嫦娥六号月球背面取壤记实

九天星辰

<p class="ql-block">一、嫦娥六号月球探测器</p><p class="ql-block"> 嫦娥六号:</p><p class="ql-block"> 国藉 中国</p><p class="ql-block"> 研发机构 中国空间技术研究院</p><p class="ql-block"> 任务类型 深空探测(月球)</p><p class="ql-block"> 运载火箭 长征五号</p><p class="ql-block"> 发射日期 2024年5月3日17时27分2 9秒132毫秒</p><p class="ql-block"> 发射基地 文昌航天发射场</p><p class="ql-block"> 设计寿命 >53天</p><p class="ql-block"> 总质量 约8.3吨 </p><p class="ql-block"> 轨道部分:</p><p class="ql-block"> 轨道部分中文名称 嫦娥六号轨道器</p><p class="ql-block"> 轨道类型 环月轨道</p><p class="ql-block"> 轨道高度 200x200km</p><p class="ql-block"> 轨道倾角 45 度</p><p class="ql-block"> 轨道部分国际卫星标符 2024-083B</p><p class="ql-block"> 着陆器:</p><p class="ql-block">着陆器中文名称 </p><p class="ql-block"> 嫦娥六号着陆器</p><p class="ql-block"> 氡气探测仪(法国)</p><p class="ql-block"> 漫游激光角反射器(意大利)</p><p class="ql-block"> 月表负离子探测仪(欧洲/瑞典)</p><p class="ql-block">着陆地点:</p><p class="ql-block"> 艾特肯盆地阿波罗环形山南部</p><p class="ql-block"> (150-158w,41-45度S)</p><p class="ql-block">返回器:</p><p class="ql-block"> 返回器中文名称 嫦娥六号返回器</p><p class="ql-block"> 返回器质量 预计2kg</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"> 嫦娥六号原是嫦娥五号的备份星,在嫦娥五号任务成功后,对嫦娥六号作了调整。按照“适应性改进、技术上有进步、工程上可实现、经费上可接受”的原则推进。嫦娥六号的任务是一一月球背面采样返回。嫦娥六号的工程目标是突破月球逆行轨道设计与控制技术、月背智能采样技术和月背起飞上升技术,实现月球背面自动采样返回,同时开展有效的国际合作。</p><p class="ql-block"> 嫦娥六号项目目标</p><p class="ql-block"> 嫦娥六号计划在月球南极艾特肯盆地的阿波罗环形山采集2千克的月壤和月岩样品,并将其送回地球。这将是人类获得的第一份月球背面样品。艾特肯盆地是太阳系内(人类已知的)最古老的撞击坑,目前认为形成于月球诞生的初期,直径约2400千米,最深可以达到8.2千米。阿波罗环形山,目前认为是大约40亿年前形成的。其直径达到了490-540千米,形成时撞击的烈度也很大。两次撞击使得大量月馒物质到达月球表面。因此,嫦娥六号返回的样品将有助于研究地月系,乃至整个太阳系的历史。同时,嫦娥六号将用搭载的其他仪器获得更多的科研数据,以供对月球环境的研究。</p><p class="ql-block">嫦娥六号探测器平台</p><p class="ql-block"> 嫦娥六号探测器总体布局与嫦娥五号相似。在待发射状态下,从下至上依次是轨道器、返回器、对接机构、支撑舱、着陆器、上升器。</p><p class="ql-block"> 轨道器:</p><p class="ql-block"> 轨道器外形是一个扁圆柱体,内部主要是四个球形贮箱。底部安装一台3000牛主发动机,其他部位的外壁上还有一系列姿控推进器。两侧有太阳能帆板,在返回器分离前为轨道器-返回器组合体提供电力。正常情况下完成既定月球探测任务后会剩余较多推进剂,很可能进行额外的任务。</p><p class="ql-block"> 嫦娥六号轨道器外部挂载了一颗巴基斯坦与上海交通大学的“SJT∪思源二号”(lC∪BE-Q)立方星。