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嫦娥六號「挖土」歸來!月球背面到底有誰在啊?

2024-07-03科學

6月25日14時07分,嫦娥六號返回器攜帶人類首份月球背面樣品,精準著陸在內蒙古四子王旗,任務取得圓滿成功。

嫦娥六號這次任務歷經了11個階段

就像一場精心策劃的 宇宙大冒險

經初步測算,嫦娥六號任務采集月球背面樣品1935.3克。在樣品安全運輸至中國科學院國家天文台月球樣品實驗室後,地面套用系統的科研人員將按計劃開展月球樣品的儲存、制備和處理,啟動科研工作。

嫦娥六號任務的11個階段

嫦娥六號任務是中國航天史上迄今為止技術水平最高的月球探測任務,實作了 「三大技術突破」 「一項世界第一」 ,即突破了 月球逆行軌域設計與控制技術、月背智慧采樣技術、月背起飛上升技術 ,實作了 世界首次月球背面自動采樣返回 ,再次創造了中國航天的世界紀錄。

月球背面有什麽?

月球探測是人類走出地球搖籃,邁向浩瀚宇宙的第一步。大家知道嗎?月球正面和背面的土壤,在地質構造、物質成分等方面存在顯著差異!迄今為止,人類已進行10次月球采樣返回,但這些采樣 均位於月球正面

由於長期受到地球重力的影響,月球正面地質活動相對活躍,形成了眾多的撞擊坑和山脈。而月球背面則因受到地球重力的影響較小,地質活動相對較弱, 保存了大量古老的地質資訊。

月壤一抔,星河萬年

選擇在月球背面南極-艾特肯盆地著陸,正是看中了這一地區豐富的科學價值。 南極-艾特肯盆地是現在發現的月球上最大、最深、最古老的盆地 ,研究這裏的地質構成、物質組成、演化歷史,有助於了解月球甚至地球早期的地質演化歷史。

透過對這一地區月球樣品的研究,科學家們有望揭開月球乃至太陽系早期演化的神秘面紗。

嫦娥六號任務總設計師胡浩透露的訊息來看:嫦娥六號采樣過程中感覺月球背面和正面的月壤不太一樣, 正面的月壤比較細膩,月背的月壤比較粘稠和結塊。 這個細節也再次證明了嫦娥六號月球樣品的差異化,也說明了其價值較高。

怎麽在月球背面「挖土」?

想要飛到月背,嫦娥六號首先要進入近地點200公裏、遠地點約38萬公裏的地月轉移軌域。在月球背面挖土面臨著 通訊、地形和著陸、測控、環境和技術等 多方面的困難。

通訊困難

由於月球自轉周期與公轉周期時長相同,月球總是以相同的一面朝向地球。受到月球本身的遮擋,月球背面不能與地面測控站直接通訊,因此需要透過鵲橋二號中繼星提供中繼通訊支持。

地形崎嶇

月球背面地貌以高地為主,遍布撞擊坑,地形較為崎嶇,無大面積平坦區域和地形,可能對著陸區內探測器造成光照、測控遮擋等難題。

環境惡劣

月球背面的環境極為惡劣,溫度極低且放射線強烈,對探測器的效能和穩定性提出了極高的要求。

6月2日至3日,嫦娥六號順利完成在月球背面南極-艾特肯盆地的智慧快速采樣,並將珍貴的月球背面樣品封裝存放在上升器攜帶的貯存裝置中, 完成了這份宇宙快遞的「打包裝箱」

嫦娥六號采用 快速智慧采樣技術 ,將月面采樣的有效工作時間縮短至不到20個小時;同時,探測器經受住了月背溫差考驗,克服了測控、光照、電源等難題,透過 鉆具鉆取和機械臂表取 兩種方式,分別采集了月球樣品。

鉆取采樣

表取采樣

嫦娥六號著陸器配置的 降落相機、全景相機、月壤結構探測儀、月球礦物光譜分析儀 等多種有效載荷正常開機,服務月表形貌及礦物組分探測與研究、月球淺層結構探測、采樣區地下月壤結構分析等探測任務。

嫦娥六號在月球背面的全身照,出自一個隨嫦娥六號登月的拍照機器人。

6月3日,嫦娥六號攜帶的「移動相機」自主移動後

拍攝並回傳的著陸器和上升器合影

圖源:國家航天局

嫦娥六號完成月背采樣後,這台小機器人自主分離到月球表面,自主移動到合適的拍攝位置、自主選擇拍攝角度和自主構圖並進行成像位置的智慧最佳化,最終拍攝了這幅著陸器上升器組合體在月球背面的第三視角真實影像。

地面可以透過Wi-Fi告訴它指令,但是如果沒有需要的時候它完全可以自主,就是一個很獨立的「小孩」。

「挖」完怎麽回家?

嫦娥六號高約7.2公尺,由軌域器、返回器、著陸器、上升器四部份組成,全重超過8噸, 比嫦娥五號還要重100公斤。

嫦娥六號結構示意圖

在再入返回任務中,嫦娥六號采用的是「高速半彈道跳躍式再入返回技術方案」,也就是俗稱的 「太空打水漂」

在嫦娥六號順利完成在月球背面的取樣工作後,上升器與著陸器分離、起飛,進入近月點15 km、遠月點180 km的上升目標軌域。上升器經過次軌域機動,進入高度為210 km的環月圓軌域。當上升器位於軌反組合體前方約50 km、上方約10km時,軌反組合體開始主動逼近,抓捕上升器。

完成交會對接後,上升器就要轉交月壤樣品至返回器內部。當飛行至地球約5000 km高度時,返回器與軌域器解鎖分離,進入高速載入返回跟蹤測量鏈跟蹤範圍,軌域器進行規避機動。

在120 km高度,返回器已接近第二宇宙速度,反彈道跳躍式載入大氣,降落於內蒙古四子王旗著陸場,完成這趟歷時53天的地月往返之旅。 這一過程就像我們小時候在河邊打水漂一樣,因此得名「打水漂」。

跳躍式再入返回飛行航跡示意圖

這種獨特的運動軌跡大大減小了航天器在返回過程中承受的過載,從而有效保障了儀器和人員的安全。

嫦娥六號的成功著陸和采樣返回,不僅標誌著中國探月工程取得了新的裏程碑式成果,也為人類探索月球和深空領域提供了新的視角和思路。讓我們共同期待嫦娥六號以及後續探月任務帶給我們更多的驚喜和發現!