嫦娥六號(hào)成功著陸在月球背面南極-艾特肯盆地預(yù)選著陸區(qū)

6月2日6時(shí)23分，嫦娥六號(hào)著陸器和上升器組合體在鵲橋二號(hào)中繼星支持下，成功著陸在月球背面南極-艾特肯盆地預(yù)選著陸區(qū)。

我國(guó)探月工程嫦娥系列探測(cè)器、中繼星及其發(fā)射使用的長(zhǎng)征系列運(yùn)載火箭均由中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司研制。

自今年5月3日發(fā)射升空，歷時(shí)30天，先后經(jīng)歷了地月轉(zhuǎn)移、近月制動(dòng)、環(huán)月飛行、著陸下降等過(guò)程，嫦娥六號(hào)著陸月背，要為人類采集第一抔月背之壤。

嫦娥六號(hào)著陸器與上升器組合體成功著陸后，著陸器將通過(guò)鵲橋二號(hào)中繼星，在地面控制下，進(jìn)行太陽(yáng)翼和定向天線展開(kāi)等狀態(tài)檢查與設(shè)置工作，此后正式開(kāi)始持續(xù)約2天的月背采樣工作，通過(guò)鉆具鉆取和機(jī)械臂表取兩種方式分別采集月壤樣品和月表巖石，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)、多樣化自動(dòng)采樣。同時(shí)將開(kāi)展月球背面著陸區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析、月壤結(jié)構(gòu)分析等科學(xué)探測(cè)，深化月球成因和演化歷史的研究。

嫦娥六號(hào)著陸器攜帶的有效載荷將按計(jì)劃工作，開(kāi)展科學(xué)探測(cè)任務(wù)。嫦娥六號(hào)任務(wù)國(guó)際載荷中歐空局月表負(fù)離子分析儀、法國(guó)月球氡氣探測(cè)儀即將開(kāi)機(jī)工作，意大利激光角反射器完成部署。

著陸前，火工裝置起爆，嫦娥六號(hào)探測(cè)器分離為著上組合體和軌返組合體。這時(shí)，在環(huán)月凍結(jié)軌道的鵲橋二號(hào)中繼星早已準(zhǔn)備就緒，等待嫦娥六號(hào)的到來(lái)。

科研人員緊盯電腦屏幕上的實(shí)時(shí)信息畫(huà)面，處理著四面八方匯聚而來(lái)的一串串?dāng)?shù)據(jù)。在他們手中，這些數(shù)據(jù)將轉(zhuǎn)化為嫦娥六號(hào)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，猶如手握一條無(wú)形的線，時(shí)刻掌握著嫦娥六號(hào)的“脈象”。

“完成落月只有一次機(jī)會(huì)，在15分鐘內(nèi)，必須一次成功！”中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司黃昊說(shuō)。

經(jīng)主減速、接近、懸停避障、緩速下降等過(guò)程，嫦娥六號(hào)穩(wěn)穩(wěn)落下，看似輕盈輕松，卻蘊(yùn)藏著科研人員的智慧和經(jīng)驗(yàn)。

今年3月，鵲橋二號(hào)中繼星提前到達(dá)月球軌道，確保嫦娥六號(hào)在月背不會(huì)“失聯(lián)”，為地月之間架起溝通的“橋梁”。

鵲橋二號(hào)中繼星示意圖（航天科技集團(tuán)五院供圖）

盡管鵲橋二號(hào)中繼星解決了通信難題，但不同于大片被月海覆蓋的月球正面，月球背面地形復(fù)雜多變，有很多高低起伏的山脈和山谷，有密密麻麻的隕石坑。

“如果探測(cè)器著陸在一塊大石頭上，就會(huì)影響鉆取采樣工作，很有可能得不到月球深層次的土壤樣品，同時(shí)也會(huì)給起飛上升帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。”航天科技集團(tuán)鄭燕紅表示，探測(cè)器必須成功著陸在一塊平坦的區(qū)域上。

