嫦娥六号究竟去月球南极，还是去月球背面？复杂度再上新台阶

近两年来我国航天厚积薄发创造了一个又一个史诗级的辉煌胜利，世界范围内天问一号首次实现一次发射任务连续实现绕落巡火星壮举；嫦娥五号完成人类首次基于地外天体无人对接方案的月球取样返回任务；载人航天工程相继实施六次发射任务，天宫空间站稳步迈向在轨建造阶段；国内航天应用需求持续井喷，今年航天入轨发射次数突破50次再创新高，再度拿下世界航天发射榜冠军头衔……

我国航天今年第55次入轨发射：长征三号乙发射通信技术试验卫星九号

一切过往，皆为序章！站在新起点面向未来我们将树立更为远大的奋斗目标，探月工程在完成一、二、三期月球绕落回任务后又推出了探月工程四期任务，并已于今年年中正式获批。

探月工程四期包含四次任务，分别是嫦娥四号、嫦娥六号、嫦娥七号、嫦娥八号。

嫦娥四号之玉兔二号月球车的车辙

玉兔二号拍摄的月球背面撞击坑

嫦娥四号目前正在月球背面持续开展原位与巡视探测；嫦娥六号是嫦娥五号的备份，它将于2024年前后再赴月球执行采样返回任务；嫦娥七号将进行月球极区环境与资源勘查；嫦娥八号探测器旨在建立月面科研站的基本型，预计将在本十年后半段发射。

嫦娥六号与嫦娥七号将是接下来几年最值得期待的月球探测任务，按照任务编号顺序，嫦娥六号将先于嫦娥七号实施发射，但事实上并非如此。近日，央视确认嫦娥七号将先于嫦娥六号实施发射。

嫦娥六号是嫦娥五号的备份（图为嫦娥五号）

话说，嫦娥六号作为嫦娥五号的备份探测器，一切都是现成的，为何还要晚于嫦娥七号？嫦娥五号已经实施了月球采样返回任务，嫦娥六号再次去月球采样，这是不是重复建设？

第一个问题按下不表后文会有详细说明，先来看第二个问题。

身处地球的我们有“一山有四季，十里不同天。”的谚语，月球虽然没有地球的四季分明，但它也是一个星球，它不是一个小球，它也有广袤的月面，相隔数百数千公里月面的月壤自然也有不同，而这些“不同之处”恰恰是人类得以解码月球的钥匙。比如，科学家通过研究嫦娥五号在风暴洋吕姆克山脉附近获取的月壤，更新了月球地质年龄近十亿年。

广袤的月球（正面）

因此，嫦娥六号再赴月球采样，这丝毫不是什么重复建设，而是持续深入研究月球的新动作。今年下半年，航天科技八院嫦娥六号探测器系统副总设计师查学雷表示，嫦娥六号会在月球的不同地方再采样再返回。

那么，嫦娥六号具体会去月球哪个地方采样呢？

央视介绍，嫦娥六号将赴月球南极采样，那么事实果真如此吗？其实并不一定。

探月工程三期总师胡浩今年年中在一场公开演讲中披露，嫦娥六号的新要求与新目标正在组织各方面专家抓紧论证，同志们普遍提出来的想法是对月球背面（南极-艾特肯盆地）的样品比较感兴趣。

降落在“南极-艾特肯盆地”中的嫦娥四号着陆器

嫦娥六号任务介绍

因为从月球正面获取的月壤样品已经比较多，阿波罗计划与luna计划加上嫦娥五号任务，共计成功实施10次采样返回任务。

阿波罗17号宇航员收集月壤

luna-16月球无人采样返回探测器（模型）

反观月球背面则是一次都没有，人类至今仅通过嫦娥四号探测器实现了月球背面的软着陆与巡视探测。

在月球背面巡视探测的玉兔二号月球车

话说有人看到“南极-艾特肯盆地”这个地名或许就有困惑了，这难道不是月球南极吗？

“南极-艾特肯盆地”是月球表面最大的撞击坑，其东西南北跨度都在两千公里以上，其中包含有月球南极地区，但更多的是月球背面非极地区域。

月球背面南部颜色偏暗的广大区域就是“南极-艾特肯盆地”

比如嫦娥四号的登陆区域“冯·卡门撞击坑”，它位于“南极-艾特肯盆地”中部，探测器着陆的具体坐标是177.588°E，45.457°S，距离月球南极地区还差着将近四十个纬度。

嫦娥六号选择去月球何处采样也将影响它的改动幅度，该探测器已于4年前完成了主要产品研制，当前正处于储存准备状态。

嫦娥五号任务成功之后，嫦娥六号的备份任务也随之结束，接下来它将针对新任务进行适应性改进。为执行第二次采样返回任务工程总体确定了“适应性改进，技术上有进步，工程上可实现，经费上可接受”的任务原则。

多器合体的无人月球采样返回探测器

嫦娥六号与嫦娥五号一样，皆由轨道器、返回器、上升器、着陆器四大结构组成，型号状态可以说是一模一样，这意味着它们执行任务时的约束条件也完全相同。

比如，着陆器上升器组合体配置的执行钻取采样作业的“旋转冲击钻”，这是一个高耗能装备，需要充足的光照让太阳能电池翼发电能力最大化，要求着陆区有较大的太阳高度角。发电能力最大化的同时还要考虑探测器的散热能力，因此太阳高度角又不能过大。

