人們對月背一直充滿好奇,。

1959年，蘇聯(lián)月球三號探測器成功拍攝到了月球背面的第一張照片,，人們首次目睹月球背面的真容,。在這張模糊的照片中，人們意識到月球背面與正面不太一樣——它的地形更加復雜,，有更多的隕石坑和山脈,。而且月球背面比正面要更厚，這意味著它的地殼構造可能也不同,。

近幾十年來,，通過美國阿波羅系列任務、蘇聯(lián)月球系列任務和中國嫦娥系列任務,，人類從月球采回了數百公斤樣品,，但目前還缺乏從月球背面帶回的原位樣本，科學家們提出的一系列基本問題仍未得到解決,，比如月球背面的地殼成分和結構是什么,？月球地幔的成分是什么？月球背面撞擊盆地的形成年齡是什么,？

月球背面是一個巨大的謎題,，等待著我們去揭開。其探測對于人類了解月球結構,、地質特征以及宇宙起源具有重要意義,。

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5月3日，嫦娥六號探測器帶著我們的好奇心出發(fā),，執(zhí)行人類首次月球背面采樣返回任務,。

月背采樣返回難在哪？

過五關斬六將,，精準落月背

嫦娥六號和嫦娥五號就像一對“雙胞胎”,，身高一樣,，體重也差不多。從頭到腳打量,，嫦娥六號探測器主要由上升器,、著陸器、返回器,、軌道器組成,，四器功能各不相同。

嫦娥六號探測器（來源：航天科技集團五院）

軌道器像一輛運輸車,，它承擔著探測器在不同軌道上的飛行任務,，嫦娥六號飛抵月球附近，軌道器要及時“剎車”,，幫助探測器進入環(huán)繞月球軌道,，采樣結束完成交會對接和樣品轉移后，軌道器將在合適的時機進入月地轉移軌道,，護送返回器回到地球,。

返回器頭尖尖、肚圓圓,，負責保護月壤,，與軌道器分離后，它將獨自躍進稠密的地球大氣層,，最終降落地球,，平安帶回世界第一份月背“土特產”。

嫦娥六號探測器各部分示意（來源：@中國的航天）

上升器的主要作用是攜帶采集的月壤樣品,，從月球背面起飛上升,，把月壤順利交給返回器。著陸器則具備多重功能,，在降落時“背負”上升器落在月球表面，降落后通過鉆取和表取兩種方式,，完成月壤的采樣和封裝,，采樣結束后變身發(fā)射塔架，幫助上升器完成點火起飛,。

這次的月球之旅,，采樣地點從月球正面變?yōu)樵虑虮趁妫虼随隙鹆柡玩隙鹚奶栆粯?，必須通過中繼星進行地月連線,。同時，研制人員對嫦娥六號探測器上的部分產品進行檢測替換,，并對導航控制指令進行重新設計,，更好地適應月背采樣任務需求,。

鵲橋二號中繼星已經提前2個月出發(fā)，在環(huán)月凍結軌道上等待多時,。

中繼星環(huán)繞月球一圈需要24小時,，當衛(wèi)星飛到月球背面和南極上空，4.2米口徑天線指向月球背面,，衛(wèi)星分別與嫦娥六號上升器,、著陸器、軌道器建立聯(lián)系,，0.6米口徑天線通過自帶的“手臂”轉動方向指向地球,，與地面站傳遞信息；當中繼星飛到月球正面和北極,，與嫦娥六號著陸器上升器組合體短暫失聯(lián),，此時的嫦娥六號需要根據程序自主開展工作。

中繼通信示意（來源：@中國的航天）

為確保嫦娥六號探測器更可靠地工作,，來自航天科技集團五院的研制人員在采樣效率方面進行改進設計,，使探測器有更高的自主能力，比如,，表取采樣過程設計了17個獨立的序列,，器上可以自主判讀遙測數據，通過序列組合完成表取采樣全部工作,，整個采樣任務可以減少約500條器地指令交互,，節(jié)省約6個小時的時間……總之，探測器上的“自主”設計體現(xiàn)在全流程的方方面面,。

