在浩渺無垠的宇宙，繁星閃爍如同璀璨的寶石，點(diǎn)綴著那無盡的黑暗。人類自誕生以來，就對(duì)神秘的星空充滿了無盡的好奇與向往。從古至今，無數(shù)的目光曾仰望那片蒼穹，心懷對(duì)宇宙奧秘的渴望而追尋。

2024年5月3日17時(shí)27分，長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭托舉著嫦娥六號(hào)探測(cè)器在中國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)點(diǎn)火起飛，隨后將探測(cè)器送入預(yù)定轉(zhuǎn)移軌道，發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功。嫦娥六號(hào)探測(cè)器執(zhí)行的是備受關(guān)注的世界首次月球背面采樣返回任務(wù)。

奧秘?zé)o窮的月球背面

迄今為止，人類已進(jìn)行的月球采樣返回均位于月球正面。月球背面整體相對(duì)月球正面更為古老，具有重要科研價(jià)值，是“秘境中的秘境”。

由于月球自轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)周期相等，加上被地球潮汐鎖定，地球強(qiáng)大的引力讓月球總是一面朝向地球，人類在地球上只能看見月球的正面。

從20世紀(jì)50年代開始，人類陸續(xù)向月球發(fā)射了100多次探測(cè)器，僅中國(guó)的嫦娥四號(hào)探測(cè)器在月球背面著陸開展過就位探測(cè)。

2019年1月3日，嫦娥四號(hào)成功著陸在月球背面南極-艾特肯盆地馮·卡門撞擊坑的預(yù)選著陸區(qū)。這片永遠(yuǎn)背向地球的亙古荒原，在寂寞了數(shù)十億年后，終于迎來第一個(gè)翩翩降臨的地球訪客。

2020年，嫦娥五號(hào)實(shí)施中國(guó)首個(gè)無人月球采樣返回任務(wù)，是當(dāng)時(shí)中國(guó)復(fù)雜度最高、技術(shù)跨度最大的航天系統(tǒng)工程，一舉突破月面采樣、月面起飛上升、月球軌道交會(huì)對(duì)接與樣品轉(zhuǎn)移、跳躍式再入返回等關(guān)鍵技術(shù)，經(jīng)過環(huán)環(huán)相扣的飛行過程，帶回1731克月球樣品，成為世界單次采樣量最大的無人月球采樣任務(wù)。

迄今為止，人類共對(duì)月球進(jìn)行了10次采樣返回，這10次采樣均位于月球的正面。而這次嫦娥六號(hào)去的是月球背面——南極-艾特肯盆地，去發(fā)現(xiàn)并采集不同地域、不同年齡、不同類型的月球樣品，進(jìn)行形貌探測(cè)和地質(zhì)背景勘察等工作。采樣返回后，科學(xué)家將對(duì)樣品進(jìn)行研究，分析月壤的結(jié)構(gòu)、物理特性、物質(zhì)組成等，深化月球成因和演化歷史的研究。

月球南極位于月球最古老、規(guī)模最大的艾特肯盆地邊緣，是研究深部月殼及月幔物質(zhì)、近距離探測(cè)永久陰影區(qū)內(nèi)可能存在水冰的理想?yún)^(qū)域；良好的光照條件也為開展長(zhǎng)時(shí)間復(fù)雜的探測(cè)活動(dòng)提供可能，逐漸成為各航天大國(guó)和空間組織開展空間拓展和科技創(chuàng)新的戰(zhàn)略制高點(diǎn)，也是建立月球基地的熱點(diǎn)地區(qū)。但月球南極緯度較高，地形地貌復(fù)雜，既有低洼的環(huán)形山坑底，也有高聳入云的山峰，光照特性、對(duì)地直接觀測(cè)能力差異明顯，

身手敏捷的嫦娥六號(hào)

嫦娥六號(hào)探測(cè)器是我國(guó)迄今最重的深空探測(cè)航天器，主要由軌道器、著陸器、上升器、返回器四個(gè)部分組成。其主要科學(xué)目標(biāo)是開展月球背面著陸區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和分析，并對(duì)月球背面樣品開展分析與研究。探測(cè)器發(fā)射入軌后，按計(jì)劃將進(jìn)行約53天的飛行，其間經(jīng)歷地月轉(zhuǎn)移、近月制動(dòng)、環(huán)月飛行、著陸下降、月面工作、月面上升、交會(huì)對(duì)接與樣品轉(zhuǎn)移、環(huán)月等待、月地轉(zhuǎn)移、再入回收等工作階段。

