嫦娥六号模拟画面。 中国航天科技集团五院供图
嫦娥六号着陆器和上升器组合体着陆月背的模拟动画画面。 国家航天局供图
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6月2日6时23分，经历约15分钟的降落飞(fei)行后，嫦娥六号着陆器和上升器组合体成功软(ruan)着陆于月球背面的南极—艾特肯盆地区域预定地点，跨过充满挑战(zhan)的“落月”难(nan)关，向“人类首次月球背面自动采样返回”目(mu)标迈(mai)进了关键一步。
高质量通信保障(zhang)稳稳落月
嫦娥六号探测器由轨道器、返回器、着陆器、上升器组成。落月前，探测器首先要进行组合体分离。由轨道器和返回器组成的轨返组合体继续在月球轨道上飞(fei)行，着陆器和上升器组成的着上组合体分离后着陆月球，开(kai)展后续采样任务。
6月2日6时9分，北京(jing)航天飞(fei)行控制中心精准控制，在月球上方约18公里的轨道高度(du)上，着陆器7500牛变推力主发动机启动，着上组合体开(kai)始(shi)变轨下降。
北京(jing)航天飞(fei)行控制中心程艳合介绍，经历了主动减速、快(kuai)速调整、接近、悬停、避(bi)障(zhang)、缓速下降等过程，嫦娥六号着上组合体最(zui)终平稳着陆于月球背面南极—艾特肯盆地。
自5月3日发射入轨以来，嫦娥六号探测器已经在轨飞(fei)行约30天，在经过地月转移、近月制动、四器组合体分离、环月降轨等一系列关键动作后，完(wan)成了这“精彩一落”。
“嫦娥六号不仅要实现月背软(ruan)着陆，更将按计(ji)划采集月球背面的月壤(rang)，工(gong)程创新多(duo)、风险高、难(nan)度(du)大，稳稳落月的背后，凝结(jie)着众多(duo)科研人员的智慧和积淀。”嫦娥六号任务新闻发言人、国家航天局探月与航天工(gong)程中心副主任葛平说。
降落月背，首先要选好址。相比嫦娥五号着陆的月球正(zheng)面，月球背面地形更为(wei)崎岖，预选着陆区南极—艾特肯盆地整体地势较低且撞击(ji)坑(keng)分布更多(duo)，光照和测控更易(yi)受到(dao)地形遮挡影响，这给选址带来更大挑战(zhan)。
中国航天科技集团五院嫦娥六号探测器研制人员介绍，为(wei)尽(jin)可能找到(dao)理想着陆地址，研制团队借鉴(jian)以往(wang)型号选址的经验，建立了一套适用于月背着陆的选址方法(fa)。比如，科研人员借助嫦娥二号探测器影像制成的全月7米分辨率(lu)数(shu)字正(zheng)射影像及20米分辨率(lu)的数(shu)字高程模型产品，为(wei)嫦娥六号寻找坡度(du)较小(xiao)的平坦区域。
确认着陆区后，科研人员又对(dui)着陆区的地形地貌、地质条件等进行了多(duo)轮复核(he)与研究工(gong)作，进一步降低着陆风险，保证选址区域分析完(wan)备、选址约束考(kao)虑全面、选址结(jie)果可信可用。
由于嫦娥六号的落点在月背，落月过程在地球上不可见。虽然嫦娥六号具(ju)有“自主落月”的能力，但实时掌握各项数(shu)据(ju)、随(sui)时发出控制指令(ling)才能让“地球家人”及时掌握任务的实施过程。保障(zhang)稳稳落月，高质量通信非常关键。
今年3月，鹊桥二号中继星提前到(dao)达(da)月球轨道，确保嫦娥六号在月背不会“失联”，为(wei)地月之间架起“沟通的桥梁”。
一系列创新让地球与月背之间大量的数(shu)据(ju)通信成为(wei)可能，让不可见的月背降落“尽(jin)在掌握”。中国航天科技集团五院嫦娥六号探测器研制人员介绍，比如，得益于研制团队为(wei)其巧妙设计(ji)了环月大椭圆冻结(jie)轨道作为(wei)使命轨道，鹊桥二号中继星远(yuan)月点距离月面的最(zui)远(yuan)距离约为(wei)1.6万公里，不仅提高了鹊桥二号的通信速率(lu)和通信覆盖能力，还可以节(jie)省卫星燃(ran)料，在轨道上长期驻留。
接力避(bi)障(zhang)选好落点
选址正(zheng)确，还得落得准确。实现这一目(mu)标，中国航天科技集团五院502所研制的制导导航与控制系统发挥(hui)了重要作用。
嫦娥六号着上组合体落月过程中，制导导航与控制系统就是“驾驶(shi)员”，需要在落月过程中完(wan)成“飞(fei)行轨迹控制”“安全着陆点选择”“精准控制”3项关键任务。
