嫦娥六号早已生产完毕，为何不发？关键装备没到位，明年好戏连台

　　两百多年前人类首次发现了地球的第七大洲南极洲，而高悬于夜空的月球则已经陪伴地球长达数十亿年，这一时间跨度要比人类文明长得多，随着航天技术的突破与发展，月球作为地球第八大洲的概念也在被广泛接受。
　　嫦娥五号T1拍摄的地月合影
　　嫦娥五号T1飞掠月球时拍摄的画面
　　上个世纪，阿波罗计划的实践证明了载人登月的可行性，而在过去的十九年时间里，我国探月工程则标注了人类21世纪月球探测的新起点，在此期间我们先后成功部署了嫦娥一号、嫦娥二号、嫦娥三号、嫦娥五号T1、鹊桥号、龙江二号、嫦娥四号、嫦娥五号，总计8个服务月球任务的探测器。
　　玉兔号月球车驶离嫦娥三号着陆器坡道
　　玉兔二号月球车拍摄的嫦娥四号着陆器
　　嫦娥五号上升器月面起飞
　　通过一系列月球探测任务的实施，我们掌握了包括月球环绕、地月直接转移、月面软着陆、月面巡视、月面采样、月面起飞、月轨交会对接、月地高速再入返回等一系列工程能力，在诸多技术领域形成了国际领先优势，为后续深入开展月球探测奠定了坚实基础。
　　月球探测国际竞争日趋激烈，嫦娥探月工程四期续写辉煌
　　进入21世纪第三个十年以来，在我国探月工程的刺激与带动下，越来越多的国家也加入到了探月队伍中来，纷纷推出各自的探月计划。对于我们而言，要考虑的是，如何在竞争中保持自身的探月优势，从而在未来的月球资源开发中占据有利地位？
　　日本ispace公司的白兔R探测器将于本月底执行月面软着陆任务
　　NASA的猎户座飞船与月球合影
　　2021年年底正式通过立项审批的探月工程四期给出了答案，此阶段包含4项任务，分别是正在月球背面开展原位与巡视探测的嫦娥四号任务，以及接下来陆续实施的嫦娥六号、嫦娥七号、嫦娥八号。
　　嫦娥六号预计2024年发射，也就是明年，作为嫦娥五号的备份探测器，它早已完成产品生产任务，为什么这几年迟迟没有发射？
　　采样区选址的论证工作需要时间，目前已经明确了月球背面的采样任务目标，再就是实施此任务还需要一颗通信中继卫星，这是迟迟没有发射嫦娥六号的主要原因。
　　嫦娥六号是嫦娥五号的备份探测器
　　嫦娥八号是在嫦娥七号平台基础上发展而来，主要用于验证月壤3D打印、月面重载软着陆等一系列新技术。
　　嫦娥八号效果图
　　定于2026年前后发射的嫦娥七号是探月工程四期阶段的重点任务，该探测器需要攻克的工程技术难点多，它将与嫦娥八号一道组成月面科研站的基本型，后续将以此为基础拓展为由我国主导的国际月面科研站。
　　嫦娥七号一分为二，鹊桥二号中继星率先发射，一招破局！
　　最初，嫦娥七号被设计成五器合一的组合体，五器指的是轨道器、着陆器、月球车、飞跃探测器、中继星。
　　嫦娥七号早前设计方案效果图
　　正是基于这一设计，原先的发射规划中，嫦娥六号必须在嫦娥七号之后发射，被网友戏称为跳号，因为嫦娥六号的月背采样任务需要嫦娥七号的中继星。
　　嫦娥七号由于新技术新任务多，研制耗时较长，2026年前后的计划发射时间比原先预期的要晚一些，如果按照原设计，嫦娥六号的发射时间就只能拖到2027年前后，太拖后腿，隔这么长时间，探测器产品的长期贮存也是问题。
　　鹊桥二号效果图
　　现如今嫦娥七号任务已经被一分为二，中继星脱离主探测器，作为一颗独立的探测器单独发射，该中继星被命名为鹊桥二号，按照计划将于明年年初率先发射。
　　脱离中继星之后的嫦娥七号
　　鹊桥二号与嫦娥七号的两器分家有很多益处，概括起来至少有4项利好因素：
　　1。尽早提供中继通信服务，为嫦娥六号任务至少抢回三年时间，使得我们可以尽早获得月球背面样本，尽早产出科学成果；
　　在国际竞争日趋激烈的当下，三年可不是一个小尺度的时间。
　　话说，为什么嫦娥六号不能用目前正在地月拉格朗日L2点晕轮轨道的鹊桥号中继星？作为服务嫦娥四号任务的中继通信卫星，它已经超期服役多年，剩余寿命已经不多，而价值高昂的嫦娥六号也不可能将人类首次月背采样任务寄希望于一颗即将退役的中继星。
