据新华社北京6月2日电(记者宋晨、徐鹏航)这是人类探索月球的历史性时刻!6月2日清晨,嫦娥六号成功着陆在月球背面南极-艾特肯盆地预选着陆区,开启人类探测器首次在月球背面实施的样品采集任务,即将“蟾宫挖宝”。
北京航天飞行控制中心响起热烈的掌声,嫦娥六号着陆器和上升器组合体在鹊桥二号中继星支持下,成功着陆在月球背面南极-艾特肯盆地预选着陆区。
自5月3日发射入轨以来,嫦娥六号探测器经历了约30天的奔月之旅,在经过地月转移、近月制动、环月飞行等一系列关键动作后,完成了这世界瞩目的“精彩一落”。
相比于降落在月球正面,降落在月球背面可谓环环相扣、步步关键。特别是此次任务的预选着陆区——月球背面南极-艾特肯盆地,落差可达十多公里,好比要把一台小卡车成功降落到崇山峻岭中,每一步都不能掉以轻心,充满着中国航天人的智慧和创造。
月背着陆时间短、难度大、风险高,放眼世界也仅有我国的嫦娥四号探测器曾在2019年初成功实现月背软着陆。此次嫦娥六号不仅要实现月背软着陆,更将按计划采集月球背面的月壤,走别人没走过的路。
2004年,中国探月工程正式批准立项。从嫦娥一号拍摄全月球影像图,到嫦娥四号实现人类首次月球背面软着陆;从嫦娥五号带着月壤胜利归来,再到如今嫦娥六号即将月背“挖宝”……20年来,中国探月工程不断刷新人类月球探测的纪录。
成功着陆月背,只是开始。后续着陆器将进行太阳翼和定向天线展开等状态检查与设置工作,随后正式开始持续约2天的月背采样工作,通过钻取和表取两种方式分别采集月球样品,实现多点、多样化自动采样。
同时,本次任务还将开展月球背面着陆区的现场调查分析、月壤结构分析等科学探测。让我们继续期待嫦娥六号“再接再厉”,不断传来更多好消息!
嫦娥六号在落月前,首先要进行组合体分离。由轨道器、返回器、着陆器、上升器组成的四器组合体要先分离成两部分,轨道器和返回器组成的轨返组合体继续留在月球轨道上飞行,着陆器和上升器组成的“着上组合体”分离后将着陆月球。那么嫦娥六号落月是怎么落的?来看看。
主减速段
离月面约15公里
下降到预定的轨道后,嫦娥六号“着上组合体”开始进入主减速段。整个主减速段“着上组合体”基本呈现与月面平行的姿态飞行,7500牛变推力发动机以最大推力运行,以达到快速减速的目的。
快速调整段
约12公里
“着上组合体”一边往前飞一边下降高度,当距离月面大约12公里时,开始姿态调整,发动机逐渐调小推力,“着上组合体”的姿态也逐渐接近垂直于月面。
接近段
大约2到3公里
距离月面大约2到3公里高度时,“着上组合体”利用“光学成像敏感器”,通俗来讲就是一个相机,来进行“粗避障”,也就是对着陆区域的障碍物进行检测与机动规避。
悬停段
110米-90米左右
这个阶段是为了保证落月时,着陆器的四只脚都不踩到石头上或坑里。“激光三维成像敏感器”开始发挥作用,它将在不到3秒钟时间内,快速完成对着陆区域的高精度三维成像,快速选定着陆点。
避障段
与之前的粗避障不同,这一阶段的避障是精避障,精准识别、选好着陆点。为了节省燃料,一边下降一边进行精确避障。
缓速下降段
约30米
当“着上组合体”降至着陆点上方约30米处时,在变推力发动机作用下,“着上组合体”下降速度减为每秒2米。
而当下降至距离月面约2米高度时,“着上组合体”的主发动机关闭,最终,四条缓冲着陆支撑腿稳稳地落在月背南极-艾特肯盆地。
整个下降过程大约15分钟,探测器由相对月球1.6公里每秒的速度,迅速降到0(公里每秒)。
怎么选落月点?
