明明有3000牛大推,嫦娥5號返程為何先用4臺150牛小推?

2021-02-10 瀚海狼山

嫦娥5號軌道器和返回器組合體實施第2次月地轉移入射,在距月面約230公裡處成功實施4臺150牛發動機點火,約22分鐘後,這4臺小發動機正常關機。軌道器和返回器組合體成功進入月地轉移軌道。所謂地月轉移軌道,就是目前嫦娥5號剩餘的組合體,在完成這次助推加速後,遠地點距離月球中心已經在2萬公裡以上,也就是越過了地月引力的平衡點。等於是擺脫了月球引力的束縛,重新被地球引力所捕獲,攜帶從月球成功取樣的樣品,開始了真正返回地球懷抱的回家之旅。這個地月引力的平衡點距離地球36萬公裡左右;而月球大部分時間距離地球的平均距離是38萬公裡以上。地球質量又是月球質量的81.3倍。因此兩個星球的引力平衡點明顯偏向月球那邊。造成從月球返回時需要的助推總動量,

以及為此消耗的燃料,比從地球飛過引力平衡點到月球少得多。把8.2噸的嫦娥5號初期的組合體從地面起飛,發射到越過這個36萬公裡高的地月引力平衡點,需要消耗六七百噸的燃料和氧化劑。而返回時的剩餘組合體的總重只剩下不到4噸,只需要再助推消耗幾百公斤的燃料,就可以脫離月球的引力回家了。不過這裡似乎有一個疑點。這就是目前嫦娥5號軌道器上,還有一臺3000牛的,較大的主發動機。如果動力全開,只需要加速助推大約6分鐘就可以讓剩餘的4噸左右的組合體脫離月球引力,那麼為何偏偏放著大的不用,非要開動4臺小型的,每個只有150牛,加起來也只有600牛的小發動機,持續助推了22分鐘之久,才加速到脫離月球引力的速度值呢?瀚海狼山(匈奴狼山)個人認為,放著大發動機不用,

先用小發動機,才是科學規劃和最佳工程管理實踐的真實體現。因為從月球往地球加速返回的任何飛行體,最大的難點不是在月球背面近月點的開機加速。而是如何精準確定返回的起始軌道。以及在越過地月引力平衡點,逐步接近地球後的剎車減速過程。開始返回時先用多臺小發動機,助推時間長,這樣返回初始軌道控制更精準。這就像越精細的雕刻必須更小的刻刀一樣的道理。而越過引力平衡點後,3天3夜的接近地球的過程。相當於從一座36萬公裡高的大樓上往下飛。越接近地球,則速度越來越快。雖然最終可以通過在大氣層邊緣打水漂減速。但是也需要在接近到地球1萬到5000公裡時,開主發動機適當減速。否則在地球巨大的重力加速下,有一定的概率,讓返回體越過第二宇宙速度,最終在相反的方向永遠飛過地球而再也回不來。這樣在整個返回軌道中,在加速脫離月球時,需要的總加速比衝並不大,消耗掉4個固定推力的小火箭發動機的燃料就足夠了。

而在逐步接近地球時,反倒需要至少2次大的減速和軌道修正,此時3000牛主節流發動機剩餘的燃料越多越保險。其實當年的阿波羅組合體也考慮了這類風險。因此組合體接近月球時,是服務艙主發動機向後,而登月艙主發動機向前,這樣不論前後開機,都有足夠的推力緊急返回地球。而阿波羅13號就是靠登月艙的主發動機開機返回的。胖五和嫦娥5號大火箭加探測器,全部一共107臺大大小小的發動機;其中嫦娥5號身上就有77臺之多。全部精準完成工作。這技術水平不是一般的高!

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