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嫦娥六号「挖土」归来!月球背面到底有谁在啊?

2024-07-03科学

6月25日14时07分,嫦娥六号返回器携带人类首份月球背面样品,精准着陆在内蒙古四子王旗,任务取得圆满成功。

嫦娥六号这次任务历经了11个阶段

就像一场精心策划的 宇宙大冒险

经初步测算,嫦娥六号任务采集月球背面样品1935.3克。在样品安全运输至中国科学院国家天文台月球样品实验室后,地面应用系统的科研人员将按计划开展月球样品的存储、制备和处理,启动科研工作。

嫦娥六号任务的11个阶段

嫦娥六号任务是中国航天史上迄今为止技术水平最高的月球探测任务,实现了 「三大技术突破」 「一项世界第一」 ,即突破了 月球逆行轨道设计与控制技术、月背智能采样技术、月背起飞上升技术 ,实现了 世界首次月球背面自动采样返回 ,再次创造了中国航天的世界纪录。

月球背面有什么?

月球探测是人类走出地球摇篮,迈向浩瀚宇宙的第一步。大家知道吗?月球正面和背面的土壤,在地质构造、物质成分等方面存在显著差异!迄今为止,人类已进行10次月球采样返回,但这些采样 均位于月球正面

由于长期受到地球引力的影响,月球正面地质活动相对活跃,形成了众多的撞击坑和山脉。而月球背面则因受到地球引力的影响较小,地质活动相对较弱, 保存了大量古老的地质信息。

月壤一抔,星河万年

选择在月球背面南极-艾特肯盆地着陆,正是看中了这一地区丰富的科学价值。 南极-艾特肯盆地是现在发现的月球上最大、最深、最古老的盆地 ,研究这里的地质构成、物质组成、演化历史,有助于了解月球甚至地球早期的地质演化历史。

通过对这一地区月球样品的研究,科学家们有望揭开月球乃至太阳系早期演化的神秘面纱。

嫦娥六号任务总设计师胡浩透露的消息来看:嫦娥六号采样过程中感觉月球背面和正面的月壤不太一样, 正面的月壤比较细腻,月背的月壤比较粘稠和结块。 这个细节也再次证明了嫦娥六号月球样品的差异化,也说明了其价值较高。

怎么在月球背面「挖土」?

想要飞到月背,嫦娥六号首先要进入近地点200公里、远地点约38万公里的地月转移轨道。在月球背面挖土面临着 通信、地形和着陆、测控、环境和技术等 多方面的困难。

通信困难

由于月球自转周期与公转周期时长相同,月球总是以相同的一面朝向地球。受到月球本身的遮挡,月球背面不能与地面测控站直接通信,因此需要通过鹊桥二号中继星提供中继通信支持。

地形崎岖

月球背面地貌以高地为主,遍布撞击坑,地形较为崎岖,无大面积平坦区域和地形,可能对着陆区内探测器造成光照、测控遮挡等难题。

环境恶劣

月球背面的环境极为恶劣,温度极低且辐射强烈,对探测器的性能和稳定性提出了极高的要求。

6月2日至3日,嫦娥六号顺利完成在月球背面南极-艾特肯盆地的智能快速采样,并将珍贵的月球背面样品封装存放在上升器携带的贮存装置中, 完成了这份宇宙快递的「打包装箱」

嫦娥六号采用 快速智能采样技术 ,将月面采样的有效工作时间缩短至不到20个小时;同时,探测器经受住了月背温差考验,克服了测控、光照、电源等难题,通过 钻具钻取和机械臂表取 两种方式,分别采集了月球样品。

钻取采样

表取采样

嫦娥六号着陆器配置的 降落相机、全景相机、月壤结构探测仪、月球矿物光谱分析仪 等多种有效载荷正常开机,服务月表形貌及矿物组分探测与研究、月球浅层结构探测、采样区地下月壤结构分析等探测任务。

嫦娥六号在月球背面的全身照,出自一个随嫦娥六号登月的拍照机器人。

6月3日,嫦娥六号携带的「移动相机」自主移动后

拍摄并回传的着陆器和上升器合影

图源:国家航天局

嫦娥六号完成月背采样后,这台小机器人自主分离到月球表面,自主移动到合适的拍摄位置、自主选择拍摄角度和自主构图并进行成像位置的智能优化,最终拍摄了这幅着陆器上升器组合体在月球背面的第三视角真实图像。

地面可以通过Wi-Fi告诉它指令,但是如果没有需要的时候它完全可以自主,就是一个很独立的「小孩」。

「挖」完怎么回家?

嫦娥六号高约7.2米,由轨道器、返回器、着陆器、上升器四部分组成,全重超过8吨, 比嫦娥五号还要重100公斤。

嫦娥六号结构示意图

在再入返回任务中,嫦娥六号采用的是「高速半弹道跳跃式再入返回技术方案」,也就是俗称的 「太空打水漂」

在嫦娥六号顺利完成在月球背面的取样工作后,上升器与着陆器分离、起飞,进入近月点15 km、远月点180 km的上升目标轨道。上升器经过次轨道机动,进入高度为210 km的环月圆轨道。当上升器位于轨反组合体前方约50 km、上方约10km时,轨反组合体开始主动逼近,抓捕上升器。

完成交会对接后,上升器就要转交月壤样品至返回器内部。当飞行至地球约5000 km高度时,返回器与轨道器解锁分离,进入高速载入返回跟踪测量链跟踪范围,轨道器进行规避机动。

在120 km高度,返回器已接近第二宇宙速度,反弹道跳跃式载入大气,降落于内蒙古四子王旗着陆场,完成这趟历时53天的地月往返之旅。 这一过程就像我们小时候在河边打水漂一样,因此得名「打水漂」。

跳跃式再入返回飞行航迹示意图

这种独特的运动轨迹大大减小了航天器在返回过程中承受的过载,从而有效保障了仪器和人员的安全。

嫦娥六号的成功着陆和采样返回,不仅标志着中国探月工程取得了新的里程碑式成果,也为人类探索月球和深空领域提供了新的视角和思路。让我们共同期待嫦娥六号以及后续探月任务带给我们更多的惊喜和发现!