卫星大约7千克重,星上搭载了两台相机,将在月球轨道上进行拍摄照片并探测月球磁场的任务。</p><p class="ql-block"> 返回器:</p><p class="ql-block"> 返回器外形类似缩小的神舟载人飞船的返回舱,可以携带2千克月球样品,由月地自由返回轨道返回地面。返回舱装有12台姿控推进器,可以实现第二宇宙速度高速半弹道跳跃式再入,从而将过载峰值控制在4.8G,仅略高于神舟飞船使用普通半弹道再入的过载。该技术中国在嫦娥五号再入返回飞行试验器(嫦娥五号T1)上首次试验并获得圆满成功,在嫦娥五号返回器上首次运用,未来在新一代载人飞船(梦舟)上也将运用。返回器将在四子王旗着陆场或东风着陆场着陆。</p><p class="ql-block"> 支撑舱:</p><p class="ql-block"> 支撑舱是一个只有侧壁的圆台形舱段,上下分别连接着陆器和轨道器,包围着对接机构和返回器。支撑舱先与着陆器分离,轨道器-返回器组合体先绕偏航轴转动90度,再分离支撑舱,以防止碰撞。</p><p class="ql-block"> 对接机构:</p><p class="ql-block"> 对接机构的四条支撑腿下部与轨道器相连,返回器被支撑腿包围。顶部安装了三组抱爪,在对接瞬间释放,抱住上升器的三组横杆,完成对正、拉紧动作。此外,对接机构上还安装了一套棘轮棘爪式样品转移装置,可以将样品容器从上升器转移至返回器内部。样品转移、返回器密封完成后,支撑腿上分离机构解锁,对接机构与轨道器分离,而与上升器保持对接状态。</p><p class="ql-block"> 着陆器:</p><p class="ql-block"> 着陆器大致与嫦娥五号相同,和嫦娥三号、四号着陆器总体布局相似。着陆器舱段较矮,外形类似一个侧棱被截去的正四棱柱。底部中央安装一台YF-36 7500牛深度变推力主发动机,四角分别安装两台姿态控制发动机。前后左右的侧壁上分别各安装一个可伸缩的着陆腿;左右两侧侧壁上分别安装一副太阳能帆板,很可能为了提高在月球南极的发电效率,使用了竖直构型的帆板。侧面还安装了一些科学设备,包括用于收集样品的机械臂。截去侧棱后形成的四个侧面变小,主要安装姿控推进器。上表面安装了高增益天线,中部装有一个导流锥,导流锥四周有上升器的支架。</p><p class="ql-block"> 着陆器内部主要安装了四个球形的金属膜片贮箱。为了减重,嫦娥五号的着陆器没有独立的主控计算机。上升器月面起飞前,着陆器与上升器共用主控计算机;在上升器起飞后,着陆器停止工作。但是,嫦娥六号搭载了较多需要长期工作的载荷,而从上组合体到上升器起飞仅有两天时间,远远不够载荷收集足够多的数据。因此,嫦娥六号着陆器内部增加了主控计算机,將在上升器起飞后长期工作。</p><p class="ql-block"> 上升器:</p><p class="ql-block"> 上升器的舱体外观和着陆器相似,规模有所缩小。内部有完整的控制计算机,大部分空间是四个贮箱。发动机的布置和着陆器相似,不过型号有所变化,例如主发动机只有3000牛。左右两侧有太阳能帆板,在月面起飞前使用着陆器电源,月面起飞入轨后打开帆板。上表面中央有样品容器转移通道,通道周围安装了三组对接用的横杆。</p> <p class="ql-block"> 长征五号运载火箭</p><p class="ql-block"> 中文名 长征五号</p><p class="ql-block"> 外文名 Long March 5</p><p class="ql-block"> 火箭类型 大型低温液体捆绑式运载火箭</p><p class="ql-block">火箭代号 CZ-5/LM-5</p><p class="ql-block"> 前型级 长征四号</p><p class="ql-block"> 长征五号为捆绑四个助推器的两级半构型运载火箭,采用无毒无污染推进剂。火箭总长56.9米,起飞质量约869吨,具备近地轨道25吨、地球同步转移轨道14吨的运载能力,可以完成近地轨道卫星、地球同步转移轨道卫星、太阳同步轨道卫星、空间站、月球探测器和火星探测器等各类航天器的发射任务。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block">研制历程</p><p class="ql-block"> 1988年,中国863计划开始后即开始了大型运载火箭的论证工作。</p><p class="ql-block"> 1990年,中国从苏联引进了2台RD-120发动机进行原理研究,之后进行关键技术攻关,奠定了YF-100火箭发动机的基础。