航天科普｜嫦娥六号，月背“挖土”为哪般？

“小时不识月，呼作白玉盘。”唐代大诗人李白在他的《古朗月行》一诗中，写出了孩童眼中的月亮。直到今天，我们对这个“近邻”的认识依然有限，尤其是“白玉盘”的另一面——月背。

从科学意义上讲，月球由于被地球潮汐锁定，其自转周期和公转周期相同，所以永远只有一面朝向地球。那么，月球的背面究竟藏着哪些不为人知的秘密？

65年前的1959年，苏联月球3号探测器拍到月球背面第一张影像图，尽管分辨率很低，但由此揭开了月背的神秘面纱；3年后，美国徘徊者4号探测器以硬着陆方式撞击月背，但遗憾的是并未传回任何数据。

此后的数十年间，虽然有多个国家的探测器拍摄到月背的“芳容”，但真正实现航天器月背软着陆的目前只有中国。

2019年年初，中国的“嫦娥四号”实现人类航天器首次在月背巡视探测；2020年年底，“嫦娥五号”实现月球正面无人采样返回；2024年5月3日，在前期技术积累和充分论证的基础上，“嫦娥六号”向月球进发——开启了人类航天器首次月背采样返回的征程。

为何要去月背采样？

“一方面是人们对月背特别好奇，想了解不知道的东西；另一方面，‘嫦娥四号’去了以后，其传回的种种科学数据显示，月球背面确实存在很多不同于月球正面的科学现象，特别需要获取样品，供科研人员进一步研究。”中国探月工程四期总设计师、中国航天科技集团有限公司科技委副主任于登云院士一语中的。

嫦娥六号任务的预选着陆和采样区是月球背面南极-艾特肯盆地。这个被公认为月球上最大、最古老、最深的盆地，直径约2500公里，堪比昆仑山脉的长度，深度约13公里，比马里亚纳海沟更深。

“嫦娥四号”就着陆于该盆地的冯·卡门撞击坑内。在嫦娥四号任务中，科研人员开展了月球背面巡视区形貌和矿物组分研究、月基低频射电天文观测与研究等。

其中，利用嫦娥四号就位光谱探测数据，中国科研团队证明了南极-艾特肯盆地存在以橄榄石和低钙辉石为主的深部物质，为解答有关月幔物质组成的问题提供了直接证据。

此次“嫦娥六号”计划着陆于南极-艾特肯盆地东北部的阿波罗撞击坑边缘。如果把月球一剖为二，以月核为圆心，月球背面南半球“嫦娥六号”的落点与月球正面北半球“嫦娥五号”的落点将大致呈现出中心对称关系。

待月背样品被带回地球，科研人员将之与“嫦娥五号”采集的样品进行比照研究，将有助于进一步分析月壤的结构、物理特性、物质组成等，并深化对月球成因和演化历史的认识。

然而，去月背“挖土”，岂是容易的事？

一方面，月背无法与地球直接通信，需要首先解决探测器和地球之间的测控通信及数据传输问题；另一方面，月背遍布大大小小的陨石坑，地形复杂，起伏较大，探测器着陆下降、开展月面工作、起飞上升等环节都存在很大风险。

越是艰险越向前。今年3月，鹊桥二号中继星成功发射。这座地月新“鹊桥”是月背采样返回和南极探测任务中探测器与地球通信的唯一通道，为“嫦娥六号”开展着陆探测和采样返回提供可靠通信保障。

在“嫦娥六号”为期约53天的任务周期内，逆行轨道、智能采样、月背起降是最为重要的几道“雄关险隘”。

3年多前，降落在月球正面的嫦娥五号探测器采用环月顺行轨道，沿着月球自转方向，从西向东飞行。而“嫦娥六号”则采用环月逆行轨道，也就是从东向西飞行，以此适应月球背面的采样任务。

在采样过程中，即使有中继星加持，当中继星飞行至月球正面时，嫦娥六号着陆器与上升器组合体还是会有几个小时处于“失联”状态。为此，研制团队通过提高探测器的自主控制能力，进行了智能采样设计，省去了几百条上行指令，大大提高月面工作效率。

相比月球正面丰富的探测经验，人类对月球背面知之甚少，起伏不平的地形地貌对探测器安全软着陆提出了更高要求。“嫦娥六号”采用了多脉冲轨道控制策略，通过精确的自动化设计方式，使探测器如期到达预定着陆区。完成工作后，它还要从月面起飞，将“成果”顺利运回地球。

回望人类探月历程，月球之上已经留下许多足迹。这一次，“嫦娥六号”即将翩然落下，再次创造人类探月的新高度。

来源：《中国航天报》、中国航天基金会