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2024年06月03日

人类首次 嫦娥六号月背“挖宝”

嫦娥六号着陆器和上升器组合体着陆月背的模拟动画画面

嫦娥二号CCD影像图中的月球背面南极-艾肯盆地

怎么去挖宝

嫦娥六号落月分为六个阶段

记者从国家航天局获悉,6月2日6时23分,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。

嫦娥六号任务实施人类首次月背采样返回,工程创新多,风险高,难度大,相比2020年实现月球正面采样返回的嫦娥五号任务,嫦娥六号任务突破了月球逆行轨道设计与控制技术,并将在鹊桥二号中继星的支持下,完成月背智能快速采样、月背起飞上升等关键技术节点。

嫦娥六号着陆器携带的有效载荷将按计划工作,开展科学探测任务。嫦娥六号任务国际载荷中欧空局月表负离子分析仪、法国月球氡气探测仪即将开机工作,意大利激光角反射器完成部署。

嫦娥六号探测器自2024年5月3日发射入轨以来,先后经历了地月转移、近月制动、环月飞行、着陆下降等过程。嫦娥六号探测器由轨道器、返回器、着陆器、上升器组成。5月30日着陆器与上升器组合体和轨道器与返回器组合体实现在轨分离。着陆器与上升器组合体成功着陆后,着陆器将通过鹊桥二号中继星,在地面控制下,进行太阳翼和定向天线展开等状态检查与设置工作,此后正式开始持续约2天的月背采样工作,通过钻具钻取和机械臂表取两种方式分别采集月壤样品和月表岩石,实现多点、多样化自动采样。同时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,深化月球成因和演化历史的研究。

嫦娥六号的落月过程与此前的嫦娥五号类似,大致分为主减速段、快速调整段、接近段、悬停段、避障段、缓速下降段6个阶段,这个过程大约需要900秒。

由于嫦娥六号的运行速度非常快,为了能够实现平稳软着陆,第一步就是要先把速度降下来。因此,在距离月面约15公里高度时,嫦娥六号“着上组合体”开始进入主减速段。主减速段的任务就是“减速制动”。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。

“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。这也就是第二阶段:快速调整段。这时,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。

“着上组合体”继续下降,当距离月面大约2到3公里高度时,就来到了第三个阶段:接近段。此时,“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。

当“着上组合体”降到110米到90米左右高度区间时,就进入到悬停段。这是为了保证落月时,着陆器的四只脚都不踩到石头上或坑里。这一阶段,“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。

再之后,就是避障段,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。而为了节省燃料,在这一阶段是一边下降一边进行精确避障的。

而当“着上组合体”降至着陆点上方约30米处,就进入到落月的最后一个阶段,缓速下降段。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。

要挖哪些宝

古老的月球背面还藏着这些秘密

6月2日早上6时23分,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,后续将完成月球背面铲取、钻取采样任务,只要一切顺利,嫦娥六号将带着月球样品起飞,6月底就会安全回家。

那么,为什么嫦娥六号选择阿波罗盆地作为着陆区?阿波罗盆地里有什么值得我们如此大费周章地进行探索?要回答这些问题,我们需要首先搞清楚阿波罗盆地在哪里。

由于月球被地球潮汐锁定,所以月球当前仅有一侧面向地球,其中面向地球一面称为月球正面(Lunar near side),背向地球一侧称为月球背面(Lunar far side)。阿波罗盆地就是一个位于月球背面“南极-艾肯盆地”内部的盆地。

嫦娥六号发射当天,有媒体在采访中提到的“南极-艾特肯盆地”位于月球背面,是月球已知最大,最古老的撞击盆地,不过其在中国科学院地球化学研究所等单位联合绘制的月球地质图中规范名称是“南极-艾肯盆地(South Pole–Aitken Basin)”,故本文统一称为“南极-艾肯盆地”。

