不知不覺間,中國嫦娥六號已經升空十幾天了。最近幾天,除了聽說它進行了一次近月煞車之外,似乎沒有更多新的消息了。
航太專家指出,這次探月任務,持續時間比較長,全程需要53天,共有11個步驟。很多人會好奇:為什麼嫦娥六號要這麼久才能完成任務?想當初,嫦娥五號只花了24天的時間,就完成了從發射到把樣品帶回地球的整個過程,為什麼二者差了幾乎整整一個月?還有當年的美國阿波羅11號,更是只花了8天就回來了,這又是怎麼回事呢?
今天,咱們來聊聊嫦娥六號任務的完整過程。全文較長,看不完的朋友記得收藏。
運載發射
2024年5月3日,搭載嫦娥六號探測器的長徵五號遙八運載火箭,在中國文昌航太發射場點火發射。經過2000多秒的飛行,嫦娥六號探測器準確進入預定軌道,太陽帆板順利展開,這標誌著本次發射任務的圓滿成功。
從發射的過程來看,嫦娥六號和以往的許多任務似乎沒什麼不同。但只有內行人知道,為了達到能量最優的結果,確保任務取得的成果最豐富,本次發射任務只有很窄的發射窗口,才能滿足地月轉移軌道(LTO)的時間要求。用網路上的話來說,中國航太人曾經非常努力,才讓這次發射看起來毫不費力。
地月轉移
發射成功的嫦娥六號探測器,會沿著地月轉移軌道前往月球,這個過程大約在5天左右。這個地月轉移軌道,是一個偏心率極大的軌道,近地點200公里,遠地點41萬公里。當嫦娥六號抵達遠地點時,月球也恰好運行到這裡,這是一趟雙向奔赴的旅程。
說得通俗一點,地月轉移軌道就是讓嫦娥六號幾乎是自然地繞著地球公轉,才能極大程度上節約自己在調姿、定向、軌道的抬升、變軌等過程中的推進劑消耗。為了滿足這個要求,其入軌精度要求也非常高,對中國航太人來說確實是一大挑戰。
近月制動
為了盡快趕到月球,我們必須讓嫦娥六號獲得極高的速度。但這個速度超過了月球的逃逸速度,所以在來到月球附近時,嫦娥六號必須減速。這款「煞車」的力道也需要非常精準,如果煞車力道不夠,嫦娥六號還是會錯過月球;煞車力道太大的話,就有可能在月表墜毀。經過近月制動,嫦娥六號將會進入200km*8600km的大橢圓環形軌道。
5月8日,在北京航太飛行控制中心的精確控制下,嫦娥六號探測器成功實施近月制動,順利進入環月軌道飛行。
環月飛行
進入繞月軌道後,嫦娥六號就會迎來長達20天的環月飛行階段。在這個階段,嫦娥六號需要在鵲橋二號中繼星的支持下,持續調整軌道的高度和傾角,尋找最適合著陸的時機。
首先,嫦娥六號在遠月點附近釋放了為巴基斯坦攜帶的中巴立方星ICUBE-Q衛星,後者隨後拍攝了月球照片,宣告自己的工作生涯開始。
接下來,嫦娥六號還要再進行一次製動,進入200km*2200km的橢圓停泊軌道。最後,還要再煞車一次,來到200km*200km的圓軌道。由於這次是在月球背面著陸,軌道設計方面有窗口的約束,難度遠超過嫦娥五號,所以環月飛行的時間也比此前增加了8天。
著陸下降
嫦娥六號包含了上升器、登陸器、返回器和軌道器四大部分,其中前兩部分和後兩部分又各自形成組合體,進行不同的工作。
著陸器攜帶上升器從軌道器-返回器組合體分離,著-上組合體經過兩次降軌,進入近月點15km,遠月點200公里的橢圓軌道。
著-上組合體要先與鵲橋二號建立通訊鏈路,通過中繼星的幫助,設施為時約15分鐘的動力下降和著陸。計畫中的著陸點,位於月球南極-艾特肯盆地內,就是裴照宇所說的「阿波羅盆地」 。在此期間,軌-返組合體繼續繞月飛行,等待接上升器回家。
月面工作段
著-上組合體完成著陸後,首先會打開全景相機,對周圍環境進行成像,這是展開下一步活動的關鍵。嫦娥六號會透過不同的方式取得月球樣本,那就是鑽取和表取,這些樣本會經過嚴格的封裝措施,確保樣本能夠完好地回到地球。再加上月背採樣,中繼通訊會受到限制,這次採樣的難度和技術也超過嫦娥五號,對中國科技也是新的挑戰和突破。
月表採樣的時間將控制在48小時之內,在這個過程中,月球礦物光譜分析儀、月壤結構探測器以及我們攜帶的國際科學載荷法國氡氣探測器和歐空局的月表負離子分析儀將會展開科學探測。
喔對了,在完成這一階段前,嫦娥六號還會展開特製的國旗,向月球、向全世界宣告中國的航太科技和為人類科學事業做出的傑出貢獻。
月面上升段
在沒有航天設施的月表,著陸器將充當"火箭發射平台",返回器充當"火箭"。經過約6分鐘的時間,進入近月點15km,遠月點180km的上升目標軌道──這個過程和嫦娥五號是一樣的。
上升器經過4次軌道機動,最終導引至高度210km的環月圓軌道上。在此之前,軌-返組合體也沒閒著,不僅繼續進行多項科學研究,而且已經經過了大約4次調相,其軌道也調整到了迎接上升器的狀態。
交會對接段
