人們對(duì)月背一直充滿(mǎn)好奇,。

1959年,，蘇聯(lián)月球三號(hào)探測(cè)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(shí)到月球背面與正面不太一樣——它的地形更加復(fù)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(gòu)造可能也不同,。

近幾十年來(lái),，通過(guò)美國(guó)阿波羅系列任務(wù)、蘇聯(lián)月球系列任務(wù)和中國(guó)嫦娥系列任務(wù),，人類(lèi)從月球采回了數(shù)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(xué)家們提出的一系列基本問(wèn)題仍未得到解決,，比如月球背面的地殼成分和結(jié)構(gòu)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(gè)巨大的謎題,，等待著我們?nèi)ソ议_(kāi),。其探測(cè)對(duì)于人類(lèi)了解月球結(jié)構(gòu)、地質(zhì)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(hào)探測(cè)器帶著我們的好奇心出發(fā)，執(zhí)行人類(lèi)首次月球背面采樣返回任務(wù),。

月背采樣返回難在哪,？

過(guò)五關(guān)斬六將，精準(zhǔn)落月背

嫦娥六號(hào)和嫦娥五號(hào)就像一對(duì)“雙胞胎”,，身高一樣,，體重也差不多。從頭到腳打量,，嫦娥六號(hào)探測(cè)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(hào)探測(cè)器（來(lái)源：航天科技集團(tuán)五院）

軌道器像一輛運(yùn)輸車(chē),，它承擔(dān)著探測(cè)器在不同軌道上的飛行任務(wù),，嫦娥六號(hào)飛抵月球附近，軌道器要及時(shí)“剎車(chē)”,，幫助探測(cè)器進(jìn)入環(huán)繞月球軌道,，采樣結(jié)束完成交會(huì)對(duì)接和樣品轉(zhuǎn)移后，軌道器將在合適的時(shí)機(jī)進(jìn)入月地轉(zhuǎn)移軌道,，護(hù)送返回器回到地球,。

返回器頭尖尖、肚圓圓,，負(fù)責(zé)保護(hù)月壤,，與軌道器分離后，它將獨(dú)自躍進(jìn)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(chǎn)”。

嫦娥六號(hào)探測(cè)器各部分示意（來(lái)源：@中國(guó)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(shí)“背負(fù)”上升器落在月球表面,，降落后通過(guò)鉆取和表取兩種方式,，完成月壤的采樣和封裝，采樣結(jié)束后變身發(fā)射塔架,，幫助上升器完成點(diǎn)火起飛,。

這次的月球之旅，采樣地點(diǎn)從月球正面變?yōu)樵虑虮趁?，因此嫦娥六?hào)和嫦娥四號(hào)一樣,，必須通過(guò)中繼星進(jìn)行地月連線(xiàn)。同時(shí),，研制人員對(duì)嫦娥六號(hào)探測(cè)器上的部分產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)替換,，并對(duì)導(dǎo)航控制指令進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，更好地適應(yīng)月背采樣任務(wù)需求,。

鵲橋二號(hào)中繼星已經(jīng)提前2個(gè)月出發(fā),，在環(huán)月凍結(jié)軌道上等待多時(shí)。

中繼星環(huán)繞月球一圈需要24小時(shí),，當(dāng)衛(wèi)星飛到月球背面和南極上空,，4.2米口徑天線(xiàn)指向月球背面，衛(wèi)星分別與嫦娥六號(hào)上升器,、著陸器,、軌道器建立聯(lián)系，0.6米口徑天線(xiàn)通過(guò)自帶的“手臂”轉(zhuǎn)動(dòng)方向指向地球,，與地面站傳遞信息,；當(dāng)中繼星飛到月球正面和北極，與嫦娥六號(hào)著陸器上升器組合體短暫失聯(lián),，此時(shí)的嫦娥六號(hào)需要根據(jù)程序自主開(kāi)展工作,。

中繼通信示意（來(lái)源：@中國(guó)的航天）

為確保嫦娥六號(hào)探測(cè)器更可靠地工作，來(lái)自航天科技集團(tuán)五院的研制人員在采樣效率方面進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì),，使探測(cè)器有更高的自主能力，比如,，表取采樣過(guò)程設(shè)計(jì)了17個(gè)獨(dú)立的序列,，器上可以自主判讀遙測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)序列組合完成表取采樣全部工作,，整個(gè)采樣任務(wù)可以減少約500條器地指令交互,，節(jié)省約6個(gè)小時(shí)的時(shí)間……總之，探測(cè)器上的“自主”設(shè)計(jì)體現(xiàn)在全流程的方方面面,。