</p><p class="ql-block"> 2000年,长征五号使用的液氧煤油补燃循环发动机YF-100获得工程立项。</p><p class="ql-block"> 2001年,长征五号使用的一级氢氧发动机YF-77获得研制立项。同年,长征五号火箭预研工作正式开始,针对问题研制方向明确了火箭的运力指标、级数、推进剂种类,并要求新型火箭高可靠、低成本。</p><p class="ql-block"> 2001~2005年,YF-100火箭发动机分别进入初样研制和试样研制阶段。</p><p class="ql-block"> 2006年10月,中国国防科工委和财政部联合立项研制长征五号运载火箭,经国务院批准,由国防科工局、国家航天局牵头组织实施,由中国航天科技集团有限公司所属中国运载火箭技术研究院抓总研制。</p><p class="ql-block"> 2009年,YF-77火箭发动机转入试样研制。</p><p class="ql-block"> 2009~2010年,原计划作为长征五号系列中衍生型号的小型、中型火箭分别独立形成“长征六号”与“长征七号”,长征五号系列中仅剩下5米芯级直径的大型火箭。同时,为避免火箭系列间运载能力交叉重叠,长征五号系列的优先发展型号由2006年时的基本型构型D转变为近地轨道、地球同步转移轨道运力最强的两种型号:构型B和构型E。2011年左右,二者分别被命名为“长征五号乙”和“长征五号”,再加上配套的远征二号上面级,便形成了长征五号系列运载火箭。</p><p class="ql-block"> 长征五号初样研制阶段,期间完成了以5.2米直径整流罩和5米直径火箭舱段为代表的大部分箭体结构的制造、生产、试验等技术,并在中国实现了火箭全型号数字工程化应用。</p><p class="ql-block"> 2011年,长征五号乙立项进入工程研制。</p><p class="ql-block"> 2012年,长征五号研制用于火箭、航天器生产、总装、测试的中国新一代运载火箭天津产业化基地一期建成投入使用,用于箭体运输的远望21号船同年下水。8月,YF-100火箭发动机500秒长程热试车成功,确定了长征五号首飞发动技术状态。</p><p class="ql-block"> 2013年7月,长征五号进入试样研制阶段。主要完成了全箭模态试验、各动力系统试车,整流罩分离试验等大型地面试验,并开展了火箭的生产、总装和测试。同年,长征五号的研制同时带动一系列配套设置的建选。例如为了火箭测试中国研制完成了70吨级的世界最大推力的振动台。</p><p class="ql-block"> 2016年,长征五号完成了发射场合练,验证了火箭、发射场、地面发射支持系统的接口协调以及吊装起竖、测试、转运等流程,最终确定了长征五号火箭的整体技术状态。11月3日20点43分,长征五号运载火箭在海南文昌航天发射场发射升空。随后,长征五号运载火箭与其托举的远征二号上面级成功分离,上面级继续将实践十七号卫星送到预定轨道。长征五号运载火箭首次飞行任务取得成功。</p><p class="ql-block"> 长征五号采用模块化设计,火箭各组成部分对应不同的模块:芯一级对应5米直径火箭芯级模块,芯二级对应5米直经火箭上面级模块,助推器对应3.35米直径火箭助推级模块。各种模块根据不同方式搭配再加上整流罩等火箭其它部分就可以形成不同型式的火箭构型。</p> <p class="ql-block">  三、运载火箭搭载探测器发射 </p><p class="ql-block"> 长征五号遥八运载火箭搭载嫦娥六号月球探测器,2024年5月3日17时2719秒从中国海南文昌卫星发射场点火升空。</p> <p class="ql-block">  火箭起飞后17秒,火箭进行程序转弯</p> <p class="ql-block">  起飞后183秒,火箭一级发动机助推器分离。</p> <p class="ql-block">  起飞后326秒,火箭整流罩分离,l嫦娥六号探测器完全裸露在太空中。</p> <p class="ql-block">  起飞485秒,火箭一、二级分离</p> <p class="ql-block">  起飞488秒,火箭二级发动机点火。</p> <p class="ql-block">  起飞733秒,火箭二级发动机一次关机,火箭进入自由滑行状态。</p> <p class="ql-block">  起飞1725秒,火箭二级发动机二次点火,为嫦娥六号探测器加速,使其飞行速度达到10.9千米/秒,确保其进入地月转移轨道。