就在今天,嫦娥六号从月球发了一条动态,来自月球的神秘包裹正在运输中。也就是说,嫦娥六号的返回器和轨道器组合体,已经在返回地球的路上了。那嫦娥六号是怎么从月球飞回来的呢?
这条路分为三步,其实6月20日就出发了,总共需要5天的时间,预计6月25号着陆。
第一步:点火加速。
嫦娥六号挖到月壤样本之后,是在一条环月轨道上待机了十多天,这条轨道距离月球表面200公里的高度。嫦娥六号就是在这个圆形轨道上开始点火加速,加速之后,圆形轨道就变成了一个狭长的椭圆轨道。
根据国外发烧友收到的无线电信号判断,6月20日嫦娥六号就进行了第一次点火。
今天进行第二次点火,两次点火加速之后,达到了每秒约2.7公里的返回速度V1,就超过了月球的逃逸速度(每秒2.4公里)。
接下来嫦娥六号就会沿着一条类似椭圆的曲线,也就是地月转移轨道,正式踏上了回家的路。
看过我之前的视频就知道,在这一段路上嫦娥六号的发动机就不需要点火了,全靠万有引力加速,速度会越来越快,从月球出发的时候是每秒2.7公里,等四天之后到地球附近了,速度会达到将近每秒11公里。
发动机没点火怎么还会加速呢?
其实这是高中物理学过的,开普勒第二定律,也就是面积定律。
也可以这么理解,月球在地球38万公里高的地方,嫦娥六号两次点火加速摆脱月球引力之后,就主要受到地球的重力作用掉下来,重力势能转化成了动能,所以速度越来越快。
接下来就是第二步:中途修正。
刚刚说了从月球到地球这一段路,只需要靠地球引力加速就可以了,但实际上嫦娥六号还受到了太阳引力、还有一些其他的引力扰动,轨道可能会有一些偏差。所以在半路上还需要利用轨道器的发动机,短时间点火,修正一下轨道。
(嫦娥五号的中途修正,六号差不多)
嫦娥六号出发去月球的时候,也有中途修正轨道的过程,但是基本上误差很小,所以消耗的燃料很少威尼斯在线娱乐。那回来的时候,估计误差也比较小,所以嫦娥六号轨道器可以保留大量的燃料,这一点记下来,后面要考。
那四天之后,嫦娥六号飞过了38万公里,就到了回家的第三步,也是最关键的一步,再入大气层。
第三步,再入大气层!
首先家门口,也就是距离地面只有5000公里的地方,嫦娥六号的轨道器和返回器分离,返回器带着月球快递独自返回地球,而轨道器则会继续飞行。
接下来,返回器就会以差不多每秒11公里的速度,冲进大气层。神舟飞船返回的时候是每秒7.8公里左右,那嫦娥六号的速度比神舟飞船快得多,所以燃烧会更加剧烈,局部最高温度可以达到两三千度,这也是返回地球最难的部分。
但是不用担心,嫦娥六号的返回器采用了一种“半弹道式”的再入轨迹,通俗点说就是打水漂,其实就是非常精确地控制再入大气层的角度,第一次先在大气层中滑行一段,然后在激波的作用下,被弹回到太空,接下来第二次再进入大气层。
这个时候因为已经先减速过一次了,速度已经降下来了,第二次返回的时候,温度就不会那么高了,降低了隔热防护的难度。嫦娥六号这个技术已经得到了验证,因为它的双胞胎姐姐嫦娥五号,已经成功进行过一次了。
利用大气层打水漂做“二次减速”,是月球飞船必须突破的难关。
1968年美国阿波罗8号飞船,以及1969年的苏联“探测器7号”无人月球飞船,都成功实现了“二次减速”返回地球。
(鲜为人知的苏联探测器7号登月飞船)
(探测器7号环绕月球时拍摄的地月合影)
我们国家嫦娥五号,是世界上第三个实现“二次减速”,但是我们有后发优势,我们的二次弹道轨迹有更大的优化,精度非常高。
2020年,我国新一代载人飞船做了一次5000公里高抛弹道的再入试验;
2022年,美国“阿尔忒弥斯计划”的“猎户座”飞船也成功进行了返回试验。
目前这个地球上,只有中国和美国拥有能从月球返回地球的载人飞船。
(我国新一代飞船试验后)
那嫦娥六号返回器6月25日在四子王旗着陆之后,科学家们就可以拆包裹了。但是你以为嫦娥六号的任务到这里就结束了吗?不是的,主线任务结束了,但是副本才刚刚开始。
嫦娥六号轨道器在5000公里的家门口分离之后,这时还会保留大约200公斤的燃料,别忘了它这个时候速度还有每秒11公里,所以它会绕地球转半圈,然后又飞回月球,接下来靠着这200公斤的燃料,它几乎就是一个全新的月球探测器,会继续执行月球科研任务。
(最终只有返回器回来,而轨道器成为新的探月卫星)
嫦娥五号的轨道器就是这样,回到月球之后一直工作到现在,这四年以来,嫦娥五号去过很多人类从没去过的地方,执行了很多秘密任务。
现在嫦娥五号的燃料基本用完了,它可能会在月球上找一个归宿,接下来的故事,就交给嫦娥六号去书写了。为了星辰大海,它们也是前赴后继,奉献了自己的全部。
(嫦娥五号的返回器,算是缩小版的神舟飞船)
这里预祝嫦娥六号返回器平安归来,轨道器一路顺风!
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