您当前的位置: 首页 >  博客资讯

飞船奔月为何要在地球和月球绕很多圈子,不直接来回直接降落?

简单地说,飞船围绕着地球绕弯子再飞往月球,到了月球又绕弯子才降落,第一是为了省钱,第二为了减少技术难度。要了解其中缘由,就请耐着性子看完本文。

首先说说省钱。

实际上就是为了节省燃料,节省了燃料当然就省钱了。

航天活动燃料是一个最大的消耗。运载火箭发射上天的有效载荷一般只有1%左右,也就是说要起飞重量100吨,才能够把1吨有效载荷送上天,有时候还达不到这个水平。起飞重量消耗的主要是燃料,还有装载这些燃料的火箭本体和发动机等。

上世纪美国发射的阿波罗登月飞船采用土星五号运载火箭,发射重量达到3038吨,送上天的阿波罗飞船只有45吨。送上地月转移轨道后,这个土星五号火箭就连燃料带箭体都消耗完了,废弃了;我国发射的嫦娥五号探测器采用长征五号遥五运载火箭,起飞重量达到870吨,而进入轨道的嫦娥五号探测器组合只有8.2吨,把嫦娥五号送到地月转移轨道后,整个遥五运载火箭就废弃了。

从上面的起飞重量和入轨后的有效载荷比来看,美国土星五号达到67.5:1,也就是有效载荷达到1.48%;我国遥五火箭达到106:1,有效载荷只有0.94%。而且即便脱离了火箭的飞船,其中燃料还是占有很大比例。如嫦娥五号探测器8.2吨总质量就包括近4吨的燃料,这些燃料主要用于调姿变轨、加速和制动减速需要。

如果直飞直降,就需要更多的燃料。

凭人类现在掌握的航天技术,要直飞月球并且直接降落也不是不可能的,但这样会增加很大成本和技术难度,得不偿失。

现在的运载火箭把飞船送到地球轨道后,就会实现船箭分离,这时的运载火箭就完成了发射任务,坠入大气层烧毁了。但这个时候,很多飞船并没有达到飞往月球的速度,为了达到挣脱地球引力束缚的速度,就必须利用地球的引力弹弓效应,通过兜圈子提升速度,这是一个椭圆形圈子,圈子越兜越大,当近地点约200千米,远地点达到约40万千米时,就进入了地月转移轨道,飞往月球了。

当然也可以直接达到奔月速度,飞往月球。要达到这个速度有两种方法,一种就是增加火箭燃料,加大推力,并且持久加速;二是在飞船上装载更多的燃料,船箭分离后飞船利用携带的燃料提速。但这样就必须加大火箭起飞重量,而且不仅仅是加大燃料重量,还需要增加装这些加大燃料的储罐,加大飞船重量。这样又要增加将这些增加的燃料和设备送上轨道的燃料了,这是一个指数级增加。

而到了月球,飞船还是利用月球引力,辅之反推减速,因此会围绕着月球绕几个圈,减少许多自动燃料。如果直飞直落,月球上没有大气,既无法利用大气摩擦力减速,也无法使用降落伞,而是完全需要飞船发动机反推减速。

这种减速方式不但要增加非常多的燃料,还需要在距离月球很远就开始刹车,因为一到大月球后就来不及了。这样种方式,就不但要增加海量的燃料携带,从而让飞船质量成倍增加,还反而拖延了到达的时间,完全得不偿失。

航天是世界最高水平的科技活动。

航天是一项科学技术要求非常高的活动,它代表着一个国家和地区最高的科学技术水平。飞船的仪器设备要求很精密,稍有差池就会失败。就拿嫦娥五号为例,这还只是一艘无人探测器,分为四大舱段,光是发动机就配置有77台。其中轨道器有27台,着陆器有17台,上升器有21台,返回器有12台。正是这些发动机精密控制着飞船的提速、减速、刹车、轨道修正、月面起飞、轨道对接、变轨提速返回等。

如果采用直飞直降方式,火箭整体起飞重量就会成倍增加,不但增加了巨量的发射成本,制造和发射的技术难度、安全风险系数也会呈数量级的上升。这就是一般的航天活动都会采取利用天体引力弹弓效应来提速和减速的原因。

但有时候,在不增加燃料甚至还节约燃料的基础上,也会采取直接方式。如嫦娥五号采样返回器的回收,就采取直接撞入大气层,利用依靠大气“打水漂”减速,然后再进入大气层,实现了完美回收;NASA的毅力号火星车到达火星,也是一头撞进火星大气层,利用火星稀薄大气摩擦减速,最后用降落伞起重机式着陆,颇有科幻大片场面。

这些当然要很高的控制技术,进入目标星球的入射角要非常精准,否则不是漂得不知所踪,就是坠毁得面目全非。这种方式大大减少了刹车所用的燃料,但目标星球必须有大气。而月球是没有大气的,无法采用这种方式减速。

感谢阅读,欢迎讨论。如果喜欢我的文章,请关注点赞。

时空通讯原创版权,侵权抄袭是不道德的行为,敬请理解合作。