張璐

6月4日7時(shí)38分，嫦娥六號(hào)上升器攜帶月球樣品自月球背面起飛，隨后成功進(jìn)入預(yù)定環(huán)月軌道。嫦娥六號(hào)完成世界首次月球背面采樣和起飛。嫦娥六號(hào)配置了哪些科學(xué)載荷？探測(cè)數(shù)據(jù)如何回傳？對(duì)此，中國(guó)科學(xué)院參與了嫦娥六號(hào)相關(guān)任務(wù)的專(zhuān)家進(jìn)行了解答。

問(wèn)題1：

嫦娥六號(hào)的任務(wù)科學(xué)目標(biāo)是什么？

嫦娥六號(hào)任務(wù)地面應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員左維說(shuō)，嫦娥六號(hào)的任務(wù)科學(xué)目標(biāo)包括月球背面著陸區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和分析。開(kāi)展月球背面南極—艾特肯盆地（SPA）著陸點(diǎn)區(qū)域形貌探測(cè)和地質(zhì)背景勘察，獲取與月球樣品相關(guān)的現(xiàn)場(chǎng)分析數(shù)據(jù)，建立現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。

同時(shí)，還包括月球背面樣品的分析與研究。對(duì)月球背面樣品進(jìn)行系統(tǒng)、長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)室研究，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。

問(wèn)題2：

為何要到月球背面“挖土”？

左維說(shuō)，已有的月球樣品采集任務(wù)都集中在月球正面，嫦娥六號(hào)即將返回的樣品是人類(lèi)歷史上首次獲取的月球背面月球樣品，將再一次填補(bǔ)月球樣品的空白，對(duì)豐富人類(lèi)月球起源和演化認(rèn)知、更好地了解地球具有重要的科學(xué)價(jià)值。

中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員賀懷宇說(shuō)，目前在月球采集到的所有樣品對(duì)月表的覆蓋是不超過(guò)8%，如果想更深入研究月球演化，樣品覆蓋比例越高越好。另外，月球背面樣品巖石的類(lèi)型，將影響到科研人員對(duì)于月球演化模型的推測(cè)，有可能得到重大突破。

問(wèn)題3：

嫦娥六號(hào)配置了哪些科學(xué)載荷？有什么作用？

中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心研究院薛長(zhǎng)斌說(shuō)，嫦娥六號(hào)最重要的科學(xué)目標(biāo)是采集著陸點(diǎn)的月壤樣品，所配置的科學(xué)載荷繼承了嫦娥五號(hào)的狀態(tài)，包括降落相機(jī)、全景相機(jī)、全景相機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)、月球礦物光譜儀、月壤結(jié)構(gòu)探測(cè)儀和國(guó)旗展示系統(tǒng)，可以提供月球背面新的采樣區(qū)月表形貌、地質(zhì)構(gòu)造、淺層結(jié)構(gòu)、物質(zhì)成分等科學(xué)數(shù)據(jù)，為返回的樣品研究和分析提供最為詳盡的原位環(huán)境信息。

特別是月壤結(jié)構(gòu)探測(cè)儀（即測(cè)月雷達(dá)），它的功能相當(dāng)于可以對(duì)鉆采區(qū)域的淺層月壤做CT掃描，為采樣點(diǎn)的選擇以及鉆進(jìn)過(guò)程的安全性提供重要數(shù)據(jù)保障。

問(wèn)題4：

探測(cè)數(shù)據(jù)如何回傳？

據(jù)左維介紹，嫦娥六號(hào)任務(wù)地面應(yīng)用系統(tǒng)由運(yùn)行管理、數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)管理、樣品儲(chǔ)存制備與處理、樣品與探測(cè)數(shù)據(jù)研究6個(gè)分系統(tǒng)構(gòu)成，各分系統(tǒng)相互配合協(xié)同，完成地面應(yīng)用系統(tǒng)承擔(dān)的嫦娥六號(hào)任務(wù)。

