航天科技集團(tuán)全力以赴完成世界首次月背采樣返回任務(wù)綜述

6月25日，天清氣朗。茫茫戈壁，一朵紅白相間的傘花從天而降，嫦娥六號返回器如期降落在內(nèi)蒙古四子王旗，為人類帶回第一份來自月球背面的“禮物”。這份珍貴“禮物”是我國從月球背面南極-艾特肯盆地采集而來的月壤，填補(bǔ)了人類獲取月球背面樣品的空白，將為人類探索月球作出新貢獻(xiàn)。

嫦娥六號任務(wù)圓滿成功之際，中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席習(xí)近平發(fā)來賀電，代表黨中央、國務(wù)院和中央軍委，向探月工程嫦娥六號任務(wù)指揮部并參加任務(wù)的全體同志致以熱烈祝賀和誠摯問候。習(xí)近平在賀電中指出，嫦娥六號在人類歷史上首次實(shí)現(xiàn)月球背面采樣返回，是我國建設(shè)航天強(qiáng)國、科技強(qiáng)國取得的又一標(biāo)志性成果。

今年，探月工程四期月背采樣返回任務(wù)的大幕在海南文昌開啟。3月20日，鵲橋二號中繼星乘坐長征八號運(yùn)載火箭升空，作為探月四期后續(xù)工程的“關(guān)鍵一環(huán)”，為不久后升空的嫦娥六號探測器提供地月通信支持；5月3日，長征五號運(yùn)載火箭托舉嫦娥六號探測器奔向月球，目標(biāo)是將月球背部的樣品帶回地球。

我國探月工程嫦娥系列探測器、中繼星及其發(fā)射使用的長征系列運(yùn)載火箭均由中國航天科技集團(tuán)有限公司研制。集團(tuán)公司黨組堅(jiān)定航天報(bào)國志向，堅(jiān)定航天強(qiáng)國信念，把探月工程四期任務(wù)視為全年宇航任務(wù)的重中之重，全力以赴完成任務(wù)目標(biāo)。

從月球正面到月球背面，從巡視探測到采樣返回，從航天器探月到載人登月，中華民族正一步一步實(shí)現(xiàn)“敢上九天攬?jiān)隆钡膲粝?，?xí)近平總書記的殷殷囑托必將勉勵中國航天人在探索浩瀚宇宙的征程中再立新功。

月背一抔土 探月一大步

53天，11個飛行階段，嫦娥六號探測器飛抵38萬公里外的月球，著陸在月球背面的南極-艾特肯盆地區(qū)域，順利采集月壤并將其送回地球，完成了人類航天器的首次月背采樣返回之旅，這也標(biāo)志著中國航天在“一步一個腳印開啟星際探測新征程”的奮斗中揭開了新的一頁。

就在習(xí)近平總書記給空間站建造青年團(tuán)隊(duì)回信勉勵新時代航天人“為我國航天科技實(shí)現(xiàn)高水平自立自強(qiáng)再立新功”2周年之際，5月3日17時27分，長征五號運(yùn)載火箭在中國文昌航天發(fā)射場冒雨出征，準(zhǔn)確把嫦娥六號探測器送入地月轉(zhuǎn)移軌道。

嫦娥六號探測器是我國迄今最重的深空探測航天器，主要由軌道器、著陸器、返回器、上升器4個部分組成。其主要科學(xué)目標(biāo)是開展月球背面著陸區(qū)的現(xiàn)場調(diào)查和分析，并對月球背面樣品開展分析與研究。

航天科技集團(tuán)嫦娥六號探測器研制人員介紹，此次任務(wù)可以形象地描述為“去、下、上、回、入”。軌道器主要負(fù)責(zé)“去和回”，飛到月球背面去和返回地球；著陸器主要負(fù)責(zé)“下”，落到月球背面上并進(jìn)行樣品采集；上升器主要負(fù)責(zé)“上”，攜帶采集的樣品從月球背面飛起來；返回器主要負(fù)責(zé)“入”，攜帶月壤再入返回地球。

