史上初次！嫦娥六号要从月球反面“挖土”回来
4月份，我国航天显得史无前例的繁忙：刚刚发射了神舟十八号，又迎候神舟十七号回来地球，还发布了一套月球高清地质地图集。到了5月，刚刚发射的嫦娥六号，要从月球反面“挖土”回来。
撰文 | 张志会（我国科学院自然科学史所研讨员）
5月3日，嫦娥六号搭乘长征五号遥五运载火箭在海南文昌发射场发射升空，并进入地月搬运轨迹，发射使命圆满成功。由此敞开了估计为期53天的全球初次月球反面取样回来之旅。这标志着由嫦娥六号、七号和八号组成的我国探月工程四期正在稳步推动。值得一提的是，此次发射比之前官方预期还要提早一年。
嫦娥六号发射瞬间 | 来历：央视新闻
史上初次，从月球反面“挖土”回来
2020年末，嫦娥五号从月球正面采回1731克月壤。作为嫦娥五号的备份，嫦娥六号被赋予了新的使命：除展开月表勘测外，还要前往月球反面南极—艾特肯盆地的阿波罗环形山区域进行样品收集，争夺完成2千克的方针。
迄今为止，人类已进行10次月球采样回来，但这些采样均坐落月球正面。1970年９月12日至24日，苏联的月球16号勘探器成功完成了人类初次月面主动采样，带着101克月球样品安全回来地球。至1976年8月，苏联共发射了５个主动采样勘探器，其间，月球16号、20号和24号共取回了326克月壤。1969年7月16日至24日，美国完成了人类初次登月使命，２名航天员收集了21.7千克月球样品后回来月球。美国总共6次载人登月从月球取回381千克月壤和月岩样品。
此前10次月球采样的地理方位分布图
那么，嫦娥六号为什么非要去月球反面呢？嫦娥六号副总规划师王琼指出，比起月球正面，反面根本是陈旧的月壳和高地，坑洞更多，或许隐藏着月球构成和演化的隐秘，因而更具科研价值。计划着陆的南极-艾特肯盆地是月球反面一处直径约2400公里的碰击坑，是月球上最陈旧、最大的碰击坑，也是太阳系中已知的最大碰击坑之一。嫦娥六号将进行描摹勘探和地质布景勘测等作业，在该坑内获取月球南极不同年纪、不同地域的样品。科学家们将经过研讨月背样品来了解和剖析月表浅层结构、矿藏组分、月面描摹等，有望在太阳系前期碰击前史、火山活动和月球地质演化等严重科学议题上获得打破，进一步拓宽人类对月球甚至太阳系的认知。
值得一提的是，嫦娥六号收集的样品地质年纪预期将到达40亿年。此前，美国和苏联样品年纪约为30亿年，而嫦娥五号样品年纪约为20亿年。
南极-艾特肯盆地 | 来历：探月与航天工程中心
嫦娥六号将怎么从月球反面“挖土”呢？此次会沿袭嫦娥五号的“钻取”和“表取”两种方法，获得不同深度的样品。“表取”是经过机械臂和机械爪的协作，从月球外表抓取一部分月壤；“钻取”是经过特别的钻头钻到月表以下两米左右的方位，把月壤全体取出来，然后将其密封封装，经月面起飞、月球轨迹交会对接、月地搬运和再入收回等进程将样品送回地球。
嫦娥六号勘探器结构示意图 | 来历：探月和航天工程中心
此次使命触及多项技能应战，是我国航天范畴迄今为止杂乱程度最高、技能跨度最大的航天系统工程。研讨团队完成了一系列要害技能打破，包含月球逆行轨迹规划与操控、着陆器的精准软着陆、月球样本收集、月背上空精准悬停下降、月背智能采样和月背起飞上升，以及回来舱的发射与回来等等。勘探器在月球反面无法和地上测控站直接进行通讯，需求中继星供给中继通讯支撑。2024年3月20日，我国发射鹊桥二号中继星处理了这一问题。
鹊桥二号，图画左边为天都实验星｜来历：深空勘探实验室
嫦娥六号的地月轨迹搬运也更杂乱。工程团队归纳考虑地月方位联络等要素，运用“窄窗口多轨迹”发射技能，在接连两天、每天50分钟的窗口内，规划了10条奔月轨迹。此外，我国还将依据嫦娥六号，继续深化评论和构建环月球通讯导航卫星星座。这些使命将会为载人登月和月球科研站等更多杂乱使命奠定根底。
除了月背挖土，世界协作也是嫦娥六号的一大亮点，显示我国作为航天大国的自傲和敞开容纳的心态。2019年我国国家航天局发布了世界协作时机公告，计划拿出20千克用于搭载世界科学载荷。终究确认了来自巴基斯坦的ICUBE-Q立方星、法国的氡气勘探仪、欧空局/瑞典的负离子剖析仪和意大利的激光角反射器。其间，巴基斯坦立方星搭载在嫦娥六号轨迹器上，其他载荷均搭载在着陆器上。