嫦娥六号着陆月背，障(zhang)碍识别(bie)与落点选择，两次避(bi)障(zhang)很关键。
专家介绍，在制导导航与控制系统智能自主的操控下，落月过程中，着上组合体会边降落边快(kuai)速调整姿态，对(dui)预定着陆区域进行拍照分析，剔除大型障(zhang)碍物，进而(er)选择着陆区域。然后，系统控制组合体飞(fei)向选定区域。这是第一次避(bi)障(zhang)，即“粗避(bi)障(zhang)”。
在距离月面更近的预定高度(du)时，着上组合体开(kai)始(shi)实施关键的短暂悬停，并再次对(dui)月面进行拍照，精确避(bi)开(kai)障(zhang)碍，选定最(zui)终落点。这是第二次避(bi)障(zhang)，即“精避(bi)障(zhang)”。之后，开(kai)始(shi)避(bi)障(zhang)下降和缓速垂直下降。
“粗精接力避(bi)障(zhang)”是中国特有的技术，整个落月过程不需要人工(gong)干预。嫦娥六号稳稳落月，进一步推动了该项技术走向成熟。
嫦娥六号落月的过程也是为(wei)后续上升器月面起飞(fei)选择“发射场”的过程，落月为(wei)后续任务实施打下了坚实的基础(chu)。
此(ci)外，为(wei)适应(ying)月背降落，嫦娥六号制导导航与控制系统针对(dui)新的轨道以及鹊桥二号中继星通信部(bu)分进行了适应(ying)性调整。由于嫦娥六号相比嫦娥五号要消耗更多(duo)的推进剂，研制人员对(dui)系统进行了针对(dui)性调整、优化和升级，确保了落月精度(du)又兼顾了资源使用的经济性。
“泊车雷达(da)”实现精准测距
着陆月背不能没有距离和速度(du)信息的支持(chi)，否则嫦娥六号着陆器便会如同“盲人骑(qi)瞎马”。针对(dui)这一痛点，中国航天科技集团五院西安分院研制的微波测距测速敏感器，成为(wei)嫦娥六号着陆器的“泊车雷达(da)”。
科研人员介绍，“泊车雷达(da)”在着陆器接近月球表面时开(kai)始(shi)工(gong)作，会细致测量各项数(shu)据(ju)并进行精确信息传递，以便使着陆器判(pan)断着陆点和降落速度(du)，确保嫦娥六号控制身姿顺利“泊车”，为(wei)安全精准着陆提供可靠(kao)保障(zhang)。
落月的关键在于平稳。嫦娥六号着上组合体在落月时，撞击(ji)月面会形成较大的冲(chong)击(ji)载荷，必须设计(ji)相应(ying)的着陆缓冲(chong)机构，保证探测器不翻倒、不陷落。
为(wei)经受住“最(zui)后一落”的冲(chong)击(ji)，中国航天科技集团五院529厂为(wei)嫦娥六号定制了4条轻质、高强的“腿”，即着陆缓冲(chong)机构。
专家介绍，嫦娥六号每条着陆腿都由一个主腿、两个副腿和一个足垫组成，各有分工(gong)，各司其职。在着陆前，采用了新型高强合金材料并作了特殊材料填充的主副腿协同工(gong)作，可在着陆时安全地支撑住探测器的身体，将各种冲(chong)击(ji)力传递、吸收。
除了着陆缓冲(chong)机构，嫦娥六号着陆器还搭配了4个被称(cheng)为(wei)“足垫”的圆形“大脚掌”。其盆状(zhuang)结(jie)构以及设计(ji)巧妙的“足弓”，可以起到(dao)更好的缓冲(chong)作用，防止探测器在着陆月背时摔倒，提升嫦娥六号落月时的舒适“脚感”。
在着陆器的动力下降阶段，中国航天科技集团五院510所研制的着陆缓冲(chong)机构信号装置也派上了用场。研制人员介绍，当着陆器到(dao)达(da)月球表面预定高度(du)时，该设备就会被触(chu)发并产生信号，着陆器明确自身的展开(kai)状(zhuang)态，准备在月面着陆。落月信号装置会在着陆“足垫”接触(chu)月面时，受月面反作用力触(chu)发开(kai)关，关闭反推发动机，从而(er)保证探测器安全平稳落下。
落月后，嫦娥六号传回了着陆影像，并正(zheng)式开(kai)始(shi)持(chi)续约2天的月背采样工(gong)作。完(wan)成月面工(gong)作后，嫦娥六号将踏(ta)上回家的旅程。葛平介绍，经过上升器月面起飞(fei)上升、轨返组合体与上升器完(wan)成交会对(dui)接等环节(jie)后，嫦娥六号将着陆于内蒙古自治区四子王旗预定着陆区，完(wan)成这场历时50多(duo)天的地月往(wang)返之旅。
作者：喻思南 刘诗瑶 庞 丹
来源：人民日报