</p> <p class="ql-block">  火箭二级发动机喷囗烧的通红</p> <p class="ql-block">  起飞2131秒,火箭二级发动机关机,进行姿态调整。</p> <p class="ql-block">起飞2218秒,火箭与嫦娥六号探测器分离。火箭完成历史使命,嫦娥六号探测器將开启独自探月的行程。</p> <p class="ql-block">  嫦娥六号探测器太阳能帆板展开,探测器自身产生了动力,依靠自身动力,嫦娥六号将完成全部历史使命。</p> <p class="ql-block">  望着渐行渐远的嫦娥六号探测器,祝你一路走好,顺利完成自己的历史使命,我们在地球上恭侯你的归来。</p> <p class="ql-block">  嫦娥六号任务发射场区指挥部指挥长张作胜宣布:长征五号遥八运载火箭搭载嫦娥六号探测器发射任务,探测器帆板展开,准确进入地月转移轨道,发射取得圆满成功。</p> <p class="ql-block">  二、嫦娥六号探测器近月制动</p><p class="ql-block"> 2024年5月8日10时12分,娥娥六号探测器经过5天38万公里的飞行,成功实施了近月制动,顺利进入环月轨道飞行。</p><p class="ql-block"> 近月制动是娥娥六号探测器在飞行过程中的一次关键轨道控制,是探测器飞临月球附近时进行“刹车”制动,使其相对速度低于月球逃逸速度,从而被月球引力捕获,实现绕月飞行。</p><p class="ql-block"> 后续,在鹊桥二号中继星的支持下,嫦娥六号探测器将调整环月轨道高度和倾角,择机实施轨道器返回器组合体与着陆器上升器组合体分离,之后,着陆器上升器组合体实施月球背面南极-艾特肯盆地软着陆,按计划开展月球背面采样返回任务。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"> 注: 地球的逃逸速度是11.2千米/秒;月球的逃逸速度约为2.38千米/秒;太阳的逃逸速度约为100英里/秒;如果一个天体的逃逸速度达到光速,该天体就是黑洞。</p> <p class="ql-block">  嫦娥六号推进系统安装了</p><p class="ql-block"> 共89台发动机</p><p class="ql-block"> 14个贮箱</p><p class="ql-block"> 8个气瓶</p><p class="ql-block"> 200多个阀门</p><p class="ql-block"> 其中发动机分为两种,负责给探测器加速、减速提供主要动力的叫主发动机,装在探测器底部中心位置。负责给探测器调整姿态的叫姿控发动机,安装在探测器四周。如果用跑步打比方,主发动机负责让你跑快或者跑慢,姿控发动机则让你别跑偏、别乱晃。</p><p class="ql-block"> 轨道器,配置了1台3000N主发动机,还有150N、25N、10N姿态控制发动机38台。</p><p class="ql-block"> 着陆器配置了1台7500N变推力主发动机,16台150N姿态控制发动机。</p><p class="ql-block"> 上升器配置了1台3000N主发动机、120N、10N姿态控制发动机20台。</p><p class="ql-block"> 返回器配置了5N和20N姿态控制发动机一共12台。</p> <p class="ql-block">图示:着陆器上主发动机和姿控发动机</p> <p class="ql-block">  轨道器推进系统</p><p class="ql-block"> 1台 3000N主发动机</p><p class="ql-block"> 8台 150N姿态控制发动机</p><p class="ql-block"> 18台 25N姿态控制发动机</p><p class="ql-block"> 12台 10N姿态控制发动机</p><p class="ql-block"> 3000N主发动机比冲 312秒</p><p class="ql-block"> 4个 680升贮箱</p><p class="ql-block"> 推进剂最大加注量3吨</p> <p class="ql-block">  着陆器推进系统</p><p class="ql-block"> 1台 7500N变推力主发动机</p><p class="ql-block"> 16台 150N姿态控制发动机</p><p class="ql-block"> 