為什麼飛船不能直接飛到月球,而需要環繞變軌?

2021-01-13 騰訊網

說起我國探月工程,最有名的要數嫦娥工程了。我們都知道,兩點之間直線最短,然而嫦娥飛行器在登陸月球之前,卻要先繞地球飛三圈,再繞月球飛三圈,然後再登陸,這又是為什麼?

嫦娥一號衛星於2007年10月24日被長徵三號運載火箭送入近地點高度200km,遠地點高度51000km的軌道上,軌道周期為15.81h。其主要科學目標是獲取月球表面的三維影像,分析月球表面的有用元素及物質類型的含量和分布,探測月壤的厚度,探測地月空間環境,其整個飛行過程可分為三個軌道段:環繞地球飛行軌道段(又稱調相軌道段)、地月轉移軌道段、環繞月球飛行軌道段。

我們都知道,汽車如果想要開車到山頂,汽車會受重力的影響,發動機需要輸出更大的功率來克服重力作用,而飛船在飛向太空的時候,也會受地球的重力和大氣層的阻礙,因而需要持續燃燒燃料來加大飛船的速度以致飛船能夠突破這些障礙而進入太空中,這時候飛船的速度為第一宇宙速度,仍舊還會受到地球引力的影響而環繞地球飛行,因此飛船還要繼續提速超過第二宇宙的速度才能飛離地球,這時候飛船還會再次燃燒大量的燃料進行推進,但是飛船也同樣會藉助地球的引力而減少燃料的消耗。

嫦娥一號發射時,衛星並非直接通過加速進入地月轉移軌道段,而是要繞著地球進行三次軌道機動。第一次在近地點點火,將近地點高度抬高到600km,這時軌道周期變為16h,在16h周期軌道上運動三圈後,衛星再在近地點第二次點火變軌,將軌道周期變為24h,在此軌道上運行一圈至三圈後,再次到達近地點,衛星進行第三次點火變軌,將軌道周期變為48h。

如果飛船不藉助地球的引力而直接飛向月球的話,那麼飛船上需要承載的燃料也就會更多。而這樣將會導致另外一個問題,那就是飛船的質量過大。而飛船在進入月球的時候需要減速以至於能夠被月球的引力捕獲,如果質量過大,那麼飛船將耗費更多的能量來達到減速的目的。

話說回來,飛行器在執行任務時,最怕遇到惡劣的登陸環境和意外,求快不如求穩,飛行器不斷繞圈,也是為了在航行的過程中,能夠及時調整飛行方案,以確保能夠精確著陸。

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