從發(fā)表在《科學》的一篇論文中可以看到,，南極-艾特肯盆地的地形和高程圖異常復雜，著陸區(qū)附近遍布著大大小小的高地,。“作為航天工程師,，我們的任務就是權衡我們的設計是不是能夠滿足任務需求。”五院嫦娥六號探測器研制人員介紹,，嫦娥六號任務從技術上面臨的挑戰(zhàn)之一,，就是探測器如何實現(xiàn)高精度地、安全地著陸,。

為了充分利用已有條件,，減少嫦娥六號技術狀態(tài)的變化，研制團隊突破了月球逆行軌道設計與控制技術,，使嫦娥六號探測器在自東向西的環(huán)月逆行軌道上飛行,，確保探測器姿態(tài)幅度調整最小、在飛行過程中技術狀態(tài)穩(wěn)定,。

為了能夠準確落在預定區(qū)域,，五院研制團隊優(yōu)化軌道設計和控制,，使其在預定時間精準著陸在預選位置；優(yōu)化整個動力下降和著陸過程的策略,，提高著陸安全性,，在沒有地面控制的直接幫助下，使其能夠獨立完成任務,。

為什么要進行月背采樣,？

破解月球二分性之謎

由于潮汐鎖定的效應，月球的自轉周期與繞地公轉周期保持一致,，使得地球上始終只能看到月球近地一側,，于是月球可見的一側被稱為月球正面，而看不到的另一側被稱為月球背面,，正面和背面在表面地形地貌,、元素分布和月殼厚度特征等方面均存在著巨大差異——也就是“二分性”現(xiàn)象。

著陸點要選在哪里呢,？南極-艾特肯盆地吸引了眾多科學家的注意,，它是月球公認最大、最古老,、最深的盆地,，面積大小接近半個中國。嫦娥四號的著陸位置就位于這個大盆地里面,。這個巨大區(qū)域是整個月球最令人著迷的區(qū)域,。

在月球形成初期，許多大型的撞擊會破壞月殼,，使深部的巖漿涌出并充填撞擊盆地而形成月海,。但科學家們發(fā)現(xiàn)，南極-艾特肯盆地中并沒有像其他大型撞擊坑一樣被來自月幔的巖漿覆蓋,。

“南極-艾特肯盆地是小天體直接撞擊形成的,，按照現(xiàn)有的撞擊理論和模擬，這次撞擊挖掘的深度很大,，應該把深部月幔的物質都拋射到了月球表面,，但是到目前為止還未發(fā)現(xiàn)大面積出露的月幔橄欖巖，其原因還不得而知,。”中國地質大學（武漢）行星科學研究所教授肖龍表示,。

此外,，南極-艾特肯盆地深達13公里,，一些靠近南極的區(qū)域會長時間地處在陰暗之中而未受到陽光的照射，被稱為永久陰影區(qū),，那里極有可能有“水冰”存在,，這為科學家們在月球上找水,，甚至建立月球基地帶來了希望。

但“半個中國”的范圍太大了,，具體如何選擇去哪里采集樣本,？在嫦娥六號的任務中，科學家們希望在樣品中發(fā)現(xiàn)有記錄月球地質歷史的“記憶石”,，能夠記載月球上發(fā)生的火山噴發(fā),、隕石撞擊、太空風化等一系列活動,。

于是他們進一步縮小著陸區(qū)域,，從科學價值和工程實現(xiàn)的角度考慮，共同鎖定了一塊位于南極-艾特肯盆地的平坦地形區(qū)域——阿波羅撞擊坑內部平原,。

“確定阿波羅盆地內部火山活動的時間和成分特征,，就可以推斷出在那個時間段月球的熱狀態(tài)，以及深部的物質組成,，從而反演月球的形成及演化歷史,，這是一環(huán)套一環(huán)的過程。”肖龍介紹,。

從科學認知角度來看,，科學家們通過分析阿波羅撞擊坑樣品數據，可以建立全月火山活動的年齡框架,，更好地分析月球背面和正面在火山活動方面存在的差異,，進一步解開月球二分性之謎。而從應用價值角度來看,，科學家們還會在這里繼續(xù)尋找可能存在的氦-3和水冰等揮發(fā)物資源,，為未來的深空探索提供重要的科學數據和技術支撐。

