小編：小新，最近全國各地都在“曬”的“超級月亮”你看了嗎？

小新：當然，今年我國共有四次“超級月亮”，我每次都看得“沉醉不知歸路”。

小編：古往今來，無數(shù)文人墨客望月抒懷，但時至今日我們對這位“近鄰”的認識依然有限，尤其對月球的背面知之甚少。

小新：的確如此，月球作為地球唯一的天然衛(wèi)星，既幸運也不幸地被地球潮汐“鎖定”，使得它的自轉(zhuǎn)速度和公轉(zhuǎn)速度逐步趨同，始終只能“直面”地球。但別著急！繼嫦娥五號奔月采樣后，我國探月工程又派出了一位勇敢的探路者——嫦娥六號，圓滿完成了人類前所未有的月背采樣任務。我們距離解開月球的奧秘又近了一步。

小編：哇，據(jù)說這次“嫦娥家族”“六姑娘”的壯舉不僅科技范兒十足，搭載的4個國際載荷也展現(xiàn)出滿滿的國際范兒。本期，就讓我們一起來重溫我國的探月足跡，走近這次看似輕松浪漫，實則驚險刺激的月背探險之旅吧。

月球承載著太陽系起源和演化的奧秘，蘊藏著豐富的資源，是人類開拓太空新領域、走向深空的“前哨站”。1958年，蘇聯(lián)發(fā)射了首個月球探測器，拉開了人類探測月球的序幕。2004年，我國“嫦娥工程”探月計劃正式啟動，從此，科學家們對月球的探索越來越深入。

從嫦娥一號拍攝的世界首張全月球影像圖，到嫦娥三號成功實現(xiàn)落月夢想，從嫦娥四號叩問“廣寒”，實現(xiàn)人類首次月球背面軟著陸，到嫦娥五號“蟾宮”折桂，首次實現(xiàn)我國地外天體采樣返回，再到本次“六姑娘”又赴“霄漢”實現(xiàn)世界首次月球背面采樣返回，“嫦娥家族”派出的精兵強將個個戰(zhàn)績輝煌，中國探月之旅精彩紛呈。

月面、月背大不同

在此次月背采樣之前，人類已開展100多次月球探測和10次月球正面采樣返回，但仍然對月球起源和演化過程存在眾多疑問，月背或藏著更多新知。

月球由月核、月幔、月殼等結構組成，月面地勢總體較平緩，環(huán)形山較少，從地球上看，這些區(qū)域的反射光線亮度較其他區(qū)域弱，呈陰暗狀態(tài)，被科學家稱為“月?！?。相比之下，月背的“月?！钡匦屋^少，取而代之的是緊密分布的撞擊坑、環(huán)形山，地勢起伏劇烈，高山、高原、溝壑隨處可見。

月背有著月球三大地體之一的南極-艾特肯盆地，它大約形成于42億年前的一次巨大撞擊，是被公認的月球上最大、最古老、最深的盆地。月面采樣通常只能獲取最外層的風化層月壤樣品，而此次去到的月背南極-艾特肯盆地，或在遭受撞擊時將原本存在于月球深部的物質(zhì)“翻”到月表，有助于人類采集到年代更久遠的月壤樣品，更好地研究月球演化等科學問題。

嫦娥六號此次的著陸點位于南極-艾特肯盆地中的一個“盆中之盆”，如果以月核為圓心將月球一分為二，這里剛好與嫦娥五號的落點大致呈中心對稱關系。

將月背采集的土壤樣品與月面的土壤樣品進行比照研究，有助于進一步分析月壤的結構、物理特性、物質(zhì)組成等，深化人類對月球成因和太陽系演化歷史的認知，為進一步解開地月的一系列奧秘強勢助力。

月背采樣不容易

受限于月背險峻的地形和通信障礙，“六姑娘”此行時間緊、任務重，要想取回“宇宙快遞”可謂困難重重。從地月轉(zhuǎn)移、近月制動到環(huán)月飛行、下降著陸，再到重返地球，此次任務共花費了53天，先后經(jīng)歷了11個環(huán)環(huán)相扣的飛行階段，好比一場深空“接力賽”。

上天之“頭等大事”

為適應新的任務需求，設計團隊為“六姑娘”量身定制了由軌道器、返回器、著陸器、上升器組成的升級版“戰(zhàn)袍”，全重超過8噸，成為我國迄今最重的一顆深空探測器。如何將“六姑娘”送往月背，成為頭等大事。

為滿足這位重量級“乘客”的需求，長征五號運載火箭進行了多項設計優(yōu)化和工藝改進。借助“窄窗口多軌道”發(fā)射技術，連續(xù)兩天、每天50分鐘的窗口內(nèi)設計的10條奔月軌道，更好地把握住了發(fā)射窗口，助其順利進入地月轉(zhuǎn)移軌道。

