嫦娥六号全球首次月背取壤有何看点？专访国际宇航联空间运输委员会副主席杨宇光
封面新闻2024-06-02 12:44
封面新闻记者 赵雨笙
6月2日6时23分，嫦娥六号着陆器和上升器组合体在鹊桥二号中继星支持下，成功着陆在月球背面南极-艾特肯盆地预选着陆区。
5月3日，嫦娥六号探测器由长征五号遥八运载火箭在中国文昌航天发射场发射，之后准确进入地月转移轨道，发射任务取得成功。5天后，在北京航天飞行控制中心的精确控制下，嫦娥六号探测器成功实施近月制动，顺利进入环月轨道飞行。直至6月2日，成功着陆月球背面。
全球首次月球背面采样返回任务克服了哪些挑战？带回月球背面样品对于人类探索月球具有什么重要意义？封面新闻记者专访国际宇航联空间运输委员会副主席、中国航天科工集团二院研究员杨宇光。
国际宇航联空间运输委员会副主席、中国航天科工集团二院研究员杨宇光。受访者供图
奔月路程需要克服哪些挑战？
嫦娥六号探测器由轨道器、返回器、着陆器和上升器四部分组成。嫦娥六号全重超过8吨，比嫦娥五号还重100公斤。其搭乘的长征五号是大型低温液体捆绑式运载火箭，主要用于发射空间站、探月探测器、地球静止轨道卫星等任务，被航天爱好者亲切地称为“胖五”。
此外，嫦娥六号任务还搭载了4个他国探测器或卫星，包括法国的氡气探测仪、欧空局的负离子探测仪、意大利的激光角反射镜和巴基斯坦的立方星。
“长征五号是国内目前唯一奔月轨道运载能力超过8吨的火箭，嫦娥上天只能由‘胖五’执行。”在杨宇光看来，深空探测任务中让他国载荷“搭便车”是出于让整个飞行任务回报最大化、促进国际合作的考虑。“嫦娥六号任务涉及多个不同关键节点，可以利用设计余量搭载其他科学仪器。”
嫦娥六号奔月之旅遇到的第一个重要挑战就是实施近月制动，顺利进入环月轨道飞行。近月制动这脚“刹车”是整个嫦娥六号任务中最关键的一步，对踩“刹车”的时机要求很高。
近月“第一脚刹车”为什么至关重要？杨宇光向封面新闻记者介绍，近月制动是嫦娥六号在飞行过程中的一次关键轨道控制。月球虽然比地球小很多，但仍然是大引力的天体。嫦娥六号飞临月球附近时，实施“刹车”制动，使其相对速度低于月球逃逸速度，从而被月球引力捕获，实现绕月飞行。“‘刹车’踩过头就会离月球太远；如果没踩够，就会冲过月球”。
在杨宇光看来，与此前成功在月球正面采样归来的嫦娥五号相比，嫦娥六号首次月球背面采样任务的新增挑战在于，月背降落、采样、起飞都需要通过中继卫星测控，整个过程无法通过地面站直接监控。
研究月背土壤有何重要意义？
进入环月轨道后，嫦娥六号经过了20多天的位置调整才最终完成落月。杨宇光表示，在鹊桥二号中继星的支持下，嫦娥六号探测器调整环月轨道高度和倾角，最终择机实施轨道器、返回器组合体与着陆器、上升器组合体分离。
6月2日6时23分，嫦娥六号着陆器和上升器组合体在鹊桥二号中继星支持下，成功着陆在月球背面南极-艾特肯盆地预选着陆区。图据国家航天局
随后，着陆器、上升器组合体实施月球背面南极-艾特肯盆地软着陆，按计划开展月球背面采样返回任务。
在月球表面，嫦娥六号将采用表面取样的方式，在月面多个位置铲取月壤或拾取月岩。杨宇光介绍，嫦娥六号还会采用钻取方式探查浅层月壤，并采集样品。由轨道器、返回器组成的组合体将在轨道上环绕，等待接应完成工作后的着陆器、上升器组合体。在二者轨道交会对接的过程中，嫦娥六号还将在环月轨道开展多项科学探测。
“此次任务将嫦娥四号降落月背与嫦娥五号月表采样两项任务结合，挑战更多。”在杨宇光看来，在月球3800万平方公里的表面，人类目前只进行过10次采样，且采样点全部位于月球正面。月球背面和正面地形地貌差异很大，对其地质、火山活动、行星演化等方面的研究需要更多样品的支撑。
2020年，嫦娥五号带回1731克月球正面的样品，意味着中国探月工程完全掌握绕月、落月和采样返回的技术体系。次年，中国科学院地质与地球物理研究所的学者仅用0.15克月壤，便在《自然》杂志连发3篇文章，将科学界认知的月球岩浆活动结束时间推迟8～9亿年。
“此次实施月背采样的南极-艾特肯盆地，被认为是月球上最大、最古老和最深的盆地。”杨宇光认为，该盆地是月壳演化三个独立的地体之一，可能保存月球上古老的岩石，具有重要的科研价值，或将带来比嫦娥五号更多的研究发现。
采样返回面临哪些难点？
在月面工作48小时完成月背样品采样后，嫦娥六号就将开展月面上升、环月轨道交会对接等工作。
“最大的技术难点不在于月背起飞，而在于实现对接。”杨宇光介绍，着陆器、上升器组合体需要和轨道器、返回器组合体对接，后者组合体在环月轨道上有转到月球正面让地面站测轨和通信的机会，但前者组合体在月球表面得不到任何地面站的支持，只能与鹊桥二号通信。
杨宇光表示，在轨对接最基本的要求是，着陆器、上升器组合体要进入和轨道器、返回器组合体相同的轨道面，再通过调整实现近距离交会、靠近和对接，整个过程中对接轨道的测量需要非常精确。
“着陆器、上升器组合体在绕月轨道上的飞行速度大概是每秒一千六七百米，如此高速意味着极小的对接窗口。”在杨宇光看来，如果轨道都错了，将很难校正并实现对接。
从月面起飞后，探测器将在月球轨道等待合适的返回时机再进行月地转移入射。月地转移入射的主要目的是通过在月球轨道上的轨道机动，使轨道器、返回器组合体顺利进入月地转移轨道。届时，嫦娥六号探测器将摆脱月球引力，进入月地转移轨道返回地球。
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