首次到月球背面“挖土”!嫦娥六号探月任务难度有多高?(2)

2024-05-06 17:11  中国新闻周刊

此前,嫦娥四号已于2019年成功降落在月球背面,在人类历史上首次实现了航天器在月背的巡视勘察。嫦娥五号则于2020年带回了1731克月球正面的样品,意味着中国探月工程已经完全掌握了绕月、落月和采样返回的技术体系。嫦娥五号任务取回的月球样品使得一系列重要科学发现诞生。2021年,中国科学院地质与地球物理研究所团队仅用0.15克月壤,100天内在《自然》杂志上连发3篇文章,将科学界认知的月球岩浆活动结束时间推迟了8~9亿年。

在杨宇光看来,此次任务将嫦娥四号去月背与嫦娥五号月表采样两项任务相结合,意义重大。在月球3800万平方公里的表面上,人类目前只采样过10次,美国6次,苏联3次,中国1次,且采样点全部位于月球正面。月球背面和正面地形地貌差异很大,形成过程中有自身的特殊性,地质、火山活动、行星演化等方面的研究需要更多样品的支持。

嫦娥六号任务还搭载了4个他国探测器或卫星,包括法国的氡气探测仪、欧空局的负离子探测仪、意大利的激光角反射镜、巴基斯坦的立方星。杨宇光表示,在深空探测任务中让他国载荷"搭便车"是普遍现象,是出于整个飞行任务回报最大化、促进国际合作的考虑。嫦娥六号任务涉及进入奔月轨道、进入绕月轨道、到达月球表面、返回绕月轨道等关键节点,这些节点都有不同的科学意义,因此可以利用设计余量来搭载其他科学仪器。

对接或成最大难点

据悉,嫦娥六号任务将突破月球逆行轨道设计与控制、月背智能采样和月背起飞上升等关键技术。在技术实施过程中,嫦娥六号依然面临诸多难点。

月球背面的地形比正面更加崎岖,这为月背降落带来了困难。杨宇光表示,月球表面90%以上的低洼平坦区域都在月球的正面,这些区域称为月海,嫦娥五号就曾降落在月球正面的一片月海中。而月球背面除了莫斯科海以外,基本上没有大型月海,地形限制了探测器着陆的选点。历史上,苏联在1969~1970年间连续遭遇了5次无人探月失败,其中"月球-15"号采样返回飞行器在降落过程中撞上了山脉。月球-15号的失败源于其对复杂地形缺乏准确认知,在探索新区域时风险尤其高。

5月3日17时27分,嫦娥六号探测器搭乘长征五号遥八运载火箭升空。图/视觉中国

这一困难在月背还因地月通信问题而被放大。从月球正面登陆月球,地面可以和飞行器保持联系,地面测控站也可以提供轨道测量数据等支持。但由于月球阻挡信号,月球背面着陆的飞行器难以获得这些支持,只能靠中继卫星。为了架设地月通信"鹊桥",今年3月,探月工程提前发射了鹊桥二号中继卫星,为嫦娥六号及后续月背任务服务。

杨宇光指出,从测控专业角度推测,鹊桥二号不仅是信号中继,还是一个测控站,有测轨预报功能。在飞行器着陆和上升过程中,采样点、上升轨道等测量工作都可能需要通过鹊桥二号完成。测控站就像人的眼睛,为飞行器执行操作提供依据,是最重要的一步。即使执行出了问题,例如飞行轨道偏离,但若有及时的测量和修正,还可以挽回。

在杨宇光看来,最大的技术难点不在于月背起飞,而在于实现对接。着陆器和上升器的组合体需要和轨道器、返回器组合体对接,后者在环月轨道上有转到月球正面、让地面站测轨和通信的机会,但前者在月球表面得不到任何地面站的支持,只能跟鹊桥二号通信。在轨对接最基本的要求是,着陆器和上升器的组合体要进入和轨返组合体相同的轨道面,然后通过调整实现近距离交会、靠近和对接,对接轨道的测量需要非常精确。着陆器和上升器的组合体在绕月轨道上的飞行速度大概是一千六七百米每秒,如此的高速意味着极小的对接窗口。如果轨道都错了,将很难校正并实现对接。

根据国家航天局已公布的消息,嫦娥六号为国家探月工程四期的项目之一,此后还将组织嫦娥七号和八号的发射。嫦娥七号以月球科研站站址勘察为主,是不返回的飞行器。嫦娥八号涉及多项关键技术的突破,包括资源原位利用技术的验证等。二者预计将在2030年前构成中国月球科研站的基本型。杨宇光表示,在完整建成科研站前,还有许多技术难关等待攻克。

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