嫦娥六号月背挖土“中”字背后的新质生产力-仿真技术

导读：嫦娥六号完成月背采样之后，月表呈现一个“中”字。@嫦娥六号月球探测器 ：我看“中”！

5月3日17时27分，嫦娥六号探测器在我国文昌航天发射场成功发射，携带着探索未知的使命，顺利进入地月转移轨道。这一壮举标志着我国探月工程进入了新的阶段，嫦娥六号即将开启世界首次月球背面采样返回之旅。它的预选着陆和采样区定为月球背面的南极艾特肯盆地，这是太阳系第二大超级撞击坑，地形复杂多样，科研价值极高。

搭载嫦娥六号探测器的长征五号遥八运载火箭发射瞬间

 一、月球背面探险的意义

月球背面，由于地球的潮汐锁定效应，始终背对地球，成为了人类难以直接观察和探测的区域。与我们熟悉的月球正面相比，月球背面的地理地貌差异显著。嫦娥六号的任务不仅仅是登陆月球背面，更是要在这一神秘区域进行采样返回，这将为人类揭开月球背面的神秘面纱，提供前所未有的科学数据和研究样本。

嫦娥六号的成功发射和顺利入轨，是我国在深空探测领域的一次重大突破。探月工程四期的这一关键任务，不仅展示了我国航天科技的雄厚实力，也为国际月球科研站的建设打下了坚实基础。

月球的近地面（左：面向地球）和远地面（右：背向地球）

 二、嫦娥六号的技术亮点

嫦娥六号探测器高约7.2米，重约8吨，是我国迄今最重的深空探测航天器。它主要由轨道器、着陆器、上升器和返回器四部分组成，分别负责不同的任务：

• 轨道器：负责往返月球期间的动力、能量、通信和交会对接需求。

• 返回器：负责保管月壤采样样本，重返地球大气并安全回收。

• 着陆器：携带上升器顺利降落月球，完成月面打钻采样、机械臂抓取采样和相关科研任务。

• 上升器：负责携带收集的月壤样本，离开月球表面，与轨道器再次对接，将月壤转移至返回器中。

嫦娥六号在设计和技术上突破了多项关键难题，包括月球逆行轨道设计与控制、月背智能采样和月背起飞上升等，这些技术的实现为嫦娥六号的成功提供了强有力的保障。

 三、仿真技术的“中”作用

嫦娥六号的成功离不开仿真技术的支撑。在嫦娥六号的设计、测试和优化过程中，仿真技术发挥了至关重要的作用，确保了其安全性和稳定性。

1、月背挖土仿真技术

针对月球背面的复杂地形和土壤特性，嫦娥六号的研制团队通过CAE仿真技术，模拟了月球表面可能遇到的各种情况，如温度变化、重力影响和土壤特性等。在地面钻削可以使用冷却液降温，而月面钻削却是一个干旱的过程。为了保证钻头的使用寿命和状态，团队进行了详细的仿真模拟，优化了钻削参数。

钻削有限元仿真

2、结构设计优化

在结构设计方面，CAE仿真技术被用于优化嫦娥六号的外形和内部组件布局。通过数值模拟和多物理场耦合分析，工程师们能够在设计阶段发现潜在的应力集中、疲劳和失效模式等问题，并采取相应的改进措施。此外，CAE技术还被用于评估嫦娥六号在各种极端环境下的结构强度和稳定性，确保其能在月球表面顺利完成任务。

3、热控管理仿真

在热控管理方面，CAE仿真技术发挥了重要作用。通过对嫦娥六号的热设计和散热系统进行数值模拟，工程师们能够预测和优化设备在各种工作条件下的温度分布，防止过热或低温导致的设备故障，确保嫦娥六号在月球表面的可靠运行。

4、推进系统优化

在推进系统方面，CAE仿真技术被用于优化推进器的喷嘴设计和燃料选择。通过数值模拟，工程师们能够评估推进器的性能、燃烧效率和排放特性，实现推进系统的最佳设计。CAE技术还被用于分析推进系统在复杂环境下的工作性能，为嫦娥六号的成功着陆和起飞提供技术支持。

5、智能采样仿真

嫦娥六号在月球背面南极艾特肯盆地的智能快速采样，通过钻具钻取和机械臂表取两种方式，分别采集了月球样品，实现了多点、多样化自动采样。科研人员在地面实验室根据鹊桥二号中继星传回的探测器数据，对采样区的地理模型进行仿真并模拟采样，为采样决策和各环节操作提供了重要支持。

四、月面国旗展示系统

6月4日，国家航天局公布了嫦娥六号在月球表面展示国旗的影像。这是我国首次在月球背面独立动态展示国旗。月面温差大、辐射强，普通材质的国旗难以满足要求。研制团队联合武汉纺织大学等单位，攻克了纤维成型、织物织造、印花染色等技术难题，使用玄武岩纤维制成的旗面，确保其能适应月球表面的恶劣环境。

为了保证国旗的最佳成像效果，团队进行了多轮方案评估和地面模拟月面成像试验，确保系统在月球背面能够长期可靠运行。嫦娥六号的成功展示，不仅展示了我国的科技实力，也向世界展示了我国在探月工程中的重要地位。

嫦娥六号在月球表面的国旗展示影像。（国家航天局供图）

 五、未来的深空探索

嫦娥六号的成功只是我国深空探测计划的一部分。未来，我国将在探测行星、彗星、防御小行星和探索太阳系边际等方面继续努力。天问二号探测器计划在2025年前后发射，对一颗距离地球约4000万公里的小行星进行伴飞探测和取样返回。2030年前后，将发射天问三号，实施火星采样返回任务，我国有望成为第一个实现火星采样返回的国家。

航天器复合材料结构仿真分析与试验研究

嫦娥六号的成功标志着我国在探月工程中的又一次重大突破，不仅为人类揭开月球背面的神秘面纱，也为未来的深空探索奠定了坚实基础。仿真技术在嫦娥六号的设计、测试和优化过程中发挥了至关重要的作用，确保了任务的成功。祝愿嫦娥六号顺利归来，带回珍贵的月球样品，为科学研究提供宝贵的数据。点赞我国航天，期待更多的辉煌成就！