此次任務(wù)可以形象地描述為“去、下、上、回”。軌道器主要負(fù)責(zé)“去”，飛到月球背面去和返回地球；著陸器主要負(fù)責(zé)“下”，落到月球背面并進(jìn)行樣本采集；上升器主要負(fù)責(zé)“上”，攜帶采集的樣本從月球背面飛起來；返回器主要負(fù)責(zé)“回”，攜帶月壤返回地球。

我國(guó)的探月工程四期任務(wù)由嫦娥四號(hào)、嫦娥六號(hào)、嫦娥七號(hào)和嫦娥八號(hào)4次任務(wù)組成。2018年12月8日成功發(fā)射的嫦娥四號(hào)，實(shí)現(xiàn)了人類航天器首次在月球背面巡視探測(cè)。嫦娥五號(hào)于2020年12月17日首次實(shí)現(xiàn)我國(guó)地外天體采樣返回后，嫦娥六號(hào)探測(cè)器作為嫦娥五號(hào)探測(cè)器的備份，任務(wù)有所調(diào)整，改為到月球背面獲取樣本。嫦娥六號(hào)任務(wù)并非嫦娥四號(hào)與嫦娥五號(hào)任務(wù)的簡(jiǎn)單相加，而是必須攻克月球逆行軌道設(shè)計(jì)與控制、月背智能采樣和月背起飛上升等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)施多項(xiàng)重大突破。這也將成為繼嫦娥四號(hào)任務(wù)之后世界上第二次以月球背面為目的地的探月任務(wù)。

月背采樣在世界上沒有先例可循，面臨著很多新情況新問題。在探測(cè)器硬件產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)已經(jīng)確定的情況下，約束條件非?？量?。為了適應(yīng)新的任務(wù)要求，研制人員統(tǒng)籌考慮任務(wù)目標(biāo)和技術(shù)條件，開展了大量適配設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)，并采用逆行環(huán)月軌道方案等多項(xiàng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，以滿足月背采樣返回任務(wù)適應(yīng)性設(shè)計(jì)以及國(guó)際載荷搭載需求。

針對(duì)月背著陸區(qū)月壤特性，研制人員為嫦娥六號(hào)采樣封裝分系統(tǒng)進(jìn)行了多項(xiàng)升級(jí)，設(shè)計(jì)了適應(yīng)月球背面采樣的控制算法和采樣策略，進(jìn)一步提高了采樣的智能化、自動(dòng)化程度，增強(qiáng)了月壤采樣效率、采樣能力和在軌工作可靠性。同時(shí)，還為著陸上升組合體量身設(shè)計(jì)了自主月面工作狀態(tài)設(shè)置、自主定位、應(yīng)急自主采樣和自主起飛等功能，工作效率得到大幅提升。

嫦娥六號(hào)任務(wù)積極開展國(guó)際合作，最終確定了歐空局月表負(fù)離子分析儀、法國(guó)月球氡氣探測(cè)儀、意大利激光角反射器、巴基斯坦立方星等4個(gè)國(guó)際搭載項(xiàng)目。

力能扛鼎的長(zhǎng)征五號(hào)

長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭（以下簡(jiǎn)稱“長(zhǎng)五火箭”）為捆綁四個(gè)助推器的兩級(jí)半構(gòu)型火箭，采用無毒無污染推進(jìn)劑?；鸺傞L(zhǎng)56.97米，起飛質(zhì)量約869噸，具備近地軌道25噸、地球同步轉(zhuǎn)移軌道14噸的運(yùn)載能力，是我國(guó)現(xiàn)役運(yùn)載能力最大的火箭，可以完成近地軌道衛(wèi)星、地球同步轉(zhuǎn)移軌道衛(wèi)星、太陽同步軌道衛(wèi)星、空間站、月球探測(cè)器和火星探測(cè)器等各類航天器的發(fā)射任務(wù)。

在5月3日發(fā)射當(dāng)日，長(zhǎng)五火箭迎著突發(fā)的風(fēng)雨穩(wěn)穩(wěn)直刺蒼穹成功執(zhí)行了嫦娥六號(hào)探測(cè)器發(fā)射任務(wù)，再次彰顯了中國(guó)航天的卓越實(shí)力。長(zhǎng)五火箭究竟憑借什么力量實(shí)現(xiàn)了這一壯舉呢？

長(zhǎng)五火箭是我國(guó)首型5米芯級(jí)直徑的新一代大推力運(yùn)載火箭，在設(shè)計(jì)之初就充分考慮了各種天氣與環(huán)境挑戰(zhàn)。其防水防雨設(shè)計(jì)細(xì)致入微，從“堵”到“疏”，每個(gè)細(xì)節(jié)都經(jīng)過精心策劃和嚴(yán)密實(shí)施，確?；鸺捌浯钶d的“乘客”在干燥透氣的環(huán)境中安全啟程。

