万众期待的嫦娥六号正在返回地球,而且已经离到家已经不远了,预计将于6月25日13时41分至14时11分之间在内蒙古四子王旗着陆。返回器采用半弹道跳跃式再入,轨迹将飞越多个国家,一旦发生偏移,珍贵的月背样品会被偷走吗?
嫦娥六号是5月3日发射的,5月8日到达月球附近。之后算上绕月、着陆、上升和环月交会对接,嫦娥六号在月球那边一直呆到了6月20日。6月21日0时左右,嫦娥六号轨返组合体在近月点再次点燃了4台150牛发动机,完成了第2次月地转移入射,才终于离开环月轨道,正式踏上了返回地球家园的旅程。
在着陆前,轨返组合体还将进行1至3次轨道修正。当嫦娥六号距离地球约5000公里时,返回器和轨道器将分离。轨道器随即采取规避机动,返回器则以打水漂的半弹道跳跃方式再入大气层,飞越印度、尼泊尔等国后,才会进入我国。
所谓半弹道式就是指航天器再入时会利用空气产生的升力,能够控制方向,落点精度高。嫦娥六号的返回器的形状与神舟飞船类似,呈钟形,当飞船前进方向与对称轴不在同一直线上时,就会产生升力。而半弹道跳跃式再入则是指航天器会有两次进入大气层的过程,也就是传说中的打水漂。
这是由于嫦娥六号是从38万公里外的月球归来的,速度会越来越快。飞到地球附近时,与地球的相对速度已经接近11.2公里/秒的第二宇宙速度,远远高于载人飞船的载入速度,后者只有不到7.9公里/秒。在这样的高速下,如果像载人飞船那样直接再入,与大气层的摩擦将异常剧烈,气动加热和压力会非常大,对嫦娥六号的耐热和抗烧蚀能力将带来极大的挑战。
因此,嫦娥六号没有选择像阿波罗飞船那样直接进入大气层,而是采取了半弹道跳跃式再入,即选择一个合适的角度和姿态,在120公里高度第一次再入大气层。当返回器下降到60公里高度时,将会在空气阻力产生的升力作用下向上反弹,再次提升高度飞出大气层,宛如打了一次“水漂”。
此后,返回器最高将达到100至140公里高度,然后再次下降,第二次再入大气层。这时返回器的速度已经大大降低,降到了第一宇宙速度7.9公里/秒左右,就可以像载人飞船那样进入大气层着陆了。大家应该能看出来,半弹道跳跃式再入的过程要比直接再入复杂得多,很像高超音速武器采用的“桑格尔弹道”,对航天器的控制提出了更高的要求。
由于嫦娥六号原本是嫦娥五号的备用航天器,着陆地点也与嫦娥五号相同,因此有理由相信嫦娥六号的再入轨道与嫦娥五号也差不多,都是从印度洋上空开始第一次再入,在阿拉伯半岛与印度之间的阿拉伯海上空,嫦娥六号将达到第一次再入的最低点(60公里)。之后高度会逐渐升高,飞越印度领土,并在尼泊尔和我国边境附近达到最高点,之后便会进入我国境内。
在嫦娥五号返回时,负责第一次再入测控的是我国的远望三号测量船,现在排水量达27000吨的新一代远望七号测量船已经进入印度洋,就是为了完成嫦娥六号再入大气层的测控任务。
在飞过青藏高原之后,嫦娥六号将第二次再入,并在内蒙古的四子王旗着陆场着陆。从第一次进入大气层开始算,嫦娥六号返回器需要飞行6500多公里,轨迹经过了印度、尼泊尔和我国上空,着陆点距离蒙古国只有几百公里。这样就带来了一个问题:如果嫦娥六号的再入轨道出现偏差的话,会不会落到其他国家境内呢?
