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嫦娥五号即将迎来高难度挑战,这是人类航天史上的第一次

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  在最近这段日子里,相信大家在仰望天上明月的时候,都有一种特别骄傲的感觉,原因当然就是我们发射的嫦娥五号了。2020年12月2日22时,嫦娥五号在经过了大约19个小时的月面工作之后,已经完美地完成了在月球表面的自动采样以及封装工作,接下来,嫦娥五号即将迎来高难度挑战,这是人类航天史上的第一次。

  

  简单来讲,嫦娥五号的任务可以分为7个步骤,分别如下。

  

1、从地球表面发射升空
2、飞到月球的上空
3、在月球表面着陆
4、在月球表面采样和封装
5、从月球表面起飞
6、飞到地球的上空
7、返回地球表面

  

  可以看到,目前嫦娥五号已经完成了前4个步骤,而下一步就是从月球表面起飞,然而难度最高的并不是如何起飞,而是接下来的在月球上空的交会对接工作,这是衔接上述的第5步和第6步的关键环节,具体点讲就是,从月球表面发射升空的“上升器”与环绕月球运行的“环绕器”在月球上空完成对接,以便将月球上采集到的样品转移到“返回舱”。

  这个环节的难度到底有多高?

  

  月球上是没有发射场地的,所有的发射装置都必须要嫦娥五号自己携带,如上图所示,在从月球表面起飞的过程中,嫦娥五号的“着陆器”充当了发射架的角色。

  由于“着陆器”下方有一个缓冲装置,它不是刚性的,再加上月球表面的地形问题,因此我们就不能精确地预判“上升器”在升空时的角度,换句话来讲就是,“上升器”的上升轨道是不确定的。

  

  (想象图)

  一方面是上升轨道不确定的“上升器”,另一方面是在环月轨道上高速运动的“环绕器”,大家可以想象一下,要让这两者在月球上空完成精准对接的难度有多高。重要的是,燃料是有限的,这就意味着,所以我们必须要在有限的时间内完成这一环节,而更重要的是,这一切都是在无人的状态下完成的。

  很明显,这需要一系列的复杂计算以及精确调整,稍微出一点点差错就可能会导致前功尽弃,正因为如此,在过去的日子里,美国和前苏联都没有尝试过在月球上空的无人交会对接,而嫦娥五号此次的挑战,是人类航天史上的第一次。

  

  (想象图)

  

(注:美国的阿波罗任务是“有人”的,而我们的嫦娥五号则是“无人”的,相对来说,后者在这个环节上的技术难度要高得多)

  为什么嫦娥五号要去挑战这个高难度,直接飞回地球不行吗?

  我们都知道,除了美国以外,前苏联也曾经成功地从月球上带回了月球样本,但与美国的382公斤相比,前苏联带回的月球样本少得可怜,其无人探测器“Luna 16”、“Luna 20”以及“Luna 24”带回的月球样本分别为101克、30克和170克。为什么会这样呢?原因就是前苏联没有采用在月球上空的交会对接技术。

  

  (Luna 16采样示意图)

  虽然月球的引力比地球小得多,但是要从月球表面起飞仍然需要大量的燃料,而如果要让探测器直接飞回地球的话,探测器本身还会因为复杂的设计而变得非常“笨重”,于是就需要更多额外的燃料,这无疑大大地增加了发射的压力(无论是从地球上还是从月球上)。

  相对而言,采用了交会对接技术,就可以让探测器“轻装上阵”,这样就可以减少燃料的携带量,从而带回更多的月球样本,而这就是嫦娥五号能够一次性带回2公斤月球样本的原因。

  嫦娥五号能够顺利地完成无人交会对接吗?

  

  (“神舟”与“天宫”)

  在过去的日子里,我国已经熟练地掌握了在近地轨道上的无人交会对接技术,虽然此次的工作是在38万公里之外进行,但是我们的设计师们早已精心设计了一系列的关键动作,这足以保证嫦娥五号完美地实现对接。我们对此应该保持强大的信心,相信嫦娥五号一定会成功归来。

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