嫦娥六號凱旋，帶回月球背面的“土特產(chǎn)”！
1935.3克！這是人類首次月背采樣返回。
別看這只是近4斤的“土”，它的價值可比黃金還貴重�？茖W家們對這些從月球來的寶貝寄予厚望，因為它們藏著月球的前世今生，甚至是太陽系的秘密，每一粒都可能是打開新知大門的鑰匙。
對于這份月壤，我們有太多的好奇與期待。
奔月“挖土”，探索秘境中的秘境
自20世紀50年代起，人類對月球開展了100多次探測，并10次從月球正面采樣返回——美國通過阿波羅計劃6次載人登月，共帶回了381.7千克月球樣品；蘇聯(lián)通過月球探測器，分3次采集了326克月球樣品；2020年，嫦娥五號實施中國首個無人月球采樣返回任務(wù)，帶回了1731克月球樣品。
那么，既然嫦娥五號任務(wù)已圓滿完成，作為備份的嫦娥六號為何還要奔月“挖土”？
因為，對于月球研究來說，這些樣品的多樣性遠遠不夠。
“月球表面積接近3800萬平方公里，只比亞洲面積小一點，目前的采樣研究很有限�！眹H宇航聯(lián)合會空間運輸委員會副主席楊宇光說，月球背面和正面地形地貌差異非常大，形成過程中有自身的特殊性，對其地質(zhì)、火山活動等方面的研究需要更多的樣品來支撐。
已有研究也表明，月球具有二分性，正面和背面的成分、結(jié)構(gòu)等都存在顯著區(qū)別。月球正面月殼厚度大約30千米至50千米，玄武巖分布面積大于30%；而月球背面厚度大約60千米至80千米，玄武巖分布面積僅約3%。由于直接暴露在太空中，月球背面如同一塊盾牌，阻擋了大量小天體對地球的直接撞擊，因此與較為平坦開闊的月球正面不同，月球背面布滿溝壑、峽谷和懸崖�！耙粋�很明顯的特點就是，月球表面90%以上的低洼平坦區(qū)域都在月球正面，這些區(qū)域被稱為月海，嫦娥五號就降落在月球正面最大的月�！L暴洋中。而月球背面除了莫斯科海以外，幾乎沒有大型的月海�！睏钣罟庹f。
由于月球被“潮汐鎖定”，自轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)周期相等，地球強大的引力讓月球總是以同一面朝向地球，人類在地球上也只能看見月球的正面。對于人類而言，月球背面可謂“秘境中的秘境”�！翱梢哉f，在月球采樣方面，嫦娥五號是從時間上補齊了這一環(huán)，因為其在月球正面取到了迄今最年輕、地質(zhì)年齡約為20億年的月壤，嫦娥六號則是從空間上補齊了這一環(huán)�！睏钣罟獗硎尽�
和月球正面的“土”相比，月球背面的“土”又有什么不一樣？
“從月球背面，尤其是從我們選擇的南極-艾特肯盆地采集樣品，在礦物化學成分上可能與正面樣品有非常大的差別�！辨隙鹆柸蝿�(wù)副總設(shè)計師、中國科學院國家天文臺研究員李春來認為，研究這些樣品有助于揭示月球背面特有的地質(zhì)構(gòu)造和物質(zhì)成分的差異，更全面地了解月球的地質(zhì)演化歷史，“以往采集的樣品，只認識到半個月球”。
李春來分析，嫦娥六號采樣點位于巨大的撞擊盆地里，它受到早期撞擊事件的拋射，很可能會挖掘到深部物質(zhì)�！澳蠘O-艾特肯盆地是一個巨大的撞擊坑，可以為早期的撞擊歷史，甚至地球的早期撞擊過程研究提供機會，有助于了解太陽系早期的演化歷史和判斷歷史，推動比較行星學的研究”。
“我們在采樣過程中就感覺月球背面和正面的月壤不太一樣，正面的月壤比較細膩、松散，背面的狀態(tài)似乎不太一樣，所以我們有更高的期待，希望科學家們有新的發(fā)現(xiàn)。”嫦娥六號任務(wù)總設(shè)計師胡浩說。