　　2。延续嫦娥四号的月背探测之旅；
　　鹊桥二号虽然与鹊桥号的轨道完全不同，但依然可以对嫦娥四号着陆与巡视探测区域可见。该中继星能同时服务十个月面探测器的中继通信业务。
　　嫦娥四号任务玉兔二号拍摄的月球背面
　　3。可以为嫦娥七号轨道器节省大量燃料，从而延长同样是高价值探测器的轨道器的设计寿命；
　　鹊桥二号中继星的预定轨道与嫦娥七号的遥感轨道数据差异较大，两器没分家前为了照顾体量较小的中继星（发射质量约0。6吨）进入预定轨道，组合体进入的捕获轨道要兼顾中继星入轨的可达性，两器分离后重达7吨多的嫦娥七号组合体还要消耗大量燃料进入自己的预定轨道。
　　鹊桥二号预定轨道月心倾角54。8度，初始近月点高度300km，初始远月点高度8797km，初始近月点辐角90，轨道周期12小时25分钟，每轨可对极区探测器提供8小时中继通信服务，只需两颗中继星就能实现对月球南极区域探测器24小时不间断的中继通信服务，这是一条大椭圆冻结轨道，该轨道可以抵消摄动带来的轨道漂移，入轨十年都不需要消耗燃料维持轨道，从而保证了鹊桥二号的长寿命。
　　鹊桥二号轨道示意图
　　反观嫦娥七号的轨道器，作为一颗高价值月球遥感卫星，燃料的消耗程度直接影响其设计寿命。两器分开发射，各自用各自的运载火箭进入初始捕获轨道，轨道器就不需要为照顾中继星额外消耗燃料。
　　两器合一不分家的好处就是节省一枚火箭，但相较于更加长远的探测效益，这枚火箭确实不该省，要舍小头顾大头。
　　4。进一步释放嫦娥七号的设计空间；
　　比如轨道器可以利用CZ5火箭的运力余量搭载更多的科学载荷，亦或者科学载荷的重量限制可以被放宽，进而提升科学载荷的探测性能。
　　到月球南极去，功在当代，利在千秋！
　　纵观探月工程各次任务可知，每一次新任务都是在继承前次任务基础上进行能力拓展，比如嫦娥二号在嫦娥一号多次变轨近月捕获基础上突破地月直接转移近月捕获，嫦娥三号则是在嫦娥二号拓展试验任务基础上实现月面软着陆，嫦娥五号则是继承了前几次任务的基础上拓展月面采样、月面起飞、月轨对接等新能力。
　　嫦娥七号也不例外，但相对而言，该探测器的风险要更大一些，因为它要去的是月球南极。
　　月球南极视图
　　多年来，氦三被认为是月球极具战略价值的资源，是一种可以用于核聚变的清洁能源，根据月球上钛铁矿总量估算，以气泡形式储藏的氦3总量或高达26万吨，如果全部用于核聚变，可以满足全球2600年的能源需求。
　　氦三虽美，但开采难度却很大，目前还没有切实可行的方案。相较于氦三，月球水资源的开采利用就可以用近在眼前来形容。
　　前不久，我国科学家通过研究嫦娥五号任务采集的月壤样本发现，在太阳风的作用下，月壤中的撞击玻璃珠中富含水资源，1吨玻璃珠中就可以提取1斤水，而这种撞击玻璃珠比提取氦三的钛铁矿要多得多，在月球表面几乎遍地都是。据测算，月球表面以撞击玻璃珠形式存在的水资源就有2700亿吨。
　　嫦娥五号采集的月壤样本的撞击玻璃珠
　　除此之外，月球极区由于存在常年无光照的永久阴影区，因此那里可能有在极低温条件下以冰的形式储存的水资源，而这并不包含在上述2700亿吨水资源之内。
　　水资源的存在意味着可以解决两大需求，首先是航天员的生存生活用水可以原位开采，而不需要货运飞船长途跋涉送水，另外水还可以用于制备氢氧发动机所需的燃料，这样一来运载火箭就可以利用月球原位资源进行发射，月球引力是地球引力的六分之一，是更为理想的火箭发射场所。
　　未来，谁率先掌握月球水资源谁就能在月球探测与开发中占据优势地位，而嫦娥七号就是为这件事而来。
　　叶培建院士说的话
　　嫦娥七号四器合一，能力强，责任大，惊喜更多
　　计划于2026年发射的嫦娥七号有4个组成部分，分别是轨道器、着陆器、月球车、飞跃探测器。
　　轨道器是嫦娥七号组合体地月转移飞行、近月捕获等阶段的主控舱段，配置有完善的轨道控制与姿态控制发动机与大量的燃料，除此之外，它还是一颗高价值的月球遥感卫星，搭载有高分辨率立体相机、月球微波成像雷达、宽谱段红外光谱成像分析仪、月球中子伽马谱仪、环月磁强计，其中每一个载荷都是具有国际领先或国际先进水平的载荷。