月球背面遍布大大小小的陨石坑,地形复杂,起伏较大,落月过程充满了不确定性,难度系数非常大。嫦娥六号“着上组合体”携带了许多敏感器,这些敏感器就像是探测器的眼睛和耳朵,他们通过光学、微波等方式自动判断具体的着陆地点。
降落的过程时间很短,“着上组合体”携带的燃料也有限,面对预选着陆区复杂的地形环境,需要快速灵活反应,因此地面的工作人员不会实时操作它具体降落到哪里,“着上组合体”会结合多种敏感器的数据,对数据进行融合后,通过图像判断月球表面的一些坡度,以及坑、石块的分布情况,最终根据这些图像,选取一个比较优的落点。
4条“腿”助力稳稳降落
嫦娥六号“着上组合体”携带的敏感器解决了“落得准”后,如何落得稳呢?
嫦娥六号“着上组合体”落月时,撞击月面会形成较大的冲击,如何保证探测器不翻倒、不陷落,这也是落月的技术难题之一。
而着陆缓冲机构,通俗地说就是嫦娥六号的“腿”,在此刻就派上了大用场。
嫦娥六号探测器是探月工程至今发射的最重航天器,“着上组合体”携带多个精密仪器,较大的震动都会影响仪器的准确度,为此科研人员给嫦娥六号装上了4条“腿”。
嫦娥六号的4条“腿”可不是简单地起到支撑作用,这4条“腿”就像4根弹簧,在遇到撞击的时候可以通过形变来吸收地面给“着上组合体”的冲击力。
着陆“腿”里边有铝蜂窝的材料和拉杆,同时能够缓冲压力和拉力,使得垂直的速度和水平的速度都能够被消除掉,让嫦娥六号“着上组合体”稳稳地落在月面上。
平稳降落后,嫦娥六号“着上组合体”会先给自己做一个全身体检,确认状态良好后,就将按计划开始月背采样等工作。
开始“挖宝”啦 挖2天
嫦娥六号“着上组合体”成功实现精准落月之后,将在48小时内先后进行钻取、表取以及样品封装等工作。目前正在进入钻取采样流程。月球背面采样有哪些“神器”?又是如何进行的?
方式一 钻取 像“穿袜子”一样取土
首先进行的是“钻取”。“钻取”是固定在一个点位,采集保持“剖面层序”的月壤岩芯样品。
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。
方式二 表取采样 带了铲子,石头也能铲
完成钻取采样任务后,将进行表取采样,表层采样是借由机械臂完成的,机械臂伸展长度达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。
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。
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。
“表取”采样的样品,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。
带了什么“神器”上去?
降落相机,安装在着陆器底部,通过自动曝光,每秒拍摄一张的方式获取这些数据,可以辅助其安全地着陆,记录整个降落过程;
全景相机,用来获取着陆区和采样区的高分辨率月表图像;
月球矿物光谱分析仪,主要是获取月表采样区的光谱数据,来进行着陆区的月表矿物组分的分析研究;
月壤结构探测仪,主要用来探测月表地下的月壤结构,同时为钻取采样过程提供信息支持。
此外,还搭载三台国际载荷:
欧空局的月表负离子分析仪
法国的月球氡气探测仪
意大利的激光角反射器
为什么要去月背挖宝?
迄今为止,国际上已经成功地实施了10次的月面采样返回任务,都是在月球的正面。这次嫦娥6号在月背南极-艾特肯盆地着陆,有望采集到月球比较古老的样品。通过对不同地区月球样品以及不同地质年龄月球样品的研究,对人类认识月球行星演化以及太阳系起源都有重要的作用。
月球样品有很大的科学价值,特别是钻取又非常稀少,它能够反映月球不同深度的月球月壤的信息。希望科学家通过对样品的研究,能够有一些更新的更重大的发现。
(08~09版稿件除署名外,来源央视新闻)