作者：LM-51D-YZ4D2，航天爱好者
今天，长征五号遥八火箭即将从海南文昌航天发射场点火起飞，把嫦娥六号探测器送入预定轨道。作为嫦娥五号的备份器，嫦娥六号继承了嫦娥五号的结构，又针对月球背面着陆进行了优化，涉及多器月球轨道集合和月背中继通信等，是人类历史上最复杂的无人月球任务。在21世纪成功着陆月球的国家中仅有中美还有开展此类复杂着陆任务的能力，而美国在CLPS构架下的商业月球任务对采样返回并不特别注重，我国在基于嫦娥五号成功的基础上开展扩展任务，这也使得我们在首次月背着陆的成就后，即将返回首份月背样本。
带回月球背面样本：从玄武岩和地幔物质中发现新的月球往事
嫦娥六号是嫦娥五号的备份。在嫦娥五号实现了中国首次月球无人采样返回后，继续让嫦娥六号复刻嫦娥五号的成功有些过于平淡了，在去月球南极或者月球背面两个方案之间，最终嫦娥六号的任务变成前往月球背面采集月球样品并带回地球，这是人类首次开展月球背面取样。
嫦娥六号任务器箭组合体 图片来源：国家航天局
嫦娥六号的着陆点位于南极-艾特肯盆地的阿波罗撞击坑南侧。南极-艾特肯盆地形成的年代古老（43亿年）、尺度巨大（直径达2400km，最南到达南极）、组分分布异常和后续火山活动造就的复杂地貌，成为了月球背面科研价值最高的地区。而阿波罗撞击坑形成于39-41亿年前，很可能含有形成南极-艾特肯盆地的撞击物质的残留产物和后续火山活动的产物，阿波罗撞击坑中一些子撞击坑如德莱顿撞击坑的辉岩更富含镁，很可能保留了在形成南极-艾特肯盆地的撞击中从月球地幔中搅出来的物质。
嫦娥六号探测器将试图在阿波罗撞击坑收集年轻的、小于25亿年喷出的玄武岩，并且测量这些样本的年龄。目前根据撞击坑尺寸-频率分布法的年代测定研究，月球正面直到12亿年前还有火山活动，而月球背面的火山活动可能在30亿年前就停止了，而该方法只能确定一些沉积物在25亿年前形成，这也是月球正反面不对称性的重要体现。 如果嫦娥六号样本中发现了生成年龄小于25亿年的玄武岩，将扩展对月球背面玄武岩形成的年龄和月球背面热演化的认识 。
嫦娥六号很可能获得一些南极-艾特肯盆地形成撞击喷发的物质。阿波罗撞击坑的形成很可能摧毁了大部分来自南极-艾特肯盆地形成撞击产生的物质，然而这些物质仍然可能保存在阿波罗盆地的侧壁和边缘，特别是南部边缘。嫦娥六号探测器返回的南极-艾特肯盆地形成撞击物的喷出物年龄可能超过39亿年，这将为南极-艾特肯盆地和阿波罗撞击坑形成事件的时间提供基本信息，大大提高对月球和整个太阳系内部撞击年表的认识。 此外，通过嫦娥六号获得的任何深层地壳和可能的地幔物质，都将彻底改变我们对月球内部的组成、月球的热演化以及月球形成地球撞击事件后原始月球累积源物质的作用的思考 。
提前升空的鹊桥二号，为嫦娥六号提供通信保障
受到月球的遮挡，登陆月球的探测器无法直接与地球通信。为了实现月球背面航天器与地球的通信，3月20日，鹊桥二号中继通信卫星已提前升空。
鹊桥二号 图片来自央视
鹊桥二号原本打算为嫦娥七号提供数据中继，将搭乘嫦娥七号发射。在嫦娥六号选定月背43°S的着陆区后，考虑到鹊桥一号对着陆区的覆盖有限，并且其配置的X波段对地/月天线数传速率有限，因此最后决定将鹊桥二号和嫦娥七号任务解耦，单独发射月球极轨道中继星，以增强对嫦娥六号的服务。
