月背“快遞” 成功“簽收”！嫦娥六號(hào)探月之旅經(jīng)歷了哪些挑戰(zhàn)？
6月25日14時(shí)7分，嫦娥六號(hào)返回器攜帶來(lái)自月背的月球樣品安全著陸在內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定區(qū)域。中共中央總書記、國(guó)家主席、中央軍委主席習(xí)近平發(fā)來(lái)賀電，代表黨中央、國(guó)務(wù)院和中央軍委，向探月工程嫦娥六號(hào)任務(wù)指揮部并參加任務(wù)的全體同志致以熱烈祝賀和誠(chéng)摯問(wèn)候。習(xí)近平在賀電中指出，嫦娥六號(hào)在人類歷史上首次實(shí)現(xiàn)月球背面采樣返回，是我國(guó)建設(shè)航天強(qiáng)國(guó)、科技強(qiáng)國(guó)取得的又一標(biāo)志性成果。20年來(lái)，參與探月工程研制建設(shè)的全體同志弘揚(yáng)探月精神，勇攀科技高峰，取得了舉世矚目的重大成就，走出一條高質(zhì)量、高效益的月球探測(cè)之路。接下來(lái)就來(lái)看看嫦娥六號(hào)的這次探月之旅都經(jīng)歷了怎樣的挑戰(zhàn)。
2024年6月25日，內(nèi)蒙古四子王旗航天著陸場(chǎng)迎來(lái)了一位特殊的“客人”，經(jīng)過(guò)53天的太空漫游，嫦娥六號(hào)返回器順利著陸。嫦娥六號(hào)給地球帶回了一份厚禮——一份來(lái)自月背的月球樣品，這也是人類首次實(shí)現(xiàn)月背采樣及返回。
今天上午，嫦娥六號(hào)返回器已經(jīng)空運(yùn)至北京，后續(xù)樣品儲(chǔ)存、分析和研究工作也將展開(kāi)。從5月3日發(fā)射升空到6月25日返回，嫦娥六號(hào)探測(cè)器成功完成任務(wù)，再一次在月球上留下了中國(guó)的探月足跡。而在這53天里，在肉眼所見(jiàn)不到的月球背后，嫦娥六號(hào)經(jīng)歷了一次又一次的挑戰(zhàn)。在這諸多挑戰(zhàn)中，最引人關(guān)注的當(dāng)屬降落月球。
6月2日6時(shí)許，嫦娥六號(hào)探測(cè)器即將降落月背。此次任務(wù)的預(yù)選著陸區(qū)——月球背面南極－艾特肯盆地，落差達(dá)10多公里，這就好比要把一臺(tái)小型卡車降落到崇山峻嶺中，不僅需要精確避障，還要有先進(jìn)的制導(dǎo)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)來(lái)確保安全著陸。
6點(diǎn)09分，嫦娥六號(hào)著陸器和上升器組合體開(kāi)始實(shí)施動(dòng)力下降，隨后主發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)機(jī)。其間，組合體進(jìn)行快速姿態(tài)調(diào)整和障礙自動(dòng)檢測(cè)，根據(jù)月面明暗選擇大致安全點(diǎn)。嫦娥六號(hào)在離降落點(diǎn)還有100米的高度進(jìn)行懸停，這懸停的3秒鐘對(duì)于落月格外關(guān)鍵。
中國(guó)航天科技集團(tuán)關(guān)軼峰：在懸停的時(shí)候成像和障礙識(shí)別，然后進(jìn)行規(guī)避，相當(dāng)于分兩部分，先眼睛確認(rèn)，看一眼什么地方比較平坦，記住那個(gè)地方，然后傳到腦子里，知道那是平坦的，再移過(guò)去，在平坦區(qū)域上方再往下降。
專家所說(shuō)的眼睛，是指一臺(tái)三維成像敏感器，在落月之前，三維成像敏感器利用激光三維掃描進(jìn)行精確拍照以檢測(cè)月面障礙，最終選定著陸點(diǎn)完成著陸。
在同濟(jì)大學(xué)的一個(gè)試驗(yàn)場(chǎng)里，大大小小的木板通過(guò)不同的高度和角度，模擬從空中看到的地面起伏，用來(lái)驗(yàn)證激光成像技術(shù)的準(zhǔn)確性。
同濟(jì)大學(xué)測(cè)繪與地理信息學(xué)院院長(zhǎng)謝歡：對(duì)于著陸避障來(lái)說(shuō)，主要在乎的是地面上是不是平坦，要避開(kāi)超過(guò)20厘米的坑和石頭，所以我們?cè)趫?chǎng)地里面仿真了不同的場(chǎng)景，大大小小的坑和不同大小的石塊，盡可能還原在月球表面上可能會(huì)威脅安全著陸的場(chǎng)景。