7500N主发动机比冲 310秒</p><p class="ql-block"> 4个 500升贮箱</p><p class="ql-block"> 推进剂最大加注量 2.15吨</p> <p class="ql-block">  上升器推进系统</p><p class="ql-block"> 1台 3000N主发动机</p><p class="ql-block"> 8台 120N姿态控制发动机</p><p class="ql-block"> 12台 10N姿态控制发动机</p><p class="ql-block"> 4台 100升贮箱</p><p class="ql-block"> 推进剂最大加注量 0.43吨</p> <p class="ql-block">  返回器,装有5N和20N姿控发动机</p> <p class="ql-block">  三、中国航天局向巴基斯坦交接立方星数据仪式</p><p class="ql-block"> 2024年5月10日,中国国家航天局在北京举办嫦娥六号任务巴基斯坦立方星数据交接仪式。中国国家航天局局长张克俭向巴基斯坦驻华大使卡里尔.哈什米交接数据,并共同为嫦娥六号任务巴基斯坦立方星拍摄的首幅影像揭幕,中国国家航天局总工程师李国平主持。国家航天局国际合作司、探月与航天工程中心、中国科学院国家天文台、上海交通大学、巴基斯坦空间和外大气层研究委员会及亚太空间合作组织等单位代表出席。</p><p class="ql-block"> 仪式上,国家航天局探月与航天工程中心作为工程总体为嫦娥六号任务情况作报告,巴基斯坦空间技术研究所作载荷研制及国际合作情况报告,上海交通大学作为该载荷中方责任单位报告了合作研制情况。</p><p class="ql-block"> 2024年5月8日16时14分,嫦娥六号任务搭载的国际载荷之一—巴基斯坦立方星与轨道器在周期12小时环月大椭圆轨道的远月点附近分离,随后成功拍摄了第一幅影像。巴基斯坦立方星项目实现“成功分离,获得遥测”的既定目标,取得圆满成功。</p><p class="ql-block"> 巴基斯坦空间技术研究所和上海交通大学于2023年初启动巴基斯坦立方星联合研制,2024年按计划完成与探测器的总装、测试和发射场准备,5月3日随嫦娥六号探测器发射升空。巴基斯坦立方星项目成功验证了嫦娥六号月球轨道探测技术,探索了中巴月球与深空探测任务合作模式,为后续任务中巴双方更深入的合作奠定了基础。</p> <p class="ql-block">  图示: 2024年5月8日16时27分,巴基斯坦立方星拍摄的首幅图像,亮光处为太阳。</p> <p class="ql-block">  图示:2024年5月8日19肘56分,巴基斯坦空方星拍摄的首幅月球图像。</p> <p class="ql-block">  图示:2024年5月9日14肘38分,巴基斯坦立方星拍摄的日月合影,左侧为月球,右侧为太阳。</p> <p class="ql-block"> 四、嫦娥六号成功落月</p><p class="ql-block"> 2024年5月30日,环绕月球飞行的嫦娥六号上升器组合体与返回器组合体实施在轨分离。</p><p class="ql-block"> 2024年6月2日6时9分,嫦娥六号着陆器和上升组合体开始进行动力下降,7500牛变推力发动机开机工作。接着,组合体进行快速姿态调整,随着距离月表高度的降低,嫦娥六号探测器逐渐接近月表。此时,通过视觉自主避障系统进行障碍自动检测,同时利用可见光相机根据月面明暗程度选择大致安全着陆点。探测器到达大致安全点上方100米处悬停,利用激光三维扫描进行精确拍照以检测月面预选安全点周围有无障碍物及安全程度,最终确定着陆点。然后探测器缓慢垂直下降,即将到达月面时发动机关机,利用缓冲系统探测器组合体以自由落体的方式到达月面。6月2日6时23分,嫦娥六号着陆器和上升组合体在鹊桥二号中继星的支持下,最终平稳的着陆在月球背面南极-艾特肯盆地。</p><p class="ql-block"> 嫦娥六号探测器将在降落的48小时内,先后对着陆点月面进行钻取、表取以及样品封装等工作。