中国准备月背采样了！美50年来首次登月失败，载人登月也再次推迟

2024年1月8日、9日，探月工程四期的嫦娥六号任务探测器的各个子系统分别搭乘安-124和运-20飞机抵达海南美兰国际机场，随后通过公路运输方式运送至中国文昌航天发射场，预计将于2024年5月启程前往月球。

嫦娥六号任务月面采样返回，但这次任务的着陆地位于月球背面，并且还采用了月球逆行轨道以及背智能采样和月球背面起飞上升等关键技术，被誉为最复杂的任务之一！然而在中国紧锣密鼓准备月背采样的同时，美国50年来第一个登月探测器却面临失败的命运，并且阿尔忒弥斯计划再一次面临致命的推迟！

最复杂的任务之嫦娥六号月背采样

嫦娥六号是嫦娥五号的备份星，但却并不是完全的“复制品”，因为这次任务的目的地在月球背面的艾肯特盆地预定着陆区，在月球背面采样而增加了通信中继等要求，另外在上升飞行器将进行完全自主的机器人交会交会并与轨道飞行器对接，其任务之复杂，难度之高，基本上已经是无人探月所能达到的最高程度了

为何被称为最复杂的任务？一个中继就令美国人刮目相看

嫦娥六号与五号的主体基本一致，同样由四个部分组成，在轨的是轨道器+返回舱，着陆的是着陆器+上升器，着陆后将从月球表面以下2米处取得约2千克样品（和五号设计指标是一致的）并放入上升器中。

待发射工作准备完毕后上升器将从月面起飞，在完全自主的AI控制下与轨道器对接，将样品转移到返回舱中，之后返回舱+轨道器将在预定时间返回地球并分离，之后返回舱将以第二宇宙速度进入大气层着陆，轨道器将绕地后绕地球大椭圆形轨道或者返回月球轨道展开科学实验。

整个飞行器总质量约8.2吨，其中着陆器大约在3.2吨左右，上升飞行器在0.7吨左右，其余部分均为燃料！除了AI自主地接以外似乎与嫦娥五号没啥区别，但事实上在月球背面着陆并采样这个任务本身难度就大大增加了。

2024年初将会发射鹊桥2号，这是专门为执行月球南极以及月球背面任务准备的卫星，因为嫦娥6号需要在月球背面采样，由于月球已经被地球潮汐锁定，永远都是“正面”朝向地球，在背面着陆的嫦娥四号与六号的通讯被月球遮挡，无法进行测控，因此必须要有一个能同时看到地球与月球背面的卫星作为中继站点。

保障嫦娥四号任务的鹊桥卫星，位于地月系的L2点，运行在HALO轨道，也就是绕着L2点在垂直于地月系连线的平面上绕圈圈，不间断保障嫦娥四号的通信需求，一直到现在还在正常运行。

不过将在今年年初发射的鹊桥2号却和之前的鹊桥卫星有点不一样，这次卫星的轨道将会运行在300公里×8600公里的椭圆冻结轨道（Frozen orbit），这个轨道很有趣，在月球轨道上，只有倾角为27°、50°、76°和86°能处在冻结轨道上，鹊桥2号的倾角是54.8度，非常接近50度这个冻结轨道。

主要原因是月球内部密度不一致的质量块引起的，当月球卫星经过这些这些质量块上方时卫星会遭遇引力波动影响导致轨道衰减过快，一般情况下需要消耗燃料来维持，不过月球上也有一些引力比较平衡的倾角，所谓的冻结轨道就是在这些倾角上运行，之所以选择这个轨道有几个理由：

• 1、冻结轨道远月点要比L2点的6.5万千米要近得多，天线直径与延时都会减少，通信设备体积与质量都可以减少，可以腾出空间安装更多其他设备；
• 2、冻结轨道的扰动最小，能形成长期稳定的轨道，最大限度降低轨道调整推进剂的消耗，增加卫星使用寿命；

这表示鹊桥2号在未来是准备长期使用的，2018年5月20日发射的鹊桥卫星至今已经使用5年半，在HALO轨道上燃料消耗已经差不多了，未来还能再坚持一会，但寿命已经开始倒计时了，这次位于冻结轨道的鹊桥2号预计寿命将要更长，安全工作到载人登月完全没有问题。

不过这条轨道也不是没有缺点，因为是大倾角、大椭圆轨道，轨道周期比较长，有点像地球上的闪电轨道或者莫尼亚轨道，这种模式是在目标区上空会停留很久，但在通过近地点时会短暂失联，但很快在需要中继信号的区域又能看到卫星了，可以继续保持中继通信。

鹊桥卫星与鹊桥卫星都为中继信号使用，美国在执行靠近月球南极的阿尔忒弥斯登月任务也将要使用中继服务，前些年NASA曾提出在登月期间“租用”鹊桥卫星进行测控通信，传闻中国航天还答应了，但最终因为美国会的审查未能通过，所以接下来美国要么放弃月球南极着陆点，要么自己发射一颗中继卫星，以美国目前的状况，前者可能性会更大一些。

嫦娥六号的着陆区：毫无意外的是艾肯特盆地

除了嫦娥六号保障体系，各位最关心的应该是着陆地点，据2023年7月31日发表在《自然》上的论文，嫦娥六号的着陆点为月球背面直径约3400公里的南极艾特肯盆地内直径490公里的阿波罗盆地，坐标为150-158W（西经）,41-45S（南纬）。