經(jīng)過20多天的飛行，嫦娥六號在6月2日至3日圍繞月背采樣開展了一系列關(guān)鍵動作。在地面試驗(yàn)室和飛控大廳，嫦娥六號研制團(tuán)隊(duì)通宵達(dá)旦、聚精會神地工作，只為確?！傲媚铩钡拿恳豁?xiàng)操作都在掌握中。

6月2日清晨，嫦娥六號完成繼嫦娥四號之后的世界第2次月背降落；6月2日中午，完成世界首次月球背面樣品鉆??；6月3日清晨，完成世界首次月球背面樣品表取及樣品封裝；6月4日清晨，完成世界首次航天器在月球背面起飛。

月球由于被地球潮汐鎖定，其自轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)周期相同，所以永遠(yuǎn)只有一面朝向地球。為了解決月背通信問題，今年3月鵲橋二號中繼星成功發(fā)射，成為月背采樣返回和南極探測任務(wù)中探測器與地球通信的唯一通道。

在采樣過程中，即使有中繼星加持，當(dāng)中繼星飛行至月球正面時，嫦娥六號著陸器與上升器組合體還是會有幾個小時處于失聯(lián)狀態(tài)。為此，研制團(tuán)隊(duì)通過提高嫦娥六號探測器的自主控制能力，進(jìn)行了智能采樣設(shè)計(jì)，省去了幾百條上行指令，大大提高月面工作效率。

要順利取得寶貴的月壤，離不開一系列關(guān)鍵核心技術(shù)的支撐。在嫦娥五號任務(wù)的基礎(chǔ)上，研制團(tuán)隊(duì)精心設(shè)計(jì)了鉆取和表取結(jié)合的“挖土”模式，并且為嫦娥六號探測器裝備了鉆取采樣裝置、表取采樣裝置、表取初級封裝裝置和密封封裝裝置等“挖土神器”，讓高難度的月背“挖土”更穩(wěn)妥順暢。

“我看‘中’！”微博賬號“嫦娥六號月球探測器”發(fā)布微博，引來全民熱議。嫦娥六號在完成月背南極-艾特肯盆地的智能快速采樣后，將月球背面樣品封裝存放在上升器攜帶的貯存裝置中，經(jīng)過表取的月球表面呈現(xiàn)一個“中”字。同時，嫦娥六號著陸器攜帶的五星紅旗在月球背面成功展開，這是中國首次在月球背面獨(dú)立動態(tài)展示國旗。

“這個‘中’字，并不是設(shè)計(jì)的，是表取采樣完成后，恰好出現(xiàn)了這么一個圖案。”研制團(tuán)隊(duì)成員說，看上去，嫦娥六號任務(wù)過程與嫦娥五號有相似之處，但實(shí)際上有很多不同，研制團(tuán)隊(duì)花了很多精力，做了大量改進(jìn)，可以實(shí)現(xiàn)精細(xì)控制，最終做到“指哪兒挖哪兒、讓挖多深挖多深”。

“月球上環(huán)境很特殊，沒有大氣，這里又是幾十億年前形成的地貌。我們的這個印記，可能會留在這里很久很久?！毖兄脐?duì)員們感慨。

習(xí)近平總書記指出，外層空間是人類共同的財(cái)富，探索、開發(fā)、和平利用外層空間是人類共同的追求。嫦娥六號飛抵環(huán)月軌道后，搭載的巴基斯坦立方星與軌道器在遠(yuǎn)月點(diǎn)附近分離，隨后成功拍攝第一幅影像。在嫦娥六號成功落月幾小時后，歐空局月表負(fù)離子分析儀、法國月球氡氣探測儀兩臺載荷已經(jīng)開機(jī)工作，意大利激光角反射器也完成部署。嫦娥六號任務(wù)既是中國外空探索的歷史性一步，也是人類和平利用外空的歷史性一步。

正如我國外交部發(fā)言人所言：了解和探索宇宙是全人類的共同夢想，和平利用外空將促進(jìn)全人類的共同福祉。我們愿在平等互利、和平利用、包容發(fā)展的基礎(chǔ)上，深入開展航天國際交流合作，同各國分享發(fā)展成果，共同探尋宇宙的奧秘。