在上升器距離約50km,上方約10km的時候,軌-返組合體就會開始靠近並展開交會。接下來,上升器內的樣本會轉移到返回器內,它就算是完成了全部的使命,雙方分離。
環月等待段
分離之後,軌-返組合體不會馬上返回地球,而是需要花費的時間也長達14天,等待月地轉移窗口。在經過兩次月地轉移入射機動後,進入月地轉移軌道,展開回家的旅程。
月地轉移
和前往月球時一樣,回程的路程也需要差不多5天的時間。在這個過程中,地面控制人員會隨時監控嫦娥六號的飛行狀態,並根據需要進行1~3次的修正。
在距離地球上空約5000公里時,返回器和軌道器將會解鎖分離。軌道器完成既定使命,然後採取規避機動的措施。根據屆時軌道器剩餘燃料等情況,例如嫦娥五號的軌道器,由於狀態良好,送回返回器後就進入日地第一拉格朗日點,繼續進行新的探測任務。
再入回收
接下來,返回器則會採用半彈道跳躍式再入的模式返回地球大氣層,這種模式也被形像地稱為「打水漂」。嫦娥六號的返回器以接近第二宇宙速度(11.2公里/秒)在約120公里的高度返回大氣層,再入速度非常高,會面臨氣動過載和熱流密度大等問題。
這種跳躍式的飛行可以讓返回器以較小的再入角再入大氣層,依靠升力再衝出大氣層,做一段彈道式後再次再入大氣層,從而夠降低再入過載和熱流密度,並能夠在較大範圍調整落點。蘇聯的「探測器」6號和美國的「阿波羅」月球探測器都採用這類型軌道,中國想要在未來實施載人登月,就必須掌握這個技術。
嫦娥六號返回器被安排在四王子旗著陸場,在著陸完成後,地面搜索回收力量將會在48小時內完成回收工作,我們的科學家就可以申請樣本展開研究啦!
美國的反應
嫦娥六號任務的發射,標誌著中國距離開發月球更近了一步。行百里者半九十,不到最後關頭,絕對不能鬆懈。我也相信咱們的航太人,可能沒有問題,能夠再創佳績!
但對於中國所取得的航太成就,美國卻有點眼紅。最離譜的是,現任美國太空總署局長比爾·尼爾森竟然說出了一句非常無知的話:
月球的背面永遠處於黑暗,美國人不打算去那裡。
美國抹黑中國航太已經不是一次兩次了,他們將航太、科學等造福人類的事通通政治化,選用這樣一個缺乏天文常識、軍人出身的人當局長,就是一個明證。
嫦娥六號任務不僅具有眼前的意義,對於未來我們載人登月、建立月球基地以及火星採樣都是技術驗證。距離2030年預定的中國人載人登月還有6年的時間,根據目前的消息來看,一切進展都很順利,看來中國人踏足「廣寒宮」的夢想不再遙遠。而這,也是美國最擔心的事,那就是我們搶先佔領最優的月球資源。
回溯五十多年前,美國實現載人登月,取回了幾百公斤的月球樣本,領先了全世界許多年。如今他們才發現,當時的搶先登月花了大價錢,拖垮了蘇聯,但是在科研領域卻「揠苗助長」了。因為當時沒有佔領月球的技術,他們只能採樣帶回來研究。如今,中國遵循科學發展規律,穩紮穩打,在實現月表採樣後可以穩步推進載人登月和建立月球基地的工作。
不過,在嫦娥六號發射成功的同時,網友們又掀起了對美國載人登月的質疑,其實這毫無必要。其實,在咱們中國國家航太局在過去的文章中,就能看到他們對這件事的認可。這些文章今天仍然存在,證明今天科學家仍然承認這是事實。
當年美國人登月只需要八天,是因為目標只有踏上月球這一件事,再加上其他技術還受限制,必須快去快回。而我們的探月工程需要穩紮穩打地展開研究,自然不需要這樣節省時間。
關於闢謠「美國登月造假論」的文章,我已經發過了,今天不贅述了。關於裴總在直播時說的「阿波羅盆地」的話,剛才在文章中我也提到了,相信認真閱讀的朋友應該能理解。
有人說我們不接受質疑,其實這是賊喊捉賊,我們接受了質疑,並且回應了質疑,反而是質疑者不接受解釋。我們用科學理論、權威機構作為證據來回答,質疑者卻拿著搞笑影片、斷章取義的情節、PS的圖片以及篡改的影片來反駁,實在可發一笑。像下圖這樣明顯不是阿波羅計畫照片的證據,網友還是別拿出來貽笑大方了吧。
而且,質疑的基礎是有相關知識,不能什麼都不知道就質疑。許多質疑美國載人登月的人,連中國未來載人登月計畫的目的地在哪裡都不知道,航太知識的匱乏程度和美國太空總署署長不相上下。
科普永遠救不了下決心不接受科學的人,但我們依然要闢謠,因為還有一些人相信科學,但被這些造謠者欺騙了。最近,我已經看到一些人因為我的科普文章,發現自己被騙了,看來還是有意義的。
總之,希望大家看到一些離奇的新聞時,先別急著下定論,開口之前不妨主動求證一下。如果懶得求證,至少等到官方、科學的解釋。謠言傳得慢一點,闢謠言者就能少累死幾個…
相關連結:航太專家說漏嘴了?提到阿波羅盆地語塞,美國登月是真是假
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