與嫦娥五號(hào)任務(wù)相比，嫦娥六號(hào)對(duì)地面應(yīng)用系統(tǒng)提出了新的要求：一是中繼星轉(zhuǎn)發(fā)的全新數(shù)傳模式對(duì)地面站數(shù)據(jù)接收能力的要求。嫦娥六號(hào)將在月球背面的南極—艾特肯盆地內(nèi)的預(yù)選著陸區(qū)著陸，并開(kāi)展科學(xué)探測(cè)和采樣返回。由于受到月球的遮擋，位于月球背面的著陸點(diǎn)無(wú)法直接與地球之間通信，需要在鵲橋二號(hào)的支持下轉(zhuǎn)發(fā)月面探測(cè)器與地球之間的通信。鵲橋二號(hào)中繼星通過(guò) S 頻段對(duì)地傳輸數(shù)據(jù)，下行數(shù)據(jù)的調(diào)制體制也發(fā)生變化。地面應(yīng)用系統(tǒng)的密云地面站和武清地面站均需要進(jìn)行 S 頻段數(shù)據(jù)接收設(shè)備研制與鏈路改造，以滿(mǎn)足嫦娥六號(hào)任務(wù)數(shù)據(jù)接收的要求。

同時(shí)，新增國(guó)際載荷和中繼星信道對(duì)數(shù)據(jù)處理的要求。嫦娥六號(hào)搭載了降落相機(jī)、全景相機(jī)、月球礦物光譜分析儀和月壤結(jié)構(gòu)探測(cè)儀等4臺(tái)繼承載荷，以及法國(guó)月球氡氣探測(cè)儀、歐空局/瑞典月表負(fù)離子分析儀、意大利激光角反射器和巴基斯坦立方星等4臺(tái)國(guó)際合作載荷。所有載荷的科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)將不再直接傳送到地面站，而是通過(guò)鵲橋二號(hào)中繼星進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，地面應(yīng)用系統(tǒng)需要重新研制中繼星信道處理軟件、國(guó)際載荷遙測(cè)數(shù)據(jù)處理和顯示軟件等來(lái)滿(mǎn)足嫦娥六號(hào)任務(wù)有效載荷運(yùn)行管理要求。

另外，還有月球背面月球樣品對(duì)樣品處理、制備、存儲(chǔ)和分析的要求。所以，地面應(yīng)用系統(tǒng)的主要任務(wù)還包括從探測(cè)器系統(tǒng)接收月球樣品，對(duì)月球樣品進(jìn)行本地和異地長(zhǎng)期存儲(chǔ)，開(kāi)展樣品解封、處理、制備、測(cè)試和分析。

問(wèn)題5：

月球背面如何測(cè)控？

在嫦娥六號(hào)任務(wù)中，我國(guó)甚長(zhǎng)基線(xiàn)干涉（VLBI）測(cè)量分系統(tǒng)在地月通信方面發(fā)揮著重要作用，它就像一雙眼睛，實(shí)時(shí)為嫦娥六號(hào)“導(dǎo)航”。

據(jù)中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)研究員鄭為民介紹，VLBI測(cè)量分系統(tǒng)是上海天文臺(tái)組織國(guó)家天文臺(tái)、新疆天文臺(tái)和云南天文臺(tái)的優(yōu)勢(shì)力量，共同構(gòu)建的高分辨率綜合孔徑射電望遠(yuǎn)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(shù)據(jù)處理中心。

甚長(zhǎng)基線(xiàn)干涉測(cè)量技術(shù)（VLBI），將分布在不同地方的望遠(yuǎn)鏡接收到的信號(hào)綜合起來(lái)，構(gòu)成分辨率超高的綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡，最高分辨率可等效為一臺(tái)直徑為3200千米的單口徑望遠(yuǎn)鏡。

自嫦娥一號(hào)開(kāi)始，他們將實(shí)時(shí)VLBI技術(shù)成功應(yīng)用于月球探測(cè)器的測(cè)定軌，構(gòu)成了現(xiàn)有的“測(cè)距測(cè)速+VLBI測(cè)角”深空高精度測(cè)定軌體制。

2024年VLBI分系統(tǒng)計(jì)劃完成包括鵲橋二號(hào)中繼星和嫦娥六號(hào)在內(nèi)的多個(gè)月球探測(cè)器測(cè)定軌工作，并將支持首次地月VLBI試驗(yàn)。

在嫦娥六號(hào)任務(wù)中，VLBI測(cè)量分系統(tǒng)可以對(duì)四器組合體、四器分離后的軌道器和上升器進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)定軌，還能分時(shí)對(duì)鵲橋二號(hào)中繼星進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)定軌，支持對(duì)月球背面的測(cè)控通信。它還可以完成雙目標(biāo)觀測(cè)的快速切換與測(cè)定軌，確保嫦娥六號(hào)探測(cè)器與中繼星之間的切換能在50分鐘內(nèi)完成。

