2024年6月25日14時07分，嫦娥六號返回器準確著陸于內蒙古自治區(qū)四子王旗預定區(qū)域，工作正常，標志著探月工程嫦娥六號任務取得圓滿成功，實現世界首次月球背面采樣返回。
嫦娥六號任務自發(fā)射后歷經53天、11個飛行階段，突破了月球逆行軌道設計與控制、月背智能快速采樣、月背起飛上升等關鍵技術，首次獲取月背的月球樣品，這是我國建設航天強國、科技強國取得的又一標志性成果。
模擬上千萬條飛行路線，確保順利“太空打水漂”式返回
在先后完成發(fā)射、落月、采樣封裝、月面起飛、月球軌道交會對接、上升器與軌道器和返回器組合體分離等環(huán)節(jié)后，嫦娥六號開始準備返回地球。
嫦娥六號回家之路怎么走？
6月25日13時20分許，北京航天飛行控制中心通過地面測控站向嫦娥六號軌道器和返回器組合體注入高精度導航參數。此后，軌道器與返回器在距南大西洋海平面高約5000公里處正常解鎖分離，軌道器按計劃完成軌道規(guī)避機動。
13時41分許，嫦娥六號返回器在距地面高度約120公里處，以接近第二宇宙速度高速在大約大西洋上空第一次進入地球大氣層，實施初次氣動減速。下降至預定高度后，返回器在大約印度洋上空向上跳出大氣層，到達最高點后開始滑行下降。之后，返回器再次進入大氣層，實施二次氣動減速。這一過程俗稱“太空打水漂”，標準術語為“半彈道跳躍式返回”。
為何要“太空打水漂”式返回？中國航天科技集團五院科研人員介紹，嫦娥六號返回器從月球飛向地球速度非?？?，返回過程必須減速。這樣設計，目的是利用數千公里大氣層的阻力和與大氣摩擦產生的熱量快速消耗返回器的能量，使其再次穿出大氣層時速度已經降到第一宇宙速度以下，不再具備環(huán)繞地球飛行的條件而第二次進入大氣層。
科研人員介紹，“太空打水漂”依靠全數字全系數自適應預測校正制導技術。為了驗證該項技術，2014年，我國專門發(fā)射了月地高速再入返回飛行試驗器并取得了圓滿成功，這是該項技術的首秀。嫦娥五號任務是第二次采用該項技術，嫦娥六號月背自主采樣返回任務的成功，再次驗證了該項技術的強適應性、高精準度和高穩(wěn)定性。
“太空打水漂”過程中，既要讓返回器減速適中，還要在固定的位置穿出大氣層，為實現這一目標，科研人員在制導導航和控制系統(tǒng)的研制過程中開展了大量模擬飛行試驗，并模擬了上千萬條飛行路線，確保過程的順利和返回的高精度。
此外，嫦娥六號返回器在返回大氣層時速度高達每秒7公里到11公里，因高速劇烈摩擦，返回器表面形成高溫等離子氣體層，并對電磁波造成屏蔽形成“黑障”，導致通信中斷，返回器暫時失去聯系。中國電子科技集團有限公司技術專家介紹，應對挑戰(zhàn)，中國電科自主研制的多部測量雷達擔負了返回區(qū)首點截獲、“黑障”區(qū)連續(xù)跟蹤等任務，精準“看”到返回器在太空中的飛行軌跡，助力返回器成功穿越“黑障”區(qū)。
穿上“貼心防熱衣”，降落傘幫助完成兩級減速
除了減速，嫦娥六號順利回家還要克服高溫的影響。
中國航天科技集團五院科研人員介紹，嫦娥六號返回器雖然個頭小，但是由于再入大氣層速度快，高溫燒灼不可避免。為保證返回器既防熱又抗燒蝕，嫦娥六號返回器充分借鑒了嫦娥五號返回任務的經驗，根據不同部位耐燒灼和隔熱的具體需求與指標，制備了一件量身定制的“貼心防熱衣”，保障其安全順利返回地球。
此外，嫦娥六號返回器金屬殼體科技含量也很高。科研人員介紹，由于返回器結構小，各類艙體焊接類零件在與薄蒙皮進行焊接時，均為壁薄、弱剛度大懸空區(qū)域結構，控制不好會造成研制過程中應力變形，影響艙體焊接后的輪廓度。針對返回器球段法蘭的焊接結構特點，研制團隊設計了分體式法蘭焊接工裝，大幅提高了艙體球段法蘭的焊縫質量和焊接變形控制的效果，最終滿足苛刻的整器外形面輪廓度要求。