从再入轨迹来看,并非没有这种可能性。再入大气层的时间和位置是由轨返组合器的月地转移轨道参数决定的。如果轨道出现偏差,再入点会偏离,后续的着陆点就会偏差非常大,几千公里都是有可能的。
而返回器实现“打水漂”弹道是有条件的,需要返回器在大气层中保持一个特定的角度,才能产生足够的升力。如果姿态没保持住,就无法产生升力,这就变成了“弹道式”再入,将直接落到地面。如果发生了这种情况,就存在返回器落入印度境内的可能性。
嫦娥六号返回器装载了约2公斤月背样品,这些月壤和月岩异常珍贵,是人类首次获得月球背面的样品,连美国人都没有,因此成为全世界科学家都梦寐以求的研究对象。而印度在探月方面也颇有雄心,先后发射了月船1号、2号和3号,其中月船3号成功软着陆,虽然只工作了还不到10天,但也算完成了预期目标。
印度还计划在2026年发射月船4号,像嫦娥五号那样实现月球采样返回。看的出来,印度对月球上相当在意的,对嫦娥六号里装的月壤肯定也十分觊觎,巴不得想分到一些。如果嫦娥六号不小心掉到了印度的国土上,印度会不会把月壤据为己有呢?
印度月船3号
除了印度之外,另一个需要注意的是蒙古国。该国虽然不在嫦娥六号的飞行轨迹上,但距离四子王旗着陆场却只有几百公里。如果嫦娥六号的飞行方向出现了偏差,着陆点大幅偏离预定着陆点的话,也存在偏到蒙古国境内的可能。虽然蒙古自己并没有什么航天计划,但要是真的拿到了这么珍贵的东西,会不会也动起心思呢?
航天器偏离着陆场的事情并非没发生过。1965年,苏联宇航员阿列克谢·列昂诺夫和巴维尔·别利亚耶夫乘坐“上升-2”号飞船升空,完成了人类第一次太空行走。那次太空行走惊心动魄,列昂诺夫差点儿没能回到飞船。在飞船返回时定位系统又出现故障,宇航员被迫采用手动着陆,落点偏差达到了数百公里,最后降落在了西伯利亚一片原始森林中,24小时后才被找到。
1969年1月18日,苏联的“联盟5号”载人飞船在返回时姿态不正,防热大底未能朝向下方,被迫进入无升力的弹道式再入,落点偏离高达2000公里。2003年,美国首次使用俄罗斯的“联盟-TMA1”载人飞船从国际空间站返回,结果偏离预定着陆点460公里,与莫斯科控制中心一度失联2个多小时。
实际上,任何航天器都不能排除着陆偏离的可能性,我国的神舟飞船也曾在全球范围内,划设了10个自主应急着陆区,其中3个在境内,7个在国外。国外着陆区分布在澳大利亚、美国、南美、北非、中东等地区。
那么回到这个问题:万一这次嫦娥六号返回器真的在别国境内着陆了,月壤会不会被别国收走强占呢?这个大家倒是可以放心,理论上是不可能的。
1967年,联合国外空委制定的《关于各国探索和利用外层空间包括月球与其他天体活动所应遵循原则的条约》生效,简称外空条约,该条约是国际外层空间法的基础。1968年,另一个《营救宇航员、送回宇航员和归还射入外层空间的物体的协定》生效,简称营救协定。
根据外空条约与营救协定的规定,对于射入外层空间的物体、降落于地外或建造于地外的物体及其组成部分的所有权,不因其出现在外层空间与地外天体或返回地球而受影响。该物体或其组成部分如果出现在其发射国境外,其他国家应将其交还发射国,在归还之前可以要求发射国提交证明材料。当然,履行寻获和归还空间物体或其组成部分义务所花的费用,应由发射国支付。
因此,即使嫦娥六号落入了他国境内,他国也不能将其据为己有,而且有义务将其交还给我国,而产生的费用是需要我国来支付的。假如返回器对地面造成了损失,我国应该给予赔偿。这下大家搞明白了吧,按照联合国的公约规定,月壤是不会丢的!
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