鹊桥二号对月高速率通信采用一个4.2米口径的X/UHF波段伞天线，X波段用于和嫦娥六号、嫦娥七号着陆器通信，UHF波段是为未来嫦娥七号携带的玉兔三号月球车服务。当然了，在测试阶段它也和嫦娥四号进行了通信。对地采用一个带有云台的0.6米固定反射器，采用S/Ka波段。Ka波段的引入使得鹊桥二号可以以最高500Mbps的速率实现地月通信，比只有S波段的鹊桥一号高到不知道哪里去了。
鹊桥二号是人类首颗使用外三体效应轨道的航天器 ，其轨道设计考虑了来自地球和太阳引力的干扰，并将其作为航天器轨道拱线转变的手段。航天器进入环月轨道后进行一次点火，进入一条L1族NRHO轨道，随后再点一次火离开NRHO，进入远地点在嫦娥六号着陆点上方的大椭圆24小时轨道， 为嫦娥六号提供每天超过21小时的数据中继。 直到2024年6月嫦娥六号任务结束后，鹊桥二号将通过几次机动最后进入12小时大椭圆轨道，等待装满科学载荷的嫦娥七号在2026年抵达。
最复杂的无人探测器，嫦娥六号究竟如何进行取样？
嫦娥六号可以说是人类历史上最复杂的无人探测器。不仅继承了嫦娥五号一样的复杂组件，有63台/套机构分系统、119个火工装置、655台/套仪器设备，还涉及多航天器月球轨道协同操作和无人月球轨道对接等世界级难点，甚至还将在月球轨道分离一颗巴基斯坦立方星。嫦娥六号的环月轨道阶段也大幅增长，任务时间相比嫦娥五号任务翻倍，而且着陆点在月背南极-艾特肯盆地阿波罗撞击坑的南侧，直接产生了多器对鹊桥二号中继通信这一新难点，整个任务前后涉及4类组合体，总计7个航天器单体。
嫦娥五号探测器结构图，六号和五号结构相同
为了在月背获取预期样品，嫦娥六号配置了一系列表取、钻取、封装等装置，并有相关的采样点和采样策略验证。嫦娥六号的采样封装系统不仅需要适应月面高温、月面风化层，还需要在月面着陆姿态、月面地形和月面地质等不可提前预知的复杂工作环境下 准确可靠的完成2000多个动作的采样封装任务， 为此航天五院还专门在地面设置了对应的模拟器，探测器的每个取样动作都需要先在地面验证过再上行指令由探测器执行。
采样过程实拍图
嫦娥六号着陆月背后，开展图像获取与分析， 利用采样过程监视相机A/B/C/D和钻取采样机构监视相机完成采样封装设备的视觉信息 ， 进行采样区和装置的分析等，随后立即实施采样点确定与采样初始策略验证 。着陆采用监视相机A/B获得表取采样区图像，加载表取机械臂可采样区域，随后进行数字地形重构。随后由地面验证器钻取模拟月壤验证可行性，再由探测器钻取装置运行钻取。表取地面测试采用AR投影技术进行物理构建，由地面验证器表取机构运行取样，再根据仿真分析和物理验证确定采样点。
嫦娥五号表取区域成像图
全景相机拍摄的取样器运行和月表
嫦娥六号的表取装置具备多次表面采样能力，月面工作时间不小于24小时。表取装置为四自由度表取采样机械臂，由四自由度表取采样机械臂、末端采样器（采样器甲、采样器乙）、微小相机（远摄相机，近摄像机）和压紧释放机构等组成，集成了铲、挖、纳、抓等多种功能。采样器甲主要实现月球样品的铲挖采集，采样器乙实现月球样品的旋挖和定点抓取采集，这两者通过T形三通件形成一个整体组件，机械臂腕关节外部安装有触月组件，可在机械臂触及月表时发出触月信号。
表取装置取样器和机械臂
嫦娥六号的钻取采样装置是软管取芯的单杆钻取，其中2.5m长的钻杆主体采用铝基碳化硅材料，能够钻挖硬度8的岩石。根据可行性分析，在不影响起飞的极限倾斜着陆条件下钻机可钻取最小700mm、最大2376mm的月壤，在探测器着陆姿态水平的着陆状态下可钻取2009.5mm的月壤。这套机构在嫦娥五号任务中顺利展开并且实施了采样，但可惜由于着陆点月表下方0.9m就是坚硬而复杂的多层岩石，并且深层月壤糊住了钻头，无法继续向下钻取。为避免持续高功率钻挖岩石导致钻取电机故障，甚至导致整器掉电，嫦娥五号没有强行向下钻探而是在有效深度1004mm处终止了钻取采样，嫦娥六号钻取采样装置继承嫦娥五号，尺寸并没有太大的变化，但钻头经过了优化避免发生嫦娥五号任务中的意外事件再次发生。
