航天科普|嫦娥六號,月背「挖土」為哪般?

「小時不識月,呼作白玉盤。」唐代大詩人李白在他的《古朗月行》一詩中,寫出了孩童眼中的月亮。直到今天,我們對這個「近鄰」的認識依然有限,尤其是「白玉盤」的另一面——月背


從科學意義上講,月球由於被地球潮汐鎖定,其自轉周期公轉周期相同,所以永遠只有一面朝向地球。那麼,月球的背面究竟藏著哪些不為人知的秘密?


65年前的1959年,蘇聯月球3號探測器拍到月球背面第一張影像圖,儘管解析度很低,但由此揭開了月背的神秘面紗;3年後,美國徘徊者4號探測器以硬著陸方式撞擊月背,但遺憾的是並未傳回任何數據。


此後的數十年間,雖然有多個國家的探測器拍攝到月背的「芳容」,但真正實現航天器月背軟著陸的目前只有中國。


2019年年初,中國的「嫦娥四號」實現人類航天器首次在月背巡視探測;2020年年底,「嫦娥五號」實現月球正面無人採樣返回;2024年5月3日,在前期技術積累和充分論證的基礎上,「嫦娥六號」向月球進發——開啟了人類航天器首次月背採樣返回的征程。



為何要去月背採樣?


「一方面是人們對月背特別好奇,想了解不知道的東西;另一方面,『嫦娥四號』去了以後,其傳回的種種科學數據顯示,月球背面確實存在很多不同於月球正面的科學現象,特別需要獲取樣品,供科研人員進一步研究。」中國探月工程四期總設計師、中國航天科技集團有限公司科技委副主任於登雲院士一語中的。


嫦娥六號任務的預選著陸和採樣區是月球背面南極-艾特肯盆地。這個被公認為月球上最大、最古老、最深的盆地,直徑約2500公里,堪比崑崙山脈的長度,深度約13公里,比馬里亞納海溝更深。


「嫦娥四號」就著陸於該盆地的馮·卡門撞擊坑內。在嫦娥四號任務中,科研人員開展了月球背面巡視區形貌和礦物組分研究、月基低頻射電天文觀測與研究等。


其中,利用嫦娥四號就位光譜探測數據,中國科研團隊證明了南極-艾特肯盆地存在以橄欖石和低鈣輝石為主的深部物質,為解答有關月幔物質組成的問題提供了直接證據。



此次「嫦娥六號」計劃著陸於南極-艾特肯盆地東北部的阿波羅撞擊坑邊緣。如果把月球一剖為二,以月核為圓心,月球背面南半球「嫦娥六號」的落點與月球正面北半球「嫦娥五號」的落點將大致呈現出中心對稱關係


待月背樣品被帶回地球,科研人員將之與「嫦娥五號」採集的樣品進行比照研究,將有助於進一步分析月壤的結構、物理特性、物質組成等,並深化對月球成因和演化歷史的認識。


然而,去月背「挖土」,豈是容易的事?


一方面,月背無法與地球直接通信,需要首先解決探測器和地球之間的測控通信及數據傳輸問題;另一方面,月背遍布大大小小的隕石坑,地形複雜,起伏較大,探測器著陸下降、開展月面工作、起飛上升等環節都存在很大風險。


越是艱險越向前。今年3月,鵲橋二號中繼星成功發射。這座地月新「鵲橋」是月背採樣返回和南極探測任務中探測器與地球通信的唯一通道,為「嫦娥六號」開展著陸探測和採樣返回提供可靠通信保障。


在「嫦娥六號」為期約53天的任務周期內,逆行軌道、智能採樣、月背起降是最為重要的幾道「雄關險隘」。


3年多前,降落在月球正面的嫦娥五號探測器採用環月順行軌道,沿著月球自轉方向,從西向東飛行。而「嫦娥六號」則採用環月逆行軌道,也就是從東向西飛行,以此適應月球背面的採樣任務。


在採樣過程中,即使有中繼星加持,當中繼星飛行至月球正面時,嫦娥六號著陸器與上升器組合體還是會有幾個小時處於「失聯」狀態。為此,研製團隊通過提高探測器的自主控制能力,進行了智能採樣設計,省去了幾百條上行指令,大大提高月面工作效率。



相比月球正面豐富的探測經驗,人類對月球背面知之甚少,起伏不平的地形地貌對探測器安全軟著陸提出了更高要求。「嫦娥六號」採用了多脈衝軌道控制策略,通過精確的自動化設計方式,使探測器如期到達預定著陸區。完成工作後,它還要從月面起飛,將「成果」順利運回地球。


回望人類探月曆程,月球之上已經留下許多足跡。這一次,「嫦娥六號」即將翩然落下,再次創造人類探月的新高度。


來源:《中國航天報》、中國航天基金會