嫦娥六号已经稳稳的降落在了月球背面的阿波罗环形山内,它将在48小时的倒计时内完成过采样任务,之后重新起飞与轨反组合体对接,这是嫦娥系列探测器在月球上的第四次着陆,与此前几次任务不一样的是这次落月为逆行落月,难度增加很多,很多落月探测器都在此刻折戟沉沙,嫦娥六号落月堪称是生死15分钟!
非常有趣的是这次落月的位置艾特肯盆地也曾是NASA最想去的地方,规划了十几年,却一朝被中国领了先,这个尴尬无法用言语来形容,要防的就是NASA再次后者脸皮来要月壤,上次给了,这次还要给吗?
黑月时刻!嫦娥六号落月采样:6月2日,农历廿六,下弦月,48小时后的6月4日,农历廿八,几乎就是新月的黑月时刻,将会迎来嫦娥六号的采样与上升阶段,相信有很多网友都会纳闷,那个黑乎乎的黑月时刻,偏偏嫦娥六号选择在这个时刻落月采样,究竟又是为何?
月球正面的至黑时刻,却是月背的正午
月球正面即将迎来彻底的黑夜,但此时此刻,嫦娥六号背面着陆区却已经迎来了“清晨”,按月球一天的比例来看,6月2日落月的时刻差不多大概在早上7~8点的样子,刚好开始一天的工作:
这是X上大佬@SegerYu制作的嫦娥六号准备着陆的阿波罗环形山的日出时刻,5月29日迎来日出,6月2日是大约是就是8~9点左右的样子,估计很多网友都已经晕了,怎么三天了才9点左右,月球上的一天到底是怎么回事?
要理解这个逻辑必须要搞清楚两个概念,一个是地月系潮汐锁定,月球绕地球公转一周与月球自转一周的时间是相等的;这样的月球一面永远朝向地球,被我们称之为正面,而嫦娥六号着陆区坐标为南纬42.1°、西经154.4°则位于月球背面的艾特肯盆地阿波罗环形山内,地球上直接是看不到的,所以嫦娥六号的通信需要今年三月份发射的鹊桥二号转发才能正常通信。
另一个是月球绕地球一周需要27.32天,称恒星月,也就是月球的一天,但由于地球绕着太阳公转,月球上真正的日出日落会延长到朔望月周期,也就是29.53天,所以按正常概念来说,月球上的一天差不多就是地球上的15天,按6点日出18点日落的比例,4天差不多就是相当于地球上过了3小时的太阳位置变化,也就是9点左右!
按嫦娥六号着陆区坐标为南纬42.1°、西经154.4°计算,这个位置还是在“最早”看到太阳升起的位置。早上9点刚好是干活的最好时刻,当然12点也可以,下午3点当然也行,只要白天即可,但嫦娥六号选在此时还是有深意的,原因是月球正午太阳直射时月球表面温度可能将会高达127℃以上,选择在“早上”着落,显然是考虑月面温升还没有达到最高,还能享受一会“凉爽”的时间。
农历与月相
其实各位有兴趣的朋友可以去查查,阿波罗登月6次登月大部分都选择在“早上”着陆月面,原因也是正午“太热”了,当然也不会选择“最凉爽”的晚上,因为着陆月面的探测器需要太阳能作为电力来源,未来要是用核动力那就没所谓是白天还是晚上了,但此时此刻,月面的探测器是又怕热又怕冷的,只能选个好时间了。
历经生死15分钟,48小时完成任务!落月是整个嫦娥六号任务中最凶险的阶段之一,与嫦娥五号落月都有些不一样,嫦娥六号走的是月球逆行轨道,原因嫦娥六号是五号的备份星,设计精简到极致的五号备份星连落月姿态都是为落月月球北半球考虑的,如果按五号那样顺行轨道进入月球,那么需要在月球轨道上掉个个,这就对嫦娥六号提出了新的要求,但是六号早就已经生产,没法改了怎么办?
很简单,逆行轨道绕月,以着落北半球的姿态镜像到南半球不就可以了?唯一的问题是月球自转速度为16.655米/秒,要是按倾角42.1°计算,这个速度还要更小,落月需要额外减速这个速度,也就是因为月球,这么点速度减速消耗不了多少燃料,要是在地球上以逆行轨道减速,那就得减速465米/秒(需要折合轨道倾角),这个燃料消耗就海了去。
落月:三个阶段
嫦娥六号落月需要有几个阶段,首先是轨反组合(轨道器+返回舱)和着上组合(着陆器+上升器)分离,然后就“兵分两路”了:
第一路:轨反组合准备调相机动迎接48小时的上升器对接;第二路:着上组合准备进入200 x 15千米的着陆轨道;第一个调相机动可能很多网友不是特别能理解,这个机动是为两天后的上升器飞升后的轨道对接用的,因为轨反组合在绕月运行,随着月球自转,2天后的轨道位置与原来位置将会相差2000多千米,为了能和上升器的轨道“重合”顺利对接,因此需要将轨反组合体进行调相机动,当年嫦娥五号时,轨反组合进行了1次调相机动。
第二个着陆轨道,一般会经过两次降轨进入200 x 15千米的轨道,嫦娥五号就进行了两次降轨,之后会会正式进入动力下降段,陆上升组合体从距离月面约15km处开始实施动力下降,7500N变推力发动机开机,逐步将探测器相对月球纵向速度从1.7km/s降为零。
变为零并不意味着已经着陆,因为此时距离月面还有数千米的高度,着上组合会再次下降,直到在大约100米高度悬停,这是自主避障的阶段,着上组合的摄像头会根据拍摄的数据分析地形并选择合适的场地着陆,因此悬停时还可能会平移,确定后将会进入最后的下降阶段并最终着陆月面。
整个过程历时大约15分钟左右,尽管时间不长但过程十分凶险,大部分月球着陆探测器就是在这个阶段折戟沉沙,比如俄罗斯的月球-25探测器就在去年8月19日落月过程中失控坠毁;印度月船二号探测器也是在落月过程中坠毁,日本和美国探测器则在落月过程中发生故障,导致姿态不佳提早结束探测器寿命,因此这个阶段也被网友称为“生死15分钟”。
落月挖土:挖一勺就走?
