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焦點(diǎn)訪談:月背“快遞” 成功“簽收”

6月25日14時(shí)7分,嫦娥六號返回器攜帶來自月背的月球樣品安全著陸在內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定區(qū)域。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。20年來,參與探月工程研制建設(shè)的全體同志弘揚(yáng)探月精神,勇攀科技高峰,取得了舉世矚目的重大成就,走出一條高質(zhì)量、高效益的月球探測之路。接下來我們就來看一看嫦娥六號的這次探月之旅都經(jīng)歷了怎樣的挑戰(zhàn)。

2024年6月25日,內(nèi)蒙古四子王旗航天著陸場迎來了一位特殊的“客人”,經(jīng)過53天的太空漫游,嫦娥六號返回器順利著陸。嫦娥六號給地球帶回了一份厚禮——一份來自月背的月球樣品,這也是人類首次實(shí)現(xiàn)月背采樣及返回。

今天(6月26日)上午,嫦娥六號返回器已經(jīng)空運(yùn)至北京,后續(xù)樣品儲(chǔ)存、分析和研究工作也將展開。從5月3日發(fā)射升空到6月25日返回,嫦娥六號探測器成功完成任務(wù),再一次在月球上留下了中國的探月足跡。而在這53天里,在肉眼所見不到的月球背后,嫦娥六號經(jīng)歷了一次又一次的挑戰(zhàn)。在這諸多挑戰(zhàn)中,最引人關(guān)注的當(dāng)數(shù)降落月球。

6月2日6時(shí)許,嫦娥六號探測器即將降落月背。此次任務(wù)的預(yù)選著陸區(qū)——月球背面南極-艾特肯盆地,落差達(dá)10多公里,這就好比要把一臺小型卡車降落到崇山峻嶺中,不僅需要精確避障,還要有先進(jìn)的制導(dǎo)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)來確保安全著陸。

6時(shí)9分,嫦娥六號著陸器和上升器組合體開始實(shí)施動(dòng)力下降,隨后主發(fā)動(dòng)機(jī)開機(jī)。其間,組合體進(jìn)行快速姿態(tài)調(diào)整和障礙自動(dòng)檢測,根據(jù)月面明暗選擇大致安全點(diǎn)。嫦娥六號在離降落點(diǎn)還有100米的高度進(jìn)行懸停,這懸停的3秒鐘對于落月格外關(guān)鍵。

中國航天科技集團(tuán)關(guān)軼峰:“在懸停的時(shí)候成像和障礙識別,然后進(jìn)行規(guī)避,相當(dāng)于分兩部分,先眼睛確認(rèn),看一眼什么地方比較平坦,記住那個(gè)地方,然后把那個(gè)地方傳到腦子里,知道那是平坦的再移過去,在平坦區(qū)域上方再往下降?!?/p>

專家所說的眼睛,就是指一臺三維成像敏感器。在落月之前,三維成像敏感器利用激光三維掃描進(jìn)行精確拍照以檢測月面障礙,最終選定著陸點(diǎn)完成著陸。在同濟(jì)大學(xué)的一個(gè)試驗(yàn)場里,大大小小的木板通過不同的高度和角度,模擬從空中看到的地面起伏,用來驗(yàn)證激光成像技術(shù)的準(zhǔn)確性。

同濟(jì)大學(xué)測繪與地理信息學(xué)院院長謝歡:“對于著陸避障來說,主要在乎的是地面上是不是平坦。要避開超過20厘米的坑和石頭,所以我們在場地里面仿真了不同的場景,大大小小的坑和不同大小的石塊,盡可能還原在月球表面上可能會(huì)威脅安全著陸的場景?!?/p>

