“中國嫦娥”再次上演“翩然落廣寒”的精彩一幕：北京時(shí)間2024年6月2日6時(shí)23分,，嫦娥六號著陸器和上升器組合體在鵲橋二號中繼星支持下，成功著陸在月球背面南極-艾特肯盆地預(yù)選著陸區(qū),。

這是我國實(shí)施的第五次地外天體軟著陸,、第四次月球表面軟著陸，以及第二次月球背面軟著陸,，標(biāo)志著嫦娥六號成功跨過充滿挑戰(zhàn)的“落月”難關(guān),，為達(dá)成人類首次月球背面采樣返回目標(biāo)又向前邁出了關(guān)鍵一步。

5月3日,，嫦娥六號探測器成功發(fā)射入軌,，此后經(jīng)歷了地月轉(zhuǎn)移、近月制動(dòng),、環(huán)月飛行,、著陸下降等過程,。嫦娥六號探測器由軌道器、返回器,、著陸器,、上升器組成。5月30日,，著陸器和上升器組合體與軌道器和返回器組合體實(shí)現(xiàn)在軌分離,，如今成功著陸月球背面。

正所謂“千錘百煉出真功”,，多項(xiàng)“硬核技術(shù)”在此次落月任務(wù)中盡顯中國力量,。

“選址講究”平穩(wěn)著陸

嫦娥六號任務(wù)副總設(shè)計(jì)師王瓊介紹，嫦娥六號任務(wù)實(shí)施人類首次月背采樣返回,，工程創(chuàng)新多,、風(fēng)險(xiǎn)高、難度大,，相比2020年實(shí)現(xiàn)月球正面采樣返回的嫦娥五號任務(wù),，嫦娥六號任務(wù)突破了月球逆行軌道設(shè)計(jì)與控制技術(shù)，并將在鵲橋二號中繼星的支持下,，完成月背智能快速采樣,、月背起飛上升等關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點(diǎn)。

“其著陸區(qū)選擇直接關(guān)系到工程實(shí)施的風(fēng)險(xiǎn)控制,、采樣樣品的科學(xué)成果產(chǎn)出等,。”王瓊說,，相比月球正面,，月球背面地形更為崎嶇，尤其是南極-艾特肯盆地區(qū)域整體地勢較低且撞擊坑分布更多,，光照和測控更易受到地形遮擋影響,。這些因素都給嫦娥六號落月選址工作帶來了挑戰(zhàn)。

嫦娥六號探測器由航天科技集團(tuán)五院抓總研制,，據(jù)該院專家介紹,，為了讓嫦娥六號能夠穩(wěn)穩(wěn)著陸月背，五院研制團(tuán)隊(duì)深入研討和分析了月背采樣任務(wù)的選址難點(diǎn)和特點(diǎn),，充分借鑒融合深空探測以往型號的選址經(jīng)驗(yàn),，建立了一套適用于月背著陸的選址方法。

6月2日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,，7500牛變推力主發(fā)動(dòng)機(jī)開機(jī)。其間,，組合體進(jìn)行快速姿態(tài)調(diào)整,，逐漸接近月表,。

五院專家表示，研制團(tuán)隊(duì)利用以往型號遙感數(shù)據(jù),，對著陸區(qū)復(fù)雜地形地貌情況進(jìn)行深入分析與確認(rèn),，為著陸器和上升器組合體在月球表面尋找滿足安全著陸、月面工作,、月面起飛等需求的區(qū)域，并在確認(rèn)著陸區(qū)后,，對著陸區(qū)的地形地貌,、地質(zhì)條件等進(jìn)行了多輪復(fù)核與研究工作，進(jìn)一步降低著陸風(fēng)險(xiǎn),，保證選址區(qū)域分析完備,、選址約束考慮全面、選址結(jié)果可信可用,。

2日當(dāng)天,，組合體通過視覺自主避障系統(tǒng)進(jìn)行障礙自動(dòng)檢測，利用可見光相機(jī)根據(jù)月面明暗選擇大致安全點(diǎn),，在安全點(diǎn)上方100米處懸停,，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),，開始緩速垂直下降,，即將到達(dá)月面時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，利用緩沖系統(tǒng)保障組合體以自由落體方式到達(dá)月面,，最終平穩(wěn)著陸于月球背面南極-艾特肯盆地,。

