嫦娥六号新突破：“逆行轨道”如何实现月背精准采样？
嫦娥六号新突破：“逆行轨道”如何实现月背精准采样？
嫦娥六号探测器成功发射，将执行人类首次月球背面采样返回任务。此次任务突破了月球逆行轨道设计与控制技术，实现了在月球背面的精准采样。本文将为您详细解析嫦娥六号的"逆行轨道"技术突破及其背后的科学原理。
5月3日下午，长征五号运载火箭成功将嫦娥六号探测器送入预定轨道。未来，嫦娥六号将奔赴月球，从月球背面采集土壤样本并返回地球，整个过程历时约53天。
根据媒体报道，此次嫦娥六号任务主要突破了三大技术：月球逆行轨道设计与控制技术、月背智能采样技术和月背起飞上升技术。其中，月背智能采样技术和月背起飞上升技术主要是针对首次在月球背面进行采样任务的需求，需要确保地月通讯的顺畅性，因此采样和起飞时必须保证通讯畅通，这需要等到鹊桥二号中继卫星到位后才能实现。
嫦娥六号组合体
月球逆行轨道揭秘
嫦娥六号突破了月球逆行轨道的技术，这是嫦娥系列探测器的首次应用。所谓"逆行"，是指嫦娥六号的前进方向与月球自转方向相反。为了更好地理解这一概念，我们先来看看嫦娥五号的运行轨道。
广为流传的嫦娥五号轨道
从地球发射之后，嫦娥五号探测器顺着地球自转的方向奔向月球，然后在后面追着月球，顺势而为就顺着月球自转的方向环绕飞行。而此次嫦娥六号的逆行轨道在离开地球的时候，与嫦娥五号的轨迹相似，但是后半段它必须要飞到月球的前面去等着月球。一追一等之间，绕月飞行的轨道就有了顺逆之分。
正确的嫦娥五号轨迹
正确的嫦娥六号轨迹
逆行轨道的设计考量
虚无的太空，其实就是一片"大海"。地球和月球，就是海上的两个孤岛。从地球到月球，航线轨迹可以是两点一线，也可以是圆弧线、椭圆线，等等。从几何上来说，从一点到另一点的轨迹是无穷的，也就是所谓的"条条大路通罗马"。
海上航线
但是实际上，地球上的海上航线基本上是固定的。它所考虑的因素是快捷、安全、经济。地球表面，两点连线的直径平面的连线才是最短的，这是最优路径。但是，大海有洋流、有暗礁，还有海盗，所以就会绕道而行。
地月系统
太空中，轨道的设计以最省燃料为第一准则。飞行器在太空中，受到地球、月球，还有太阳的引力作用。如果忽略太阳的作用，那么就变成了一个三体问题，同学们都知道三体问题是无解的。好在这个三体系统较为简单，三者体型差距较大，而且也基本是一个平面问题，是可以求解的，如上图。求解了这个三体系统，才可以充分利用这些星球的引力，设计出最省燃料的飞行轨道。
为何选择逆行轨道？
嫦娥六号探测器的着陆地点位于月球南半球的背面，其两个月壤采样装置——表采装置必须面朝赤道，钻采装置必须面朝南极，这2个装置正好是位于两个对立的侧面。
嫦娥5号着陆器
对于嫦娥五号来说，其着陆地点位于北半球的正面，自然满足了采样装置的方向性需求。但对于嫦娥六号来说，如果采用顺行轨道，着陆后采样装置的方向将与需求相反。为了调整这一姿态，理论上可以采用两种方式：一种是在进入月球顺行轨道时旋转180度，另一种是在着陆器分离下降过程中旋转180度。
两种调整方式
然而，嫦娥六号探测器作为嫦娥五号的备份，其设计并未考虑月球背面的采样任务，因此没有配备翻转机构。为了不改变原有的结构设计，同时又能满足采样需求，最终选择了逆行轨道的方式。这种方式既保持了嫦娥系列探测器原有的技术架构，又通过轨道设计的创新实现了月球背面的精准采样任务。
总结
嫦娥六号的逆行轨道设计，充分体现了航天工程中的创新思维。在保持原有探测器结构不变的前提下，通过轨道设计的创新，成功解决了月球背面采样任务中的方向性难题。这一技术突破不仅展现了中国航天科技的实力，也为未来深空探测任务提供了宝贵的经验。
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