嫦娥六号终于要着陆，为何“耽搁”这么久？落月精度或不如阿波罗

嫦娥六号终于快要着陆了。自发射之后，已经过去了20多天，探测器却仍然在环绕月球的轨道上绕圈。其实嫦六在发射5天之后就完成了近月制动，到达了月球附近。但在那之后的消息就不多了，让广大网友等得有些“焦躁”。

其实这段时间嫦娥六号也没闲着，先是释放了巴基斯坦的立方星，然后进行了两次降轨，从周期为12小时、远月点8600公里的大椭圆轨道，降到周期4小时、远月点2200公里的椭圆轨道，然后于5月21日再次降轨至200×200公里的圆轨道，周期是2个小时多一点儿。

不过，即使从5月21日进入圆轨道开始算，嫦娥六号还需要等上11天，着陆器和上升器组合体要到6月1日才会与轨道器/返回器组合体分离，正式踏上落月之旅。着上组合体的轨道将进一步下降到15×200公里，并预计于6月2日在月球背面的南极-艾特肯盆地着陆。

实话实说，嫦娥六号从发射到落月，时间确实拖得比较久。经常有文章指出嫦六从发射到返回地球要花50多天，而美国50多年前的阿波罗11号登月飞船，从发射到返回只需要8天，差距太大！这种说法当然不客观，这两者的使命和性质都不一样，无法直接相比。

还有人则把这种差别与网上盛传的美国登月造假论联系了起来，认为既然嫦娥六号做不到8天往返，那么阿波罗飞船就一定是在“造假”，再加上嫦六发射直播时裴照宇副总师说了一句：“没找到那个阿波罗盆地的那个……”，结果被网友传成了“没找到阿波罗登月的那个盆地”，引发了一大波质疑美国载人登月的热潮。

其实，嫦娥六号花费如此长的时间绕月，是有其深层次的原因的。这么长的绕月时间，不仅长于美国的阿波罗登月飞船、印度的月船三号、日本的SLIM探测器，甚至比我国自己的嫦娥三号、四号和五号都要长。造成这种局面的主要因素，在于着陆器落月的导航方式。一个颇令人意外的事实是：嫦娥六号的落月精度，很可能还比不上50多年前的阿波罗飞船。

咱们来看看美国1969年11月14日发射的阿波罗12号载人登月飞船，这是人类第二次载人登月任务，往返一共花了10天多，落月地点是月球正面的风暴洋，准确的坐标是南纬3度0分44秒，西经23度25分17秒。与第一次的阿波罗11号不同，阿波罗12号的着陆地点非常特殊，它是要去找一个“同伴”：1966年发射的勘测者3号无人登月探测器。

既然阿波罗12号要在勘测者3号的附近着陆，那么着陆点就不能天马行空了。实际上阿波罗12号确实实现了这一壮举，降落在了距离勘测者3号仅163米的位置。这已经相当精确了，跟一枪打中十环没什么区别。美国宇航员出舱后还来到了勘测者3号附近，并取回了部分零件。

阿波罗12号能实现这一点，归功于一种叫做“地形相对导航”的技术，也就是在着陆轨迹上选几个点，比如说某座环形山，当着陆器飞到预定地点上方时，观察或拍摄该处的地形，再与原先预设轨迹上的地形进行比对，就能得到当前着陆航线的偏差，再通过调节发动机推力和方向来修正这些偏差。

经过多次修正后，偏差会越来越小，直到最终降落，实现高精度落月。这种导航方式，其实与现代巡航导弹的地形匹配制导有点儿相似。阿波罗12号是载人飞船，50多年前的智能技术也几乎没有，所以“地形相对导航”是由人工完成的，也就是宇航员借助仪器来目视识别。而近几年那些登陆月球的国外探测器，也有几个采用了这种导航手段。

例如印度的月船三号，着陆精度达到了360米。日本的SLIM虽然在着陆后翻了个“嘴啃地”，但落点精度却达到了100米之内，非常惊人。由于是无人登月，上面这两个探测器用的都是机器视觉技术来实现地形相对导航，说白了就是不断拍摄月面图像，与预设图像进行比对，再修正偏差。

但是，截至目前为止，我国的嫦娥系列探测器都还没有采用基于地形比对的高精度导航，而是用了更保守的修正轨道偏差的方法。这种方式的特点是“重剑无锋，大巧不工”，在着陆前尽量校正轨道偏差，做到精益求精，在着陆的减速阶段主要采用类似弹道导弹的惯性导航。