钻取采样装置的钻杆
考虑到着陆区环境不可预测的地质特性，嫦娥六号的表取装置和钻取装置完全独立，显著降低了采样封装失败的概率。因为采取到的月球样品存在差异，也对钻取月球样品与表取月球样品分立式初级封装，确保钻取和表取样本不混杂。密封圈采用金属挤压密封为主、橡胶圈密封为辅的方案，综合漏率为3.6×10-10 Pa·m3/s，远低于密封漏率指标的5×10-9 Pa·m3/s。
样本密封过程实拍图
科学载荷方面，嫦娥六号携带有4台国内仪器、3台国外仪器，全部位于着陆器上。由于嫦娥六号的热控管路主系统位于上升器内，上升器飞离后热控管路随即被切断，因此上升器起飞后这些仪器将失去热控，停止运行。
国内的LCAM降落相机为嫦娥六号动力下降提供图像，PACM全景相机在着陆后提供着陆点的月球全景图像，LMS月球矿物光谱分析仪和LRPR月壤结构探测仪将为月面采样服务，其中LRPR可以探测着陆点下方2米的月壤，为探测器钻取月壤提供数据支持。法国DORN氡气探测仪将探测月壤中铀衰变产生的氡气。这是人类首次在月球表面测量氡气浓度的科学实验，同时测量氡衰变形成的钋元素来研究月尘的散布和沉积。欧空局NILS负离子探测仪则是人类首台不运行在近地轨道附近的负离子探测仪，旨在检测由于与太阳风相互作用而从月球表面发射的负离子，并确定其通量的上限。
嫦娥六号还携带了一枚上海交通大学为巴基斯坦开发的3U立方星——ICUBE-Q，也叫“思源一号”，以探测月球表面水冰存在过的痕迹。卫星将在嫦娥六号进入环月轨道后分离。这是首次嫦娥系列月球探测器携带并在月球轨道释放的小卫星，也代表着我国探月工程和外国形成了更紧密、充分的合作。
嫦娥六号是人类目前最复杂的无人月球任务，一旦成功从阿波罗撞击坑南侧取回样本，将同时扩展我们对月球演化和太阳系起源的认识。作为探月四期的首次正式着陆任务，它也将嫦娥工程从工程先导逐步转向科学先导，通过几次重要任务以探索月球最核心的问题，再逐步发展为月球南极科研站（ILRS）和未来的嫦娥9、10号任务等，让我们更好的理解这颗距离我们最近的天体。
月球背面(卫星)详细资料大全
由于“潮汐锁定”效应，月球绕地球公转与自转的周期相同（都是27天7小时43分11.47秒），人类在地球上看到的月球永远是半个月亮，哪怕是几亿年以前的恐龙，它们看到的月亮也是这半个月亮，我们从来都看不到月亮的那半边。而正是这种未知，以及探知深部物质、了解月球演化的好奇心，驱使人类梦想着探求月球背面的故事。
2019年1月3日，探测器嫦娥四号降落在月球对该盆地进行探测，有助于研究月壳和月幔的组成、月球的地质特征、起源和演化现象。
月球正面月海带周围围绕着许多山脉，如阿尔卑斯山、亚平宁山等，而月球背面几乎没有明显的山脉。
基本介绍
探测过程,探测发现,背面之谜,探测历史,绕行探测,着陆探测,物理意义,探测过程