从失去浪潮到全球领跑
迄今为止，人类总共进行了一百屡次月球勘探。1959年1月2日，苏联发射了月球１号勘探器，美苏两个超级大国之间的竞赛引发第一轮探月高潮。从1959年至1976年，苏联共展开了40次探月发射使命，其间有18次获得成功。美国于20世纪六七十年代施行的“阿波罗工程”，大幅提高了其科技实力和归纳国力。各国开端意识到月球勘探的战略含义，纷繁提出月球勘探计划，全球进入以发现月球水分子为热门的第二轮探月高潮。
我国尽管失去了全球第一次探月浪潮，但经过人造卫星、载人航天工程实践，顺畅赶上了第2次探月高潮。
早在20世纪80年代末，我国就开端证明探月工程。那时咱们计划将宇航员送入太空，这事关严重，需求屡次实验验证。鉴于美苏都从前发射了月球勘探器，所以探月问题被提上议程。探月首先要面对40万公里之遥的测控通讯问题，这需求巨额投入，可是其时国家财力有限。我国工程院院士、我国探月工程总规划师吴伟仁曾说：“首要是经济问题，不是技能问题，所以其时这一证明就夭亡了。”到了90年代末，又证明过一次，首要问题依然是缺钱，因为要建造全球布局的深空测控网，需求几十个亿投入，国家在经济上不能支撑。所以这两次证明终究都不了了之。
2004年，我国航天人等来了时机，探月一期工程——绕月勘探工程正式立项。自此，我国探月工程（又称“嫦娥工程”）正式发动，分为“无人月球勘探”“载人登月”和“树立月球基地”三个阶段。2006年，《国家中长时间科学技能展开规划大纲（2006－2020）》将探月工程列为国家中长时间科技展开的严重专项。20年来，我国探月人自食其力、攻坚克难，我国探月工程八战八捷，为人类对月球和太阳系的知道供给了重要的数据和支撑。
表 探月工程“八战八捷”
其间，嫦娥四号是一个里程碑式的节点——这是人类航天器初次在月球反面软着陆，真实完成了世界领跑。
人类获得月球反面的图片和数据资料，还要倒推到20世纪五六十年代。1959年10月４日，苏联月球３号勘探器从月球反面的上空飞过，拍照并向地球发回了约70％月反面积的图片，使人类第一次看到月球反面的现象。1964年7月，美国徘徊者７号月球勘探器在硬着陆之前，成功拍照了4308张月面相片，使人类获得第一批近距离月面图画。
嫦娥四号拍照的首张月球反面图片 | 来历：我国探月与航天工程中心
不过，在嫦娥四号之前，人类勘探器从来没有真实下降在月球反面，首要困难在于月球反面和地球之间的通讯问题。而地月间通讯中继卫星“鹊桥一号”首先处理了这一难题，让嫦娥四号在月球反面留下了脚印。吴伟仁在采访中标明，“我国的探月工程起步晚，起点高……”“之前咱们一向在跟跑、并跑，直到嫦娥四号咱们才完成了领跑，咱们领跑得太少了，还得继续尽力。”
嫦娥五号带回的粉末、岩屑和光片 | 探月与航天工程中心
继嫦娥四号之后，嫦娥五号于2020年11月24日发射，之后着陆在月球正面的北半球。历时23天，于2020年12月17日带着月球样品回来地球，标志着我国探月工程“绕、落、回”三步走战略完美收官。嫦娥五号收集了重约1731克的样本，尽管比起阿波罗计划的上百公斤样本要少许多，却是我国完成“月壤自主”的重要一步，就连美国航空航天局都揭露要求我国同享数据。2021年7月12日，月球样品科学研讨作业正式发动，第一批发放的月球科研样品共17.4764克，被发放给13所科研安排。
NASA官方期望我国将探月数据拿出来同享 | 来历：NASA
世界协作道阻且长
回顾曩昔，我国在航天范畴的世界协作并不愉快。20世纪90年代，美国开端酝酿建造世界空间站（ISS）项目。在1986年哥伦比亚号航天飞机发射事端发生后，美国不得不凭借苏联的火箭将宇航员送入空间站。为显示世界协作含义，ISS除了与日本、英国、俄罗斯等国展开要害技能协作外，还约请了南非、巴西、马来西亚等展开我国家参加，成为19个国家和安排一同协作的世界太空项目。令人遗憾的是，我国在ISS项目之初和2003年神舟五号成功发射后，曾屡次诚实申请加入该项目。美国却一向情绪高傲。1999年美国发布《考克斯法案》，诬告我国盗取美国卫星制作技能，尔后中美航天商业发射协作全面间断。