1935.3克，每一克都是科技的突破
53天，11個階段，1935.3克！
從5月3日，長征五號遙八運載火箭成功將嫦娥六號探測器送入預(yù)定軌道開始，歷經(jīng)地月轉(zhuǎn)移、近月制動、四器兩兩分離、平穩(wěn)落月、鉆表取樣、月面起飛、交會對接、樣品轉(zhuǎn)移、環(huán)月等待、月地轉(zhuǎn)移、再入回收等階段，嫦娥六號最終滿載成果返回地球。
回顧這段探月之旅，月背“土特產(chǎn)”，來得不容易。
難在哪兒？月背地形地貌復(fù)雜、落月機會只有一次、“挖土”如同“開盲盒”……月背采樣返回，沒有先例可循，面臨很多新情況、新問題。
“這次任務(wù)比嫦娥四號降落月背、嫦娥五號月表采樣都更具挑戰(zhàn)性�！睏钣罟庹J為，嫦娥六號面臨的一大困難在于，“在月背降落、采樣和起飛均需要通過中繼衛(wèi)星進行測控，整個過程無法通過地面站直接監(jiān)控�！�
“嫦娥六號原來是嫦娥五號的備份，執(zhí)行月背任務(wù)是對備份提出的新挑戰(zhàn)。”在胡浩看來，挑戰(zhàn)來自質(zhì)量和可靠性、技術(shù)狀態(tài)變化以及計劃安排等多個方面。
怎么辦？在嫦娥六號執(zhí)行任務(wù)之前，科研人員對上天產(chǎn)品和地面產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性進行深入分析，使整個系統(tǒng)更健全、更健康、更可靠；為在月球背面著陸采樣，做出了很多與之相適應(yīng)的改變；在一年多的時間內(nèi)，從頭開始研制鵲橋二號中繼星，開展大量試驗和驗證工作……
“事實證明，我們成功應(yīng)對各項挑戰(zhàn)，圓滿完成了任務(wù)�！焙普f。
困難不斷被克服，關(guān)鍵核心技術(shù)更有新突破。
“亮點非常多！”楊宇光介紹，嫦娥六號任務(wù)實現(xiàn)了三大關(guān)鍵技術(shù)突破。
——突破月球逆行軌道設(shè)計與控制技術(shù)。嫦娥六號與嫦娥五號的基本狀態(tài)一致，不同在于，嫦娥六號是在月球背面著陸，著陸位置由北半球變?yōu)槟习肭�。若沿用嫦娥五號的環(huán)月順行軌道方案，就意味著很多設(shè)備的朝向是反的。嫦娥六號采用的逆行環(huán)月軌道方案，雖給軌道設(shè)計帶來一定難度，但避免了硬件設(shè)備的大幅調(diào)整，做到了整個系統(tǒng)的最優(yōu)。這是一個設(shè)計很精巧，能有效降低成本的措施。
——突破月背智能采樣技術(shù)。嫦娥六號月背采樣只能靠鵲橋二號中繼星支持，一旦出現(xiàn)問題，任務(wù)就難以進行，“尤其是表取，由于機械臂路徑不是唯一的，在無人干預(yù)的情況下，要自主完成任務(wù)，難度很大�！毖兄迫藛T為嫦娥六號采樣封裝分系統(tǒng)進行了多項升級，設(shè)計了適應(yīng)月球背面采樣的控制算法和采樣策略，進一步提高了采樣的智能化、自動化程度，增強了采樣效率和能力。
——突破月背起飛上升技術(shù)。嫦娥六號從月背起飛，要在鵲橋二號中繼星的輔助下進行智能自主控制。嫦娥六號采樣返回采用了月球軌道交會對接的方式，這就要求上升器進入和軌返組合體相同的軌道面，然后通過調(diào)整實現(xiàn)近距離交會對接。上升器在繞月軌道上的飛行速度約為1700米每秒，如此高速意味著極小的軌道面偏差就會導(dǎo)致交會對接失敗。