萬里通信“鵲橋”牽

月背不僅難以從地球上觀測到，還常?！安辉诜諈^(qū)”，任何飛往月背的探測器都無法直接實現(xiàn)與地球的測控通信和數(shù)據(jù)傳輸。要想抵達月背并實施采樣，建立可靠的通信鏈路是關鍵。預先部署在軌道上的“鵲橋二號”不僅提高了地月之間的通信覆蓋能力，還有著較強的靈活性和任務擴展能力，作為探秘月球的最強“傳聲筒”，為地球與月背的互通互聯(lián)“牽線搭橋”。

“太空剎車”是關鍵

為使自身相對速度低于月球逃逸速度，從而被月球引力捕獲，“六姑娘”在飛臨月球附近時，通過“太空剎車”成功投入了月球的“懷抱”。然而，實現(xiàn)“太空剎車”并不簡單：若“剎車”力度不夠，未能成功減速的“六姑娘”很可能滑入太空“流浪”；若“剎車”過猛，“六姑娘”則可能撞向月球。因此，這腳“太空剎車”是成功落月的關鍵。

近月制動后，嫦娥六號就進入了環(huán)月逆行軌道，意味著其環(huán)月飛行的方向與月球的自轉(zhuǎn)方向相反，這樣能提升探測器與月球之間的相對速度，讓探測器更好地穩(wěn)定在環(huán)月軌道上。

“兩次避障”算法強

“六姑娘”先后兩次的障礙識別與落點選擇，得益于“粗精接力避障”技術，這其中，算法是精髓。月背不如月面那樣平坦，著陸區(qū)的選擇及精準著陸是任務的難題之一。

在落月過程中，著陸器和上升器組合體（著上組合體）通過隨時修正降落姿勢，在對預定著陸區(qū)域進行拍照分析后再前往著陸區(qū)域，完成第一次“粗避障”。在距離月面更近的預定高度時，著上組合體還能實現(xiàn)短暫懸停，再次對月面進行拍照并精準規(guī)避障礙，確定最終落點，實現(xiàn)第二次“精避障”。

“纖纖美腿”落輕盈

從發(fā)射到返回地面，嫦娥六號整個任務時長較嫦娥五號多了30天，這主要是用于等待合適的落月時機。

“六姑娘”落月前需調(diào)整環(huán)月軌道高度和傾角，再選擇時機使軌道器和返回器組合體（軌返組合體）與著上組合體分離。隨后，著上組合體實施月球背面著陸。最后一落還得益于四條輕質(zhì)、高強的“纖纖美腿”——“著陸緩沖機構”的助力。每條著陸腿都由主腿、副腿和足墊組成，它們各有分工，協(xié)同工作。主、副腿在著陸時能支撐探測器，有效吸收沖擊能量。搭配的四個盆狀結構的足墊，不僅能起到很好的緩沖作用，還能防止探測器在著陸時“摔倒”。

成功采樣我看“中”

受限于中繼通信的通信時長，“六姑娘”在月面停留的48小時里，實際“挖土”的時間不到14小時，她不僅要克服測控、光照、電源等難題，還要“快、準、狠”地完成多點、多樣化自動采樣。隨著采樣步驟的序列化合并，一個指令即可助她完成多步操作。機械臂的同步提速以及采樣路徑的優(yōu)化共同提高了采樣效率。

此外，首次獨立動態(tài)展示用玄武巖熔融拉絲技術制成的國旗，在月背“自拍”打卡發(fā)“朋友圈”……“六姑娘”一件也沒落下。

從月背飛離，“六姑娘”還需借助中繼星，在制導導航與控制系統(tǒng)這位經(jīng)驗豐富的“駕駛員”的引導下，實現(xiàn)自主定位、定姿，完成上升器上升和入軌的動作。飛離時留下的“中”字印記，正是她完美表現(xiàn)的最好見證。

“太空水漂”助回歸

返回階段，“六姑娘”還利用半彈道跳躍式返回技術在星際上演了一場“太空水漂”?！疤账钡淖畲箫L險在于第一次進入大氣層。其間，既要利用大氣層阻力盡量降低返回器速度，又要保證返回器有足夠“力氣”再次躍入太空，同時還要讓返回器保持一定的飛行路徑，并能在固定位置穿過大氣層。

高速進入大氣層的嫦娥六號返回器，穿著加工難度極高的“金鐘罩鐵布衫”，經(jīng)受住了高溫燒灼的考驗，在降落傘兩次綻放的“紅白傘花”的護佑下，載譽歸來。

2024年6月25日14時07分，嫦娥六號返回器準確著陸于內(nèi)蒙古自治區(qū)四子王旗預定區(qū)域，圓滿完成了既定任務。本次任務搭載了歐空局月表負離子分析儀、法國氡氣探測儀、意大利激光角反射器、巴基斯坦立方星等4個國際載荷，務實高效的國際合作受到國際社會廣泛關注和好評，更彰顯了我國作為航天大國自信、開放、包容的心態(tài)。未來，深空探測越發(fā)成為大國空間戰(zhàn)略博弈的主戰(zhàn)場，圍繞深空科技制高點的競爭空前激烈，新一輪載人登月任務正在拉開大幕。

（本文由中國科學技術大學工程科學實驗教學中心主任倪向貴審核把關）

（欄目編輯" 方郁芝）