不只如此，自2011年以来，美国国会公布了《沃尔夫法案》，制止NASA或白宫科技方针办公室运用联邦资金“开发、规划、规划、公布、施行或履行任何方法的双方方针、计划、指令或合同，以任何方法与我国或任何中资公司进行双方参加、协作或和谐”，意图是根绝对华技能搬运的或许性。禁令施行以来，不只我国官员与科学家无法与美国展开沟通协作，甚至在美国安排作业的我国籍研讨人员、在美国校园学习的我国籍学生都遭到连累。
我国的世界协作还遭到了美国的各种阻遏。例如，阿联酋的拉希德二号月球车原计划搭乘我国嫦娥七号使命的“顺风车”，对月球岩相地质学、月面等离子体、风化层和月尘等展开研讨。美国却依据其科技法规的技能转让束缚，令计划停滞。相比之下，欧洲国家航天科技实力较强，受美国影响较小。但欧洲航天局也在2023年4月宣告，因为预算严重，暂时不会考虑送航天员登陆我国空间站。
尽管困难重重，我国航天界却能深入意识到世界协作对探究太空的重要性。我国经过同享资源、技能和数据，协助各国更高效地展开月球探究活动。嫦娥四号使命中的“玉兔二号”月球车曾与德国的“月球-17”勘探器协作进行过科学实验。嫦娥六号搭载了法国的氡气勘探仪、欧空局的负离子勘探仪、意大利的激光角反射镜、巴基斯坦的立方星4个国家和安排的载荷和卫星项目。早在“鹊桥”号发射之前，美国就曾提出协作恳求，我国也标明欢迎。
其实，美国科学家在探月工程方面也曾屡次向咱们提出协作恳求。吴伟仁说到，美国科学家在鹊桥一号发射之前就屡次恳求协作。他们期望能将鹊桥一号的规划寿数从3年延长到5年，还期望嫦娥四号登陆月球反面时，能够搭载一架美国信标机获取具体方位等信息。
下一步：载人登月和月球科研站
深空勘探愈来愈成为大国空间战略博弈的主战场，环绕深空科技制高点的竞赛空前剧烈。未来月球勘探触及基地建造、科学研讨和资源开发等多个方面，一同也将会愈加世界化和商业化。我国拟定了到2030年让我国宇航员登陆月球，并于2035年在月球南极建成月球科研站根本型的方针。
我国载人登月开端计划为：选用两枚运载火箭分别将月面着陆器和载人飞船送至地月搬运轨迹，飞船和着陆器在环月轨迹交会对接，航天员从飞船进入月面着陆器。这今后，月面着陆器将下降着陆于月面预订区域，航天员登上月球展开科学考察与样品收集。
世界月球科研站现已列入世界大科学工程的国家战略规划。吴伟仁院士标明，我国将施行“五五五工程”，约请不同国家和区域一同建造和施行、一同办理这一巨型科研站设备，同享科研效果。现在已有超越10个国家与我国签署了协作协议。
我国掌管的世界月球科研站将在2045年之前建成功用完善、相当规模、安稳运转的设备设备，展开月基归纳性科学研讨和深度资源开发使用，为载人登陆火星和人类奔向更远的深空做好技能验证和科学实验研讨。
嫦娥七号的首要意图是在月球南极找到水冰。早在30年前美国就曾做过相应尽力。1994年1月21日，美国发射了克莱门汀号勘探器对月球南极进行勘探，并初次发现月球南极或许存在水的直接依据。1998年1月7日，美国月球勘探者环月勘探器的勘探数据标明，月球南北南北极或许存在凝聚的水冰，不过该勘探器终究没有观测到等待的水汽云。
嫦娥八号也将飞到月球南极，和嫦娥七号一同组成月球科研站在南极的根本型，两个勘探器能够联合或独自作业。现在已有超越10个国家与我国签署了协作协议，协力建好并充分使用月球科研站。下一步将以月球轨迹站为纽带，在2045年之前建成功用完善、相当规模、安稳运转的设备设备，打造一个在多点月球科考、资源开发使用和世界协作的大渠道，为今后人类奔向更远深空，做好技能、物资和智力上的储藏。
在月球探究和科学研讨进程中，许多新的科学问题将不断涌现。我国科学院院士、我国科学院国家空间科学中心主任王赤曾在《月球科研站的要害科学问题》一文中指出，“月球科研站的建造,不只大大提高我国月球科学的勘探才能，也为长时间、继续的月球勘探供给最重要的工程支撑和渠道支撑,然后完成我国在月球科学上的打破。”