“兩次避障”精準(zhǔn)落月

目前，“嫦娥”家族使用的GNC系統(tǒng)均由五院502所研制,。GNC,，為制導(dǎo)（Guidance）、導(dǎo)航（Navigation）與控制（Control）的簡稱,。該系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)知道“我在哪兒”“我要去哪兒”和“我怎么去”,，它就像嫦娥六號著陸器和上升器組合體落月過程中的“駕駛員”，在極具挑戰(zhàn)的落月過程中完成“飛行軌跡控制”“安全著陸點(diǎn)選擇”“精準(zhǔn)控制”三項(xiàng)核心任務(wù),。

五院502所專家介紹,，嫦娥六號GNC系統(tǒng)需要在下降過程中自主選擇一個(gè)既符合著陸要求，又能滿足上升器月面起飛條件的落點(diǎn),，為后續(xù)的采樣和起飛創(chuàng)造良好條件,。之后，組合體開始徑直飄移至選定落點(diǎn)的正上方并開始垂直下降,，至月面特定高度時(shí)關(guān)閉主發(fā)動(dòng)機(jī),，最終利用著陸腿的緩沖機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)軟著陸,。

王瓊表示，嫦娥六號探測器“出發(fā)”前,，地面科研人員只能通過衛(wèi)星遙感影像了解著陸區(qū)概況,。真正著陸時(shí)究竟會遇到多少石塊、撞擊坑,，都無法提前獲知,。

落月過程中，嫦娥六號著陸器和上升器組合體在GNC系統(tǒng)智能自主地操控下,，邊降落邊快速調(diào)整姿態(tài),，對預(yù)定著陸區(qū)域進(jìn)行拍照分析，選擇著陸區(qū)域,。然后,，GNC系統(tǒng)控制組合體飛向選定區(qū)域。這是第一次避障,，即“粗避障”,。

在距離月面更近的預(yù)定高度時(shí)，著陸器和上升器組合體開始實(shí)施關(guān)鍵的短暫懸停,，并再次對月面進(jìn)行拍照,，精確避開障礙，選定最終落點(diǎn),。這是第二次避障,，即“精避障”。

這先后兩次的障礙識別與落點(diǎn)選擇,，即所謂“粗精接力避障”技術(shù),，其中算法是精髓。

專家稱,，為適應(yīng)月背降落,，嫦娥六號GNC系統(tǒng)針對新的軌道以及鵲橋二號中繼星通信部分進(jìn)行了適應(yīng)性調(diào)整。因嫦娥六號相比嫦娥五號要消耗更多的推進(jìn)劑,，研制人員對系統(tǒng)進(jìn)行了針對性調(diào)整,、優(yōu)化和升級，在確保落月精度的同時(shí)又兼顧了資源使用的經(jīng)濟(jì)性,。

“月背對話”大幅提速

嫦娥六號的落點(diǎn)在月球背面,，落月過程地球不可見。雖然嫦娥六號具有“自主落月”的能力,，但實(shí)時(shí)掌握各項(xiàng)數(shù)據(jù),、隨時(shí)發(fā)出控制指令，才能讓“地球家人”及時(shí)掌握任務(wù)的實(shí)施過程,。

落月時(shí),，地球上的控制中心和嫦娥六號探測器之間會產(chǎn)生大量的信息,，這些信息的傳輸是由五院航天東方紅衛(wèi)星有限公司抓總研制的鵲橋二號中繼星支持完成的。

與鵲橋中繼星距月面最遠(yuǎn)9萬公里的距離相比,，鵲橋二號中繼星遠(yuǎn)月點(diǎn)距離月面的最遠(yuǎn)距離約為1.6萬公里,。這使得鵲橋二號中繼星在天線口徑不變的情況下，大幅提高了通信速率,。

五院專家介紹,，相較于鵲橋中繼星，研制團(tuán)隊(duì)還將鵲橋二號中繼星的兩個(gè)鏈路——從中繼星到月面探測器,、從月面探測器到中繼星的最高碼速率提高了近10倍,，對地?cái)?shù)據(jù)傳輸鏈路的最高碼速率提高了近百倍，讓通信能力“如虎添翼”,。

