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月球上没有发射塔,嫦娥五号落月挖土后,怎样返回地球?

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  11月30日凌晨4点40分,嫦娥五号探测器组合体在月球轨道上成功分离,它将于12月1日在月球正面风暴洋北部的吕姆克火山登陆!

  

  组合体进入月球轨道

  嫦娥5号的登陆行动是如此引人瞩目,因为这是自1976年来第一次有探测器将要从月球带回样品,而且是月球上年轻的吕姆克火山,这里的月岩样品炙手可热,NASA阿波罗计划带回的月岩不再是唯二(前苏联带回了384克,自己用还不够呢)!

  

  但估计有一个问题横亘在大家面前,这嫦娥五号怎么回来呢?从海南文昌发射时那巨大的发射塔还记忆犹新,这转眼就到了月球,又没人建造发射塔,它是怎么回来的呢?

  

  嫦娥五号得先下去,才能考虑回来

  30日凌晨轨道器与返回器和着陆器和上升器分离后,两者都在距离月面200千米的轨道上运行,准备登陆时,着陆器和上升器组合体会进入一个近月点为15千米的落月轨道,当然你不用怀疑,近月点的就在吕姆克火山上空附近。

  

  由于月面无大气环境,所以探测器可以非常接近月面,但很少会低于15千米,几乎就是是登月专用轨道,到近月点时候着陆器上的主火箭发动机点火,组合体正式进入登月下降曲线!一般会经历如下几个阶段:

  1、距月面15公里:

  主动减速段,探测器实现动力下降,速度从相对于月面的1.68千米/秒速度逐渐降低到零

  2、距月面8公里:

  快速调整段,探测器进行快速姿态调整

  3、距月面6公里:

  接近段,探测器不断接近月球

  悬停段,对障碍物和坡度进行识别,在大约2千米左右时会金星光学初避障,识别出月面上大的障碍物,首先要避开这些区域。

  4、距月面100米

  避障段,100米时会精确避障,利用激光扫描精准避障,自主避障距月面30米

  缓速下降段,组合体会自主选定相对平坦的区域后,开始缓速垂直下降

  最后在反推发动机和着陆缓冲机构辅助下,组合体将成功着陆于月球表面没有障碍物且相对平坦的位置!

  

  嫦娥五号8.2吨的飞船,只为取这2千克月岩?

  嫦娥5号着陆器上的机械臂和钻探设备会在接下来的时间里筹备如何钻孔取样,为了钻取2M以下的月岩,月球表面的钻探结构重达70-80千克,加上表面取土结构也要几十千克,这100多千克占了组合体的很大比例!

  

  机械臂展开取样示意图

  另外为了保护这2千克月岩,还需要容器将其送回来,如何保证这些月岩能到达地球,这又是一套极其复杂的结构,当年前苏联第一次无人取样,带回来180克左右,还是月球表面的岩石和土壤,所以这2千克是非常不容易的!

  嫦娥五号采样完毕,它怎么回来?

  要了解它是怎么回来的,我们得先来了解嫦娥五号的结构,自阿波罗登月以来,几乎所有在月面上登陆并且重新返回的结构都类似,都是着陆器和上升器组成,这不是互相抄袭,而是工程技术上妥协的结果!

  

  嫦娥五号月球采样返回器结构图

  因为现代火箭的比冲都差不大,即使有高低还是处在同一个量级,因此在月面返回阶段尽可能丢掉下降到月面时已经用过的死重是最明智的选择,所以原本是单级火箭的登月组合体,被强行分成了两个结构,一个下降的着陆器,另一个则是上升的返回上升器!

  

  而这个着陆器鞠躬尽瘁后还要被狠狠的踩上一脚,因为上升器需要踩着它的尸体回来,上升器直接在着陆器构成的平台上直接点火起飞,然后将上升器加速到1.68千米/秒的速度,在200千米的轨道上和轨道器对接!

  

  上升器与轨返组合体在月球轨道交会对接示意图

  其中样品转移也会在轨道上完成,样品转移工作完成后,上升器也会被狠狠的抛弃,轨道器会在月球轨道上带着返回器,点火加速,一直到2.4千米/秒的月球逃逸速度,它将逃离月球返回地球!

  

  接下来就是返回器的重头戏了,和嫦娥五号的T1试验飞行器一样,轨道器和返回器组合体在临近地球轨道时候会将返回器分离,然后轨道器将以第二宇宙速度与地球擦肩而过,而返回器则开始进入返回轨道!

  

  由于是第二宇宙速度返回,无法直接减速,因此会有一个水漂弹道减速的过程,这个咱已经轻车熟路了,顺利的话它将在传统的内蒙古降落场落地,给大家带回月球是如何死亡的信息。

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