世界月球科研站作为一个敞开的科学渠道，将招引全球科研安排和科学家的参加，并发生很多的科学数据和研讨效果。继续产出科学效果需求安稳投入。在我国航空航天整体经费投入中，“空间科学”相关实验经费占比还不到10%，美国的数据则是30%。王赤院士曾标明，期望我国“空间科学”水平到2035年能够挨近欧洲水平，到2049年能够挨近美国水平；也期盼2035年国家在“空间科学”的投入份额可到达15%，2049年份额可达20%。
世界月球科研站仍是一个完成革新性技能和颠覆性立异的重要基地。可预期的是，世界月球科研站能够孕育出包含月球资源的可继续开发和使用在内的很多新技能和工业，为经济社会的可继续展开供给新的动力和支撑。曩昔探月是政府主导，现在开端转向政府来牵引商业航天。未来或许会呈现更多私营企业参加项目，推动月球探究活意向商业化和可继续方向展开。
除了月球在深空勘探、科学研讨和资源使用上的价值，载人登月和月球基地建造的军事与国防价值也显而易见。月球上的活动长时间以来遭到联合国签署并于1967年10月10日收效的《外空公约》的束缚。该公约指出，“月球和天体上的一切驻地、设备、设备和世界飞翔器，应以互利根底对其他缔约国代表敞开。”不过实际上世界航天活动又一同秉承着“先到先得”的准则，并在履行中遭到地缘政治的激烈影响。
放眼世界，新一轮载人登月使命正在拉开大幕。美国主导的“阿尔忒弥斯计划”现已在紧锣密鼓推动中，俄罗斯、欧空局、日本、印度也都提出了载人登月计划。吴伟仁院士在2024年4月24日举行的我国航天大会主论坛上泄漏，我国不只将在2030年之前完成载人登月，还将在行星勘探、小行星防护和太阳系边沿勘探上有大动作，2030年前后将发射天问三号勘探器。“纵观世界各国现在开展，我国有望成为第一个火星采样回来的国家。”
称谢：感谢我国空间科学学会科普作业委员会、空间科学传达专家作业室的支撑。我国科学院国家空间科学中心刘勇、周炳红和孙志斌研讨员，我国科学院国家天文台郑永春研讨员供给了部分修正主张。本文只代表个人观念。
参考文献：
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[2]王蓉，胡文江,解码智能年代 2021 前沿趋势10人谈=Decrypting the Intelligent Era 2021 Interviews with 10 People on Future Technology Trends,重庆大学出版社,2021.08,第170页
[3]谢瑞强. 嫦娥揽月｜今天发射，嫦娥六号勘探使命有这些亮点.汹涌新闻.2024-05-03.https://baijiahao.baidu.com/s?id=1798001883812273174&wfr=spider&for=pc
[4]我国探月工程总规划师吴伟仁：探月工程20年来完成了从无到有、八战八捷.https://new.qq.com/rain/a/20240425V08SHX00 (2024年4月25日)
[5]刘兆军.热烈庆祝“嫦娥五号”飞翔实验器飞翔使命获得圆满成功[J].航天回来与遥感,2014,35(06):1.
[6]我国航天科技集团.这是载人登月的我国计划.2023年07月20日.https://www.cnsa.gov.cn/n6758823/n6758838/c10078852/content.html
[7]胡喆、侯文坤.四年三“嫦娥” 世界月球科研站根本型估计2035年前建成.新华社.2024-04-25 .https://baijiahao.baidu.com/s?id=1797275784990193165&wfr=spider&for=pc
[8]王赤,林杨挺,裴照宇,等.月球科研站的要害科学问题[J].我国科学基金,2022,36(06):830-840
[9]祝传海 范佳乐.专访王赤院士：我国“空间科学”，第一步，每一步.科学我国人.2022-01-05
[10]吴伟仁院士在2024年4月24日我国航天日主论坛上的陈述《我国深空勘探展开与世界月球科研站》
来历：返朴
修改：雪影
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