在“堵”的方面，長(zhǎng)五火箭為關(guān)鍵部件穿上了“雨衣”，通過加裝密封條、使用吹塑薄膜以及選擇具備防水功能的元器件等措施，有效隔絕雨水侵襲；在“疏”的方面，火箭多個(gè)部段設(shè)計(jì)排水孔，整流罩排氣孔處更是設(shè)置了內(nèi)置導(dǎo)流罩，實(shí)現(xiàn)了排氣與防水的雙重功能。此外，多條送風(fēng)管路持續(xù)為整流罩等艙段送風(fēng)，確保空間內(nèi)保持正壓狀態(tài)，進(jìn)一步增強(qiáng)了防水能力。經(jīng)過多次嚴(yán)格測(cè)試和驗(yàn)證，長(zhǎng)五火箭早已具備中雨條件下發(fā)射的能力。

面對(duì)中國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)的“淺層風(fēng)”，長(zhǎng)五火箭同樣展現(xiàn)出強(qiáng)大的應(yīng)對(duì)能力。其四個(gè)助推支撐與防風(fēng)拉桿設(shè)計(jì)緊密結(jié)合，即使在每秒17米的大風(fēng)中也能穩(wěn)穩(wěn)“站立”。

由于地月相對(duì)位置不斷變化，一旦在發(fā)射窗口內(nèi)不能實(shí)施發(fā)射，嫦娥六號(hào)奔月就會(huì)受到影響。為了確?；鸺郎?zhǔn)時(shí)發(fā)射，研制人員應(yīng)用“窄窗口多軌道”發(fā)射技術(shù)，為火箭在連續(xù)兩天、每天50分鐘的窗口內(nèi)，設(shè)計(jì)了10條奔月軌道，提高發(fā)射概率和發(fā)射可靠性。

這是長(zhǎng)五火箭繼2020年11月24日護(hù)送嫦娥五號(hào)探測(cè)器奔月后，時(shí)隔3年多再次執(zhí)行深空探測(cè)任務(wù)。在此期間，研制人員針對(duì)箭上關(guān)鍵單機(jī)開展了大量可靠性增長(zhǎng)工作，火箭可靠性顯著提升。

此外，研制人員持續(xù)推進(jìn)以“設(shè)計(jì)特性全集”為抓手的產(chǎn)品質(zhì)量管控措施，在產(chǎn)品研制生產(chǎn)過程中，逐項(xiàng)梳理確認(rèn)影響產(chǎn)品功能、性能的設(shè)計(jì)參數(shù)，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，確保發(fā)射萬無一失。

嫦娥六號(hào)探測(cè)器需要進(jìn)入近地點(diǎn)200千米、遠(yuǎn)地點(diǎn)約38萬千米的地月轉(zhuǎn)移軌道，這對(duì)火箭的運(yùn)載能力提出了很高的要求，尤其是嫦娥六號(hào)探測(cè)器比嫦娥五號(hào)探測(cè)器重了100千克。研制人員對(duì)箭上產(chǎn)品進(jìn)行了多項(xiàng)設(shè)計(jì)優(yōu)化和工藝改進(jìn)，成功幫助火箭“瘦身”，將長(zhǎng)五火箭地月轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力提升100千克，滿足了“乘客”需求。

首飛至今，研制團(tuán)隊(duì)持續(xù)對(duì)火箭進(jìn)行優(yōu)化，提高適應(yīng)能力和可靠性。正是這些技術(shù)展示出的“強(qiáng)者”實(shí)力，讓長(zhǎng)五火箭在風(fēng)雨中依然能昂首挺胸，勇往直前。

自2007年起，長(zhǎng)征三號(hào)甲系列、長(zhǎng)征四號(hào)丙、長(zhǎng)征五號(hào)、長(zhǎng)征八號(hào)等六型火箭完成了探月工程迄今全部發(fā)射。17年間，九戰(zhàn)全勝，為探月工程架起天梯，托舉中國(guó)人的探月夢(mèng)想走得更遠(yuǎn)。此次長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭成功將嫦娥六號(hào)探測(cè)器送往月背，是人類首次如此近距離地探索月背的奧秘，是全人類夢(mèng)想的一次偉大啟航！

未來，我國(guó)計(jì)劃在2026年發(fā)射嫦娥七號(hào)探測(cè)器；2028年發(fā)射嫦娥八號(hào)，包括著陸器、飛躍器、巡視器和月面作業(yè)機(jī)器人等，它們將降落在嫦娥七號(hào)附近，與其共同構(gòu)建起一個(gè)功能完備的月球科研站。

讓我們共同期待，在宇宙中留下更多屬于我們的輝煌印記！

作者單位 中國(guó)航天科技集團(tuán)