如何做到人類首次,？

“嫦娥”書寫人類探月新篇章

千里之行,，始于足下。今年是中國探月工程立項20周年,，憑借此前扎實的積累,，中國航天踏上人類首次月背采樣的征途。

2007年,，嫦娥一號環(huán)月飛行,，全方位研究了月球的總體情況。

3年后,，備份星嫦娥二號再出發(fā),，獲得了當時世界上最清晰的7米分辨率全月球影像圖和三維立體模型圖，重點區(qū)域的影像分辨率達到1米,，為后續(xù)落月任務打下基礎,。

2013年,，嫦娥三號成功著陸在月球正面，中國成為世界上第三個實現(xiàn)地外天體軟著陸的國家,。

時隔5年,，在鵲橋中繼星的協(xié)助下，備份星嫦娥四號順利登陸月球背面南極-艾特肯盆地,，實現(xiàn)了人類首次在月球背面的軟著陸,，并開展著陸器的就位探測和月球車的巡視勘察。

2020年,，嫦娥五號順利采樣返回,，人類在時隔44年后再次獲取月球樣品，對月球的開發(fā)利用進入新一輪熱潮,。

中國科學院院士,、中國探月工程月球科學應用首任首席科學家歐陽自遠在公開演講中介紹，我國對于月球探測的整體戰(zhàn)略部署可以歸納為“探,、登,、駐”，探指的是無人月球探測,，登指的是建立月球科研站,，實現(xiàn)載人登月，駐指的是建設月球基地開發(fā)和駐扎,。探月工程“繞,、落、回”圓滿完成,，未來,，“登”和“駐”將成為新的時代課題。

站在前輩的肩膀上,，嫦娥六號有能力完成月背采樣返回任務,，中國航天有勇氣不斷超越自我、探索未知,。

探測月球的意義在哪里,？正如中國科學院院士、航天科技集團五院技術顧問葉培建所言,，面對當今世界局勢,，探月、探火的意義已經遠遠超過科學探索本身,，它是大國力量的象征,。

嫦娥六號任務積極開展國際合作，最終確定了歐空局月表負離子分析儀、法國月球氡氣探測儀,、意大利激光角反射器、巴基斯坦立方星等4個國際搭載項目,。

巴基斯坦的立方星搭載在軌道器上,，在嫦娥六號進入月球軌道后，立方星將被釋放,，獨立進行科學探測,。

意大利的激光角反射鏡，將成為人類第一個放置在月球背面的固定標識點,。此前,，人類曾將激光反射鏡放置在月球正面，科學家由此開展了地月距離測量等一系列長期實驗,，并發(fā)現(xiàn)了月球以每年3.8厘米的速度離開地球,。

氡是地球土壤和月球土壤都會釋放的一種放射性氣體，氡氣探測器可以讓我們更了解星球土壤和大氣中氣體的遷移,，從而進一步追蹤月球上水的蹤跡,。

月表負離子分析儀，將進行月表原位反向散射和濺射負離子探測,，由此開展行星科學的基礎問題研究,。

中國探月工程向來重視國際合作，中國探月的合作之門始終敞開,。國家航天局《中國的航天》白皮書中指出,，和平探索、開發(fā)和利用外層空間是世界各國都享有的平等權利,。中國已向國際開放嫦娥五號月球科研樣品申請,，并將在后續(xù)探月工程四期、行星探測工程相關任務中面向世界公開征集合作機遇,。

伴隨新一輪探月熱潮,，嫦娥六號月背采樣任務將拓展人類對月球的認知邊界，中國也將再一次為世界月球科學作出新的重大貢獻,。嫦娥六號探測任務,，不僅是中國探月計劃的一部分，更是人類對宇宙的探索之旅,。

未來,，嫦娥七號、嫦娥八號也將繼續(xù)前行,。它們的目標,，或許是月球南極的極地區(qū)域，或許是月球上的洞穴。它們將帶著更先進的科學儀器,、更精準的任務目標,，繼續(xù)揭開月球的神秘面紗。

（原標題：嫦娥六號如何帶回世界首份月背“土特產”）

【責任編輯：李彥昆】

【內容審核：符　堅】