從發(fā)表在《科學(xué)》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(fù)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(wù)就是權(quán)衡我們的設(shè)計(jì)是不是能夠滿(mǎn)足任務(wù)需求,。”五院嫦娥六號(hào)探測(cè)器研制人員介紹，嫦娥六號(hào)任務(wù)從技術(shù)上面臨的挑戰(zhàn)之一,，就是探測(cè)器如何實(shí)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(hào)技術(shù)狀態(tài)的變化,，研制團(tuán)隊(duì)突破了月球逆行軌道設(shè)計(jì)與控制技術(shù)，使嫦娥六號(hào)探測(cè)器在自東向西的環(huán)月逆行軌道上飛行,，確保探測(cè)器姿態(tài)幅度調(diào)整最小,、在飛行過(guò)程中技術(shù)狀態(tài)穩(wěn)定。

為了能夠準(zhǔn)確落在預(yù)定區(qū)域,，五院研制團(tuán)隊(duì)優(yōu)化軌道設(shè)計(jì)和控制,，使其在預(yù)定時(shí)間精準(zhǔn)著陸在預(yù)選位置；優(yōu)化整個(gè)動(dòng)力下降和著陸過(guò)程的策略,，提高著陸安全性,，在沒(méi)有地面控制的直接幫助下，使其能夠獨(dú)立完成任務(wù),。

為什么要進(jìn)行月背采樣,？

破解月球二分性之謎

由于潮汐鎖定的效應(yīng)，月球的自轉(zhuǎn)周期與繞地公轉(zhuǎn)周期保持一致,，使得地球上始終只能看到月球近地一側(cè),，于是月球可見(jiàn)的一側(cè)被稱(chēng)為月球正面，而看不到的另一側(cè)被稱(chēng)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(diǎn)要選在哪里呢,？南極-艾特肯盆地吸引了眾多科學(xué)家的注意,，它是月球公認(rèn)最大、最古老,、最深的盆地,，面積大小接近半個(gè)中國(guó)。嫦娥四號(hào)的著陸位置就位于這個(gè)大盆地里面,。這個(gè)巨大區(qū)域是整個(gè)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(huì)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(xué)家們發(fā)現(xiàn)，南極-艾特肯盆地中并沒(méi)有像其他大型撞擊坑一樣被來(lái)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(yīng)該把深部月幔的物質(zhì)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(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）行星科學(xué)研究所教授肖龍表示,。

此外,，南極-艾特肯盆地深達(dá)13公里，一些靠近南極的區(qū)域會(huì)長(zhǎng)時(shí)間地處在陰暗之中而未受到陽(yáng)光的照射,，被稱(chēng)為永久陰影區(qū),，那里極有可能有“水冰”存在，這為科學(xué)家們?cè)谠虑蛏险宜?，甚至建立月球基地帶?lái)了希望,。

但“半個(gè)中國(guó)”的范圍太大了，具體如何選擇去哪里采集樣本,？在嫦娥六號(hào)的任務(wù)中,，科學(xué)家們希望在樣品中發(fā)現(xiàn)有記錄月球地質(zhì)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(fēng)化等一系列活動(dòng)。

于是他們進(jìn)一步縮小著陸區(qū)域,，從科學(xué)價(jià)值和工程實(shí)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(nèi)部平原。

“確定阿波羅盆地內(nèi)部火山活動(dòng)的時(shí)間和成分特征,，就可以推斷出在那個(gè)時(shí)間段月球的熱狀態(tài),，以及深部的物質(zhì)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(guò)程,。”肖龍介紹。

從科學(xué)認(rèn)知角度來(lái)看,，科學(xué)家們通過(guò)分析阿波羅撞擊坑樣品數(shù)據(jù),，可以建立全月火山活動(dòng)的年齡框架，更好地分析月球背面和正面在火山活動(dòng)方面存在的差異,，進(jìn)一步解開(kāi)月球二分性之謎。而從應(yīng)用價(jià)值角度來(lái)看,，科學(xué)家們還會(huì)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(lái)的深空探索提供重要的科學(xué)數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐。

如何做到人類(lèi)首次,？

“嫦娥”書(shū)寫(xiě)人類(lèi)探月新篇章

千里之行,，始于足下,。今年是中國(guó)探月工程立項(xiàng)20周年，憑借此前扎實(shí)的積累,，中國(guó)航天踏上人類(lèi)首次月背采樣的征途,。

2007年，嫦娥一號(hào)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(hào)再出發(fā),，獲得了當(dāng)時(shí)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(diǎn)區(qū)域的影像分辨率達(dá)到1米，為后續(xù)落月任務(wù)打下基礎(chǔ),。