但可供安全著陸的區(qū)域有限，如何讓探測(cè)器擁有更高的著陸精度，實(shí)現(xiàn)“落得準(zhǔn)”？

首先，“選址”要準(zhǔn)確。

歷史上，蘇聯(lián)在1969～1970年間連續(xù)遭遇無(wú)人探月失敗，其中“月球-15”號(hào)采樣返回飛行器在月面降落過(guò)程中撞上了山脈，這一失敗源于其對(duì)復(fù)雜地形缺乏準(zhǔn)確認(rèn)知。失敗的風(fēng)險(xiǎn)在探索新區(qū)域時(shí)尤其高。

為了在“山脈中找平地”，嫦娥六號(hào)探測(cè)器出發(fā)前，科研人員在選址上下足了功夫。嫦娥二號(hào)探測(cè)器影像制成的全月7米分辨率數(shù)字正射影像及20米分辨率的數(shù)字高程模型產(chǎn)品發(fā)揮了作用，科研人員借助它們?yōu)殒隙鹆?hào)尋找坡度較小的平坦區(qū)域。

其次，軌道設(shè)計(jì)有玄機(jī)。

去往月背，嫦娥六號(hào)并不能沿著嫦娥五號(hào)開(kāi)辟的道路前往，而是要重新選擇一條最優(yōu)軌道。這是因?yàn)殒隙鹆?hào)沿襲了“前輩”已有的構(gòu)型布局和硬件產(chǎn)品，但著陸位置卻由月球的北緯地區(qū)變?yōu)槟暇暤貐^(qū)。

嫦娥五號(hào)、六號(hào)探測(cè)器環(huán)月軌道方向示意圖（航天科技集團(tuán)五院供圖）

為了在不大幅調(diào)整探測(cè)器的構(gòu)型布局和硬件產(chǎn)品的前提下，順利化解因著陸點(diǎn)變化帶來(lái)的朝向、姿態(tài)等問(wèn)題，設(shè)計(jì)師們?yōu)殒隙鹆?hào)探測(cè)器重新設(shè)計(jì)了一條環(huán)月軌道，也就是“逆行環(huán)月軌道”方案。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是探測(cè)器在環(huán)月軌道上的飛行方向與月球自轉(zhuǎn)方向相反，無(wú)需調(diào)整探測(cè)器設(shè)計(jì)方案，就能保證它隨時(shí)隨地“能量十足”。

設(shè)計(jì)師的巧思就藏在軌道設(shè)計(jì)之中。為了達(dá)到既調(diào)整軌道又不增加推進(jìn)劑消耗的目的，設(shè)計(jì)師讓嫦娥六號(hào)先后進(jìn)行3次“剎車”——比嫦娥五號(hào)多了一次。這樣可充分利用從月球捕獲到下降前的20多天飛行時(shí)間，不斷調(diào)整軌道參數(shù)，高精度瞄準(zhǔn)著陸點(diǎn)，等待降落最佳時(shí)機(jī)的到來(lái)。

嫦娥六號(hào)探測(cè)器不同周期環(huán)月橢圓軌道示意圖（航天科技集團(tuán)五院供圖）

在距月面約15公里處時(shí)，嫦娥六號(hào)著上組合體開(kāi)始實(shí)施動(dòng)力下降，在一臺(tái)軌控發(fā)動(dòng)機(jī)和多臺(tái)姿控發(fā)動(dòng)機(jī)的協(xié)同推動(dòng)下，逐步將探測(cè)器相對(duì)月球速度從約1.6公里/秒降為零。

其間，在距月面1.5公里時(shí)，嫦娥六號(hào)利用光學(xué)成像敏感器進(jìn)行粗避障，剔除大型障礙物；距月面僅100米時(shí)，嫦娥六號(hào)上的備用激光三維成像敏感器進(jìn)行精確避障，精準(zhǔn)識(shí)別選好落點(diǎn)。

而后，嫦娥六號(hào)開(kāi)始避障下降和緩速垂直下降，最終平穩(wěn)著陸在月球背面南極-艾特肯盆地中的預(yù)選著陸區(qū)，并傳回著陸影像圖。

從發(fā)射升空到成功落月，38萬(wàn)公里，30天抵達(dá)，900多秒驚心動(dòng)魄的下降，嫦娥六號(hào)的表現(xiàn)近乎完美，如同體操選手在空中完成令人眼花繚亂的高難度系數(shù)動(dòng)作之后，穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)落地，為下一段“表演”奠定了良好的基礎(chǔ)。

（文/鄧雨楠 美編/楊帥）