“嫦娥五號”這次要完成登月挖土返回任務,整個過程特別像當年美國阿波羅飛船的探月過程,其本質上也可以看作是一次小型無人版的阿波羅載人登月。美國已經完成了6次載人登月任務,其設計非常完善,技術已經相當成熟,航天工程本身就冒著巨大的風險,而在我們國家航天經費還是非常緊張、國力還沒有達到非常強盛的情況下,借鑑它國的經驗,讓我們少走了很多彎路,提高成功的可能性。
我們可根據現實版的美國阿波羅飛船設計,結合我國目前已公開的登月及返回計劃瞭解一下這次我國“嫦娥五號”的整個探月過程,哪些設備回來了,哪些留在太空中或月球上?
上圖中,“嫦娥五號”由軌道器、返回器、著陸器、上升器四部分組成,全重8.2噸左右。它與“嫦娥四號”最大的不同是增加了返回任務,在太空中完成一次無人對接,難度非常大,可以稱之為我國最複雜的一次航天探測任務。
“嫦娥五號”由四部分組成,根據任務要求不同,整體上又可分為上下兩大部分,一部分是由軌道器和返回器組成的返回艙,用於返回地球,另一部分是上升器和著陸器組成的登月艙,實施著陸、登陸月球。
最初胖五火箭把“嫦娥五號”整體送入太空,脫離地球的引力束縛,經過地月轉移,進入月球軌道,在此上下兩大部分進行分離,返回器與軌道器構成返回艙在月球軌道上停留,開始在月球軌道上轉圈圈,等待完成挖土任務的上升器返回。
“嫦娥五號”登月艙分成兩級,下半截是下降級——著陸器,用於登陸月球。上半截是上升級——上升器,返程的時候與返回器對接,而著陸器要承擔兩項任務,一是著陸器,完成落月任務,取土返回時,充當火箭發射架,點火啟動後把上升器送回來。此時著陸器已經完成了它的使命,把它就留在了月球上,日夜守望月球了。
上升器攜帶著2公斤月壤返回到了月球軌道上,開始與等待著的返回器對接。對接完成後,上升器中2公斤月壤轉移到返回器中,上升器已經完成使命,開始與軌道器分離,也就留在了太空中。
目前只剩下軌道器和返回器,此時軌道器開始點火,把返回器送回地球,降落到地面上,從此完成了整個探月過程。軌道器實質上就是火箭發射器,完成任務後,就留在太空中成為太空垃圾,四個部分只有返回器回來了。
“嫦娥五號”是地月系天體系統裡的一次航天探月過程,由於地球與月球的引力不同,地球引力大,逃逸速度大,需要的火箭發射動力也大,加之起初還要承擔起整個嫦娥五號所有設備重量,為此火箭的推力就非常重要,這是最重要的一個環節。
月球引力小,是地球的六分之一,那麼月球上第二次點火,送上升器返回,而且著陸器也要丟棄,則不需要火箭太大的推力,所以第二次點火相對地球來說掙脫月球引力要比地球輕鬆一些,但由於在月球上點火,還是無人操作,增加了難度,這是我國首次完成該項任務,處於實驗階段,存在著很高的風險。
上圖是著陸器轉為發射架,離開了月球,返回月球軌道的畫面
“嫦娥五號”這次探月過程,難度最大的是落月,還有從月球上返回。從以往其他國家失敗的教訓來看,多是在這一階段發生的。著陸器要承擔著兩項任務,一是著陸過程要選擇地點,避障,緩衝,下落時通過燃料減速,防護設備不能損壞,二是這次還要把上升器送回來,相當於把一個小型的火箭發射架投放到了月球上,有較高的難度。還好,嫦娥四號落月難題技術已突破,也很成熟,這次還是非常有把握的。
這次“嫦娥五號”是一次完整的載人計劃的微縮版,總重量不大,才8.2噸。美國阿波羅11號登月時有3人,阿姆斯特朗與奧爾德林在月球上插小旗,蹦蹦跳跳,晃盪了一圈,就是大家在網上看到的場面,而柯斯林卻留在了指令艙中,相當於咱們嫦娥五號的返回器。載人後要增加很多設備,並且提高了總重量,美國衛星五號運載能力達到幾十噸,月球軌道45噸,近地軌道118噸,這對我們國家來說,下一次登月首先得有一個更大推力的胖五出現,才能完成載人探月計劃。
未來我國探月工程有3個人登月的話,如果按照阿波羅11號的實施方案,得有一個人留在返回器中,迎接從月球中返回來含有2個人的上升器,對接完後,2個人轉移到返回器,3人團聚後回到地面,這個過程要求更高,每一個環節都不能出一點兒差錯,否則的話功虧一簣。
這次我國將以嫦娥5號為標誌,完成無人探測階段後,工程將開啟載人登月階段,這將是繼美國之後,我國將成為載人登月的第二個國家,也將面臨著更高的機遇和挑戰。
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