冯·卡门撞击坑2019年1月3日，人类首个在月球背面软着陆的探测器嫦娥四号稳稳降落在月球南极-艾特肯盆地冯·卡门撞击坑。嫦娥四号着陆区相当于嫦娥三号着陆区的八分之一，且落区周围有海拔最高9000米高的山峰。不同于嫦娥三号在月球正面的着陆区，嫦娥四号在月球背面着陆区地形起伏达到6000米，可谓跌宕起伏、险象环生。 冯·卡门撞击坑对于中国而言还有另一层非凡的意义：它是以20世纪匈牙利裔美国航天工程学家冯·卡门命名的，他被誉为“航空航天时代的科学奇才”。 嫦娥四号落月2004年1月中国月球探测工程全面启动，嫦娥探月已经走过了15年。 2015年，嫦娥四号才正式决定到月球背面着陆 2019年1月3日10时15分，嫦娥四号迎来制动时刻，7500牛发动机开机，动力下降开始； 10时21分，降落相机开机，开始抓拍落月全过程； 10时25分，嫦娥四号转入悬停模式，随后不一会儿便转入避障模式。 10时26分24秒，经历了近700秒的落月过程。探测发现
科学家们认为，月球南极-艾特肯盆地是研究月球深部物质组成的重要视窗，对该盆地进行探测，有助于研究月壳和月幔的组成、月球的地质特征、月球的起源和演化，解释月球上的磁异常现象。 月球车在月背行走时，还可以获取集地形地貌、物质成分、浅层结构于一体的综合地质剖面，这个剖面一旦建立起来，将是国际首创。 同时，到月球背面开展低频射电天文观测是天文学家们梦寐以求的事情，可以填补射电天文领域在低频观测段的空白。这样的天文观测是研究太阳、行星及太阳系外天体的重要手段，也将为研究恒星起源和星云演化提供重要资料。背面之谜
在没有太空探测器的年代，月球背面一直是神秘的未知世界。由于潮汐锁定，月球绕地球公转与自转的周期相同，因而地球上看到的月亮“景色”总是一样的。直到大约60年前，前苏联的月球3号探测器传回了第一张月球背面的影像。大约50年前，美国阿波罗8号的3位太空人在环月飞行时，成为最先亲眼看见月球背面的人类。 越来越多去往月球的探测器让人们发现，原来月球背面和正面如此不同：正面相对平坦，而背面崎岖不平、遍布坑坑洼洼的撞击坑。无论是物质成分、形貌构造还是岩石年龄，正面和背面都有很大差异。比如，从成分上看，月球正面约60%都被月海玄武岩覆盖，而背面几乎都是高地斜长岩。月球上有22个月海，19个分布在正面，只有3个很小的月海在背面。此外，月球背面的月壳比正面厚，最厚处达150公里，而正面月壳厚度只有约60公里。探测历史
绕行探测
1959年10月4日，苏联成功发射了月球3号探测器，这颗月球探测器飞到了月球背面，在距离月球60千米～70千米的高空，成功地拍摄了月球背面首幅传真照片，然后飞向地球，在接近地球时又用电波将月背传真照片传送回地面接收站，至此，人类第一次目睹了月球背面的真实面目。1959年10月18日，苏联 *** 宣布了月球3号探测活动的最新结果——月球3号从月球背面上空飞过，随后公布了拍摄的月球背面照片。 嫦娥四号着陆器拍摄的着陆点南侧月球背面图像从月球3号飞船发回的照片看，月球背面多为月陆高地，而月海平原和环形山较少。在北半球发现的月海，被苏联命名为莫斯科海，这是一个直径大约为300千米的圆形月海；而在北半球发现的一些环形山被取名为乔尔德环形山、布鲁诺环形山、罗蒙诺索夫环形山；居里环形山等，南半球的环形山，就取名为焦耳环形山、维尔努环形山和齐奥尔科夫斯基环形山等。 1965年7月，苏联发射的月球8号探测器拍摄了月球背面更详细的照片，又对许多环形山给予新的名称，其中包括以美国天文学家洛韦耳和日本天文学家平山清次的名子命名的环形山。 美国从1966年8月开始，先后发射了5颗月球轨道器。这种月球探测器是环绕月球飞行的人造月球卫星。它长期绕月球运行，不断地发回月球正面和背面的传真照片，美国据此于1967年8月编制和出版了详细的月球背面地图。在这期间，又增加了许多新的地名。 1959年10月，苏联的月球3号获得的第一张月球背面的照片，使我们对月球背面的情况有了一个初步的了解。其后的月球探测活动，使人类对月球背面的情况进行了大量的研究，揭开了这个亘古之谜。着陆探测