阿波罗盆地就位于南极-艾肯盆地内部的东北部,是一个多环撞击盆地,直径约500千米,在嫦娥二号全月影像图中非常醒目;而南极-艾肯盆地直径约2500~3000千米,由于过于巨大,且形成后经历了漫长的撞击、外来溅射物覆盖等侵蚀作用,其在影像上肉眼较难识别,需要月球高程、地形数据才能识别。

嫦娥六号

在阿波罗盆地的主要任务

简要来说,嫦娥六号在阿波罗盆地的主要任务包括:寻找新矿物、寻找月球深部物质、寻找古老矿物、研究苏长岩、寻找名义含水矿物、寻找高压矿物等。

寻找新矿物和岩石

正如地球上不同地方的岩石、土壤的成分并不一致一样,月壤、月岩也存在不均一性,甚至单次采样返回的不同样品之间也是如此,因此嫦娥六号的登月活动就有极大可能发现更多新的矿物和岩石。

寻找月球深部物质

正如前文提到的,阿波罗盆地是南极-艾肯盆地内部东北侧的撞击盆地,而南极-艾肯盆地是月球已知最大,最古老的撞击盆地。通俗讲,因为阿波罗盆地是个多次撞击形成的“盆中之盆”,所以可能是月壳最薄的位置之一。

一些理论认为,形成南极-艾肯盆地的撞击事件可能挖掘出了月幔物质。因此嫦娥六号有可能在阿波罗盆地中发现这些来自月幔的深部物质,对我们理解月球深部结构和月球的起源和演化起到重要作用。

寻找名义含水矿物

因为月球被地球潮汐锁定,所以有一面恒定朝向地球(此面一般称为正面),会受到“地球风”影响,相对富氧、富水。而实际上根据遥感光谱研究,月球背面虽然不如正面富氧、富水,但也存在少量富氧、富水区域,甚至发现了赤铁矿等名义含水矿物(指在其化学式中包含水分子,但实际上并不以液态水的形式存在,而是以水合物或羟基等形式存在的矿物),而过去阿波罗样品里曾零星地发现四方纤铁矿、角闪石等名义含水矿物,其成因均不明确。

除了以上研究任务之外,一些需要借助嫦娥六号的热门研究主题还包括:空间风化特征,月尘电磁学性质,月壤成熟度新指标,原位资源利用方案等。

相关新闻

嫦娥五号月壤样品已发放258份

发表科研成果70多项

嫦娥六号探测器北京时间6月2日早晨成功着陆在月球背面南极-艾特肯盆地预选着陆区,将开启国际首次月背采样返回征程。在此背景下,3年多前嫦娥五号从月球采回的月壤样品科研进展如何?也引发公众浓厚兴趣。

中国科学院地质与地球物理研究所贺怀宇研究员接受记者采访时表示,嫦娥五号月壤样品已完成向40家科研机构的114个科研团队发放258份77.7克,目前已有多个领域70余项嫦娥五号月球样品研究成果在中外重要学术期刊发表。

她介绍说,2020年12月,嫦娥五号从月球带回1731克月壤样品,这是人类首次获得的月表年轻火山岩区样品,也是中国科学家第一次拥有属于自己的地外天体返回样品。经月球样品专家委员会评审,中国国家航天局已完成六批嫦娥五号月球科研样品的发放,累计向40家科研机构的114个科研团队发放月球样品258份,共计77.7克。

虽然发放月壤样品仅占采回样品的4.5%,但所取得的科学研究成就却涵盖了月球形成、演化、太空风化作用与机制以及资源利用等多个领域,目前已有70余项嫦娥五号月球样品研究成果在《科学》《自然》《国家科学评论》等中外重要学术期刊发表,很多成果引起学术界广泛关注和高度评价。

其中,在证实月球最“年轻”玄武岩年龄为20亿年方面,中国研究团队利用自主研发的超高分辨定年技术,测定嫦娥五号玄武岩形成于20亿年,将月球火山活动的结束时间推迟了约8亿年,并为撞击坑定年曲线提供了关键锚点,大幅提高了内太阳系星球表面撞击坑定年的准确度。

本组文图综合新华社、央视新闻客户端、科普中国、中新网

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