创新技术助力月背“挖宝”

本文转自：人民日报海外版

本报记者 刘 峣

《 人民日报海外版 》（ 2024年06月13日 第 09 版）

嫦娥六号着陆器和上升器合影。

国家航天局供图（新华社发）

近日，嫦娥六号上升器成功与轨道器和返回器组合体完成月球轨道交会对接，并将月球样品容器安全转移至返回器中。此刻，嫦娥六号轨道器和返回器组合体正在环月轨道上飞行，等待着将月背珍宝带回地球。

从降落月面到采集月壤，再到封装拍照、起飞对接……在环环相扣的“奔月”过程中，关键核心技术提供支撑助力。一系列敢为人先的创新设计，让嫦娥六号的每一步都走得稳健、安全。

落月更准更稳

与月球正面相比，月球背面地形更为崎岖。嫦娥六号落月所在的南极—艾特肯盆地区域地势较低、大大小小的撞击坑分布多，光照和测控更易受到地形遮挡影响，这些因素都给安全落月带来严峻挑战。

自主软着陆的避障技术是深空探测研究的热点和难点。为了落得准，嫦娥六号携带了多个敏感器，通过光学、微波等方式自动判断具体的着陆地点。其中，“激光测距敏感器”可以向月面发射激光脉冲，通过测量月面回波脉冲信号与激光发射脉冲信号的时间间隔，为嫦娥六号探测器提供精确的距离信息。

“激光三维成像敏感器”工作于风险最高的悬停避障阶段。敏感器可扫描预选着陆区，快速完成三维成像，实时修正预定落点，帮助和引导嫦娥六号寻找平坦的安全着陆区，防止出现撞击坑或障碍。敏感器保障着陆器落地倾角平稳，为后续取样与返回任务提供了完美的平台姿态，再次证明中国具备在月面实现着陆器精确避障能力。

软着陆月背前，嫦娥六号着陆器和上升器组合体经受了“最后一落”的冲击。由航天科技集团五院529厂量身定制的“纤纤美腿”，让嫦娥六号落月更轻盈。

嫦娥六号组合体在落月时，撞击月面形成较大的冲击载荷，必须设计相应的着陆缓冲机构，保证探测器不翻倒、不陷落。为此，科研人员为嫦娥六号定制了4条轻质、高强的“腿”，即着陆缓冲机构。每条着陆腿都由一个主腿、两个副腿和一个足垫组成，采用新型高强合金材料制作，并作了特殊材料填充。在着陆前，主副腿协同工作，在着陆时安全地支撑住探测器的身体，将各种冲击力传递、吸收。

嫦娥六号着陆器搭配了4个被称为“足垫”的圆形“大脚掌”。其盆状结构以及设计巧妙的“足弓”起到了更好的缓冲作用，防止探测器在着陆月背时摔倒，提升嫦娥六号落月时的舒适“脚感”。

取样种类更丰富

在月背停留约49小时，嫦娥六号着陆器配置的采样监视相机、月壤结构探测仪、月球矿物光谱分析仪等多种有效载荷仪器，开展了月表形貌及矿物组分探测与研究、月球浅层结构探测等科学探测任务。其中，月球矿物光谱分析仪对月壤的光谱特征信息进行了记录。

据介绍，此次月球矿物光谱分析仪采用了月球表面原位光谱探测技术，国际上首次实现在月表复杂场景下对矿物近距离且不破坏赋存状态的高分辨率光谱实时探测。分析仪不仅可以分析采样区的矿物组成分布，还能够关注月壤中是否含有水，为破解月球起源与演化等科学难题提供了新的视角。

此次嫦娥六号在月球背面“挖土”的地点所处纬度更高，月壤的风化程度相比低纬度地区更加不充分，月壤的石块含量可能会更多，这对地面规划和采样机构带来了挑战。

嫦娥六号在月背取样采用了表取和钻取两种方式。钻取需要采集一定深度的月球次表层样品，争取让采样装置采得更深，让样品种类更为丰富。表取采样则是在一片区域里进行多次采样，主要采样目标是月球表面的风化层样品。

此次嫦娥六号钻取所用的采样装置共有3层结构，设计长度为2.5米，最外层是外钻杆，紧靠外钻杆的是取芯管，取芯管的外面包裹着一条取芯袋。当钻头向下钻进时，取芯袋也会跟随着取芯管向下运动，钻取到的月壤岩芯则会被顶进袋内。

外钻杆是钻取采样设备中的关键部件，为了保证钻取有力度、设备不易变形，同时减轻自身重量，中国科学院金属研究所科研团队进行了一系列探索，最终研制出高强韧铝基复合材料挤压棒材、锻件和厚壁管材，实现材料性能和稳定性大幅提升，制作出的钻杆耐磨性和强度可以与钢材媲美，同时重量减轻了65%。

地月通信更畅通

要将38万公里之外的月球土壤在无人条件下进行打包封装，并历经空间飞行、再入返回等步骤，如何维持月球样品原态非常重要。为此，研制团队突破多项关键核心技术，确保嫦娥六号完成自动密封任务。

如何实现自动密封？据介绍，为保证取得的样品在提芯过程中不发生掉落，研制团队采用了特定封口方案。封口器采用扭转密闭式结构，并进行大应变材料设计，具有低力载、高可靠的特点，长时间处于大变形承载状态下不发生应力松弛现象，实现简单可靠的封口。

针对采集的月壤样品具有可变形特征，嫦娥六号探测器还专门设计了特殊的提芯拉绳，确保取芯软袋具有确定的几何形状，方便样品传送和转移。

嫦娥六号以及探月工程四期后续任务，其着陆探测以及采样的地点主要位于月球南极和月球背面地区，需要功能更广、性能更强的中继星架设起月球对地球新的“中继通信站”，解决月球背面探测器与地球间的通信和数传问题。在嫦娥六号任务过程中，作为“奔月先行者”的鹊桥二号中继星顺利“搭桥”，保证了地月数传链路的连续性。

为了大幅提高通信速率，鹊桥二号中继星首次使用了环月大椭圆冻结轨道，有利于在轨道上长期驻留。嫦娥六号任务中，研制团队将鹊桥二号中继星前向链路（从中继星到月面探测器）和返向链路（从月面探测器到中继星）的最高码速率提高了近10倍，对地数据传输链路的最高码速率提高了近百倍。