開啟首次月背“挖寶”，嫦娥六號“含科量”有多高

6月2日清晨，嫦娥六號著陸器和上升器組合體在鵲橋二號中繼星的支持下，成功著陸在月球背面南極-艾特肯盆地預選著陸區，開啟人類探測器首次在月球背面實施的樣品采集任務，即將在月背“挖寶”。同日，國家航天局發布嫦娥六號著陸器降落相機拍攝的嫦娥六號著陸月背過程的影像。

“目前，人類已有的月球樣品采集任務都集中在月球正面。嫦娥六號即將在人類歷史上首次獲取月球背面樣品，將再一次填補月球樣品的空白，對豐富人類月球起源和演化認知、更好地了解地球具有重要的科學價值。”嫦娥六號任務地面應用系統總設計師、中國科學院國家天文臺研究員左維說。

她介紹，嫦娥六號有兩個主要科學目標，一是在月球背面南極-艾特肯盆地著陸點開展區域形貌探測和地質背景勘察，獲取與月球樣品相關的現場分析數據，建立現場探測數據與實驗室分析數據之間的聯系；二是對月球背面樣品進行系統、長期的實驗室研究，分析月壤的結構、物理特性、物質組成等，深化月球成因和演化歷史的研究。

這些科學目標實現起來并不容易，那么嫦娥六號任務的科技含量究竟有多高？

探測數據怎么傳回來？

六大地面應用分系統，能力有所提升

嫦娥六號任務地面應用系統的總體架構充分繼承前期工程基礎，由運行管理、數據接收、數據預處理、數據管理、樣品儲存制備與處理、樣品與探測數據研究6個分系統構成，各分系統相互配合協同，完成地面應用系統承擔的嫦娥六號任務。

左維介紹，與嫦娥五號任務相比，嫦娥六號任務的地面應用系統有很多新變化。

為了提升地面站數據接收能力，此次任務采用了中繼星轉發的全新數傳模式。“由于受到月球的遮擋，位于月球背面的著陸點無法直接與地球通信，需要在鵲橋二號的支持下轉發月面探測器與地球之間的通信。鵲橋二號中繼星通過S頻段對地傳輸數據，下行數據的調制體制也發生變化。地面應用系統的密云地面站和武清地面站均進行了S頻段數據接收設備研制與鏈路改造，以滿足嫦娥六號任務數據接收的要求。”左維說。

同時，地面應用系統的數據處理能力也有所提升。左維介紹，嫦娥六號搭載了降落相機、全景相機、月球礦物光譜分析儀、月壤結構探測儀4臺繼承載荷，以及法國月球氡氣探測儀、瑞典月表負離子分析儀、意大利激光角反射器、巴基斯坦立方星4臺國際合作載荷。所有載荷的科學探測數據將不再直接傳送到地面站，而是通過鵲橋二號中繼星進行轉發。地面應用系統重新研制了中繼星信道處理軟件、國際載荷遙測數據處理和顯示軟件等，以滿足嫦娥六號任務有效載荷運行管理要求。

此外，為了確保嫦娥六號順利采集月球樣品，科研人員還設計了一系列嫦娥六號所采集月球樣品的處理、存儲、制備、分析方法和流程。“我們要確保能夠安全、可靠地完成嫦娥六號月球樣品相關的任務。”左維說。

月球背面怎么測控？

高精度實時測定軌，保證月背測控通信

在嫦娥六號任務中，我國甚長基線干涉（VLBI）測量分系統在地月通信方面發揮著重要作用，它就像一雙眼睛，實時為嫦娥六號“導航”。

VLBI測量分系統是由中國科學院上海天文臺基于在射電天文領域的積累，組織國家天文臺、新疆天文臺和云南天文臺的優勢力量，共同構建的高分辨率綜合孔徑射電望遠鏡，包括“四站一中心”，即上海天馬站、北京密云站、新疆南山站、云南昆明站和上海VLBI數據處理中心，最高分辨率可等效為一臺直徑為3200千米的單口徑望遠鏡。

“自嫦娥一號開始，我們就將實時VLBI技術成功應用于月球探測器的測定軌，構成了現有的‘測距測速+VLBI測角’深空高精度測定軌體制。”中國科學院上海天文臺研究員鄭為民說。

他表示，2024年，VLBI測量分系統將完成包括鵲橋二號中繼星和嫦娥六號在內的多個月球探測器測定軌工作，并將支持首次地月VLBI試驗。這意味著要使用一個VLBI網，分時支持多任務、多目標測定軌。

與嫦娥五號任務相比，嫦娥六號任務不僅有多目標觀測、雙目標快速切換等特殊要求，實時測定軌任務時間還增加了30天。

“在嫦娥六號任務中，VLBI測量分系統可以對四器組合體、四器分離后的軌道器和上升器進行實時測定軌，還能分時對鵲橋二號中繼星進行實時測定軌，支持對月球背面的測控通信。此外，它還可以完成雙目標觀測的快速切換與測定軌，確保嫦娥六號探測器與中繼星之間的切換能在50分鐘內完成，后續軌道器和上升器切換時間更短。”鄭為民說。

月背樣品能研究出新東西嗎？

月壤研究有經驗，月背樣品研究有信心

對于嫦娥六號樣品研究，中國科學院地質與地球物理研究所研究員賀懷宇充滿期待，也滿懷信心。

“最初，有些人并不看好嫦娥五號樣品研究，認為‘國外采集了300多公斤的月壤，研究了50年，你們1.7公斤的樣品能有什么新發現’。但最終事實證明，我們取得了非常重要的成果，也獲得了國內外所有同行的認可。”賀懷宇說。

2020年12月17日，嫦娥五號從月球帶回1731克月壤樣品。這是人類首次獲得的月表年輕火山巖區樣品，也是中國科學家第一次擁有屬于自己的地外天體返回樣品。

截至目前，經月球樣品專家委員會評審，國家航天局已經完成6批嫦娥五號月球科研樣品的發放，第7批已經完成評審，尚未完成審批。前6批累計向40家科研機構的114個科研團隊發放月球樣品258份，共計77.7克。

賀懷宇介紹，雖然發放樣品僅占返回樣品的4.5%，但所取得的科學研究成就卻涵蓋了月球形成、演化、太空風化作用與機制以及資源利用等多個領域，目前已有70余項研究成果。

例如，利用自主研發的超高分辨定年技術，科研人員證實月球最“年輕”玄武巖年齡為20億年，將月球火山活動的結束時間推遲了約8億年，為撞擊坑定年曲線提供了關鍵錨點，大幅提高了內太陽系星球表面撞擊坑定年的準確度。

再如，科研人員揭示了嫦娥五號玄武巖的月幔源區并不富含放射性生熱元素和水，提出新的年輕火山形成機制和月球熱演化模型。《自然》發表評述文章指出，“這些巖石的研究結果表明非常有必要修正已有的月球熱演化模型”。

此外，通過研究嫦娥五號樣品，科研人員發現，月表中緯度地區具有高含量的太陽風成因水，還發現了月球新礦物“嫦娥石”等。2022年3月，《自然》再次發表評論文章稱“中國嫦娥五號樣品點燃了月球研究的熱情”。

“月球樣品研究引發了地學、天文、物理、化學、生物等各學科研究者的廣泛興趣，推動了我國行星科學的發展，培養了行星科學研究的人才隊伍，初步形成了科學、技術、工程融合創新發展的局面。”賀懷宇說。

她告訴《中國科學報》，對于嫦娥六號任務，科研人員有信心在獲得前所未有的月背樣品后，能在月球形成演化研究方面取得新的突破。