但是，地面的靜止實(shí)驗(yàn)精度再高，也無(wú)法應(yīng)對(duì)實(shí)際工作時(shí)探測(cè)器的晃動(dòng)。就像在顛簸的汽車上拍照成像效果很差?？蒲袌F(tuán)隊(duì)想到的應(yīng)對(duì)措施就一個(gè)字：快。
敏感器可以在0．25秒的時(shí)間內(nèi)，對(duì)月球一定范圍的地形進(jìn)行精細(xì)的探測(cè)。而且在懸停短短3秒鐘的時(shí)間內(nèi)，自主避障系統(tǒng)要完成所有測(cè)量和計(jì)算工作，它僅有三次做出判斷的機(jī)會(huì)。
嫦娥六號(hào)的自主避障能力，幫助它遠(yuǎn)離了危險(xiǎn)的區(qū)域，成功著陸月背。著陸成功，只是完成了這次月面工作任務(wù)的關(guān)鍵第一步，接下來(lái)還要進(jìn)行采樣任務(wù)，這個(gè)挑戰(zhàn)更為艱巨。受限于月球背面中繼通信時(shí)長(zhǎng)，嫦娥六號(hào)采用快速智能采樣技術(shù)，將月面采樣的有效工作時(shí)間縮短為不到20個(gè)小時(shí)，通過(guò)鉆具鉆孔取樣和機(jī)械臂表面取樣兩種方式，分別采集月球樣品。
中國(guó)航天科技集團(tuán)史偉：落月以后，首先相機(jī)要對(duì)整個(gè)采樣區(qū)進(jìn)行成像。采樣區(qū)大致的起伏程度也好，有沒(méi)有石頭也好，避開(kāi)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，所以我們首先要在內(nèi)場(chǎng)把整個(gè)月面的環(huán)境真實(shí)地還原回來(lái)。
在被稱為嫦娥六號(hào)的“預(yù)訓(xùn)練場(chǎng)”，根據(jù)嫦娥六號(hào)拍攝傳回的著陸區(qū)影像圖，在中國(guó)航天科技集團(tuán)五院的地面實(shí)驗(yàn)室里，科研人員迅速地還原了著陸點(diǎn)周圍的地貌。落月后，嫦娥六號(hào)并不是直接開(kāi)始取樣，而是要先通過(guò)在這里進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，并把操作指令上傳到月球后，才開(kāi)始實(shí)際采樣。
鉆取過(guò)程持續(xù)了約3個(gè)小時(shí)，獲取了月球背面不同深度的月球樣品。除了鉆孔取樣，還通過(guò)機(jī)械臂表面鏟取方式采集了月球樣品，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)的自動(dòng)采樣。為此，科研人員設(shè)計(jì)了十多個(gè)表面取樣采集點(diǎn)位。跟嫦娥五號(hào)相比，嫦娥六號(hào)在智能化和自主化方面有了很大的改進(jìn)。
中國(guó)航天科技集團(tuán)馬如奇：只要發(fā)一條指令，它就把整個(gè)任務(wù)都給連貫起來(lái)了，比如觸月、采樣，然后到放樣，整個(gè)過(guò)程中只需要一條指令把它全給連起來(lái)就全部執(zhí)行了，這樣效率提高了。
讓航天人意想不到的是，表面取樣結(jié)束后，月面出現(xiàn)了一個(gè)“中”字。
中國(guó)航天科技集團(tuán)賈曉宇：最開(kāi)始選采樣點(diǎn)只是根據(jù)表面看到的圖形選出來(lái)的，我們會(huì)根據(jù)翻出來(lái)的樣品動(dòng)態(tài)調(diào)整采樣點(diǎn)的位置，“中”字的斜收筆和“中”字的頭部其實(shí)就是這樣產(chǎn)生的。本來(lái)我們可能除了“中”字之外還會(huì)多鏟幾鏟，但是最后發(fā)現(xiàn)“中”字的最后一筆形成以后，正好這個(gè)樣品容器也幾乎要滿了。各種意外催成了“中”字的產(chǎn)生，可能注定中國(guó)要在月球上留下自己的印記。
月背留下的中國(guó)印記，也許只是個(gè)美麗的巧合，但這個(gè)印跡不僅記錄了嫦娥六號(hào)探測(cè)器的工作軌跡，也見(jiàn)證了中國(guó)人對(duì)于月球探索的堅(jiān)定決心和不懈努力。在采樣工作完成后，嫦娥六號(hào)著陸器攜帶的五星紅旗在月球背面成功展開(kāi)。