“嫦娥六號任務(wù)是中國航天史上迄今為止技術(shù)水平最高的月球探測任務(wù)，也是我國第四次成功在月面實施軟著陸。這對未來更大規(guī)模、更深入的月球探測、深空探測活動，都會起到夯實基礎(chǔ)的作用�！睏钣罟庹f。
近觀月壤一克，遙測星河萬年
6月28日，探月工程嫦娥六號任務(wù)月球樣品交接儀式在北京舉行，國家航天局向中國科學院移交了嫦娥六號樣品容器，交接了樣品證書。這標志著嫦娥六號任務(wù)由工程實施階段正式轉(zhuǎn)入科學研究新階段。
月球樣品，顆粒皆珍貴，要如何管理？
其實，這有章可循。2021年，國家航天局發(fā)布《月球樣品管理辦法》，規(guī)范月球樣品的保存、管理和使用，以發(fā)揮其科研價值與社會效益。原則上，月球樣品分為永久存儲、備份永久存儲、研究和公益四種基礎(chǔ)用途。
月球樣品實驗室，便是“第一站”。無論是嫦娥五號月球樣品，還是嫦娥六號月球樣品，都要在這里解封、存儲和分發(fā)。
月球樣品實驗室由外及里，共分為三個房間。第一間用來解封樣品，第二間存儲了嫦娥五號月球樣品，而第三間便是為嫦娥六號月球樣品所準備的。
在實驗室，工作人員以“是否接觸過大氣”為標準，對已有的嫦娥五號月球樣品進行分類存儲。嫦娥六號探測任務(wù)地面應(yīng)用系統(tǒng)副總設(shè)計師周琴介紹，接觸過大氣的月球樣品分為兩部分，一部分是當時挑出來的一些巖塊樣品，另外一部分是對外發(fā)布的一些返還樣品。而沒有接觸過大氣的原始月球樣品，會被存放在一個充氮密封手套箱里。
此外，周琴還介紹了樹脂包埋的保存方法—將小的巖屑顆粒或月壤做成樹脂光片的形式，科研人員就可以直接用這些光片去做同位素、化學成分的分析。采用這種方法能保持樣品顆粒的原始形態(tài)，方便研究，同時在封存狀態(tài)下，樣品不易破碎，利于長期保存使用。
存得好，更要用得好。
此前，國家航天局已向國內(nèi)131個研究團隊發(fā)放了7批次共85.48克嫦娥五號月球樣品。國家航天局副局長卞志剛透露，從嫦娥五號月球樣品中，中國科學家發(fā)現(xiàn)了月球的第6種新礦物“嫦娥石”；研究還證明，月球在19.6億年前仍存在巖漿活動，使目前已知月球地質(zhì)壽命“延長”了10億年。月球樣品進入“嫦娥時代”，極大豐富了人類對月球乃至宇宙的認知。
隨著對嫦娥五號月球樣品研究的深入，更多月球奧秘正被揭開。
全國空間探測技術(shù)首席科學傳播專家龐之浩表示，根據(jù)任務(wù)計劃，嫦娥六號的主要科學任務(wù)集中在尋找新礦物和巖石、尋找月球深部物質(zhì)、尋找古老物質(zhì)、揭開蘇長巖成因之謎等方面。想要揭秘，還需等待科研人員完成對樣品的分析和研究，但不妨展望一二—嫦娥六號月球樣品中或許含有以下成分：巖石碎片，這些碎片來自月球表面的巖石；礦物顆粒，包括長石、輝石、鈦鐵礦等，是月表的主要組成部分；玻璃物質(zhì)，由撞擊熔融形成；微量元素，如銅、金等，對研究月球形成和演化很有幫助；氦-3，一種潛在的核聚變?nèi)剂稀?/p>
月球古老神秘，人類求索不停。從一抔月壤開始，對未來，我們充滿期待。
(本報記者 姚昆)
(項目團隊：本報記者 趙斌藝、崔興毅)
來源：光明日報