2024年6月2日,嫦娥六号探测器稳稳降落在月球背面的阿波罗环形山内,标志着中国探月工程的又一次重大突破。在48小时的倒计时内,嫦娥六号将完成月壤采样任务,之后重新起飞并与轨道器对接。这是嫦娥系列探测器第四次成功在月球上着陆,但与之前几次任务不同的是,这次的逆行落月难度更高,被誉为“生死15分钟”。
逆行落月:挑战与创新
嫦娥六号的逆行落月是一大亮点。逆行轨道意味着探测器必须额外减速以抵消月球自转速度。这种方式虽然增加了操作难度,但为任务的成功奠定了基础。
逆行落月的原因是嫦娥六号作为嫦娥五号的备份星,设计上无法完全调整,因此需要通过逆行轨道实现落月。嫦娥五号的设计原本是为了在月球北半球着陆,而嫦娥六号则需要在南半球进行任务。通过逆行轨道绕月,这一设计得以实现,同时避免了在月球轨道上掉头带来的复杂操作。
选择落月时机:避开月球正午的酷热
嫦娥六号选择在月球早晨时分进行着陆,这一时机的选择极具智慧。6月2日正值月球背面的早晨,此时月球表面温度相对较低,为探测器的工作提供了一个较为“凉爽”的环境。
月球一天相当于地球的29.53天,因此选择在月球早晨着陆,可以避开正午时分高达127℃的极端高温。此时段不仅温度适宜,而且有充足的太阳能供电。这样的时间选择与NASA的阿波罗任务相似,都是为了确保探测器能在相对温和的温度条件下工作。
嫦娥六号的任务阶段:从降轨到着陆
嫦娥六号的着陆过程分为几个关键阶段。首先是轨反组合(轨道器+返回舱)与着上组合(着陆器+上升器)的分离。轨反组合需要进行调相机动,以便在两天后的上升器返回时能顺利对接。调相机动是为了确保轨反组合在月球自转后,仍能与上升器的轨道重合。
接着,着上组合进入200 x 15千米的着陆轨道。通过两次降轨操作,着上组合逐步接近月面。动力下降段是整个过程最为关键的一步。着陆器从距离月面约15千米处开始下降,7500N变推力发动机开机,逐步将探测器的速度从1.7km/s降为零。
在距离月面约100米处,着陆器进入悬停阶段,通过自主避障系统选择一个安全的着陆点。此时摄像头将拍摄地形数据,分析并选择最佳着陆地点。整个过程大约需要15分钟,这也是任务最凶险的阶段之一,许多探测器在这一阶段折戟沉沙,例如俄罗斯的月球-25探测器和印度的月船二号探测器。
采样任务:挖掘月球的秘密
嫦娥六号的采样任务同样不简单。根据嫦娥五号的经验,采样分为表取和钻取两种方式。表取采样通过机械臂末端的铲挖装置,采集月球表层和次表层的月壤。而钻取则通过钻头深入月球表面两米以下,获取深层样品。
嫦娥六号计划采集总量约2000克的样品,其中表取样品约1500克,钻取样品约500克。这些样品将为科学家提供宝贵的数据,用于研究月球的形成历史和太阳系早期的撞击事件。
上升返回:重新起航
完成采样任务后,嫦娥六号将在6月4日准备返回。上升器将在着陆器上作为临时发射平台,通过3000N发动机工作约6分钟,实现垂直上升、姿态调整和轨道射入,进入预定环月轨道。此后,上升器将与轨反组合对接,完成样品转移。
预计在6月20日,嫦娥六号将进入月地转移轨道,并在5天后返回地球,着陆在内蒙古四子王旗预定区域。这一过程将为中国的月球探测任务画上圆满的句号。
艾特肯盆地:NASA志在必得的目标
嫦娥六号的着陆点选择在月球背面的艾特肯盆地,这里是NASA一直以来非常渴望采样的区域。艾特肯盆地是月球上最古老和最深的撞击坑之一,其形成于月球早期,保留了大量月球和太阳系早期的地质信息。
NASA曾在2012年的一份报告中将艾特肯盆地列为优先级最高的采样任务之一。尽管美国在1969年到1972年的阿波罗任务中带回了382千克的月壤和月岩样品,但对月球形成历史和太阳系早期撞击事件的研究仍然存在很多空白。艾特肯盆地的样品对于填补这些空白具有重要意义。
然而,尽管美国在2004年制定了重返月球的计划,中国的探月步伐却更快。2020年嫦娥五号带回月壤样品,2024年嫦娥六号又踏上月背采样之路。中国在深空探测上的迅速进步,使得NASA不得不面对被超越的现实。
国际合作与竞争:月壤样品的交换
嫦娥五号任务完成后,中国开放了月壤样品申请,并允许美国获得了一部分样品。尽管如此,美国对嫦娥六号月壤样品的渴求仍然强烈。NASA是否会再次索要月壤样品成为一个值得关注的问题。
中国在国际合作上一直持开放态度,但这次可能会要求等价交换。NASA可以拿刚从2023年9月24日返回地球的OSIRIS-REx探测器带回的小行星贝努样品来交换。这种互惠互利的方式不仅可以促进国际合作,也有助于推动全球科学研究的进步。
嫦娥六号的意义:推动深空探测的新高度
嫦娥六号的成功不仅是中国探月工程的重要里程碑,也是全球深空探测的重要一步。通过逆行落月、月壤采样和上升返回,嫦娥六号展示了中国在航天技术上的创新和突破。
未来,中国计划在2030年前实现载人登月,而NASA的阿尔忒弥斯计划也在紧锣密鼓地推进中。然而,美国载人登月计划一再推迟,使得中国有望在这一领域取得更大突破。
嫦娥六号的成功也预示着中国在深空探测领域的崛起。从探月到火星探测,中国航天在过去十几年中取得了飞速进展。未来,随着更多国际合作的开展和技术的不断进步,中国有望在深空探测的舞台上扮演更加重要的角色。
结语
嫦娥六号的任务不仅是一次月球探测的壮举,更是中国在深空探测领域的重大突破。通过逆行落月、精准采样和安全返回,嫦娥六号展示了中国在航天技术上的卓越能力。未来,中国将继续在深空探测领域不断探索,为人类对宇宙的认识做出更大贡献。