2013年,，嫦娥三號(hào)成功著陸在月球正面，中國(guó)成為世界上第三個(gè)實(shí)現(xiàn)地外天體軟著陸的國(guó)家,。

時(shí)隔5年,，在鵲橋中繼星的協(xié)助下，備份星嫦娥四號(hào)順利登陸月球背面南極-艾特肯盆地,，實(shí)現(xiàn)了人類(lèi)首次在月球背面的軟著陸,，并開(kāi)展著陸器的就位探測(cè)和月球車(chē)的巡視勘察。

2020年,，嫦娥五號(hào)順利采樣返回,，人類(lèi)在時(shí)隔44年后再次獲取月球樣品，對(duì)月球的開(kāi)發(fā)利用進(jìn)入新一輪熱潮,。

中國(guó)科學(xué)院院士,、中國(guó)探月工程月球科學(xué)應(yīng)用首任首席科學(xué)家歐陽(yáng)自遠(yuǎn)在公開(kāi)演講中介紹，我國(guó)對(duì)于月球探測(cè)的整體戰(zhàn)略部署可以歸納為“探,、登,、駐”，探指的是無(wú)人月球探測(cè),，登指的是建立月球科研站,，實(shí)現(xiàn)載人登月，駐指的是建設(shè)月球基地開(kāi)發(fā)和駐扎,。探月工程“繞,、落、回”圓滿(mǎn)完成,，未來(lái),，“登”和“駐”將成為新的時(shí)代課題。

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

探測(cè)月球的意義在哪里,？正如中國(guó)科學(xué)院院士,、航天科技集團(tuán)五院技術(shù)顧問(wèn)葉培建所言，面對(duì)當(dāng)今世界局勢(shì),，探月,、探火的意義已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)科學(xué)探索本身，它是大國(guó)力量的象征,。

嫦娥六號(hào)任務(wù)積極開(kāi)展國(guó)際合作,，最終確定了歐空局月表負(fù)離子分析儀、法國(guó)月球氡氣探測(cè)儀,、意大利激光角反射器,、巴基斯坦立方星等4個(gè)國(guó)際搭載項(xiàng)目。

巴基斯坦的立方星搭載在軌道器上,，在嫦娥六號(hào)進(jìn)入月球軌道后,，立方星將被釋放，獨(dú)立進(jìn)行科學(xué)探測(cè),。

意大利的激光角反射鏡,，將成為人類(lèi)第一個(gè)放置在月球背面的固定標(biāo)識(shí)點(diǎn)。此前,，人類(lèi)曾將激光反射鏡放置在月球正面,，科學(xué)家由此開(kāi)展了地月距離測(cè)量等一系列長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)，并發(fā)現(xiàn)了月球以每年3.8厘米的速度離開(kāi)地球,。

氡是地球土壤和月球土壤都會(huì)釋放的一種放射性氣體,，氡氣探測(cè)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(jìn)一步追蹤月球上水的蹤跡,。

月表負(fù)離子分析儀,，將進(jìn)行月表原位反向散射和濺射負(fù)離子探測(cè)，由此開(kāi)展行星科學(xué)的基礎(chǔ)問(wèn)題研究,。

中國(guó)探月工程向來(lái)重視國(guó)際合作,，中國(guó)探月的合作之門(mén)始終敞開(kāi)。國(guó)家航天局《中國(guó)的航天》白皮書(shū)中指出,，和平探索,、開(kāi)發(fā)和利用外層空間是世界各國(guó)都享有的平等權(quán)利。中國(guó)已向國(guó)際開(kāi)放嫦娥五號(hào)月球科研樣品申請(qǐng),，并將在后續(xù)探月工程四期,、行星探測(cè)工程相關(guān)任務(wù)中面向世界公開(kāi)征集合作機(jī)遇。

伴隨新一輪探月熱潮,，嫦娥六號(hào)月背采樣任務(wù)將拓展人類(lèi)對(duì)月球的認(rèn)知邊界,，中國(guó)也將再一次為世界月球科學(xué)作出新的重大貢獻(xiàn)。嫦娥六號(hào)探測(cè)任務(wù),，不僅是中國(guó)探月計(jì)劃的一部分,，更是人類(lèi)對(duì)宇宙的探索之旅。

未來(lái),，嫦娥七號(hào),、嫦娥八號(hào)也將繼續(xù)前行。它們的目標(biāo),，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(jìn)的科學(xué)儀器,、更精準(zhǔn)的任務(wù)目標(biāo),，繼續(xù)揭開(kāi)月球的神秘面紗。

（原標(biāo)題：嫦娥六號(hào)如何帶回世界首份月背“土特產(chǎn)”）

【責(zé)任編輯：李彥昆】

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