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【中国科学报】开启首次月背“挖宝”,嫦娥六号“含科量”有多高

   日期:2024-06-11     移动:http://www.xhstdz.com/mobile/quote/63619.html

“目前,人类已有的月球样品采集任务都集中在月球正面。嫦娥六号即将在人类历史上首次获取月球背面样品,将再一次填补月球样品的空白,对丰富人类月球起源和演化认知、更好地了解地球具有重要的科学价值。”嫦娥六号任务地面应用系统总设计师、中国科学院国家天文台研究员左维说。

她介绍,嫦娥六号有两个主要科学目标,一是在月球背面南极-艾特肯盆地着陆点开展区域形貌探测和地质背景勘察,获取与月球样品相关的现场分析数据,建立现场探测数据与实验室分析数据之间的联系;二是对月球背面样品进行系统、长期的实验室研究,分析月壤的结构、物理特性、物质组成等,深化月球成因和演化历史的研究。

这些科学目标实现起来并不容易,那么嫦娥六号任务的科技含量究竟有多高?

探测数据怎么传回来?

六大地面应用分系统,能力有所提升

嫦娥六号任务地面应用系统的总体架构充分继承前期工程基础,由运行管理、数据接收、数据预处理、数据管理、样品储存制备与处理、样品与探测数据研究6个分系统构成,各分系统相互配合协同,完成地面应用系统承担的嫦娥六号任务。

左维介绍,与嫦娥五号任务相比,嫦娥六号任务的地面应用系统有很多新变化。

为了提升地面站数据接收能力,此次任务采用了中继星转发的全新数传模式。“由于受到月球的遮挡,位于月球背面的着陆点无法直接与地球通信,需要在鹊桥二号的支持下转发月面探测器与地球之间的通信。鹊桥二号中继星通过S频段对地传输数据,下行数据的调制体制也发生变化。地面应用系统的密云地面站和武清地面站均进行了S频段数据接收设备研制与链路改造,以满足嫦娥六号任务数据接收的要求。”左维说。

同时,地面应用系统的数据处理能力也有所提升。左维介绍,嫦娥六号搭载了降落相机、全景相机、月球矿物光谱分析仪、月壤结构探测仪4台继承载荷,以及法国月球氡气探测仪、瑞典月表负离子分析仪、意大利激光角反射器、巴基斯坦立方星4台国际合作载荷。所有载荷的科学探测数据将不再直接传送到地面站,而是通过鹊桥二号中继星进行转发。地面应用系统重新研制了中继星信道处理软件、国际载荷遥测数据处理和显示软件等,以满足嫦娥六号任务有效载荷运行管理要求。

此外,为了确保嫦娥六号顺利采集月球样品,科研人员还设计了一系列嫦娥六号所采集月球样品的处理、存储、制备、分析方法和流程。“我们要确保能够安全、可靠地完成嫦娥六号月球样品相关的任务。”左维说。

月球背面怎么测控?

高精度实时测定轨,保证月背测控通信

在嫦娥六号任务中,我国甚长基线干涉(VLBI)测量分系统在地月通信方面发挥着重要作用,它就像一双眼睛,实时为嫦娥六号“导航”。

VLBI测量分系统是由中国科学院上海天文台基于在射电天文领域的积累,组织国家天文台、新疆天文台和云南天文台的优势力量,共同构建的高分辨率综合孔径射电望远镜,包括“四站一中心”,即上海天马站、北京密云站、新疆南山站、云南昆明站和上海VLBI数据处理中心,最高分辨率可等效为一台直径为3200千米的单口径望远镜。

“自嫦娥一号开始,我们就将实时VLBI技术成功应用于月球探测器的测定轨,构成了现有的‘测距测速+VLBI测角’深空高精度测定轨体制。”中国科学院上海天文台研究员郑为民说。

他表示,2024年,VLBI测量分系统将完成包括鹊桥二号中继星和嫦娥六号在内的多个月球探测器测定轨工作,并将支持首次地月VLBI试验。这意味着要使用一个VLBI网,分时支持多任务、多目标测定轨。

与嫦娥五号任务相比,嫦娥六号任务不仅有多目标观测、双目标快速切换等特殊要求,实时测定轨任务时间还增加了30天。

“在嫦娥六号任务中,VLBI测量分系统可以对四器组合体、四器分离后的轨道器和上升器进行实时测定轨,还能分时对鹊桥二号中继星进行实时测定轨,支持对月球背面的测控通信。此外,它还可以完成双目标观测的快速切换与测定轨,确保嫦娥六号探测器与中继星之间的切换能在50分钟内完成,后续轨道器和上升器切换时间更短。”郑为民说。

月背样品能研究出新东西吗?

月壤研究有经验,月背样品研究有信心

对于嫦娥六号样品研究,中国科学院地质与地球物理研究所研究员贺怀宇充满期待,也满怀信心。

“最初,有些人并不看好嫦娥五号样品研究,认为‘国外采集了300多公斤的月壤,研究了50年,你们1.7公斤的样品能有什么新发现’。但最终事实证明,我们取得了非常重要的成果,也获得了国内外所有同行的认可。”贺怀宇说。

2020年12月17日,嫦娥五号从月球带回1731克月壤样品。这是人类首次获得的月表年轻火山岩区样品,也是中国科学家第一次拥有属于自己的地外天体返回样品。

截至目前,经月球样品专家委员会评审,国家航天局已经完成6批嫦娥五号月球科研样品的发放,第7批已经完成评审,尚未完成审批。前6批累计向40家科研机构的114个科研团队发放月球样品258份,共计77.7克。

贺怀宇介绍,虽然发放样品仅占返回样品的4.5%,但所取得的科学研究成就却涵盖了月球形成、演化、太空风化作用与机制以及资源利用等多个领域,目前已有70余项研究成果。

例如,利用自主研发的超高分辨定年技术,科研人员证实月球最“年轻”玄武岩年龄为20亿年,将月球火山活动的结束时间推迟了约8亿年,为撞击坑定年曲线提供了关键锚点,大幅提高了内太阳系星球表面撞击坑定年的准确度。

再如,科研人员揭示了嫦娥五号玄武岩的月幔源区并不富含放射性生热元素和水,提出新的年轻火山形成机制和月球热演化模型。《自然》发表评述文章指出,“这些岩石的研究结果表明非常有必要修正已有的月球热演化模型”。

此外,通过研究嫦娥五号样品,科研人员发现,月表中纬度地区具有高含量的太阳风成因水,还发现了月球新矿物“嫦娥石”等。2022年3月,《自然》再次发表评论文章称“中国嫦娥五号样品点燃了月球研究的热情”。

“月球样品研究引发了地学、天文、物理、化学、生物等各学科研究者的广泛兴趣,推动了我国行星科学的发展,培养了行星科学研究的人才队伍,初步形成了科学、技术、工程融合创新发展的局面。”贺怀宇说。

她告诉《中国科学报》,对于嫦娥六号任务,科研人员有信心在获得前所未有的月背样品后,能在月球形成演化研究方面取得新的突破。

(原载于《中国科学报》?2024-06-03?第1版?要闻)
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