值得一提的是，鵲橋二號中繼星把同時(shí)接收探測器數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸通道,，從鵲橋中繼星的兩路提高到了最多10路,，在大幅提升通信速率的基礎(chǔ)上又大幅增加了傳輸通道。這一設(shè)計(jì)使大量的數(shù)據(jù)通信成為可能,，讓“不可見”的月背降落“一切盡在掌握”,。

“纖纖美腿”輕盈落月

著陸月球背面可以說是“環(huán)環(huán)相扣、險(xiǎn)象環(huán)生”,，如果沒有距離和速度信息的支持,，嫦娥六號著陸器將處于“盲人瞎馬”的窘境。

由五院西安分院研制的微波測距測速敏感器在著陸過程中起到了至關(guān)重要的作用,。它就像是在著陸器上安裝了一部“泊車?yán)走_(dá)”,，幫助著陸器和上升器組合體實(shí)現(xiàn)月背軟著陸。

五院專家介紹,，這部“雷達(dá)”在著陸器接近月球表面時(shí)開始工作,，細(xì)致測量各項(xiàng)數(shù)據(jù)并進(jìn)行精確信息傳遞，以便著陸器判斷著陸點(diǎn)和降落速度,，確保嫦娥六號控制身姿順利“泊車”,，為安全精準(zhǔn)著陸提供可靠保障。

嫦娥六號著陸器和上升器組合體在月背軟著陸之前,，還要經(jīng)受住“最后一落”的沖擊,。由五院529廠打造的4條輕質(zhì)、高強(qiáng)的“纖纖美腿”讓嫦娥六號落月更輕盈,。

可別小看這“修長美腿”,，它的學(xué)名是“著陸緩沖機(jī)構(gòu)”，每條著陸腿都由一個(gè)主腿,、兩個(gè)副腿和一個(gè)足墊組成,，各有分工,、各司其職。在著陸前,，采用特殊材料填充的主副腿協(xié)同工作,，在著陸時(shí)安全地支撐住探測器的身體，將各種沖擊力傳遞,、吸收,。

專家介紹，除擁有“修長美腿”,，嫦娥六號著陸器還搭配了4個(gè)被稱為“足墊”的圓形“大腳掌”,。它看上去像4個(gè)大臉盆，直徑差不多是普通人腳掌的兩倍,，其盆狀結(jié)構(gòu)以及設(shè)計(jì)巧妙的“足弓”,，可以起到更好的緩沖作用，防止探測器在著陸月背時(shí)“摔倒”,，提升嫦娥六號落月時(shí)的舒適“腳感”,。

在著陸器的動(dòng)力下降階段，由五院510所為嫦娥六號探測器裝備的著陸緩沖機(jī)構(gòu)信號裝置也開啟了工作模式,。專家表示,，當(dāng)著陸器到達(dá)月球表面預(yù)定高度時(shí)，該設(shè)備就會被觸發(fā)并產(chǎn)生信號,，著陸器明確自身的展開狀態(tài),，準(zhǔn)備在月面著陸。落月信號裝置在著陸“足墊”接觸月面時(shí),，受月面反作用力后觸發(fā)開關(guān),，關(guān)閉反推發(fā)動(dòng)機(jī)，從而保證探測器安全平穩(wěn)落下,。

來自國家航天局的消息稱,，嫦娥六號著陸器和上升器組合體成功著陸后，著陸器將通過鵲橋二號中繼星,，在地面控制下,，進(jìn)行太陽翼和定向天線展開等狀態(tài)檢查與設(shè)置工作，此后正式開始持續(xù)約兩天的月背采樣工作,，通過鉆具鉆取和機(jī)械臂表取兩種方式分別采集月壤樣品和月表巖石,，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)、多樣化自動(dòng)采樣,。同時(shí)將開展月球背面著陸區(qū)的現(xiàn)場調(diào)查分析,、月壤結(jié)構(gòu)分析等科學(xué)探測，深化月球成因和演化歷史的研究。