　　比如，高分辨率立体相机在实现百公里高度0。5全色分辨率的同时，还能实现大于18公里的成像幅宽，目前国际上还没有此等能力的月球遥感相机。再比如，微波成像雷达可以克服无光照条件，直接对月球永久阴影区进行高分辨率成像，分辨率可以达到1米，直接为飞跃探测器规划行进路线服务。
　　飞跃探测器
　　着陆器继承的则是嫦娥五号的平台，但由于着陆环境不同，还是需要进行大量的设计改动，比如月球极区太阳光照射角很低，着陆器太阳翼就不能呈水平展开姿态，而是要设计成近乎于竖直展开姿态。
　　作为月面科研站基本型的首个探测器成员，嫦娥七号还肩负有突破月面定点着陆能力的任务，以往嫦娥系列着陆器应用的惯导结合测距测速修正的自主导航方法与光学避障只能确保探测器着陆的成功率，但还无法实现指哪落哪的定点着陆。
　　嫦娥七号与嫦娥八号构成月面科研站基本型
　　月面科研站需要多个探测器在较近距离范围内聚合，因此必须具备定点着陆能力，而要实现定点着陆目标无外乎两种手段，一种是图像匹配导航，另一种是无线电信标导航。
　　可以预见的是嫦娥七号着陆器最有可能应用的是图像匹配导航，此种方法需要探测器存储着陆轨迹下方的高分辨图像，在着陆过程中探测器自主拍摄图像与储存图像比对，得出姿轨控信息，进而控制探测器精准着陆。
　　嫦娥七号着陆器也可能预置无线电信标机，这样一来待嫦娥八号着陆时就可以验证基于无线电信标导航的定点着陆技术。
　　玉兔三号月球车在着陆器侧壁挂置，该月球车与玉兔系列前两辆月球车设计基本一致，所不同的主要有3点：1。自主能力更强；2。载荷能力更强；3。太阳翼需要竖直展开，以适应月球极区的低太阳高度角。
　　玉兔三号月球车测月雷达外场测试
　　着陆器搭载的飞跃探测器是一个重头戏，它可以看作是一个可以在月球表面反复着陆反复起飞的新型探测器，可以直接飞入永久阴影区撞击坑对水冰资源进行原位探测，直接获取水冰存在与否的直接证据，为后续探测任务指明方向。
　　飞跃探测器起飞效果图
　　飞跃探测器在永久阴影区完成一次探测任务后，再飞到光照区充电，充完电之后再进行下一次永久阴影区探测任务，这种全新的探测器任务风险自然是很高的，科学家希望能够至少探测两个永久阴影区。
　　另外，飞跃探测器甚至可能拓展基于多足行走的月表移动方案，既能飞又能走。
　　另外值得一提的是，我们与NASA的月面科研站选址都看上了月球南极的沙克尔顿撞击坑附近区域，这就意味着两家的航天员或者探测器在未来有可能在月面实现历史性会晤。
　　嫦娥七号着陆选址与NASA阿尔忒弥斯三号登月选址对比，多处重合。
　　月球那么大，为什么要扎堆在一起呢？
　　前文说到，月球极区永久阴影区富含水冰战略资源，而导致永久阴影区存在的原因是月球极区的极夜现象与地形遮挡因素。与地球极区一样，既然有极夜，那么当然也有极昼，这就意味着有连续光照条件，这对于探测器的光电转化是极为有利的，而非极区的月球表面通常在月昼与月夜之间周期切换，不利于探测作业的高效率进行，另外，即便是在极夜区域，高海拔地区仍然可以有连续光照。
　　既要有水冰资源的永久阴影区，还要有连续光照条件，这就导致可供选择用于建设月面科研站的区域缩小，两家站点选址撞车就成了大概率事件。
　　月球南极光照可视化效果图
　　据探月工程总师吴伟仁披露，载人登月将在月面科研站基本型建成之后进行，嫦娥八号2028年就能完成发射与部署，这一时间预期与目前载人登月相关任务进度是匹配的，比如服务载人登月任务的CZ10新一代载人运载火箭与新一代载人飞船组合体到2027年就可以具备首飞条件。
　　要不了多久，中国航天员在月球表面造访中国月面科研站这一梦幻般的画面就能够成为现实。探月工程以往任务多多少少都有前例可循，进入四期阶段后更多的将是月球探测的深水区无人区，厚积薄发的中国航天也必将迎难而上创造更多属于人类的新辉煌。