鵲橋二號本領(lǐng)強(qiáng) 月背通信有保障

由于月球始終有一面背對地球，著陸在月球背面的探測器受到月球自身的遮擋，無法直接實(shí)現(xiàn)與地球的測控通信和數(shù)據(jù)傳輸，探月工程四期的任務(wù)開展、著陸探測以及采樣地點(diǎn)主要位于月球南極和月球背面地區(qū)，因此需要功能更廣、性能更強(qiáng)的中繼衛(wèi)星，架起地月通信的“橋梁”，解決月背探測的通信和數(shù)傳問題。

作為探月四期工程的“總開關(guān)”，3月20日，鵲橋二號中繼星在文昌航天發(fā)射場成功發(fā)射，隨后抵達(dá)環(huán)月凍結(jié)軌道。它來接替鵲橋中繼星支持嫦娥四號任務(wù)，并為嫦娥六號、七號、八號提供任務(wù)支撐，共計(jì)為10余個探測器提供中繼通信服務(wù)。

為了確保月背通信“不掉線”，并保證后續(xù)深空探測任務(wù)的順利開展，鵲橋二號研制團(tuán)隊(duì)充分借鑒此前研制發(fā)射鵲橋中繼星的經(jīng)驗(yàn)，堅(jiān)持高水平科技自立自強(qiáng)，抓總研制了水平更高、服務(wù)更優(yōu)、性能更強(qiáng)大的鵲橋二號中繼星。

嫦娥六號月背采樣期間，鵲橋二號中繼星運(yùn)行在24小時周期的環(huán)月大橢圓凍結(jié)軌道上，近月點(diǎn)距離月球北極約幾百公里，遠(yuǎn)月點(diǎn)在月球南極上空約1.6萬公里，非常適合為嫦娥六號任務(wù)提供服務(wù)。在這條軌道上，鵲橋二號每天可以為嫦娥六號提供超過18小時的中繼通信覆蓋時間。

在環(huán)月凍結(jié)軌道上，鵲橋二號中繼星不僅能提高通信速率，大幅提高對月球南極區(qū)域的通信覆蓋能力，還可以節(jié)省燃料，保證在該軌道上長期駐留。

在本次任務(wù)中，鵲橋二號中繼星實(shí)現(xiàn)了把同時接收探測器的數(shù)據(jù)傳輸通道從鵲橋中繼星的2路提高到了10路，在大幅增加傳輸通道的基礎(chǔ)上大幅提升了通信速率，前向鏈路（從中繼星到月面探測器）和返向鏈路（從月面探測器到中繼星）的最高碼速率均比鵲橋中繼星提高了近10倍。為了滿足科學(xué)載荷的大數(shù)據(jù)量傳輸需求，研制團(tuán)隊(duì)將鵲橋二號中繼星對地?cái)?shù)據(jù)傳輸鏈路的最高碼速率提高了近百倍，實(shí)現(xiàn)通信速率“快到飛起”。

針對用于接收月面探測器數(shù)據(jù)的返向中繼鏈路，研制人員還為鵲橋二號設(shè)計(jì)了多種碼速率，并能夠根據(jù)需要切換。為了支持后續(xù)月球探測任務(wù)，鵲橋二號還具有很強(qiáng)的靈活性和任務(wù)擴(kuò)展能力，星上用于中繼通信的軟件大部分都可以在軌升級，能夠靈活適應(yīng)后續(xù)新的任務(wù)需求，是名副其實(shí)的“服務(wù)之星”。

“長征家族”接力飛天 探月工程連戰(zhàn)連捷

3月20日，長征八號運(yùn)載火箭成功發(fā)射鵲橋二號中繼星，探月工程再啟新征程。

5月3日，長征五號運(yùn)載火箭成功發(fā)射嫦娥六號探測器，世界首次月背采樣返回任務(wù)正式拉開序幕。

運(yùn)載火箭作為進(jìn)入太空的運(yùn)載工具，是一切太空活動的前提和基礎(chǔ)，也決定了中國太空探索事業(yè)的高度和空間。長征系列運(yùn)載火箭接力奔跑，托舉中華民族的探月夢想。

