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嫦娥五号还在飞?月壤都快研究透了!它到底是怎么回月球轨道的?

SPACENEWS在2021年9月6日报道,去年完成嫦娥五号在月球采样任务的嫦娥五号轨道飞行器正在前往月球!

相信大家看到这新闻时一定有些懵,这月壤早就带回地球了,2021年7月13日,13家国内科研机构获得了17.4764克月壤,即将展开后续科学研究!这嫦娥五号轨道器居然还在天上飞,它是怎么回到月球的?

嫦娥五号飞行器:不走寻常路

种花家看到这新闻也是心中一凛,不过仔细想想,嫦娥五号返回舱降落地球之前还写过一篇关于“嫦娥五号轨道器”未来用途的猜测,只是后来没有人关心它的去向,写过就算数了!

但从理论上来看,嫦娥五号的轨道器的速度仍然是可以回到月球轨道的,而且它还不只是回到月球轨道,它能干的事情还有不少!

嫦娥五号轨道器,它“走”什么路回到月球?

这一点我们得了解下返回舱从月球返回的几个细节,因为魔鬼就隐藏在细节中,我们将从这发现它能回到月球的秘密:

1、2020年12月12日9时54分,嫦娥五号轨道器和返回器组合体实施了第一次月地转移入射,从近圆形轨道变为近月点高度约200千米的椭圆轨道;

2、2020年12月13日9时51分,嫦娥五号轨道器和返回器组合体实施了第二次月地转移入射,组合体进入月地转移轨道;

3、2020年12月17日1时许,北京航天飞行控制中心注入导航参数,组合体在距南大西洋海平面高约5000千米处解锁分离,轨道器完成规避机动;

4、2020年12月17日1时33分,嫦娥五号返回器在距地面高度约120千米处,以接近第二宇宙速度高速进入地球大气层;

5、2020年12月17日1时59分,嫦娥五号返回器在内蒙古四子王旗预定区域成功着陆,任务完成;

其实上文5步中与轨道器返回月球相关的就只有“接近第二宇宙速度高速进入地球大气层”这一句,返回舱以第二宇宙速度返回地球,使用的水漂弹道减速后再次返回大气层,经过两次减速后再执行返回的开伞降落等动作。

也就是说轨道舱和返回舱在分离时两者的速度是接近第二宇宙速度的,从月球轨道到地球附近分离,组合体没有减速,因此分离后的轨道器具有同样的速度,只要具有这个速度,那么它未来的结局就是重新脱离地球,因此轨道器在经过近地点后,它将以一个超级大椭圆的轨道重新返回月球!

轨道器返回月球时,月球还在那里吗?

这是一个非常有趣的问题,因为从月球返回地球轨道大约花了4天不到一点的时间,从地球返回月球也差不多需要这个时间,来回所需要的时间大约略微超过7天,然而月球只要27天绕就能绕地球一圈,这7天多时间月球已经转过1/4圈,也就是62万千米。

当嫦娥五号重新回到原来出发的位置时,月球已经在62万千米以外,怎么办?所以必须在近地点时候变轨,将远地点的位置调整到新的月球所在的位置,那么当嫦娥五号的轨道器到达新的远地点时,月球也刚好出现在那里!

其实这就是航天器发射时的套路,就像嫦娥五号从地球轨道出发时对准的方向,是月球数天后将要到达的位置,说到底还是我们的火箭速度不够快,比如能在一分钟内到达月球,那么对着月球去就可以啦。

嫦娥五号飞行器,未来它要走向哪里?

不过嫦娥五号返回月球轨道时它并没有进入环月轨道,而是去了日地的拉格朗日L1点,这是距离地球约150万千米,在太阳和地球引力相等的点,这里也是航天器的常驻点之一,比如著名的ESA的SOHO卫星,我们对太阳很大一部分认识与空间天气的预告都来自SOHO卫星。

在L1点上还有另外3个探测器:全球地球空间科学(Global Geospace Science,GGS)探测器、先进成分探测器(Advanced Composition Explorer,ACE)、和深太空气候天文台(Deep Space Climate Observatory,DSCOVR。

当然L1点常年都在“凌日”状态,因此探测器都是在绕着L1点的李萨如轨道,这是一个通过L1点垂直于地球和太阳连线的一个平面,以L1点为中心,遵循椭圆的李萨如轨道,大约6个月绕L1点一周。

2021 年 4 月,嫦娥 5 号从日地拉格朗日点 1 观测到的地球和月球。图片来源:CNSA

当然嫦娥五号到达那里后就成为了L1点的第五个探测器,因为嫦娥五号上的燃料比较充裕,从3月份到达L1点后一直停留在那里对太阳展开研究,不过近日有消息,嫦娥五号已经离开了L1点,预计在UTC时间9月9日飞越月球。

但接下来要怎么操作,CNSA并没有公布消息,不过从轨道来判断,嫦娥五号应该是回到地月系,可能会泊入月球轨道,一旦减速进入绕月轨道,那么未来想要离开那就难了,不过绕地探测没意思,那么多卫星还没看够?

所以种花家判断,嫦娥五号的轨道器泊入月球轨道的概率极大,未来它的最终去向也可能在月球轨道展开探测,直至受控坠毁月球。