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"> 图示:嫦娥六号探测器和上升组合体即将着陆月球背面</p> <p class="ql-block">  嫦娥六号探测器及上升组合体成功降落在月球背面</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"> 图示:嫦娥六号探测器降落在月球背面</p> <p class="ql-block">  嫦娥六号探测器最重要的科学目标是采集着陆点的月壤样品,为此,所配置的科学载荷包括降落相机、全景相机、全景相机转台、月球矿物光谱仪、月壤结构探测仪和国旗展示系统,可以提供月球背面新的采样区月表形貌、地质构造、浅层结构、物质成分等科学数据,为采回的样品研究和分析提供最为详尽的原位环境信息。</p><p class="ql-block"> 其中,月壤结构探测仪即通常所说的测月雷达,它的功能相当于对钻采区域的浅层月壤做CT(计算机断层扫描),为采样点的选择以及钻进过程的安全性提供重要的数据保障。</p> <p class="ql-block"> 五、嫦娥六号月背采样</p><p class="ql-block"> 嫦娥六号的月背采样工作任务包括“钻取”和“表取”两种采样方式。“钻取”是固定在一个点位,采集保持“剖面层序”的月壤芯样品。而“表取”则是在月面多个位置铲取月壤或拾取月岩。</p><p class="ql-block"> 嫦娥六号探测器登陆月球后,随及开始采样之作,按计划先进行“钻取”,再进行“表取”。</p><p class="ql-block"> 钻取采样装置设计长度为2.5米,由特殊的硬质合金制成,一共有三层结构,最外层是可以旋转钻进的外钻杆。紧靠外钻杆的是取芯管。取芯管的外面包裹着一条长长的袋子,叫取芯袋。当钻头向下钻进时,取芯袋也会跟随着取芯管向下运动,而钻取到的月壤岩芯则会被顶进袋内,这个过程有点像“穿袜子”。取样后的取芯袋以缠绕的方式存放在钻取初级密封装置上。</p><p class="ql-block"> 完成钻取采样任务后,紧接着进行表取采样,表层采样是借用机械臂来完成的,机械臂的伸展长度达到了3.7米,可以在120度的范围内实施月面采样,并且能连续多次采样。</p><p class="ql-block"> 机械臂携带了一个“末端采样器”,一头的采样器兼具了挖取、铲挖、抓取三种功能;对于颗粒细小的月壤可直接挖取,对于较小的石块则可以铲挖,此外,它还可以抓取更大尺寸的石块。</p><p class="ql-block"> 另一头的采样器则能对一些相对坚硬的目标进行浅钻,并通过花瓣结构进行样本提取。</p><p class="ql-block"> “表取”采样来的样品,会被放置在表取初级密封装置中,取样工作结束后,表取初级密封装置就会从着陆器上被提取出来,放置在上升器顶部的密封封装装置中,进行封装。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"> 图示:嫦娥六号探测器正在月球背面“钻取”取样中</p> <p class="ql-block">  图示:嫦娥六号探测器正在月球背面表取取样中</p> <p class="ql-block">  表取后,月球背面显示岀的形似“中”字的月面痕迹</p> <p class="ql-block"> 在月球展示中国五星红旗</p> <p class="ql-block">  六、嫦娥六号上升器月球起飞</p><p class="ql-block"> 国家航天局消息。2024年6月4日7时38分,嫦娥六号上升器携带月球样品自月球背面起飞,3000N发动机工作约6分钟后,成功将上升器送入预定环月轨道。</p><p class="ql-block"> 与地面起飞相比,嫦娥六号上升器没有固定的发射塔架系统,而是将着陆器作为“临时塔架”。与嫦娥五号月面起飞相比,嫦娥六号从月球背面起飞,无法直接得到地面测控支持,而需要在鹊桥二号中继星的辅助下,借助自身携带的特殊敏感器实现自主定位、定姿,工程实施难度更大。嫦娥六号上升器点火起飞后,先后经历垂直上升、姿态调整和轨道射入三个阶段,顺利进入了预定环月飞行轨道。</p><p class="ql-block"> 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,并按预定形式将珍贵的月球背面样品封装存放在上升器携带的贮存裝置中。采样和封装过程中,科研人员在地面实验室,根据鹊桥二号中继器传回的探测器数据,对采样区的地理模型进行仿真并模拟采样,为采样决策和各环节操作提供了重要的支持。</p><p class="ql-block"> 智能采样是嫦娥六号任务的核心关键环节之一,探测器经受住了月背高温考验,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,实现了多点、多样化自动采样。