2024年5月3日,中国⽂昌航天发射场,⻓征五号运载⽕箭将我国嫦娥六号探测器成功送⼊奔向⽉球的旅程!这次去⽉球,嫦娥六号有什么任务?为什么被称为“⽆⼈探⽉史上最难任务”?去⽉背,从嫦娥四号到嫦娥六号。⽉球是地球最近的邻居,也是唯⼀的天然卫星,是出现在⼈类各种⽂明中的重要元素,也是⼏千年来中国神话传说和⽂⼈骚客们魂牵梦绕的所在。
然⽽,由于潮汐锁定作⽤,⽉球围绕地球运动的公转周期和⾃身的⾃转周期完全⼀致,导致⼈类基本只能看到⽉球正⾯、⽽永远⽆法看到⽉背。进⼊航天时代后,⼈类终于可以利⽤环绕⽉球⻜⾏的探测器看到⽉球背⾯。从上图可以看出,⽉球正⾯和背⾯是截然不同的,正⾯存在⼤量的“⽉海”(暗⾊区域),⽽背⾯则遍布撞击坑、神秘莫测。然⽽,由于⽉球的遮挡,⽉球背后是航天通信的“禁区”,很难实地探测。
正因如此,美国、苏联此前的⽆⼈和载⼈登⽉活动,仅能在⽉球正⾯开展。第⼀个破局者是我国的嫦娥四号探测器。它于2019年1⽉3⽇10时26分着陆⽉球背⾯,实现了⼈类航天的重⼤突破。为解决通信问题,我国提前在⽉球背后6.5万公⾥之外的地⽉拉格朗⽇⼆点附近部署了⼀颗通信中继卫星鹊桥号,“俯瞰地⽉”,⽀持地球与嫦娥四号的联系。⽽嫦娥六号将会带来更⼤更显著的突破。
因为它最核⼼的任务是从⽉球背后采取⽉壤样本并带回地球,这将是⼈类航天史⽆前例的巨⼤成就。⽉背探测与采样返回,可能颠覆⼈类⽉球的认知。⽉球背⾯环形⼭和撞击坑的⽐例达到了97.5%,远⾼于正⾯(69%),形成原因和⽬前的情况只有理论解释,缺乏实地验证。⼤量的剧烈碰撞产⽣熔岩,各类物质含量丰富,或许留有⽉幔最原始的成分,保留了⽉球最深层的秘密。
⽽嫦娥六号聚焦的南极-艾特肯盆地是太阳系第⼆⼤超级撞击坑,早在1998年,美国的⽉球勘探者号就发现这⾥存在⽔冰,⽽且更接近⽉球最原始的情况。我国的嫦娥四号探测器和⽟兔⼆号巡视器着陆在其中的冯·卡⻔环形⼭,对巡视区域的形貌和矿物组份研究、⽉表浅层结构、中⼦及辐射剂量和中性原⼦等研究都取得了重⼤突破。
然⽽,在⽉球上利⽤有限仪器设备的原位探测⽆法太过深⼊,如果能把样本带回地球、在拥有⼤型科研设备的各类专业实验室中分析,必将取得更显著的研究成果。2020年,我国的嫦娥五号探测器实现了从⽉球正⾯采样返回,随后我国科研⼯作者利⽤样本开展的深⼊研究在国际上引起了巨⼤影响。
例如,⾸次在天然地质样品中发现三⽅结构Ti2O和三斜结构Ti2O等Ti纳⽶矿物,⾸次发现⽉壤中存在天然玻璃纤维,最“年轻”的⽉球样本(仅有约19.6亿年)。这些成就极⼤丰富了⼈类对⽉球正⾯的认知。毫⽆疑问,嫦娥六号预计采回的2千克⽉背⼟壤样本,将会重塑甚⾄颠覆⼈类对⽉球的认知。
此外,嫦娥六号还搭载了多个国际合作的科研设备,如欧空局的欧⽅研制的⽉表负离⼦分析仪、法国的氡⽓探测载荷、意⼤利的激光⻆反射镜等。这些设备都代表了各国科学家对⽉球探测最新鲜的好奇⼼,我们也期望中外携⼿做出最顶级的科研成果。⼈类⽆⼈探测⽉球的难度之最。为⽀持更复杂的嫦娥六号采样返回任务,我国已在2024年3⽉20⽇发射了新⼀代的“鹊桥⼆号”通信中继卫星,⽬前正稳定运⾏。
嫦娥六号探测器组合体总重达8.2吨,是⼈类⽆⼈探⽉史上最复杂最重的探测器。嫦娥六号由轨道器、返回器、着陆器和上升器四⼤部分组成。
其中,轨道器主要负责往返⽉球期间的动⼒、能量、通信和交会对接需求等;返回器负责保管⽉壤采样样本,重返地球⼤⽓并安被全回收;着陆器负责携带上升器顺利降落⽉球,完成⽉⾯打钻采样、机械臂抓取采样和相关科研任务等;上升器负责携带收集的⽉壤样本,离开⽉球表⾯,与轨道器再次对接,将⽉壤转移⾄返回器中。
嫦娥六号探测器要实现组合体制动绕⽉、软着陆⽉球、采集⽉壤样本、⽉球上空交会对接、返回地球并着陆等⼀系列⾼难度操作,它的轨道器、着陆器和上升器都需要携带独⽴却各⾃功能不同的复杂推进系统。整个探测器共有五个分离⾯,意味着多次分离、对接,⽽⼤部分动作都要在⽉球附近、甚⾄⽉球背后进⾏,实施难度远超以往任务,可以说是⼈类⽆⼈探测⽉球的难度之最。预祝嫦娥六号圆满完成任务!中国⼈踏上⽉球,指⽇可待。
嫦娥奔⽉是个美丽的神话,嫦娥探⽉⼯程的命名⾃然深受这个神话的影响。⽬前,我国的探⽉⼯程已经进⼊第四期,后续的嫦娥七号计划开展对⽉球地形地貌、物质成份、空间环境的综合探测,嫦娥⼋号将集中于科学探测试验和关键技术进⼀步突破。为与国际上的其他⽉球探测任务相结合,我国计划在下⼀个⼗年建⽴⼩型国际⽉球科研站,⽬标是⽀持⻓时段、较⼤规模的科学探测、技术试验与⽉球资源开发利⽤。
⽽中国的载⼈登⽉项⽬也在迅速推进中,总体⽬标是2030年前实现中国⼈登陆⽉球。⽬前各系统正按计划开展研制建设,重型登⽉运载⽕箭、梦⾈载⼈⻜船、揽⽉⽉⾯着陆器、登⽉服等主要⻜⾏产品均已完成⽅案研制⼯作,正在全⾯开展初样产品⽣产和各项试验。中国⼈距离踏上⽉球,已经越来越近了!