5月3日下午，胖五成功把嫦娥六号送入了预定轨道，未来它将奔赴月球，从月球带回其月背的“土”特产后，再次返回，历时53天左右。

嫦娥六号成功发射

根据媒体的报道，这次嫦娥六号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。后两项技术主要是首次在月背采样，地月通讯会收到影响。所以，采样和起飞的时候，都必须通讯顺畅，等到鹊桥二号到位后才可以。

嫦娥六号组合体

月背登陆为何轨道要逆行？月球的逆行轨道究竟是什么轨道？媒体采访的时候，其实并没有说清楚。在降落到月面的过程中，必须要先翻转180度。这究竟是为什么呢？在央视直播的时候，已经稍微比下图要清楚一些了。也就是登陆器在月表的姿态是唯一的，它必须“面朝大海”，才能“春暖花开”。

媒体采访时逆行轨道的原因

嫦娥六号突破了月球逆行轨道的技术，那也就是说逆行轨道是嫦娥系列的首次应用。所谓逆行，就是嫦娥的前进方向与某一个物体的运动方向是反的。所以，我先去找了嫦娥五号的运行轨道。这是一张较为流传的轨道图，图中黄线就表示嫦娥5号前往月球的轨迹。

广为流传的嫦娥五号轨道

同学们都知道，地球自西向东自转，月球绕着地球也是自西向东的公转和自转。上图中，黄色发射轨迹与地球自转方向一致，然而当它准备进入月球时，黄色轨迹箭头已经与月球自转轨迹相反了。这图就给我带来了困扰，究竟月球逆行轨道的定义是什么？

猎户座的轨道

某乎上，猎户座飞船的轨迹跟嫦娥5号非常类似。上面两幅图中，航天器就像一个小蜜蜂一样，跳着“8”字舞，仿佛发现了新蜜源。应该是我偷懒了，没有继续深入。于是我甚至认为，通常的登月都是这种“8”字形的轨迹。如果跟通常登月轨迹反过来，那么就是“逆”了。实际上，这是错的。直播中明确提到了，逆行轨道是与月球自转相反的轨道。

正确的嫦娥五号轨迹

正确的嫦娥六号轨迹

一开始，搜到的嫦娥5号轨迹是错的，它相对于月球自转是反方向的。实际的嫦娥5号轨迹如上图。从地球发射之后，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6号的逆行轨道在离开地球的时候，与5号是差不多的，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。

5号与6号的顺逆轨道对比

这里顺便吐槽一下，这些制图的人能不能严谨一些，就这个轨道问题困扰了我半天。如果没有直播，如果没看到上面正确的嫦娥6号轨迹图，我可能还得困扰下去。我甚至还一度以为逆行轨道，是发射的时候要逆着地球自转发射，这得多费燃料啊。

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。

看了央视的直播后，不知道同学们有没有明悟。按照专家的解释，嫦娥6号登月后，它的两个月壤采样装置，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5号来讲，它着陆地点位于北半球的正面，它的太阳能板展开后面朝南面，此时表采也在南方，而钻采就在北方。对于嫦娥6号来讲，着陆地点位于南半球的背面，着落之后要同样满足表采和钻采的方向性，更多的可能是太阳能帆板的方向性。

顺行轨道的时候，慢慢降落后，自然而然地其方向性能够保障了。但是如果到了月背的南半球，顺着下来的姿态就刚好与北半球的着陆姿态相反了。必须采用两种方式来调整，一种是进入月球顺行轨道的时候，找个计划旋转180度，另一种是着陆器分离下降过程中旋转180度。

两种调整方式

事实上，并没有做上述的任何调整。也就是说，嫦娥六号没有额外的动力来翻转其自身的姿态。嫦娥六号的主要动力都是轴向的，提供上升或下降的动力。想要沿着轴向翻转180度，不仅仅是一个侧向发动机那么简单，它不太好控制。转起来容易，停下来难。如果想要实现翻转功能，其额外配备的系统更加复杂。要知道，嫦娥6号本来是个备用机，设计之初就没考虑到让它去月背，也就没有翻转机构了。于是，就采用了逆向轨道的方式，在不动老嫦娥技术的基础上，只需要重新选择一条轨道就可以了。嫦娥结构、载荷之类的研究员就省事了，只不过轨道计算的研究员要头秃了。

嫦娥6号的逆行轨道，很大程度上决定于它本身就是嫦娥5号的备用机，它跟嫦娥5号基本上是一模一样的。而着落地点的变化，要求着陆器的姿态必须有所调整，这里主要应该是太阳能帆板的朝向问题。为了不动嫦娥6号的结构，只能重新选择一条合适的轨道，毕竟“条条大路通罗马”嘛。