但是,地面的靜止實(shí)驗(yàn)精度再高,也無法應(yīng)對實(shí)際工作時(shí)探測器的晃動(dòng)。就像在顛簸的汽車上拍照成像效果很差??蒲袌F(tuán)隊(duì)想到的應(yīng)對措施就一個(gè)字:快。敏感器可以在0.25秒的時(shí)間內(nèi),對月球一定范圍的地形進(jìn)行精細(xì)的探測。而且在懸停短短3秒鐘的時(shí)間內(nèi),自主避障系統(tǒng)要完成所有測量和計(jì)算工作,它僅有三次做出判斷的機(jī)會(huì)。

嫦娥六號的自主避障能力,幫助它遠(yuǎn)離了危險(xiǎn)的區(qū)域,成功著陸月背。著陸成功,只是完成了這次月面工作任務(wù)的關(guān)鍵第一步,接下來還要進(jìn)行采樣任務(wù),這個(gè)挑戰(zhàn)更為艱巨。受限于月球背面中繼通信時(shí)間長,嫦娥六號采用快速智能采樣技術(shù),將月面采樣的有效工作時(shí)間縮短為不到20個(gè)小時(shí),通過鉆具鉆孔取樣和機(jī)械臂表面取樣兩種方式,分別采集月球樣品。

中國航天科技集團(tuán)史偉:“落了月以后,首先相機(jī)要對整個(gè)采樣區(qū)進(jìn)行成像。采樣區(qū)大致的起伏程度也好,有沒有石頭也好,避開風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域,所以我們首先要在內(nèi)場把整個(gè)月面的環(huán)境真實(shí)地還原回來。”

在被稱為嫦娥六號的“預(yù)訓(xùn)練場”,根據(jù)嫦娥六號拍攝傳回的著陸區(qū)影像圖,在中國航天科技集團(tuán)五院的地面實(shí)驗(yàn)室里,科研人員迅速地還原了著陸點(diǎn)周圍的地貌。落月后,嫦娥六號并不是直接開始取樣,而是要先通過在這里進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證,并把操作指令上傳到月球后,才開始實(shí)際采樣。

鉆取過程持續(xù)了約3個(gè)小時(shí),獲取了月球背面不同深度的月球樣品。除了鉆孔取樣,還通過機(jī)械臂表面鏟取方式采集了月球樣品,實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)的自動(dòng)采樣。為此,科研人員設(shè)計(jì)了十多個(gè)表面取樣采集點(diǎn)位。跟嫦娥五號相比,嫦娥六號在智能化和自主化方面有了很大的改進(jìn)。

中國航天科技集團(tuán)馬如奇:“只要發(fā)一條指令,它就把整個(gè)任務(wù)都給連貫起來了,比如觸月、采樣,然后到放樣,整個(gè)過程中只需要一條指令把它全給連起來就全部執(zhí)行了,這樣效率提高了。”

讓航天人意想不到的是,表面取樣結(jié)束后,月面出現(xiàn)了一個(gè)“中”字。

中國航天科技集團(tuán)賈曉宇:“最開始選采樣點(diǎn)只是根據(jù)表面看到的圖形選出來的,我們會(huì)根據(jù)翻出來的樣品動(dòng)態(tài)調(diào)整采樣點(diǎn)的位置,‘中’字的斜收筆和‘中’字的頭部其實(shí)就是這樣產(chǎn)生的。本來我們可能除了‘中’字之外還會(huì)多鏟幾鏟,但是最后發(fā)現(xiàn)‘中’字的最后一筆形成以后,正好這個(gè)樣品容器也幾乎要滿了。各種意外催成了‘中’字的產(chǎn)生,可能注定中國要在月球上留下自己的印記?!?/p>

月背留下的中國印記,也許只是個(gè)美麗的巧合,但這個(gè)印跡不僅記錄了嫦娥六號探測器的工作軌跡,也見證了中國人對于月球探索的堅(jiān)定決心和不懈努力。在采樣工作完成后,嫦娥六號著陸器攜帶的五星紅旗在月球背面成功展開。

