航天科普｜为月背取“宝”，嫦娥六号用了哪些“巧劲”？

5月8日，经过近月制动，嫦娥六号顺利进入环月轨道飞行。与嫦娥五号任务相比，嫦娥六号的轨道设计面临着独有的难题。为确保嫦娥六号“走好每一步”，轨道设计团队基于嫦娥五号任务轨道方案的成功经验，围绕适应和匹配月球背面采样返回任务的特点与需求，对方案进行了大量的改进、优化和升级，形成了一套更为优化和完善的无人地月往返飞行任务轨道方案。下面为大家一一揭开轨道设计背后的“巧思”。

巧设计，环月逆行解难题

轨道设计作为航天器系统总体设计工作之一，在嫦娥六号任务中发挥了重要作用，在硬件产品技术状态不进行大幅度更改和调整的约束下，正是通过轨道方案的优化和适应性调整，破解了月背南纬采样带来的新难题。

与嫦娥五号的环月轨道不同，嫦娥六号任务采用了环月逆行轨道方案，即探测器在环月轨道上的飞行方向与月球自转方向相反。选择逆行轨道方案并非为了标新立异，而是由嫦娥六号的任务特点所决定的。

作为“嫦娥家族”的一员，嫦娥六号沿袭了“前辈”已有的构型布局和硬件产品，但着陆位置却由月球的北纬地区变化为南纬地区。由于太阳始终直射在月球赤道附近的区域，如果仍然采用原有的环月顺行轨道方案，探测器在月球南半球着陆时相比嫦娥五号任务会出现受晒面调转180°的情况，即：探测器本应朝阳的一侧处于阴影中，而应当处于阴影环境的一侧处于光照中，这会影响采样过程中的能源供给、采光等条件。针对这一难点，设计团队先后考虑了多种措施和方案，比如重新调整探测器的构型布局适应朝向需求，或是在下降过程中进行大幅度姿态调整，但这些措施要么会带来重大的技术状态调整，要么会增加在轨实施的风险。

解决难题的“关键一棒”最终交到了轨道设计师手中。经过充分分析研究，轨道设计师为嫦娥六号探测器巧妙设计了环月逆行轨道方案。该方案通过调转飞行轨道的方向，化解了因采样区域位置变化带来的朝向变化问题，同时也避免了构型布局和硬件产品的大幅度调整，顺利化解了因着陆点变化带来的朝向、姿态等问题。

通过环月逆行轨道方案，圆满解决了南纬着陆的朝向难题，但仍存在一个问题：探测器在近月制动时，处于月球背面的无测控区域。即便探测器具备在无测控条件下独立执行轨控的能力，为了保障重要轨道控制的安全性，设计团队决定由鹊桥二号中继星为近月制动轨道控制过程提供中继测控支持，这样就能确保变轨全程测控可见。至此，设计师们通过周全的设计和考量，既有效发挥了逆行轨道的优势，又弥补了其测控不可见的缺陷。

巧借力，近月制动更省劲

嫦娥六号任务不同于嫦娥五号任务的另一个显著特点是三次近月制动方案。这一方案的选择同样也是围绕着嫦娥六号任务自身特点所作出的轨道方案优化升级。

嫦娥六号任务将要着陆的月球背面地形崎岖不平，相比月球正面广阔的平原地形，月背可供安全着陆区域的数量和面积都大幅减少，这对于着陆精度提出了更高的要求。另外，嫦娥六号着陆过程也并非独立完成，需要与中继星协同配合，在规定时间和规定的轨道位置上实施着陆下降，是保障系统间良好协作的必要条件。因此，嫦娥六号探测器需要具备定时定点着陆的能力。

在通常的轨道设计中，定时定点着陆是通过对轨道面进行控制调整来实现的。而“逆向而行”的嫦娥六号，并未预留用于调整轨道面的推进剂，这就要求既要调整轨道面，又不能增加推进剂消耗，对轨道设计提出了新的挑战。针对这个问题，轨道设计师们再次提出了一个巧妙的方案，即利用不同周期环月椭圆轨道面的特性，确定轨道面调整量对应的停泊轨道飞行时间，充分利用从捕获到下降前的20多天飞行时间，在不额外消耗推进剂的前提下，实现对着陆点的高精度瞄准，做到借力打力、顺势而为。

后续，在鹊桥二号中继星的支持下，嫦娥六号探测器将调整环月轨道高度和倾角，择机实施轨道器返回器组合体与着陆器上升器组合体分离，之后，着陆器上升器组合体实施月球背面南极-艾特肯盆地软着陆，按计划开展月球背面采样返回任务。前面还有更多难关等待着“六姑娘”去闯，让我们继续期待“六姑娘”的取“宝”之旅。

来源：中国空间技术研究院