縱觀世界航天史，在嫦娥六號(hào)之前，人類所有的月球采樣全部位于月球正面。因此，對(duì)于嫦娥六號(hào)第一次帶回來(lái)的月背樣品，全世界的科學(xué)家都在關(guān)注著。
嫦娥六號(hào)上搭載了4個(gè)國(guó)際載荷，分別來(lái)自歐空局、法國(guó)、意大利和巴基斯坦，其中意大利國(guó)家核物理研究所研制的，用于測(cè)距和定位的激光角反射器是一種能夠進(jìn)行精度為毫米級(jí)別的測(cè)距和定位的儀器。在實(shí)驗(yàn)室里，研究員的主要工作之一就是通過(guò)真空艙室來(lái)模擬太空環(huán)境，不斷對(duì)激光角反射器的精度進(jìn)行測(cè)試。負(fù)責(zé)人表示，中國(guó)在空間探索領(lǐng)域的開(kāi)放合作令人印象深刻。
而在中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，實(shí)驗(yàn)室早已準(zhǔn)備就緒，等待著嫦娥六號(hào)的返回。2021年，這個(gè)科研團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)嫦娥五號(hào)月球樣品的研究，揭示了20億年前月球仍存在巖漿活動(dòng)，刷新了人類對(duì)月球巖漿活動(dòng)和演化歷史的認(rèn)知?？茖W(xué)家們希望嫦娥六號(hào)的樣品研究能帶來(lái)更多新的發(fā)現(xiàn)。
中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員李獻(xiàn)華：南極－艾特肯盆地是月球上最古老的撞擊坑，也是最大的撞擊坑，甚至是整個(gè)內(nèi)太陽(yáng)系最大的撞擊坑，這次撞擊對(duì)月球后期的演化歷史意義深遠(yuǎn)。我們自然就會(huì)問(wèn)是什么時(shí)候撞的？這次我們到這個(gè)地方去采樣，很有可能采到跟這次撞擊有關(guān)系的一些記錄，我們把它的年齡測(cè)出來(lái)。第二，月球的正面和背面不一樣，到底怎么不一樣，需要樣品來(lái)分析。
科研團(tuán)隊(duì)拿到月壤后的第一步是樣本制備，挑選工作要在顯微鏡下進(jìn)行，手部任何一點(diǎn)多余的抖動(dòng)都會(huì)導(dǎo)致顆粒無(wú)法被有效挑選，后續(xù)研究也就無(wú)從談起。
專家表示，嫦娥六號(hào)采集到的珍貴月球樣品，將為人類提供更多關(guān)于月球的寶貴數(shù)據(jù)和信息，有望深化人類對(duì)月球成因和演化歷史的研究。
中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員吳福元：以前我們認(rèn)為月球30億年前就死了，結(jié)果嫦娥五號(hào)的樣品發(fā)現(xiàn)，20億年前還有巖漿活動(dòng)。后面還有沒(méi)有，我們現(xiàn)在也不敢肯定說(shuō)一定就沒(méi)有了，所以說(shuō)人類對(duì)月球的了解非常有限。嫦娥工程已經(jīng)20年了，這么多年才返回來(lái)一點(diǎn)樣品，我們一定要把航天上的優(yōu)勢(shì)變成科學(xué)上的優(yōu)勢(shì)，集中力量來(lái)做科學(xué)上的產(chǎn)出和突破。
從5月3日發(fā)射升空，迢迢38萬(wàn)公里奔赴月球，到準(zhǔn)確實(shí)施近月制動(dòng)；從成功著陸月背，月面智能采樣，到從月面上升，在軌交會(huì)對(duì)接、樣品轉(zhuǎn)移，到今天返回地球家園，圓滿完成使命，嫦娥六號(hào)探月之旅歷經(jīng)53天，每一步都包含了無(wú)數(shù)科研工作者的努力?；厥蘸蟮逆隙鹆?hào)返回器在完成必要的地面處理工作后，將空運(yùn)至北京開(kāi)艙，取出樣品容器及搭載物。國(guó)家航天局將擇機(jī)舉行交接儀式，正式向地面應(yīng)用系統(tǒng)移交月球樣品，后續(xù)開(kāi)展樣品儲(chǔ)存、分析和研究相關(guān)工作。我們期待著科學(xué)家們的好消息，也相信嫦娥六號(hào)的工作會(huì)幫助我們解開(kāi)更多關(guān)于月球、關(guān)于太陽(yáng)系的奧秘。
