月球上沒有發射臺,嫦娥五號落月挖土後,怎樣返回地球?

2020-12-04 星辰大海路上的種花家

11月30日凌晨4點40分，嫦娥五號探測器組合體在月球軌道上成功分離，它將於12月1日在月球正面風暴洋北部的呂姆克火山登陸！

組合體進入月球軌道

嫦娥5號的登陸行動是如此引人矚目，因為這是自1976年來第一次有探測器將要從月球帶回樣品，而且是月球上年輕的呂姆克火山，這裡的月巖樣品炙手可熱，NASA阿波羅計劃帶回的月巖不再是唯二（前蘇聯帶回了384克，自己用還不夠呢）！

但估計有一個問題橫亙在大家面前，這嫦娥五號怎麼回來呢？從海南文昌發射時那巨大的發射塔還記憶猶新，這轉眼就到了月球，又沒人建造發射塔，它是怎麼回來的呢？

嫦娥五號得先下去，才能考慮回來

30日凌晨軌道器與返回器和著陸器和上升器分離後，兩者都在距離月面200千米的軌道上運行，準備登陸時，著陸器和上升器組合體會進入一個近月點為15千米的落月軌道，當然你不用懷疑，近月點的就在呂姆克火山上空附近。

由於月面無大氣環境，所以探測器可以非常接近月面，但很少會低於15千米，幾乎就是是登月專用軌道，到近月點時候著陸器上的主火箭發動機點火，組合體正式進入登月下降曲線！一般會經歷如下幾個階段：

1、距月面15公裡：

主動減速段，探測器實現動力下降，速度從相對於月面的1.68千米/秒速度逐漸降低到零

2、距月面8公裡：

快速調整段，探測器進行快速姿態調整

3、距月面6公裡：

接近段，探測器不斷接近月球

懸停段，對障礙物和坡度進行識別，在大約2千米左右時會金星光學初避障，識別出月面上大的障礙物，首先要避開這些區域。

4、距月面100米

避障段，100米時會精確避障，利用雷射掃描精準避障，自主避障距月面30米

緩速下降段，組合體會自主選定相對平坦的區域後，開始緩速垂直下降

最後在反推發動機和著陸緩衝機構輔助下，組合體將成功著陸於月球表面沒有障礙物且相對平坦的位置！

嫦娥五號8.2噸的飛船，只為取這2千克月巖？

嫦娥5號著陸器上的機械臂和鑽探設備會在接下來的時間裡籌備如何鑽孔取樣，為了鑽取2M以下的月巖，月球表面的鑽探結構重達70-80千克，加上表面取土結構也要幾十千克，這100多千克佔了組合體的很大比例！

機械臂展開取樣示意圖

另外為了保護這2千克月巖，還需要容器將其送回來，如何保證這些月巖能到達地球，這又是一套極其複雜的結構，當年前蘇聯第一次無人取樣，帶回來180克左右，還是月球表面的巖石和土壤，所以這2千克是非常不容易的！

嫦娥五號採樣完畢，它怎麼回來？

要了解它是怎麼回來的，我們得先來了解嫦娥五號的結構，自阿波羅登月以來，幾乎所有在月面上登陸並且重新返回的結構都類似，都是著陸器和上升器組成，這不是互相抄襲，而是工程技術上妥協的結果！

嫦娥五號月球採樣返回器結構圖

因為現代火箭的比衝都差不大，即使有高低還是處在同一個量級，因此在月面返回階段儘可能丟掉下降到月面時已經用過的死重是最明智的選擇，所以原本是單級火箭的登月組合體，被強行分成了兩個結構，一個下降的著陸器，另一個則是上升的返回上升器！

而這個著陸器鞠躬盡瘁後還要被狠狠的踩上一腳，因為上升器需要踩著它的屍體回來，上升器直接在著陸器構成的平臺上直接點火起飛，然後將上升器加速到1.68千米/秒的速度，在200千米的軌道上和軌道器對接！

上升器與軌返組合體在月球軌道交會對接示意圖

其中樣品轉移也會在軌道上完成，樣品轉移工作完成後，上升器也會被狠狠的拋棄，軌道器會在月球軌道上帶著返回器，點火加速，一直到2.4千米/秒的月球逃逸速度，它將逃離月球返回地球！

接下來就是返回器的重頭戲了，和嫦娥五號的T1試驗飛行器一樣，軌道器和返回器組合體在臨近地球軌道時候會將返回器分離，然後軌道器將以第二宇宙速度與地球擦肩而過，而返回器則開始進入返回軌道！

由於是第二宇宙速度返回，無法直接減速，因此會有一個水漂彈道減速的過程，這個咱已經輕車熟路了，順利的話它將在傳統的內蒙古降落場落地，給大家帶回月球是如何死亡的信息。

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