2020年11月24日4點30分,我國的嫦娥五號從文昌航天發射場發射升空,從此成為萬眾矚目的焦點,在接下來的時間裡,嫦娥五號順利地完成了「近月制動」、「組合分離」等一系列關鍵步驟,並於12月1日23時11分在月球表面的「呂姆克山脈」附近成功著陸。
(圖片來自CNSA)
在完成了月球樣本的自動採樣和封裝工作之後,嫦娥五號的「上升器」於12月3日23點10分從月球表面起飛,然後在2020年12月6日5點42分成功地完成了與「環繞器」的交會對接,並於當日6點12分和12時35分,成功地完成了「樣本轉移」以及「對接組合體分離」。
我們都知道,接下來嫦娥五號將會返回地球,開啟「回家之旅」,然而在接下來幾天裡,嫦娥五號卻一直在圍繞著月球運行,直到今天(2020年12月12日)9時54分,嫦娥五號才第一次實施了月地轉移入射,其運行軌道改變為近月點高度約200公裡的橢圓形軌道,然後繼續在這個軌道上等待。
(圖片來自CNSA)
總而言之,翹首等待的我們遲遲沒有看到「嫦娥五號已經啟程」的消息,這不禁有點讓人疑惑,嫦娥五號還在等什麼?為什麼遲遲沒有開啟「回家之旅」呢?下面我們就來一起了解一下。
嫦娥五號為什麼不直接返回地球?
有人曾經戲稱,我們人類的航天水平目前只是處於「石器時代」,這話指的就是,我們人類目前使用的化石燃料相對比較「原始」,通常來講,我們要將地面上的一個具有一定質量的物體送入太空,往往需要消耗數十倍於該物體質量的燃料。
(圖片來自CNSA)
燃料本身也是有質量的,這就意味著,如果太空飛行器攜帶的燃料過多,那麼就會大大地增加發射壓力,甚至根本就無法正常升空。正因為如此,嫦娥五號所攜帶的燃料量是經過精心計算的,我們必須充分地利用宇宙中的各種外部條件,才能保證嫦娥五號順利地返回地球。
由於有利的外部條件並不是一直都存在,因此嫦娥五號就需要等待最佳時機的出現,這個時機就被稱為「月地入射窗口」。
「月地入射窗口」在什麼情況下才會出現?
首先需要考慮的是地球和月球之間的距離,在月球圍繞地球公轉的過程中,它與地球之間距離也會出現變化,最近的時候約為36.3萬公裡,而最遠的時候則為40.6萬公裡,顯而易見的是,嫦娥五號應該選擇在月球離地球最近的時候開啟「回家之旅」。需要注意的是,在這個基礎上,我們還需要考慮另一個因素。
(圖片來自CNSA)
上圖為我國的探月工程三期再入返回飛行試驗路線圖,在該任務中,「嫦娥五號T1試驗器」完美地完成了「從月球回家」這一目標,從而為現在的嫦娥五號提供了重要的參考數據和經驗。從中我們可以看到,「嫦娥五號T1試驗器」沿著一個極為狹長的橢圓形軌跡,精確地返回到地球表面的預定位置——內蒙古四子王旗。
如上圖所示,地球圍繞太陽公轉的軌道平面(黃道面)與月球圍繞地球公轉的軌道平面(白道面)其實是有一個夾角的,簡單來講就是,在月球圍繞地球公轉的過程中,月球有時候位於黃道面之上,有時候則位於黃道面之下。
由此可見,如果嫦娥五號想要在不需要額外燃料的情況下,精確地降落在內蒙古四子王旗,就必須要考慮月球相對於黃道面的位置。
總而言之,「月地入射窗口」的確定主要就是基於以上兩個因素的綜合考慮,因此可以說,嫦娥五號現在正在等著一個返回地球的最佳時機,而此次嫦娥五號實施的第一次「月地轉移入射」,就意味著嫦娥五號的「回家之旅」即將開啟。
值得一提的是,在前些日子裡,嫦娥五號已經順利地完成了「在月表採樣」、「從月表起飛」以及「在月球軌道上的無人交會對接」等一系列全新的高難度挑戰,而接下來的環節雖然難度也很高,但是我國其實已經有了很多成功的經驗,並不是「摸著石頭過河」,因此我們完全有理由相信,嫦娥五號探月任務一定會圓滿成功。
好了,今天我們就先講到這裡,歡迎大家關注我們,我們下次再見。
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