在降至距地面約20公里高度時，返回器轉入開傘姿態(tài)。距地面約10公里高度時，嫦娥六號返回器打開降落傘，完成最后減速并保持姿態(tài)穩(wěn)定，隨后準確在預定區(qū)域平穩(wěn)著陸。
為確保返回器安全著陸于預定地點，降落傘以兩級減速的方式，綻放兩次“紅白傘花”。其中，第一級降落傘是一朵只有2平方米的“小花”，即減速傘，它負責“踩一腳剎車”，對返回器進行初級減速，并在踩完剎車后分離拉出主傘。第二級降落傘是一朵約為50平方米的“大花”，即主傘，負責把返回器速度由數百公里每小時降低到不超過50公里每小時。
科研人員介紹，除了降落傘，回收系統(tǒng)中回收控制器、壓力高度控制器、彈射器等也不可或缺。
其中，回收控制器是回收系統(tǒng)的“大腦”，控制著每一個關鍵動作。在返回器距離地球數千公里時，它便“蘇醒”進入預備狀態(tài)。返回器進入大氣層后，回收系統(tǒng)的另一位成員——壓力高度控制器如“耳朵”一般，時刻聆聽著外面的“風聲”，通過“耳膜”感受壓力，以計算出返回器所處的高度。當高度達到預定的距地面10公里附近時，它會發(fā)出一個信號給回收系統(tǒng)的“大腦”，“大腦”隨即發(fā)出彈傘艙蓋的點火命令。
擇機交接月壤，后續(xù)開展樣品儲存、分析和研究相關工作
嫦娥六號返回器著陸后，負責搜索回收任務的發(fā)射場工作人員與回收系統(tǒng)技術人員，根據北京航天飛行控制中心通報的落點位置信息，規(guī)劃行動路徑，開展返回器搜索，及時發(fā)現目標，確認返回器狀態(tài)正常，有序開展回收工作。
為實現返回艙落地后第一時間到現場，今年5月開始，嫦娥六號返回器搜索回收任務分隊第一批參試力量便進駐四子王旗著陸場進行準備。地面分隊組織了10多次雨天、暗夜和復雜地形駕駛訓練，對著陸區(qū)域先后進行了10多次勘查，累計出車50余臺次，行駛里程近4萬公里，實現了著陸區(qū)一手資料全覆蓋。
按計劃，回收后的嫦娥六號返回器在完成必要的地面處理工作后，將空運至北京開艙，取出樣品容器及搭載物。國家航天局將擇機舉行交接儀式，正式向地面應用系統(tǒng)移交月球樣品，后續(xù)開展樣品儲存、分析和研究相關工作。
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(qū)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，國家航天局已向國內131個研究團隊發(fā)放7批次共85.48克科研樣品，產出科技論文100多篇，取得了許多有價值的科研成果。比如，通過測定月壤樣品形成年份，將月球火山活動結束時間推遲約8億年，還發(fā)現了月球第六種新礦物“嫦娥石”等。
對嫦娥五號月壤的研究，推動了我國行星科學的發(fā)展，培養(yǎng)了行星科學研究的人才隊伍，初步形成科學、技術、工程融合創(chuàng)新發(fā)展?！坝辛随隙鹞逄栐氯姥芯康姆e累，我們對嫦娥六號樣品研究充滿期待，也滿懷信心?！敝袊茖W院地質與地球物理研究所研究員賀懷宇說。
在圓滿完成嫦娥六號任務后，鵲橋二號中繼星將擇機開展科學探測任務，其攜帶的極紫外相機、陣列中性原子成像儀和地月甚長基線干涉測量試驗系統(tǒng)，將收集來自月球和深空的科學數據。
嫦娥六號“國際范兒”滿滿。本次任務搭載了歐空局月表負離子分析儀、法國氡氣探測儀、意大利激光角反射器、巴基斯坦立方星等4個國際載荷，務實高效的國際合作受到國際社會廣泛關注和好評。
“探索浩瀚宇宙是全人類的共同夢想，唯有開放合作才是正道。中國航天將堅持在平等互利、和平利用、包容發(fā)展的基礎上，繼續(xù)敞開胸懷、打開大門，不斷拓寬國際合作渠道，組織實施好后續(xù)重大工程任務，為拓展人類認知、增進人類福祉而努力前行。”國家航天局局長張克儉表示。
(本報記者王靖遠、朱田恬參與采寫)