</p><p class="ql-block"> 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,按计划开展了科学探测,在月表形貌及矿物质探测与研究、月球浅层结构探测等科学探测任务中发挥了重要作用。探测器钻取采样前,月壤结构探测仪对采样区地下月壤结构进行了分析判断,为采样提供了数据参考。</p><p class="ql-block"> 嫦娥六号着陆器携带的欧空局月表负离子分析仪、法国月球氡气探测仪等国际载荷工作正常,开展了相应科学探测任务。其中,法国月球氡气探测仪在地月转移、环月阶段和月面工作段均进行了开机工作;欧空局月表负离子分析仪于月面工作段进行了开机工作。安装在着陆器顶部的意大利激光角反射器成为月球背面可用于距离测量的位置控制点。</p><p class="ql-block"> 表取完成后,嫦娥六号着陆器携带的五星红旗在月球背面成功展开。这是中国首次在月球背面独立动态展示国旗。该国旗由新型复合材料和特殊工艺制作完成。由于落月位置不同,嫦娥六号国旗展示系统在嫦娥五号任务基础上进行了适应性改进。</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"> 图示:上升器月球起飞示意图</p> <p class="ql-block">  七、嫦娥六号上升器与轨返组合体成功交会对接</p><p class="ql-block"> 2024年6月6日14时48分,嫦娥六号上升器与轨返组合体成功在月球轨道完成交会对接,6日15时24分,月球样品容器由上升器转移至返回器。</p><p class="ql-block"> 上升器在成功交接月球样品容器后就完成全部使命,分离后转入独立飞行,之后将利用剩余推进剂受控着陆在月球表面,避免产生月球轨道垃圾。</p><p class="ql-block"> 嫦娥六号上升器分离后,轨返组合体将在环月轨道飞行14天,待机加速转入月地转移轨道。此后,轨返组合体在经历5天左右的转段飞行后抵近地球,并将返回器释放离轨,返回器重返地球降落在内蒙古四子王旗着陆场,最终完成人类首次月背采样返回之旅。</p> <p class="ql-block">七、嫦娥六号用“打水漂”式返回地球</p><p class="ql-block"> 2024年6月25,嫦娥六号用半弹道跳跃式返回,即“打水漂”的方式再入大气层。为什么要用这种方式返回呢?</p><p class="ql-block"> 嫦娥六号从38万千米外的月球一路飞驰而来,其速度接近第二宇宙速度,即每秒约11.2千米。每秒超过3千米的速度差,对返回器的考验不可同日而语。返回器再入大气层的过程中,舱体与大气剧烈摩擦,使得热流急剧提升,再入速度提升1倍,再入热量会提高8至9倍。因此,嫦娥六号返回地球,首要任务便是“踩刹车”减速。</p><p class="ql-block"> 为此,早在我国发射探月工程三期再入返回飞行试验时,我国设计师就提出了一个大胆的返回方式——半弹道跳跃式再入返回。航天器先高速进入大气层,又在气动作用下跃出大气层,仿佛打了个水漂。借助大气层这个天然屏障,使得航天器将自身速度降至第一宇宙速度,后续便可像近地轨道的航天器一样返回地面了。</p><p class="ql-block"> 但是,嫦娥六号返回面临的情况更加复杂,要在风驰电掣、大起大落的状态下飞行六七千公里,必须完美控制再入角度和再入点。返回器要做到“指哪打哪”,制导导航与控制(GNC)系统这个“舵手”责任重大。制导设备会根据当前位置和速度,结合落点位置进行制导处理,自动规划出最佳飞行路线;高精度导航设备可以在茫茫宇宙中实时获取自身的位置和速度;控制设备通过控制返回器外的发动机,调整返回器姿态,使其沿着规划的轨迹飞行。 三者协同,嫦娥六号就能顺利回家了。</p> <p class="ql-block">  值得关注的是,嫦娥六号返回器采用半弹道跳跃返回要两次经过黒障区(航天器高速返回大气层时,在一定高度与地面通信联络中断的区域),当返回器距地面120千米时,它在2分钟后进入再入走廊,开始持续3分钟的初次再入并进入黑障区。此时返回器以较高升阻比的方式在大气层中“滑行”,目的是让返回器获得足够的“升力”。在返回器距地面60千米时第一次升力控制结束,返回器在高超音速空气动力作用下被反弹回大气层外,此时返回器速度已降至每秒7.9千米以下。在地球引力的作用下,返回器第二次再入大气层后再次进入黑障区,4分钟后飞出黑障区。