不过，由于在着陆减速的过程中，发动机推力和姿态不会百分百准确，惯性导航的精度也不会无限提高，总会有误差，所以即使着陆前的轨道再精确，最终的着陆点与预定落点之间还是会存在较大的偏离。

根据公开数据，嫦娥三号的实际落点与标称着陆点的偏差约为600米，嫦娥四号达到了1000米左右，而嫦娥五号由于重量较大，控制起来更为复杂，着陆偏差达到了2.33公里，是嫦娥系列中最大的。

这时有网友会提出反对意见了：在新闻报道中，嫦娥系列探测器的着陆精度都是很高的，例如嫦娥四号着陆的位置偏差只有1米，这不就跟上面的说法矛盾了吗？其实并不矛盾，这里的1米精度并不是实际着陆点与预设着陆点的偏差量，而是着陆器在落月最后阶段瞄准的着陆点与实际着陆点的偏差。

但由于未采用地形相对导航技术，嫦娥探测器目前还无法实现“指哪打哪”，所以无论预设的着陆点地形如何平坦有利，等探测器真正到了着陆区上方开始垂直下降时，未必就在预选着陆点正上方，而是有可能来到比较陌生的区域。换句话说，如果要求嫦娥六号直接降落到嫦娥四号周围200米范围内，实际上目前是做不到的。

因此，嫦娥探测器的优势不在于着陆精度，而是“末端制导”，它在着陆末段具备自主避障能力，这一点是领先世界的。当主减速段完成，进入垂直下降阶段时，探测器会通过光学成像敏感器，在距离月面2000米左右时对实际着陆区进行成像，避开月面的障碍物，并第一次选定着陆点。这一过程被称为“粗避障”。

当探测器进一步下降到距月面约100米高度时，在变推力主发动机与姿控发动机的联合作用下，探测器将悬停在空中大概15秒，利用激光三维成像敏感器与激光测距仪对月面进行高精度三维成像，这时对着陆区就看得比较清楚了，石块、凹坑、斜坡等不利地形都能识别出来。探测器会第二次选定最理想的着陆点，这被称为“精避障”。

在最终待定着陆点后，探测器会瞄准该点继续下降，在距离月面3米左右时，主发动机关机，探测器自由落体，凭借着陆腿的缓冲降落在月面上。

从嫦娥三号、四号和五号的连续成功来看，这套着陆流程是相当可靠的，没出过什么问题。但由于前期没有对着陆轨迹进行足够的修正，还无法做到像阿波罗12号那样降落到一个事先选定的地点，而是需要进入垂直下降段之后再自主选择着陆点。

这在月球正面的话问题不大，因为月球正面的地形相对平缓，没有那么多的高山和深谷。但在月球背面就不一样了，背面的地形非常崎岖，例如嫦娥四号已经着陆和嫦娥六号即将着陆的南极-艾特肯盆地，是太阳系内第二大的撞击坑，直径达2500公里，深度达到了13公里。

嫦娥六号要着陆的区域位于艾特肯盆地内的阿波罗盆地附近（就是裴照宇副总师说的那个阿波罗盆地，与阿波罗飞船没任何关系），这就意味着在着陆前，探测器要越过盆地周围那些相对高度在万米以上的高山，才能顺利到达盆地底部。考虑到着陆前的轨道高度才15公里，可以想象这个过程还是很有挑战的，一旦搞不好就有可能“撞山”。

因此，在月球背面着陆的嫦娥四号和嫦娥六号，在着陆前要把轨道调整得更加精确，尽最大努力缩小着陆的初始偏差，才能保证不出问题，这才是嫦娥六号要绕月20多天的真正原因，这么长的时间就是为了修正轨道。

实际上，在月球正面着陆的嫦娥三号和五号，绕月时间都很短，仅有几天。但在月球背面着陆的嫦娥四号，从近月制动到着陆，也用了22天之久，与嫦娥六号类似，奥妙就在这里。当然，像地形相对导航这样的高精度着陆手段，虽然嫦娥六号探测器现在还没有采用，却并不意味着我国不具备这样的能力。

由于嫦娥六号从本质上讲是嫦娥五号的备份航天器，技术状态不可能有大的变化，所以着陆方式并没有做大的调整。但到了将来的嫦娥七号，要建立国际月球科研站，对着陆精度的要求很高。到那时相信我们也会采用更激进的高精度着陆，验证自主定位精确降落技术，毕竟地形相对导航也不是什么高端技术，印度和日本都能做到，我国更是不在话下了。