世界首次！“嫦娥”6号携月背土壤归来！|大气层|嫦娥|月球样品|着陆器|航天器|返回器

2024年6月25日14时07分，嫦娥六号返回器准确着陆于内蒙古四子王旗预定区域，工作正常，标志着探月工程嫦娥六号任务取得圆满成功，实现世界首次月球背面采样返回。

历史一刻！嫦娥六号降落地球瞬间

“嫦娥”6号“四兄弟”，谁回来了？

图源：中国航天科技集团五院

嫦娥六号由轨道器、着陆器、上升器、返回器“四兄弟”组成。“四兄弟”中着陆器负责降落月表进行采样，上升器负责携“土”上天、交接样本，二者合称为着上组合体。轨道器负责地月往返、转运样本，返回器负责降落地面、送回样本，这二者又合称为轨返组合体。

月背采样成功后，上升器与着陆器分离，着陆器永久地留在了月背，上升器单器起飞返回。而后，上升器与轨返组合体完成交会对接，样品从上升器转移到轨返组合体。上升器留在环月飞行轨道。

最后，轨返组合体一起归家，于距离地球约五千公里高度时分离，只留返回器独自着陆终点。

接近第二宇宙速度！“嫦娥”6号如何减速？

“嫦娥”6号发射瞬间陈肖/摄

2024年6月5日，“嫦娥”6号完成月球背面样本采集，“收拾装袋”后，踏上归家的路途。落地前，“嫦娥”6号会经历重新进入地球大气层阶段。

我们知道，近地轨道飞行器返回地球时，会达到第一宇宙速度（7.9千米/秒），而“嫦娥”返回地球是受到地球引力影响持续加速，再入时将接近第二宇宙速度（11.2千米/秒）。

宇宙速度

要让航天器作圆周运动，必须始终有一个与离心力大小相等、方向相反的力作用在航天器上。在这里，我们正好可以利用地球的引力。因为地球对物体的引力，正好与物体作曲线运动的离心力方向相反。经过计算，在地面上，物体的运动速度达到7.9千米/秒时，它所产生的离心力，正好与地球对它的引力相等。这个速度被称为环绕速度。

上述使物体绕地球作圆周运动的速度被称为第一宇宙速度（7.9千米/秒）；摆脱地球引力束缚，飞离地球的速度叫第二宇宙速度（11.2千米/秒）；而摆脱太阳引力束缚，飞出太阳系的速度叫第三宇宙速度（16.7千米/秒）。

此时，如果不采取任何措施，再入大气层时将产生剧烈摩擦，且过程也很可能不受控制。返回器再入速度提高一倍，再入热量将提高8～9倍，这样的热量返回舱很容易烧毁。怎么办呢？最重要的一步就是减速。

我们回顾下我国首次以接近第二宇宙速度返回地球的“嫦娥”5号。在“嫦娥”5号之前，我国返回的都是从地球轨道上下来的。为了“嫦娥”5号的平安着陆，聪明的轨道设计师借鉴了高超声速武器的“打水漂”弹道，设计了半弹道跳跃式再入轨道。也就是让航天器进入大气层后，依靠升力再次冲出大气层，以减速耗能，然后再次进入大气层。

本次“嫦娥”6号也是运用了这个阻力加持，使航天器得以顺利降到第一宇宙速度，平安返回大气层。

“嫦娥”6号如何精准落地？

根据中国空间技术研究院工作人员介绍，相比于近地航天器，“嫦娥”6号返回，要承受更大的风险，因为稍有偏差，返回器就有可能回不到地球或者无法准确着陆预定地点。“嫦娥”6号需要精准控制再入点与角度。实现这点，要归功于“制导导航与控制系统（GNC）”

制导（Guidance）。根据当前位置和速度结合落点位置进行制导处理，自动规划出最佳飞行路线。

导航（Navigation）。高精度导航设备可以在茫茫宇宙中，实时获取自身的位置和速度。

控制（Control）。通过控制返回器外的发动机调整返回器姿态，使其沿着规划的轨迹飞行。

三者协同工作，“嫦娥”6号月球土特产成功送达！

“嫦娥”6号月背采样任务全回顾

2024年5月3日17时27分19秒，“长征”5号遥8运载火箭搭载“嫦娥”6号探测器，在文昌航天发射场发射升空。人类首次开展月球背面取样任务开启。

打开网易新闻查看精彩图片
2024年5月中旬，“嫦娥”6号进入月球轨道，并进行了多次轨道修正，为着陆做准备。
在鹊桥二号中继星的协助下，“嫦娥”6号着陆器和上升器组合体，于6月2日6时23分成功着陆于月球背面南极-艾特肯盆地的预选着陆区。6时9分，主发动机开启，推力达到7500牛，开始了动力下降阶段。在接近月面的过程中，组合体快速调整姿态，高效执行任务。随后采样开始。

6月4日7时38分，“嫦娥”6号上升器携带月球样品自月球背面起飞，3000N发动机工作约6分钟后，成功将上升器送入预定环月轨道。这是人类探测器世界首次完成月球背面采样和起飞。
2024年6月中旬，完成样本转移后，轨道飞行器开始其返回地球的旅程。
2024年6月25日，“嫦娥”6号的返回舱在内蒙古四子王旗地区成功着陆，携带回的月球样本将用于科学研究，这些样本预期将为了解月球背面的地质结构和演变历史提供重要数据。