析，并對月球背面樣品開展分析與研究。探測器發(fā)射入軌后，按計劃將進行約53天的飛行，其間經(jīng)歷地月轉移、近月制動、環(huán)月飛行、著陸下降、月面工作、月面上升、交會對接與樣品轉移、環(huán)月等待、月地轉移、再入回收等工作階段。

此次任務可以形象地描述為“去、下、上、回”。軌道器主要負責“去”，飛到月球背面去和返回地球；著陸器主要負責“下”，落到月球背面并進行樣本采集；上升器主要負責“上”，攜帶采集的樣本從月球背面飛起來；返回器主要負責“回”，攜帶月壤返回地球。

我國的探月工程四期任務由嫦娥四號、嫦娥六號、嫦娥七號和嫦娥八號4次任務組成。2018年12月8日成功發(fā)射的嫦娥四號，實現(xiàn)了人類航天器首次在月球背面巡視探測。嫦娥五號于2020年12月17日首次實現(xiàn)我國地外天體采樣返回后，嫦娥六號探測器作為嫦娥五號探測器的備份，任務有所調整，改為到月球背面獲取樣本。嫦娥六號任務并非嫦娥四號與嫦娥五號任務的簡單相加，而是必須攻克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多項關鍵技術，實施多項重大突破。這也將成為繼嫦娥四號任務之后世界上第二次以月球背面為目的地的探月任務。

月背采樣在世界上沒有先例可循，面臨著很多新情況新問題。在探測器硬件產(chǎn)品技術狀態(tài)已經(jīng)確定的情況下，約束條件非?？量獭榱诉m應新的任務要求，研制人員統(tǒng)籌考慮任務目標和技術條件，開展了大量適配設計和優(yōu)化設計，并采用逆行環(huán)月軌道方案等多項創(chuàng)新設計，以滿足月背采樣返回任務適應性設計以及國際載荷搭載需求。

針對月背著陸區(qū)月壤特性，研制人員為嫦娥六號采樣封裝分系統(tǒng)進行了多項升級，設計了適應月球背面采樣的控制算法和采樣策略，進一步提高了采樣的智能化、自動化程度，增強了月壤采樣效率、采樣能力和在軌工作可靠性。同時，還為著陸上升組合體量身設計了自主月面工作狀態(tài)設置、自主定位、應急自主采樣和自主起飛等功能，工作效率得到大幅提升。

嫦娥六號任務積極開展國際合作，最終確定了歐空局月表負離子分析儀、法國月球氡氣探測儀、意大利激光角反射器、巴基斯坦立方星等4個國際搭載項目。

力能扛鼎的長征五號

長征五號運載火箭（以下簡稱“長五火箭”）為捆綁四個助推器的兩級半構型火箭，采用無毒無污染推進劑?；鸺傞L56.97米，起飛質量約869噸，具備近地軌道25噸、地球同步轉移軌道14噸的運載能力，是我國現(xiàn)役運載能力最大的火箭，可以完成近地軌道衛(wèi)星、地球同步轉移軌道衛(wèi)星、太陽同步軌道衛(wèi)星、空間站、月球探測器和火星探測器等各類航天器的發(fā)射任務。

在5月3日發(fā)射當日，長五火箭迎著突發(fā)的風雨穩(wěn)穩(wěn)直刺蒼穹成功執(zhí)行了嫦娥六號探測器發(fā)射任務，再次彰顯了中國航天的卓越實力。長五火箭究竟憑借什么力量實現(xiàn)了這一壯舉呢？

長五火箭是我國首型5米芯級直徑的新一代大推力運載火箭，在設計之初就充分考慮了各種天氣與環(huán)境挑戰(zhàn)。其防水防雨設計細致入微，從“堵”到“疏”，每個細節(jié)都經(jīng)過精心策劃和嚴密實施，確?；鸺捌浯钶d的“乘客”在干燥透氣的環(huán)境中安全啟程。

在“堵”的方面，長五火箭為關鍵部件穿上了“雨衣”，通過加裝密封條、使用吹塑薄膜以及選擇具備防水功能的元器件等措施，有效隔絕雨水侵襲；在“疏”的方面，火箭多個部段設計排水孔，整流罩排氣孔處更是設置了內(nèi)置導流罩，實現(xiàn)了排氣與防水的雙重功能。此外，多條送風管路持續(xù)為整流罩等艙段送風，確?？臻g內(nèi)保持正壓狀態(tài)，進一步增強了防水能力。經(jīng)過多次嚴格測試和驗證，長五火箭早已具備中雨條件下發(fā)射的能力。

面對中國文昌航天發(fā)射場的“淺層風”，長五火箭同樣展現(xiàn)出強大的應對能力。其四個助推支撐與防風拉桿設計緊密結合，即使在每秒17米的大風中也能穩(wěn)穩(wěn)“站立”。

由于地月相對位置不斷變化，一旦在發(fā)射窗口內(nèi)不能實施發(fā)射，嫦娥六號奔月就會受到影響。為了確?；鸺郎蕰r發(fā)射，研制人員應用“窄窗口多軌道”發(fā)射技術，為火箭在連續(xù)兩天、每天50分鐘的窗口內(nèi)，設計了10條奔月軌道，提高發(fā)射概率和發(fā)射可靠性。

這是長五火箭繼2020年11月24日護送嫦娥五號探測器奔月后，時隔3年多再次執(zhí)行深空探測任務。在此期間，研制人員針對箭上關鍵單機開展了大量可靠性增長工作，火箭可靠性顯著提升。

此外，研制人員持續(xù)推進以“設計特性全集”為抓手的產(chǎn)品質量管控措施，在產(chǎn)品研制生產(chǎn)過程中，逐項梳理確認影響產(chǎn)品功能、性能的設計參數(shù)，保證了產(chǎn)品質量，確保發(fā)射萬無一失。

嫦娥六號探測器需要進入近地點200千米、遠地點約38萬千米的地月轉移軌道，這對火箭的運載能力提出了很高的要求，尤其是嫦娥六號探測器比嫦娥五號探測器重了100千克。研制人員對箭上產(chǎn)品進行了多項設計優(yōu)化和工藝改進，成功幫助火箭“瘦身”，將長五火箭地月轉移軌道運載能力提升100千克，滿足了“乘客”需求。

首飛至今，研制團隊持續(xù)對火箭進行優(yōu)化，提高適應能力和可靠性。正是這些技術展示出的“強者”實力，讓長五火箭在風雨中依然能昂首挺胸，勇往直前。

自2007年起，長征三號甲系列、長征四號丙、長征五號、長征八號等六型火箭完成了探月工程迄今全部發(fā)射。17年間，九戰(zhàn)全勝，為探月工程架起天梯，托舉中國人的探月夢想走得更遠。此次長征五號運載火箭成功將嫦娥六號探測器送往月背，是人類首次如此近距離地探索月背的奧秘，是全人類夢想的一次偉大啟航！

未來，我國計劃在2026年發(fā)射嫦娥七號探測器；2028年發(fā)射嫦娥八號，包括著陸器、飛躍器、巡視器和月面作業(yè)機器人等，它們將降落在嫦娥七號附近，與其共同構建起一個功能完備的月球科研站。

讓我們共同期待，在宇宙中留下更多屬于我們的輝煌印記！

作者單位 中國航天科技集團