嫦娥六号采样其实是分两个方式的,并不像很多网友的那样挖一勺就走!按嫦娥五号的采样方式,分成采用机械臂末端固定铲挖型采样器,进行表层和次表层月壤采集的表取和钻到月球表面两米深以下处,得到深层样品的层理信息钻取两类。
标取的样品总量大约在1500克左右,钻取的重量约在500克左右,嫦娥五号取样总量为1731克,有部分误差,不过也大致在预计的公差范围内;这次在月背采样,估计可能会“加量”采集,要把这2千克“额度”给取满哈。
起飞返回:发射台呢?
成功采样后的6月4日,着上组合体就要准备返回了,当然返回的只是上升器,而着陆器将作为月面临时的发射平台,上升器上的3000N发动机工作约6分钟,在经历了垂直上升、姿态调整和轨道射入后,携带样品的上升器进入了预定环月轨道,与已经调相完毕的轨反组合对接完成样品转移。预计将在6月20日进入月地入射,5天后抵达地球,预计将着陆在内蒙古四子王旗预定着陆区。
规划了十几年:却被中国一朝抢了先嫦娥六号着陆的坐标是南纬42.1°、西经154.4°的阿波罗环形山,这里位于月球背面的艾特肯盆地内!中国航天选择在这里“挖土”研究,但是谁又能知道,这里也是NASA最想来采样的区域,一份NASA在2012 年的报告《2013-2022 年行星科学的愿景和航行》中,SPA(月球南极艾特肯盆地)样本返回任务也是新前沿级任务的高优先级选择。
原因是这里有NASA研究月球缺失的样本资料,从阿波罗11号到17号6次登月任务中,NASA的宇航员带回了382千克月壤与月岩样品,尽管样品种类覆盖比较齐全,但在月球形成历史以及太阳系形成初期大轰炸历史资料却非常匮乏。
而艾特肯盆地形成于月球形成后不久,一次太阳系里都算得上非常惨烈的撞击形成了艾特肯盆地,这里的样本对研究月球历史与太阳系起源有着莫大的关系,NASA曾经是志在必得,但是万万没想到,这个关系到美国在科学界地位的重返月球计划,居然一再跳票,最后还被中国领先了。2004年美国制定重返月球计划时中国才发射了神舟六号,探月和天宫空间站都还没影呢,然而在16年后的2020年,中国的嫦娥五号已经带回了月壤样本,2024年嫦娥六号继续踏上月背采样之路,中国在深空探索上的进步太快了,以至于NASA根本就来不及制定应对措施。
更让NASA感到焦虑的不只是艾特肯盆地采样被中国超越,美国载人登月的阿尔忒弥斯计划也因为一再推迟,最终将不得不面对中国载人登月的有力竞争!中国已经官宣在2030年前完成载人登月,美国的载人登月计划却从2020年推迟到了2027年,并且还有可能再次推迟的可能。
其实NASA焦虑的不只是载人采样和载人登月计划,还有火星样品返回计划也是落后了,原计划中美都是2031年带回火星样品,但美国的火星样品返回计划太过复杂,NASA工程计划管控能力实在太差,GAO(美国国家审计局)审计后认为,按目前的进度,美国至少要推迟到2035年之后,甚至在晚于2037年,整整比中国落后6年!
如果NASA在与中国的登月与火星样品返回竞赛中双双落后的话估计NASA将再也无法领导全球深空探索,因为实在是没脸了,一个从1990年代末就被美国的考克斯报告和2011年的沃尔夫条款制裁的航天机构,居然在十几年后逆袭成了全球深空探索的领导者,这美国到底是制裁了中国还是制裁了他们自己,估计也只有NASA知道了
NASA再次索要月壤:到底给不给?对于嫦娥五号开放美国申请并获批的决定并不意外,原因很简单,无论如何中国都欠了当年中美建交前那一克月壤的人情,就算当年已经还上了,但名义上还是欠着美国一份人情!嫦娥五号的月壤给了也就给了,六号的月壤呢?同样是美国人志在必得的样品,美国人是不是又会来要?答案可能是肯定的,NASA的脸皮不是一般的厚,五号的样品就不知道索要了多少次!
再来要,拿小行星样品来换吧
我们中国人也不是不给,人情还了,剩下的就是等价交换,NASA可以拿刚从2023年9月24日返回地球的OSIRIS-REx探测器,带回的小行星101955“贝努”上的样品来交换,美国人带回了250克样品,技术不错了,一克换一克还是一克换0.5克都是可以的!如果美国想要月背样品的话请NASA拿小行星“贝努”的样品来交换吧,我们绝对不会白给,但也绝不会白要!