嫦娥五号的上升器和着陆器组合体,在笔者码字的同时正在月球风暴洋北部的吕姆克火山边缘降落,而日本在小行星龙宫上的取样也将于12月份返回地球,这是巧了,这两个都属于取样返回,一个远在数个天文单位以外,一个则在抬头可见的月球上,到底哪个更难一些?
隼鸟二号的“龙宫小行星”采样难度有多高?
为什么是隼鸟二号呢?因为隼鸟号在2003年时就已经去往丝川小行星采样,其经历只坎坷堪比唐僧西天取经,遭遇了测控信号丢失、离子发动机故障以及错过返回地球的时间等等,其经历被拍成了电影《隼鸟归来》,看起来还不错!
隼鸟二号探测器
隼鸟二号取样的是编号为162173 Ryugu的小行星,也就是“龙宫”小行星,这是一颗阿波罗型小行星,这种小行星的特征是它的轨道回合地球轨道相交,在小行星分类中,这是属于比较危险的一类,因为从理论上来看,它们有可能和地球相撞!
龙宫小行星的轨道
龙宫小行星的远日点距离为1.415AU,近日点为0.963AU,AU是一个天文单位,距离是日地距离约1.5亿千米,因此去到龙宫距离是不近的。
隼鸟二号在2019年2月22日成功登陆龙宫小行星,并且制造除了人工陨石坑,但随即离开小行星,并于同年7月11日再次成功登陆并采集样品,2019年11月13日,隼鸟二号开始了返航之路,因为它的轨道与黄道面有5.88度的夹角,这个角度下,轨道只要与地球相切,就能返航,但机会就一次,下次就没机会再相遇了,如果同平面共轨,相遇的机会就多了,一次不行那就下次,还有下下次哈。
隼鸟二号利用地球引力弹弓追上小行星
隼鸟二号将于12月底在澳大利亚中南部的伍麦拉伍麦拉火箭试验场着陆,和隼鸟好返回时的着陆点差不多,上次隼鸟号带回来的丝川小行星物质大概只有1500粒肉眼都难以看到的小行星物质,估计只能微克计,不知道这次能带回多少!
隼鸟号探测器
嫦娥五号采样有什么意义?
嫦娥五号是中国绕落回中的最后一环,取样返回的环节,这是嫦娥系列收官之作,不过据说还计划嫦娥六号。它的结构是我国执行过的探测计划中最最复杂的,它的难度就是无人登月再返回,尽管这个任务的前任有美俄已经操作过很多次,但让美俄再来一次登月返回的任务,也同样难度极高!
苏联月球 24 采样返回
阿波罗登月
嫦娥五号的结构有四大部分,分别为轨道器、返回器和着陆器与上升器,其中着陆器上还有迄今为止中国制造过的最为复杂的深空采样结构,表土采样+2M钻深取样,美苏都是表土取样,美国的阿波罗计划到处捡石头,6次任务捡回来了382千克石头和月尘,前苏联三次无人取样带回地球382克,中国这次2M钻深取样尤其让人心动,因为从来没有国家执行过在月球上打洞!
阿波罗11号带回的月岩
尽管美国带回来382千克月岩,但上文说了一个问题是表层,第二个则是取样范围,美国6次登月范围都在月海和附近的高地,NASA从带回的月岩中发现了月球的一个谜团,月球内核早已冷却,再也没有磁场,月球的火山在35亿年前就已经死亡,但月球上有一座最年轻的火山是在25亿年前的,所以美国人迫切想得到这里的岩石以供分析月球死亡与磁场消失的过程。
阿波罗计划取月尘样品
但当美国人想要这些样品时阿波罗计划早就停止,所以只能等下一次重返月球了,而我国的目的性极强,一个萝卜一个坑,第一次登陆是虹湾,第二次艾肯特盆地是太阳系里最古老的撞击坑,第三次吕姆克火山,所以这次样品大家都想得到,你们猜我国会分给哪几个国家?巴铁给不?欧洲给不?美国给不?不妨留言!
中国和日本两种取样,谁更难?
两个不同系列的任务,按理说无法比较难度,不过综合性能指数还是有的,我们不妨从下面几个角度来衡量下!
发射质量&探测器质量
隼鸟二号的质量为609千克,嫦娥五号为8.2吨,很明显这里是嫦娥五号完胜。
H-IIA运载火箭
发射火箭运载能力,隼鸟二号是H-IIA运载火箭,近地轨道运载能力是15吨,嫦娥五号火箭近地轨道运载能力则是25吨,很明显长征五号秒杀H-IIA火箭。
全球大型运载火箭中,嫦娥五号还是名列前茅的,未来的长征9号能力则更强,那是为载人登月准备的。
取样返回结构
隼鸟二号的取样返回结构有两部分组成,一部分是探测器本身,另一部分是返回舱,因为龙宫小行星引力很小,所以不存在所谓的着陆器和上升器,而是探测器一体化的!由于这个探测器本身只有609千克,所以返回舱也是迷你版的,估计不会比隼鸟号的大多数,大概就一个小脸盆大小!
隼鸟一号回来的返回舱
嫦娥五号的结构就有点复杂了,因为月球直径达3470千米,它的环绕速度达1.68千米/秒,所以必须有一个着陆器和上升器两个组成部分,要设计成两个舱段是因为现代火箭技术关系,无法做到既节省燃料又节省结构,所以只能抛弃死重,两个舱段设计也是经典的阿波罗结构。
但这个难度就大了,因为落下去需要从1.68千米/秒下降到0速度,升上来需要从0速度上升到1.68千米/秒,理论上需要双程燃料,落地时还需要悬停自主寻找着陆场等,所以下降燃料要准备得更充分一些,而隼鸟号则没有那么麻烦,不过着陆场选择仍然很困难,因为龙宫小行星同样崎岖不平,而且空地很难找。
取样返回质量
嫦娥五号计划是2千克,隼鸟二号没有公开数据,估计最多只能以克计算,由于嫦娥五号使用了钻月技术而且达2米,结构复杂,质量达到了上百千克(含表土取样结构),所以从取样技术上来说,嫦娥五号应该更难!
嫦娥五号T1实验飞行器
返回地球的速度
嫦娥五号是第二宇宙速度返回,从隼鸟二号轨道来看,相信应该也是第二宇宙速度,但嫦娥五号是半弹道返回,其中还有水漂技术再次跃出大气层二次返回,这个技术不是一般的难,隼鸟二号应该是弹道返回,它的绝热罩应该有更耐高温,当然从返回技术上而言,嫦娥五号要更难。
嫦娥五号返回
测控技术
隼鸟二号和嫦娥五号都需要全球测控网,但隼鸟二号任务历经数年,嫦娥五号任务大约半个多月,另外隼鸟二号对深空的甚长基线定位精度与能力要求更高,对深空测控天线的功率也更高,不过JAXA可以和NASA合作利用他们的深空测控网,而我国只能独立自主!
测控难度上来看隼鸟二号更难!
整体技术上来说,隼鸟二号更偏向与短小精悍型,而嫦娥五号则是大手笔,两者孰轻孰重,明眼人一眼就能看出,各位如有话要说不妨留言。
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