</p><p class="ql-block"> 在降至距地面约20千米高度时,返回器转入开伞状态。距地面约10千米高度时,嫦娥六号返回器绽放两次“红白伞花”,以两级减速的方式,先绽放出一朵只有2平方米的“小花”,即减速伞,它负责“踩一脚刹车”,对返回器进行初级减速,并在踩完刹车后分离拉出主伞。第二级降落伞是一朵约为50平方米的“大花”,负责把返回器速度由每小时数百公里降低到每小时50公里以内。</p><p class="ql-block"> 2024年6月25日14时07分,嫦娥六号返回器准确着陆于内蒙古自治区四子王旗预定区域,工作正常,标志着探月工程嫦娥六号任务取得圆满成功,实现世界首次月球背面采样返回。</p> <p class="ql-block">  图示: 嫦娥六号返回器返回地面途中</p> <p class="ql-block">  图示:嫦娥六号返回器开伞降落途中</p> <p class="ql-block">  图示:嫦娥六号返回器刚降落到地面,搜救工作人员即赶到现场检查返回器</p><p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"> </p><p class="ql-block"> </p> <p class="ql-block">  新华社北京6月25日电,中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平代表党中央、国务院和中央军委致电祝贺探月工程嫦娥六号任务取得圆满成功。贺电全文如下:</p><p class="ql-block"> 探月工程嫦娥六号任务指挥部并参加任务的全体同志:</p><p class="ql-block"> 欣闻探月工程嫦娥六号任务取得圆满成功,我代表党中央、国务院和中央军委,向你们致以热烈祝贺和诚挚问侯!</p><p class="ql-block"> 嫦娥六号在人类历史上首次实现月球背面采样返回,是我国建设航天强国、科技强国取得的又一标志性成果。20年来,参加探月工程建设的全体同志弘扬探月精神,勇攀科技高峰,取得了举世瞩目的重大成就,走岀一条高质量、高效益的月球探测之路。你们作出的突出贡献,祖国和人民将永远铭记!</p><p class="ql-block"> 希望你们乘势而上,精心开展月球样品科学研究,接续实施好深空探测等重大工程,加强国际交流合作,向着航天強国目标勇毅前行,为探索宇宙奥秘、增进人类福祉再立新功,为以中国式现代化全面推进强国建设、民族复兴伟业作岀新贡献!</p><p class="ql-block"> 习近平</p><p class="ql-block"> 2024年6月25日</p> <p class="ql-block">  嫦娥六号采集的月背样品开箱取样</p><p class="ql-block"> 2024年6月26日,航天科技集团五院在北京举行嫦娥六号返回器开舱仪式。经精确计量,本次嫦娥六号实现世界首次月背采样共1935.3克。</p> <p class="ql-block">  </p><p class="ql-block"> 2024年6月28日,国家航天局在京举行探月工程嫦娥六号任务月球样品交接仪式。工业和信息化部部长金壮龙主持交接仪式。国家航天局局长向中国科学院副院长丁赤飚移交了嫦娥六号样品容器,交接了样品证书。</p><p class="ql-block"> 嫦娥六号任务采集的样品,在安全运输至月球样品实验室后,地面应用系统的科研人员将按计划开展月球样品的存储和处理,启动科研工作。这标志着嫦娥六号任务由工程实验阶段正式转入科学研究新阶段。人类首份月背样品,在科学上具有独特意义,将进一步增进人类对月球演化的认知,加快人类和平探索利用月球资源的脚步,是全人类的重要财富。国家航天局将进一步“追逐梦想、勇于探索、协同攻坚、合作共赢”的探月精神,做好月背样品的管理工作,组织开展月球样品科学研究,与国际社会共享中国探月科学成果。</p> <p class="ql-block"><br></p><p class="ql-block"> 在交接仪式上,国务院副总理张国清指岀,嫦娥六号任务实现了人类首次月球背面采样返回的创举,是坚持以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导,建设航天强国、科技强国取得的又一标志性成果,是携手国际合作伙伴和平探索利用外空、构建人类命运共同体的又一生动实践。要做好月球样品管理,精心开展科学研究,力争早日产出一批世界级原创科学成果,为探索宇宙奥秘、增进人类福祉再立新功。</p>