問(wèn)題6：

嫦娥五號(hào)樣品取得了哪些研究成果？

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

據(jù)中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員賀懷宇介紹，截至目前，經(jīng)月球樣品專(zhuān)家委員會(huì)評(píng)審，國(guó)家航天局已經(jīng)完成6批嫦娥五號(hào)月球科研樣品的發(fā)放，第7批已經(jīng)完成評(píng)審，尚未完成審批。前6批累計(jì)向40家科研機(jī)構(gòu)的114個(gè)科研團(tuán)隊(duì)發(fā)放月球樣品258份，共計(jì)77.7克。

“嫦娥五號(hào)樣品返回之前，我們也聽(tīng)到了一些聲音——國(guó)外有300多公斤的月球樣品已經(jīng)研究了50多年，你們還能研究出什么花樣？”她說(shuō)，雖然發(fā)放樣品僅占返回樣品的4.5%，但所取得的科學(xué)研究成就卻涵蓋了月球形成、演化、太空風(fēng)化作用與機(jī)制以及資源利用等多個(gè)領(lǐng)域。目前已有70余項(xiàng)嫦娥五號(hào)月球樣品研究成果在《科學(xué)》《自然》《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》等國(guó)內(nèi)外重要學(xué)術(shù)期刊發(fā)表，其中，很多成果引起了學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注和高度評(píng)價(jià)。

她舉例說(shuō)，其中的成果包括證實(shí)月球最“年輕”玄武巖年齡為20億年。利用自主研發(fā)的超高分辨定年技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)測(cè)定了嫦娥五號(hào)玄武巖形成于20億年，將月球火山活動(dòng)的結(jié)束時(shí)間推遲了約8億年，并為撞擊坑定年曲線(xiàn)提供了關(guān)鍵錨點(diǎn)，大幅提高了內(nèi)太陽(yáng)系星球表面撞擊坑定年的準(zhǔn)確度。

嫦娥五號(hào)月球樣品研究初步實(shí)現(xiàn)了服務(wù)我國(guó)深空探測(cè)需求、牽引我國(guó)月球與行星科學(xué)發(fā)展的目標(biāo)。值得一提的是，在學(xué)科和人才隊(duì)伍建設(shè)方面，國(guó)內(nèi)的地外樣品研究團(tuán)隊(duì)由原來(lái)的幾個(gè)發(fā)展到現(xiàn)在的100多個(gè)。

嫦娥五號(hào)月球樣品研究初步實(shí)現(xiàn)了服務(wù)我國(guó)深空探測(cè)需求、牽引我國(guó)月球與行星科學(xué)發(fā)展的目標(biāo)。值得一提的是，在學(xué)科和人才隊(duì)伍建設(shè)方面，國(guó)內(nèi)的地外樣品研究團(tuán)隊(duì)由原來(lái)的幾個(gè)發(fā)展到現(xiàn)在的100多個(gè)。

“月球樣品研究吸引了地學(xué)、天文、物理、化學(xué)、生物等各學(xué)科研究者的廣泛興趣，推動(dòng)了我國(guó)行星科學(xué)的發(fā)展，培養(yǎng)了行星科學(xué)研究的人才隊(duì)伍，初步形成了科學(xué)、技術(shù)、工程融合創(chuàng)新發(fā)展的局面?！彼f(shuō)。

問(wèn)題7：

分給科學(xué)家的樣品只有幾克，甚至幾毫克，夠用嗎？

賀懷宇說(shuō)，隨著技術(shù)、學(xué)科和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的發(fā)展，科研人員可以利用微量樣本進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，毫克級(jí)的樣品已經(jīng)是大樣品了。另外，發(fā)出去的樣本最終還要被回收，科研團(tuán)隊(duì)申請(qǐng)時(shí)就要寫(xiě)清楚可能的損耗。從另一個(gè)角度說(shuō)，實(shí)驗(yàn)時(shí)更主張使用微量樣品，因?yàn)樵谔罩袠悠方?jīng)常是不均衡的，使用的樣本顆粒越小，得到的信息越真實(shí)。