2000平方公里的着陆区还不够?专家:嫦娥五号落地难度很高

地球就在前方!

大家千盼万盼的嫦娥五号姑娘,终于正式踏上回家之旅。在环月轨道停留了6天,等待月地入射窗口,为什么要等这么久?

嫦娥五号环绕等待6天后启程回家

众所周知,探月任务是极其细致且严谨的科学活动,其难度正如古人所说,“失之毫厘,谬以千里”,探月路上每一步都充满了风险与挑战。

一个航天器要从月球回到地球,遥遥38万公里,而月球也在不停地绕地球相对运动。

就像打一个巨大的“运动靶”,航天器的出发时间与角度,稍微有些偏差,最终都有可能导致任务失败。

复杂的月地相对位置

要么与地球擦肩而过,飞往茫茫的星辰大海,要么直接撞入大气层,在大气层中烧毁,一切归零。


不是有发动机可以随时调整吗?

利用小型发动机进行轨道修正确实需要,本次嫦娥五号返回也计划进行6次轨道修正,但有一个大前提是时间点和大方向没问题。

嫦娥五号计划返回轨道

相对而言,现有火箭的推力并不高,嫦娥五号任务环节多,各探月装备的重量大,有限的载荷需要统筹分配。

也因此嫦娥五号返回组合体携带的燃料很有限,不可能随便乱跑,一旦走了弯路,燃料不够用,很可能就是不能按预定时间点到达再入点,最后前功尽弃。

所以,在燃料有限的情况下,航天专家会对返回轨道进行精确地计算。

这其中需要考虑嫦娥五号在月轨的位置、月地相对位置、月地对航天器的引力影响、再入返回的方式以及着陆点的位置。

把所有这些因素都考虑进去,最后能选择的时间窗口非常有限。

之所以要在月轨等待6天的时间,也是为了寻找最佳的“打靶”窗口。


此外,嫦娥五号再入地球的速度接近第二宇宙速度,这么高的速度如果直接进入大气,很容易在与大气剧烈摩擦中烧毁,所以得有个缓冲的再入方式。

即“半弹道跳跃式”再入方式,被形象称为“打水漂”。

很多朋友都打过水漂,具体的解释网上已经有很多介绍,这里就不啰嗦了。

如上图所示,参照2014年嫦娥5 T1试验器的返回过程,当嫦娥五号再入下降到距离地面60公里左右的高度时,返回器的特殊构造会与大气相互作用,产生上升力,让嫦娥五号再次跳出大气层,然后再次进入大气层。

最后沿着抛物线下落,到距离地面10公里的高度,降落伞会打开,最终降落至预选着陆区四子王旗。


2000平方公里还不够?

四子王旗是隶属于内蒙古乌兰察布市的一个市辖旗,北与蒙古国接壤,南与呼和浩特市武川县交界。

四子王旗着陆场位于内蒙古中部的阿木古郎大草原,是我们国家最主要的航天着陆场,与美国肯尼迪航天中心主着陆场、俄罗斯载人航天住着陆场齐名。

从神舟一号到神舟十号飞船,全部在四子王旗成功着陆,面积达2000多平方公里。

这里地势平坦开阔,人烟稀少,空气能见度高,很适合飞船着陆。

神舟五号着陆点纪念碑

嫦娥五号预选着陆区也选在四子王旗,落点范围大概有2000平方公里,听上去感觉挺很大吧,为什么专家说准确落地仍然很难?


2000平方公里的面积,放在地面上看确实大,但从60公里-80公里以上的高度看,其实就是很小的一块。再加上前面所说,要采用“打水漂”的方式再入,嫦娥五号行进轨迹并非单一的抛物线,有比较复杂的轨迹。

曾参与嫦娥5 T1试验器返回测试的专家说,再入角度只能在正负0.2度角范围内,超出这个范围,就很难如期降落。

在超高空瞄准这么小的一块地,需要保证超精确的再入角度,还要求走一段诡异的曲线再降落,难度可想而知。


总结

据航天科技集团官网消息,此次嫦娥五号探月任务,计划23天完成。

从11月24日凌晨在海南文昌发射场发射到现在,时间已经过去大半。

月面自动采样封装、月面起飞、月轨无人自主对接、样品转移储存,大概70%的任务已经圆满成功,现在到了最后返回再入阶段,也是最重要的历史性时刻。

难度虽大,但航天专家通过2014年的返回试验已经掌握了关键技术,很大程度上提高了再入返回成功率。如今,四子王旗已严阵以待,静静守候着“天外来客”的降临。

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