选择这个位置有几个原因，一个是“熟悉”，毕竟嫦娥四号已经在这里研究多年，对这里的地质结构以及矿物组成已经有很深入的了解，另一个则是因为艾肯特盆地的久远，因为这是太阳系内最古老的撞击坑，形成于月球诞生初期，并且由于其撞击坑直径高达2400千米，深达6.2~8.2千米，巨大的撞击使得月幔物质抵达月表，如果要研究月球以及太阳系的成因，无疑这里是最合适的。

阿波罗盆地形成于大约3.9-41亿年前（Ga），位于艾肯特盆地的东北部，直接达到490千米的“二次”撞击使得月幔物质再次暴露在月表，包括玄武岩、隐岩和底板裂缝陨石等，在科学研究上意义很大。

目前预定了三个着陆地，分别位于撞击坑的东北、西北以及南部，主要是根据撞击坑矿物分布的光谱确定的着陆区，如下图：

尽管着陆区选定了三个，不过从目前开始到发射也就不到半年的时间，应该已经很明确的确定了是哪一个位置，只是目前还没有公布罢了。

嫦娥六号除了采样返回外，还搭载了部分国际合作的科学仪器，比如氡气检测的法国仪器和INRRI（着陆漫游激光后向反射器）的意大利仪器与瑞典探测月球表面负离子的NIL和巴基斯坦的 ICECUBE-Q 立方体卫星，用于探测月球表面的冰痕迹。

嫦娥六号的任务可以说是四号+五号的任务综合版，其复杂程度远超历史上任何一次无人探测器登月任务，对测控提出了新的要求，也是未来执行嫦娥七号和八号任务的铺垫。中国的探月任务分为四期：

• 第一阶段的目标是到达月球轨道：嫦娥一号和二号已经完成；
• 第二阶段的目标是登陆月球：嫦娥三号（正面虹湾）、四号（背面艾肯特盆地冯卡门撞击坑），已经完成；
• 第三阶段是月球采样返回任务：嫦娥五号（风暴洋北部吕姆克环形山），已经成功；月球背面（艾肯特盆地阿波罗撞击坑），即将进行；
• 第四阶段是在月球南极附近开发一个机器人研究站；

这些计划的最终目标是完成并促进中国载人登月在2030年前完成，并计划在月球南极附近建立一个驻留研究的月面基地。

美国50年来第一个登月探测器却面临失败，阿尔忒弥斯计划再一次面临致命的推迟！

与中国稳步推进的探月计划相比，美国最近的探月任务却遭遇了致命的失败！1月8日，Astrobotic Technology公司开发的“Peregrine Mission One”（游隼一号）遭遇了难以想象的故障，ULA（联合发射联盟）首发的火神火箭成功的将该探测器送入了地月转移轨道，但在数小时后却发现该探测器遭遇姿态无法对准太阳的致命问题。

这个问题非常严重，因为没法对准太阳就无法使用太阳能电池，星载电池容量有限，很快就会衰减导致掉电彻底失去联系，Astrobotic的工程师经过调查后确定是探测器的燃料泄漏产生了弱推力力矩，导致探测器姿态失控，给出的解决方案是使用发动机纠偏，保证探测器太阳能电池能发电维持运行。

但坏消息是泄漏+姿态维持火箭的运作只能供给探测器运行40小时，从1月8日15时18分发射，到16时08分分离后+7小时发现泄漏，大约是1月8日23时，+40小时大约是北京时间10日16时，也就是这个探测器到目前已经再次失控了，加上这段时间的充电的电力，估计还能维持通信，但寿命已经倒计时了！

Astrobotic公布的泄漏照片

北京时间1月10日凌晨，Astrobotic公布了初步调查结果，原因是高压氦气罐和氧化剂储箱之间的阀门在给氧化剂储箱加压后未能按计划关闭，持续给氧化剂储箱增压，导致储箱压力超过阈值，最终破裂。

这个结构是探测器挤压循环火箭的必备结构，为了确保可靠性，探测器着陆的变推力火箭或者姿态控制火箭采用的都是使用高压氦气加压将燃料与氧化剂注入燃烧室，正常情况下会在发动机停机后停止加压，但“游隼一号”探测器却未能及时关闭，导致破裂泄漏，这个最可靠的结构出现了最不可靠的故障，这美国人干的活真是太粗糙了。

比较凑巧的是在“游隼一号”出现故障的同一天，NASA宣布首次载人登月任务从阿尔忒斯Ⅲ转移到阿尔忒弥斯Ⅳ，为了保证安全，将阿尔忒弥斯Ⅱ改为无人飞行，首次载人应顺延到阿尔忒弥斯计划第三次任务进行，登月任务就顺延到了第四次。

原因是猎户座飞船在首飞过程中发现的问题需要解决，不过后来NASA并未公布这次任务后续的处理细节，但该来的还是会来，无人探测没所谓，炸了都没得关系，但载人任务可不能忽悠，一旦出事，NASA最近几年的任务都泡汤了。

2023年11月30日，GAO（美国国家审计署）在官网发布最新审计报告，对美国重返月球的阿尔忒弥斯计划审计表明，该任务不可能在2027年前完成，多项工作已经严重滞后，特别是月球着陆系统以及宇航服上的进度难以确定，这次任务再次延迟，中美载人登月竞赛已经开始了，到底谁会赢得这场比赛还真不好说了。