嫦娥六號(hào)如何“月背挖寶”
6月25日14時(shí)7分,嫦娥六號(hào)返回器準(zhǔn)確著陸于內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定區(qū)域,工作正常,標(biāo)志著探月工程嫦娥六號(hào)任務(wù)取得圓滿成功,實(shí)現(xiàn)世界首次月球背面采樣返回。
5月3日,長征五號(hào)遙八運(yùn)載火箭搭載嫦娥六號(hào)探測器在中國文昌航天發(fā)射場發(fā)射升空。探測器發(fā)射入軌后,先后經(jīng)歷地月轉(zhuǎn)移、近月制動(dòng)、環(huán)月飛行、著陸下降等過程。
為了讓嫦娥六號(hào)順利開展“蟾宮探寶”,科研人員在技術(shù)上進(jìn)行了一系列精巧設(shè)計(jì),通過精準(zhǔn)定位著陸區(qū)、為嫦娥六號(hào)探測器配置多個(gè)敏感器、設(shè)計(jì)有緩沖功能的“著陸腿”等,確保其在月背平穩(wěn)安全著陸。
此前,人類的月球“挖寶”旅程都是在正面進(jìn)行的。相比2020年實(shí)現(xiàn)月球正面采樣返回的嫦娥五號(hào)任務(wù),嫦娥六號(hào)任務(wù)在鵲橋二號(hào)中繼星的支持下,實(shí)施首次月球背面采樣并返回,工程創(chuàng)新多、風(fēng)險(xiǎn)高、難度大,需突破月球逆行軌道設(shè)計(jì)與控制、月背智能快速采樣、月背起飛上升等關(guān)鍵技術(shù)。
在研究中,科研人員發(fā)現(xiàn)月球背面月壤的內(nèi)驅(qū)力、承載力都高于月球正面的月壤,這在一定程度上增加了采樣環(huán)境的不確定性和采樣難度。
月背“挖寶”到底怎么挖?“此次月背采樣是先鉆取后表取,一次鉆取多次表取的方式,提高了采樣的可靠性和多樣性?!敝袊教炜萍技瘓F(tuán)金晟毅介紹,兩種采樣方式的側(cè)重點(diǎn)各不相同。鉆取需要采集一定深度的月球次表層樣品,讓樣品種類更為豐富。鉆取采樣裝置有外鉆桿、取芯管和取芯袋三層結(jié)構(gòu),當(dāng)鉆頭向下鉆進(jìn)時(shí),取芯袋也會(huì)跟隨著取芯管向下運(yùn)動(dòng),而鉆取到的月壤則會(huì)被頂進(jìn)袋內(nèi),整個(gè)過程就像“穿襪子”。而表取采樣則是在一片區(qū)域里進(jìn)行多次采樣,主要采樣目標(biāo)是月球表面的風(fēng)化層樣品。兩種方式實(shí)現(xiàn)的技術(shù)途徑、采集的月球樣品種類不一樣,科學(xué)價(jià)值也不同。
從采樣時(shí)間看,嫦娥六號(hào)的月面采樣時(shí)間相比嫦娥五號(hào)要少幾個(gè)小時(shí),這主要?dú)w功于智能采樣技術(shù)。金晟毅表示,嫦娥五號(hào)采樣的每個(gè)過程都需要地面發(fā)送指令,再讓機(jī)械臂去執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。而嫦娥六號(hào)則采用了智能化采樣技術(shù),一部分固定動(dòng)作交給探測器去執(zhí)行,實(shí)現(xiàn)近端閉環(huán)控制,有效減少了與地面交互的環(huán)節(jié),提高探測器的預(yù)見處理能力,有效縮短采樣時(shí)間。
6月6日,嫦娥六號(hào)上升器成功與軌返組合體完成月球軌道的交會(huì)對接,將樣品容器安全轉(zhuǎn)移到返回器中,這是我國航天器繼嫦娥五號(hào)之后,第二次實(shí)現(xiàn)月球軌道交會(huì)對接,返回器攜帶月球樣品順利回家。
實(shí)現(xiàn)月球樣品“快遞”回地球的過程,需要上升器與軌返組合體進(jìn)行一場“雙向奔赴”。其中,由于需執(zhí)行地月往返、轉(zhuǎn)運(yùn)樣本等任務(wù),軌道器要與其他艙/器進(jìn)行多次分離。中國航天科技集團(tuán)李天義介紹,上升器從月球背面起飛進(jìn)入環(huán)月飛行軌道后,先后經(jīng)歷4次軌道調(diào)整,上升器于軌返組合體前方約50公里、上方約10公里位置時(shí),軌返組合體通過近程自主控制逐步靠近上升器,完成軌道交會(huì)。緊接著,軌道器配置的3套K形抱爪對準(zhǔn)上升器連接面的3根連桿,通過將抱爪收緊實(shí)現(xiàn)兩器緊密連接,專家稱這一過程就像是運(yùn)動(dòng)員用手握住接力棒的動(dòng)作,最后精準(zhǔn)完成交會(huì)對接。
完美實(shí)現(xiàn)“太空牽手”后,裝載著月球背面樣品的容器從上升器被安全轉(zhuǎn)移至返回器中。而軌返組合體將環(huán)月飛行,進(jìn)行地月轉(zhuǎn)移,在地球附近返回器攜帶著月球樣品穿越大氣層,最終著陸在內(nèi)蒙古四子王旗著陸場。
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