2019年新年伊始，中国探月工程实现开门红——1月3日10时26分，经过约38万公里、26天的漫长飞行后，中国嫦娥四号探测器自主着陆在月球背面，实现人类探测器首次月背软着陆。物理意义
科学家认为，月球背面更为古老，对研究月球和太阳系的早期历史具有重要价值。地球上经历了多次沧海桑田，早已将自己的过往隐藏，对月球背面的探测或许能让人类更好地认识自己的家园。 月球正面和月球背面的差异意义之一：探究月球背面的岩石结构 月球背面的岩石更加古老。如果我们能获取更古老的岩石类型等物质成分信息，对我们了解月球的化学成分演化过程会有很大的帮助。同时，通过对月球背面进行勘测，人类可以获取集地形地貌、物质成分、浅层结构于一体的综合地质剖面，这个剖面一旦建立起来，对揭示着陆区域地质演化历史、演化细节有重大贡献。 意义之二：探究月表的环境 月球背面月面中子与辐射剂量、中性原子等月表环境与月球正面存在差异，宇宙辐射、太阳风与月面物质相互作用也不尽相同。月球背面月表环境探测将为人类重返月球以及月球探测器设计等提供重要帮助。 1959年苏联拍摄的第一张月球背面的图片意义之三：天文观测 天文学家一直希望找到一片完全宁静的地区，监听来自宇宙深处的微弱电磁信号。在地球上，人们日常生产生活的电磁环境会对这样的观测产生严重干扰。而月球背面是一片难得的宁静之地，因为月球自身禁止了来自地球的各种无线电干扰信号。到月球背面开展低频射电天文观测是天文学家梦寐以求的，可以填补射电天文领域上在低频观测段的空白。这样的天文观测是研究太阳、行星及太阳系外天体的重要手段，也将为研究恒星起源和星云演化提供重要资料。科学家或将窥见大爆炸后宇宙如何摆脱黑暗，点亮第一代恒星从而迎来“黎明时代”的信息。探月工程四期获批了，嫦娥六号产品基本已经生产完毕，这具有什么重大意义？
嫦娥6号产品基本已经完成生产，这就意味着我国的航天事业更进一步，同时对研究月球的生态系统有着重大意义。要知道我们国家在早期的航天技术领域并不是很先进，如今能够发展到如此快的速度确实令国人兴奋。据国家太空总署9日宣布，我国在月球探测方面取得新的突破。刘继忠告诉记者，“探月”四个项目已经得到了国家的批准，并且正在进行之中。报道称，四期探月计划将于今后十年内相继进行，其中包括嫦娥六号、嫦娥七号、嫦娥八号。而嫦娥六号是嫦娥五号的备用卫星，具有取样和返航的能力。
知情人士透露，嫦娥六号的研制工作已经完成，再加上嫦娥四号的首次着陆，工程师们和科学家们在讨论月球背面的取样工作。实际上，自从嫦娥五号在月球表面收集月壤并带回地球以来，我国已经开始对月壤进行了大量的研究。
最近有报道称，中国科学家从十四万块月球样品中，分离出一块直径为10微米的单晶粒子，并对其晶体结构进行了解析，确认为一种新型矿物。这是一种被称为“嫦娥石”的新矿物，在月球上已被发现。而中国月球探测三期总设计师胡浩回答记者，与嫦娥五号相比，嫦娥六号在通讯上的困难要大得多。在月球的另一端是不能进行无线通信的，必须通过中继卫星来完成，这就意味着这个航天火箭要在地球上“拐个弯”。
总的来说，我国航天技术在过去十多年的研发中取得重大成就，也证明我国的航天电子设备发展迅速，从而取代进口设备的作用非常显著。嫦娥六号作为嫦娥五号的备用卫星，已经成为了一种产品，但就目前的情况来看，它的国产化程度已经有所提升。