縱觀世界航天史,在嫦娥六號之前,人類所有的月球采樣全部位于月球正面。因此,對于嫦娥六號第一次帶回來的月背樣品,全世界的科學(xué)家都在關(guān)注著。

嫦娥六號上搭載了4個(gè)國際載荷,分別來自歐空局、法國、意大利和巴基斯坦,其中意大利國家核物理研究所研制的,用于測距和定位的激光角反射器是一種能夠進(jìn)行精度為毫米級別的測距和定位的儀器。在實(shí)驗(yàn)室里,研究員的主要工作之一就是通過真空艙室來模擬太空環(huán)境,不斷對激光角反射器的精度進(jìn)行測試。負(fù)責(zé)人表示,中國在空間探索領(lǐng)域的開放合作令人印象深刻。 

而在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所,實(shí)驗(yàn)室早已準(zhǔn)備就緒,等待著嫦娥六號的返回。2021年,這個(gè)科研團(tuán)隊(duì)通過對嫦娥五號月球樣品的研究,揭示了20億年前月球仍存在巖漿活動(dòng),刷新了人類對月球巖漿活動(dòng)和演化歷史的認(rèn)知。科學(xué)家們希望嫦娥六號的樣品研究能帶來更多新的發(fā)現(xiàn)。

中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員李獻(xiàn)華:“南極-艾特肯盆地是月球上最古老的撞擊坑,也是最大的撞擊坑,甚至是整個(gè)內(nèi)太陽系最大的撞擊坑。這次撞擊對月球后期的演化歷史意義深遠(yuǎn),我們自然就會(huì)問是什么時(shí)候撞的?這次我們到這個(gè)地方去采樣,很有可能采到跟這次撞擊有關(guān)系的一些記錄,我們把它的年齡測出來。第二月球的正面和背面不一樣,到底怎么不一樣需要樣品來分析?!?/p>

科研團(tuán)隊(duì)拿到月壤后的第一步是樣本制備,挑選工作要在顯微鏡下進(jìn)行,手部任何一點(diǎn)多余的抖動(dòng)都會(huì)導(dǎo)致顆粒無法被有效挑選,后續(xù)研究也就無從談起。

專家表示,嫦娥六號采集到的珍貴月球樣品,將為人類提供更多關(guān)于月球的寶貴數(shù)據(jù)和信息,有望深化人類對月球成因和演化歷史的研究。

中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員吳福元:“以前我們認(rèn)為月球30億年前就死了,結(jié)果嫦娥五號的樣品發(fā)現(xiàn),20億年前還有巖漿活動(dòng),后面還有沒有,我們現(xiàn)在也不敢肯定說一定就沒有了,所以說人類對月球的了解非常有限。嫦娥工程已經(jīng)20年了,這么多年才返回來一點(diǎn)樣品,我們一定要把航天上的優(yōu)勢變成科學(xué)上的優(yōu)勢,集中力量來做科學(xué)上的產(chǎn)出和突破?!?/p>

從5月3日發(fā)射升空,迢迢38萬公里奔赴月球,到準(zhǔn)確實(shí)施近月制動(dòng)。從成功著陸月背、月面智能采樣,到從月面上升,在軌交會(huì)對接、樣品轉(zhuǎn)移,到今天返回地球家園,圓滿完成使命,嫦娥六號探月之旅歷經(jīng)53天,每一步都包含了無數(shù)科研工作者的努力?;厥蘸蟮逆隙鹆柗祷仄髟谕瓿杀匾牡孛嫣幚砉ぷ骱?,將空運(yùn)至北京開艙,取出樣品容器以及搭載物。國家航天局將擇機(jī)舉行交接儀式,正式向地面應(yīng)用系統(tǒng)移交月球樣品,后續(xù)開展樣品儲(chǔ)存、分析和研究相關(guān)工作。我們期待著科學(xué)家們的好消息,也相信嫦娥六號的工作會(huì)幫助我們解開更多關(guān)于月球、關(guān)于太陽系的奧秘。


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