嫦娥六号月背软着陆背后的硬技术

2024-06-03 17:33:17 来源：中国科技网

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据国家航天局消息，6月2日6时23分，嫦娥六号着陆器和上升器组合体（以下简称“组合体”）在鹊桥二号中继星支持下，成功着陆在月球背面南极-艾特肯盆地预选着陆区。

当日6时9分，组合体开始实施动力下降，7500牛变推力主发动机开机。其间，组合体进行快速姿态调整，逐渐接近月表。此后通过视觉自主避障系统进行障碍自动检测，利用可见光相机根据月面明暗选择大致安全点，在安全点上方100米处悬停，利用激光三维扫描进行精确拍照以检测月面障碍，最终选定着陆点，开始缓速垂直下降，即将到达月面时发动机关闭，利用缓冲系统保障组合体以自由落体方式到达月面，最终平稳着陆。

记者从中国航天科技集团五院了解到，嫦娥六号落月任务是我国实施的第五次地外天体软着陆、第四次月面软着陆，以及第二次月背软着陆。该院多项“硬核技术”支撑了此次落月任务成功实施。

月背着陆区选址面临新挑战

嫦娥六号的任务目标是实现人类首次月球背面自动采样返回，其着陆区选择直接关系到工程实施的风险控制、采样样品的科学成果产出等。相比月球正面，月球背面地形更为崎岖，尤其是月球背面的南极-艾特肯盆地区域整体地势较低且撞击坑分布更多，光照和测控更易受到地形遮挡影响。这些因素都给嫦娥六号落月选址工作带来了挑战。

为了让嫦娥六号能够稳稳着陆月背，五院研制团队深入研讨和分析了月背采样任务的选址难点和特点，充分借鉴融合深空探测以往型号的选址经验，建立了一套适用于月背着陆的选址方法。

利用以往型号遥感数据，研制团队对着陆区复杂地形地貌情况进行深入分析与确认，为组合体在月球表面寻找满足安全着陆、月面工作、月面起飞等需求的区域。

在确认着陆区后，研制团队对着陆区的地形地貌、地质条件等进行了多轮复核与研究工作，进一步降低着陆风险，保证选址区域分析完备、选址约束考虑全面、选址结果可信可用。

GNC系统自主实现“粗精接力避障”

此次嫦娥六号落月任务充分借鉴了我国多次地外天体软着陆的成功经验，再次展现了我国特有的“粗精接力避障”技术。

“嫦娥”家族使用的GNC（制导导航与控制）系统均由五院502所研制。该系统需要实时知道“我在哪儿”“我要去哪儿”和“我怎么去”。它就像落月过程中的驾驶员，要完成飞行轨迹控制、安全着陆点选择、精准控制三项核心任务。

在下降过程中，嫦娥六号GNC系统需要自主选择一个既符合着陆要求，又能满足上升器月面起飞条件的落点，为后续的取土和起飞创造良好条件。为此，GNC系统会自主操控组合体边降落边快速调整姿态，对预定着陆区域进行拍照分析，并飞向选定区域。这是第一次避障，也被称为“粗避障”。

在距离月面更近时，组合体实施短暂悬停，再次对月面拍照，精确避开障碍，选定最终落点。这是第二次避障，即“精避障”。

之后，组合体飘移至落点正上方并垂直下降，至特定高度时关闭主发动机，利用着陆腿的缓冲机构实现软着陆。

相比嫦娥五号，嫦娥六号要消耗更多推进剂，对此研制人员对GNC系统进行了针对性调整、优化和升级，确保了落月精度又兼顾了资源使用的经济性。

“泊车雷达”让着陆更精准

月背着陆过程可以说是环环相扣、险象环生，距离和速度信息的支持，是决定任务成败的重要一环。五院西安分院研制的微波测距测速敏感器，如同安装在嫦娥六号着陆器上的“泊车雷达”。它在着陆器接近月面时开始工作，细致测量各项数据并精确传递，让着陆器准确判断着陆点和降落速度，为安全精准着陆提供可靠保障。

为应对着陆瞬间带来的冲击，五院529厂为着陆器量身定制了4条轻质、高强的着陆腿，学名叫“着陆缓冲机构”。每条着陆腿都由1个主腿、2个副腿和1个足垫组成，它们协同工作，能在嫦娥六号落月时更安全、更舒适。

记者从国家航天局了解到，接下来，嫦娥六号着陆器携带的有效载荷将按计划工作，开展科学探测任务。嫦娥六号任务国际载荷中欧空局月表负离子分析仪、法国月球氡气探测仪即将开机工作，意大利激光角反射器完成部署。

据悉，组合体成功着陆后，着陆器将通过鹊桥二号中继星，在地面控制下，进行太阳翼和定向天线展开等状态检查与设置工作，此后正式开始持续约2天的月背采样工作，通过钻具钻取和机械臂表取两种方式分别采集月壤样品和月表岩石，实现多点、多样化自动采样。同时将开展月球背面着陆区的现场调查分析，月壤结构分析等科学探测，深化月球成因和演化历史的研究。