月球背面的探测器，是如何给地球传信号？
月球背面是指月球的东经120°以北，在一片平原上，只有两个着陆点，即阿波罗登月点和月背的冯·卡门撞击坑。但事实上，在月球正面登陆会面临比登陆地点更大的风险。在这样一个不存在“登月基地”的地方上登陆，可以有效避开地球电磁波波的辐射危害。目前，在美国、俄罗斯等国家已经先后发射了“嫦娥四号”、“嫦娥六号”及中国探测器，均选择月球背面作为着陆地点。
“嫦娥四号”探测器于2018年12月25日由长征三号乙运载火箭发射，搭载“嫦娥四号(Long-I)”探测器，飞行约2.5万千米至地球与月球之间，完成近月制动和环绕月面、环月飞行、月面采样等任务。自2013年12月12日发射以来，“嫦娥四号”已成功在轨交传数据近400小时（2018年11月11日）。“嫦娥四号”在轨飞行期间经历了月球和地球的中继通信和数据中继两次高潮。探测器通过中继卫星将数据传至地球，并由地面接收端将信息经嫦娥四号返回器发送至正在工作的着陆器上。“嫦娥四号”是我国首次月球探测任务，也是我国开展第二次地外天体采样返回、着陆探测任务的核心型号，可以说“嫦娥四号”承载着中国人的希望与梦想。“嫦娥四号”上搭载了许多我国首次使用的新技术，如：自动驾驶技术、微波测距技术、测控通信新技术、紫外可见光成像仪、月面巡视器自主导航定位与避障控制、无人交会对接系统等等。
2018年12月4日，我国首次月球探测任务“嫦娥六号”发射成功，在太空中留下了中国探月工程的第一抹痕迹。嫦娥六号任务包括软着陆、巡视探测、月面巡视勘察三个部分，其中嫦娥六号落区探测是中国在月球探测领域的一次重大创新突破。探测器于2018年12月4日着陆于月球背面东经116°附近的预选着陆区。它在月面经过约4天的巡视探测后，最终成功着陆月球背面南极洲的冯·卡门撞击坑。这也是中国航天器在月球着陆的首次实现。
2019年12月17日凌晨，我国首次月球探测任务嫦娥四号着陆器和巡视器成功着陆月球背面南极-艾特肯盆地附近，实现人类在月球正面和背面共采样、共检查的首例。为我国探月工程首次实施无人探测器月球背面软着陆积累了经验。嫦娥四号着陆器于2019年11月24日由长征三号乙运载火箭从西昌卫星发射中心成功发射升空。这是中国继“嫦娥三号”、”嫦娥五号”和”嫦娥六号”之后完成的第四次月球探测任务，标志着我国已具备开展月球背面及更远深空探测的能力和水平。
嫦娥六局计划在2020年发射升空的探月工程三期，包括：嫦娥六号、嫦娥八号。其中，嫦娥六号主要任务是进行月面巡视探测。根据嫦娥六号着陆器和巡视器之间的通信与对接，预计实现4-5个科学目标。首先实现月球背面的软着陆、巡视探测及着陆器与巡视器之间的通信与对接。其次是实现对月球正面和背面的巡视探测。其中主要的科学目标包括：开展太阳风动力学与等离子体层结构探测及月基光学天文观测；进行月球地质结构探测及月基天文观测；开展月基光学天文观测；开展月球表面岩石物理探测等。
月球背面的地形、地貌和地质特征与地球相似，所以它可以为地球提供许多有用的信息。中国嫦娥四号从月球轨道上的着陆器到地球，再到月球的测控与数据传回，一路走来都受到了地球与空间科学家的高度关注和重视并取得了丰硕的成果。虽然月球背面的着陆器面临着较大的风险和困难，但是我国的嫦娥五号、嫦娥六号和嫦娥七号等探测任务都已经取得了丰硕的成果，未来随着嫦娥五号、六号任务的完成或者将于明年正式完成无人登陆月球以及更远的深空探测，我们就能更加近距离地接触到地球了。
