人们对月球背面一直充满好奇。它的地形更复杂，有更多陨石坑和山脉，犹如一个巨大的谜题，一直等待人类揭开“月之暗面”的神秘面纱。“五一”假期，嫦娥六号探测器搭乘长征五号遥八运载火箭发射升空，正式开启“月背征途”和“挖宝之旅”。截至5月8日记者发稿时，嫦娥六号已成功实施近月制动，顺利进入环月轨道飞行。此外，我国将在2030年前实施载人登月，为此正在紧锣密鼓地研制长征十号新一代运载火箭、梦舟飞船、揽月着陆器以及载人月球车和登月服等，目前各项工作进展顺利，也让国人对登月充满期待。
月球采样 飞过去还要返回来
嫦娥六号探测器主要由上升器、着陆器、返回器、轨道器组成，其功能各不相同。新华社报道，作为贯穿任务全过程的核心产品之一，嫦娥六号的轨道器承担着地月往返运输的重要使命。它将在相距38万公里的地月之间，完成月壤样品的“空中接力”，是名副其实的“地月巴士”。
在月面“挖土”，此前已不乏先例：上世纪，美国航空航天局（NASA）的阿波罗载人登月计划曾6次成功登月，共带回382千克月壤和月岩样品。苏联则先后3次完成月球无人采样任务，月球16号、月球20号和月球24号自动采样探测器共带回300余克月球样本。2020年底，中国的嫦娥五号从月球正面采集了1731克月壤样本。
本次地月征途面临多重考验，中国航天科技集团张玉花介绍，嫦娥六号月背取壤将历经运载发射段、地月转移段、近月制动段、环月飞行段、着陆下降段、月面工作段、月面上升段、交会对接和样品转移段、环月等待段、月地转移段和再入回收段共十一个阶段，是我国航天史上最复杂的任务。从发射到回收，嫦娥六号轨道器面临飞行阶段多、器间状态多、分离次数多的三重考验。
在发射升空后，轨道器将携带着陆上升组合体（着陆器与上升器）和返回器，依次完成地月转移、中途修正和近月制动；在进入环月轨道后，轨道器与着陆上升组合体分离，并携带返回器留轨。轨道器就像一辆运输车，承担着探测器在不同轨道上的飞行任务。嫦娥六号飞抵月球附近，轨道器要及时“刹车”，帮助探测器进入环绕月球轨道；采样结束并完成交会对接和样品转移后，轨道器将在合适的时机进入月地转移轨道，护送返回器回到地球。
返回器“头尖尖、肚圆圆”，负责保护月壤样本。与轨道器分离后，它将独自进入稠密的地球大气层，最终降落在地球上，平安带回世界上第一份月背“土特产”。
“嫦娥六号探测器需要进入近地点200公里、远地点约38万公里的地月转移轨道，这对火箭的运载能力提出了很高要求”。中国航天科技集团李平岐告诉记者，考虑到嫦娥六号探测器比嫦娥五号探测器重约100公斤，设计人员对箭上产品进行了设计优化和工艺改进，将长征五号火箭的地月转移轨道运载能力提升100公斤，以充分满足“乘客”的要求。
《中国航天报》报道，为确保嫦娥六号探测器更可靠地工作，来自航天科技集团五院的研制人员在采样效率方面进行改进设计，使探测器拥有更强的自主能力。例如，表取采样过程设计了17个独立的序列，器上可以自主判读遥测数据，通过序列组合完成表取采样全部工作，整个采样任务可以减少约500条器地指令交互，节省约6个小时的时间……总之，探测器上的自主设计体现在全流程的方方面面。
为了能够准确降落在预定区域，航天科技集团五院研制团队优化轨道设计和控制，使其在预定时间精准着陆在预选位置；同时优化整个动力下降和着陆过程的策略，提高着陆安全性，在没有地面控制的直接帮助下，使其能够独立完成任务。
月背“挖土” 需要克服重重困难
去月球采样并安全返回如今已不是一件太难的事情，真正难的是到月球背面去“挖土”，此举可以说是前所未有，也大大增加了月表“挖土”的难度。这又是为什么呢？
科普中国网站报道称，作为地球唯一的天然卫星，月球既幸运也不幸地被地球潮汐锁定，导致它的自转速度与公转速度逐步趋同，最终结果就是月球只能“直面”地球。而对于月球背面的情况，我们则无法在地球上直接观察——月背存在于人类视野的盲区内。同样，月背也是无线电盲区，也就是通信盲区。因此，任何飞到月背、落到月背的探测器，受月球自身遮挡，都无法直接与地球建立联系，实现数据传输。
为解决这一难题，鹊桥二号中继星提前两个月出发，已在环月冻结轨道上等待多时。而早在2018年，鹊桥一号中继星的成功发射，就已保障嫦娥四号和玉兔二号月背软着陆，在地球与月背之间架起一座跨越40多万千米的通信桥梁，真正实现了世界领跑。