着上组合体光照试验

旋转冲击钻钻头

两项需求相结合就得出了着陆区纬度约束条件，即30至50°纬度范围，而月球极区的高纬度并不在此范围内。

月球极区太阳高度角通常很低，这将影响着陆器的发电能力，即便通过一系列节能措施加以适应，如果真要去月球南极采样，嫦娥六号着陆器与上升器的太阳翼还必须同时具备更大的摆动角度，以适应更低的太阳高度角。如果让嫦娥六号去月球背面的非极地区域采样就无需做此项改动。

月球极区着陆探测器太阳翼需要有更大的摆动角度

嫦娥六号无论是去月球背面采样，还是去月球南极采样都需要解决中继通信的问题，这意味着它必然要加装中继通信设备，那么谁来为其提供中继通信服务呢？

如果是去月球背面采样，鹊桥中继通信卫星或许可以帮上忙，但是受热控系统约束嫦娥六号与嫦娥五号一样都需要避开月午时段着陆，因此着陆器与上升器组合体在月面的作业时间只有48小时。能否在时间约束范围内满足月面遥操作采样条件下近实时画面与各项测控指令的高码速率传输，这是一个需要统筹考虑的事项。

鹊桥中继卫星视野内的地月系

将嫦娥六号放在嫦娥七号之后发射，也许是考虑到可以利用后者部署在月球大椭圆倾斜冻结轨道的新中继卫星，该中继星相较于鹊桥有着更强的数据传输能力，可以同时保障十个用户航天器的中继服务，同时新中继星距离月面相较于鹊桥中继星更近，更有利于高码速率的数据传输。

嫦娥七号携带的新中继卫星

以上关于嫦娥六号的讨论比较倾向于月球背面南半球非极地区域采样任务，不过，在任何时候都不能低估我国航天人勇于创新敢于创新的能力。

赴月球南极采样仍然是一个极具诱惑力的选项，虽然此项任务面临的难题相较于月背采样稍多一些，但并不是不能克服。尤其是嫦娥七号部署新中继星后，不论是月球背面测控亦或者月球南极极区测控都将不再是问题。

新中继星在轨展开效果图

新中继星运行的月球大椭圆倾斜冻结轨道示意图

在嫦娥六号任务原则中有一点值得关注，那就是“技术上有进步”，具体可以在哪些方面体现“进步”呢？

考虑到“经费上能接受”这一原则，探测器总体设计不会有大的变化，这也意味着表取与钻取相结合的采样模式不会有大的改动。环月轨道自主交会对接技术经过嫦娥五号验证，证明是有效的，届时在设计可靠性上会有提升。经费投入少，且最能立竿见影的进步就是在着陆精度上下功夫。

基于机器视觉理念的安全登月技术

目前我们已经实施了包括嫦娥三号、嫦娥四号、嫦娥五号在内的三次月面软着陆任务，登月成功率高达100%，解决了登月任务的安全性问题，但上述着陆器使用的基于机器视觉理念的登月技术并不能满足定点着陆需求，而定点着陆又是后续建设月面科研站的必备能力，为此，在嫦娥六号之前发射的嫦娥七号将验证定点着陆技术。

定点着陆通常有两种方案，一种是将月面高分辨率图像提前注入着陆器控制计算机，并选定若干地标点，着陆器下降过程中实时拍摄航迹下方图像与之匹配对比，进而生成指令控制变推力发动机调节推力，提高弹道精度，此种方法被称为“基于图像匹配的地形相对导航技术”；另一种是事先在月面放置无线电信标，着陆器着陆过程中与信标通信，获取信标三维坐标并控制变推力发动机调节推力，实现定点着陆。

嫦娥二号获取的高分辨率全月图可以助力基于地形相对导航的定点着陆方案的实施

嫦娥七号任务实施之际月球南极并没有事先放置的无线电信标，因此采用基于图像匹配的地形相对导航技术实现定点着陆的可能性很大，而如果提前在嫦娥七号着陆器上配置无线电信标，那么接下来嫦娥六号实施着陆任务时就可以与嫦娥七号着陆器上的无线电信标通信，进而掌握全套的定点着陆技术。

嫦娥七号效果图

届时嫦娥六号可以选择降落在嫦娥七号边上，这又将是一个激动人心的时刻。

嫦娥七号将在月球南极开展水冰与挥发物探测，等于是提前踩点，嫦娥六号紧接着去采样，既能深化月球南极水冰探测研究，又能验证新的月面定点着陆技术。既有技术创新性，同时技术创新的经费投入也不大，又为后续月面科研站建设储备了货架技术，可谓是一举多得。

月球南极

话说，跳号安排发射任务对于嫦娥探月工程而言并不是第一次，比如嫦娥五号原先计划就是在嫦娥四号之前发射，但由于长征五号遥二任务失利，因此不得不延后实施，事实再次证明火箭运力有多大，航天舞台才能有多大。

如今长征五号系列火箭已经连续成功实施5次发射任务，后续该系列火箭还将承担更多应用性发射任务，大火箭的成熟度健壮性都将实现质的飞跃。嫦娥七号与嫦娥六号就是在攻克大推力运载火箭之后的“海阔凭鱼跃，天高任鸟飞”！