長征八號運(yùn)載火箭首次執(zhí)行探月軌道發(fā)射任務(wù)，火箭采用芯級捆綁兩枚液體助推器的兩級半構(gòu)型，全箭總長50.3米。火箭飛行24分鐘后，星箭分離，將鵲橋二號中繼星直接送入近地點(diǎn)高度200公里、遠(yuǎn)地點(diǎn)高度42萬公里的預(yù)定地月轉(zhuǎn)移軌道。

為了發(fā)射鵲橋二號中繼星，長征八號運(yùn)載火箭研制團(tuán)隊(duì)根據(jù)多窗口多彈道、低空高速飛行剖面等任務(wù)需求，對火箭進(jìn)行了設(shè)計(jì)改進(jìn)和優(yōu)化，擴(kuò)展了任務(wù)適應(yīng)性，提高了可靠性。不僅如此，長征八號運(yùn)載火箭還充分利用運(yùn)力，搭載發(fā)射了天都一號、天都二號通導(dǎo)技術(shù)試驗(yàn)星。

繼2020年11月24日護(hù)送嫦娥五號探測器奔月后，長征五號系列運(yùn)載火箭時隔3年多再次執(zhí)行深空探測任務(wù)。長征五號火箭研制團(tuán)隊(duì)針對箭上關(guān)鍵單機(jī)開展了大量可靠性增長工作，火箭可靠性顯著提升。同時，發(fā)射場流程持續(xù)優(yōu)化，由發(fā)射嫦娥五號探測器時的近60天縮減到43天。

由于地月相對位置不斷變化，一旦在發(fā)射窗口內(nèi)不能實(shí)施發(fā)射，嫦娥六號奔月就會受到影響。為了確保火箭準(zhǔn)時發(fā)射，長征五號火箭研制團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用“窄窗口多軌道”發(fā)射技術(shù)，為火箭在連續(xù)兩天、每天50分鐘的窗口內(nèi)設(shè)計(jì)了10條奔月軌道，提高發(fā)射概率和發(fā)射可靠性。

嫦娥六號探測器是嫦娥五號探測器的“姊妹”，但它比“姐姐”重了100公斤。嫦娥六號探測器需要進(jìn)入近地點(diǎn)200公里、遠(yuǎn)地點(diǎn)約38萬公里的地月轉(zhuǎn)移軌道，這對火箭的運(yùn)載能力提出了很高要求。長征五號火箭研制團(tuán)隊(duì)對箭上產(chǎn)品進(jìn)行了多項(xiàng)設(shè)計(jì)優(yōu)化和工藝改進(jìn)，成功幫助火箭“瘦身”，將長五火箭地月轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力提升100公斤，滿足了“乘客”要求。

自2007年起，長征三號甲系列、長征四號丙、長征五號、長征八號等6型運(yùn)載火箭完成了探月工程迄今全部發(fā)射。17年間，九戰(zhàn)全勝，為探月工程架起天梯，托舉中國人的探月夢想走得更遠(yuǎn)。后續(xù)，長征八號系列運(yùn)載火箭、長征五號系列運(yùn)載火箭還將承擔(dān)一系列宇航任務(wù)，進(jìn)入高密度發(fā)射階段。

探月工程四期由嫦娥四號、嫦娥六號、嫦娥七號和嫦娥八號4次任務(wù)組成。嫦娥四號實(shí)現(xiàn)了世界首次月球背面軟著陸巡視探測；嫦娥六號剛剛實(shí)現(xiàn)了人類首次月球背面采樣返回任務(wù)；后續(xù)，嫦娥七號和嫦娥八號將構(gòu)建月球科研站基本型，開展月球環(huán)境探測等任務(wù)。

追逐夢想、勇于探索、協(xié)同攻堅(jiān)、合作共贏，是探月精神的主要內(nèi)涵，也是航天科技集團(tuán)探月工程奮斗者們的生動寫照。航天科技集團(tuán)將牢記習(xí)近平總書記殷切囑托，大力弘揚(yáng)探月精神，勇敢追逐夢想，勇于創(chuàng)新突破，勇攀科技高峰，敞開懷抱開展合作，向著深空探測科技前沿實(shí)干擔(dān)當(dāng)、勇毅前行，續(xù)寫中華民族“嫦娥奔月”的傳奇故事。

（胡藍(lán)月）