“与2020年实现月球正面采样返回的嫦娥五号任务不同，嫦娥六号任务需要在鹊桥二号中继星的支持下，首次完成月球背面采样返回，突破月球逆行轨道设计和控制、月背智能快速采样、月背起飞上升等关键技术”。嫦娥六号副总设计师王琼对媒体表示，与月球正面相比，月背基本是古老的月壳和高地，坑洞更多，可能隐藏着月球形成和演化的秘密，因此更具科研价值。
为何选择南极-艾特肯盆地作为着陆点？“我们对月背‘已知’很少，‘未知’很多”。中国航天科技集团逯运通告诉《中国航天报》记者，南极-艾特肯盆地是月球最大、最深、最古老的一个撞击坑，其面积接近半个中国，嫦娥六号有望在这里获得更为古老的月壤。
“南极-艾特肯盆地是小天体直接撞击形成的，按照现有撞击理论和模拟，这次撞击的深度很大，应该把深部月幔的物质都抛射到了月球表面，但截至目前仍未发现大面积出露的月幔橄榄岩，其原因尚不可知。”中国地质大学（武汉）行星科学研究所教授肖龙表示。
此外，南极-艾特肯盆地深达13公里，一些靠近南极的区域长时间处在阴暗之中，未受到阳光照射，被称为“永久阴影区”。那里极可能有“水冰”存在，这为科学家在月球上找水甚至建立月球基地带来了希望。
另据第一财经报道，嫦娥六号此次“奔月”任务全过程约53天。探测器与火箭分离后，预计将于6月初登陆月球背面。嫦娥六号抵达月球后，探测器将花费两天时间挖掘两公斤样本，然后返回地球，预计将在位于内蒙古自治区的四子王旗着陆场着陆。
未来20年 “嫦娥”将书写人类探月新篇章
今年是我国实施探月工程20周年。按照规划，我国将于2026年发射嫦娥七号，它拟采用绕、落、巡、飞跃等综合探测方式着陆在月球南极，为未来建立长期、可连续运行的综合性月球科研站奠定基础；拟于2028年发射的嫦娥八号由着陆器、飞跃器、巡视器和月面作业机器人等组成，将着陆在嫦娥七号附近，并与其构成基本型月球科研站。届时，我国还将建成鹊桥通导遥综合星座，服务载人登月和火星、金星等深空探测。2040年前，我国将与俄罗斯等多国合作，建成完善型国际月球科研站，之后还将建造应用型月球科研站。
“让嫦娥六号探测器依照我们设计的目标精准抵达月背，并在采样后安全平稳地返回地球，这就是我们GNC（制导导航与控制）分系统的工作。”中国航天科技集团于洁说，她全程参与了嫦娥六号探测器的飞控工作。从嫦娥三号到嫦娥六号，于洁一路见证中国探月的向上轨迹。在她眼中，这是“追逐梦想、勇于探索、协同攻坚、合作共赢”的探月精神最真实的体现。
中国科学院院士、中国探月工程月球科学应用首任首席科学家欧阳自远曾在公开演讲中介绍，我国对于月球探测的整体战略部署可以归纳为“探、登、驻”：“探”指的是无人月球探测；“登”指的是建立月球科研站，实现载人登月；“驻”指的是建立月球基地，进行资源开发和驻扎。目前，探月工程“绕、落、回”已圆满完成，未来“登”和“驻”将成为新的时代课题。
我们探测月球的意义在哪里？正如中国科学院院士、航天科技集团五院技术顾问叶培建所言，面对当今世界局势，探月、探火的意义已经远远超出科学探索本身，它是大国力量的象征。
值得一提的是，嫦娥六号任务积极开展国际合作，最终确定了欧洲航天局的月表负离子分析仪、法国的月球氡气探测仪、意大利的激光角反射器和巴基斯坦的立方星等4个国际搭载项目。
月表负离子分析仪将进行月表原位反向散射和溅射负离子探测，由此开展行星科学的基础问题研究。氡是地球土壤和月球土壤都会释放的一种放射性气体，氡气探测仪可以让我们更了解星球土壤和大气中气体的迁移，从而进一步追踪月球上水的踪迹。意大利的激光角反射器将成为人类第一个放置在月球背面的固定标识点。此前，人类曾将激光角反射器放置在月球正面，科学家由此开展了地月距离测量等一系列长期实验，并发现月球正以每年3.8厘米的速度远离地球。巴基斯坦的立方星被搭载在轨道器上，在嫦娥六号进入月球轨道后，立方星将被释放，独立进行科学探测。随着更多国际项目加入，中国探月的“朋友圈”将越来越大。
中国探月工程向来重视国际合作，中国探月的合作之门始终对外敞开。国家航天局《中国的航天》白皮书指出，和平探索、开发和利用外层空间是世界各国都享有的平等权利。中国已向国际开放嫦娥五号月球科研样品申请，并将在后续探月工程四期及行星探测工程相关任务中面向世界公开征集合作机遇。
皎皎明月，照耀着中华儿女孜孜求索的梦想与希冀。月遥路远，嫦娥六号已踏上前往月背的征途，只待38万公里外采样凯旋。（王永军 综合报道）
链接：中国民航报电子报 (caacmedia.cn)
（原载《中国民航报》2024年5月10日）
