地月距离平均38万公里,如果要冲出地球引力的束缚,得达到第二宇宙速度11.2千米/秒,以这个速度飞行的话 38万/11.2=9.42小时,接近10个小时也就到达月球了,为什么嫦娥5号飞抵月球轨道需要112小时呢。
这里面有两个问题大家要明白,首先嫦娥五号不是走直线飞往月球,如上图,它是走了一大段弧线,说是弧线,其实是一个大椭圆轨道的一部分,在宇宙中我们从地球上向外发射的探测器材,得受地球的引力束缚,同时还要受月球、太阳等其它天体对它的引力,综合起来这个轨道就是一个椭圆了,并不是直线。
我们发射的嫦娥五号位于地球和月球之间,主要受这两个天体引力束缚,在飞行过程中,地球、月球对它的引力在不断变化,它的轨道也随之变化,通俗地说,就像我们开车,没用方向盘,只知道往前走,有时候前行的方向不是我们需要的,要发生偏离,为此只能进行人工干预,进行轨道修正。
上图,嫦娥五号中途飞行过程中,预计准备三次修正,经过一次修正,二次修正后,轨道没有偏离,就取消的第三次修正,嫦娥在太空中怎么控制它呢,只能通过点火方式向某个方向喷出气体,就像我们给气球放气一样,气球向后喷气获得前行的动力。地月转移这条弧线轨道可就不只是38万公里了,可能要1.5倍于月地直线距离。
其次,嫦娥飞行速度不会总是11.2千米/秒,这个速度只是冲出地球引力的束缚,进入环月轨道时的速度,也是最高速度。其它轨道段的速度并不是很高,这就像垂直向空中抛出石块一样,越往高空,受地球引力影响,它的速度会越来越低,这是因为地球引力在持续影响。
嫦娥五号8吨多重,长征五号火箭输送给动力只持续了2220秒(37分钟),之后星箭分离,嫦娥五号就展开太阳翼,进入预定轨道朝着月亮方向前进。这是一加速段,速度达到最大值,之后地球引力越来越小,月球引力会越来越大,此消彼长,但由于地、月引力大小相差很悬殊,嫦娥五号因为失去火箭推力,速度还是受地球引力影响降了下来,但还是保持向前飞行。
上图中第一次轨道修正前,已在轨道上飞行了约17个小时,距离地球约16万公里。第二次轨道修正,嫦娥五号探测器已在轨飞行约41小时,距离地球约27万公里。
当进入月球轨道时,速度降到了3千米/秒,开始第一次近月制动,把速度降低到月球逃逸速度2.4千米/秒以下,被月球引力所捕获,防止与月球“擦肩而过”,之后又进行第二次制动,速度降低到1.7千米/秒以下,进行环月轨道,地月转移轨道完成就此结束,等待与着陆器分离。总计飞行了112小时。
由此看出,由于月球引力大,对探测器来说不好控制,不可能直落月球表面,只能绕环月轨道运行,调整好了以后,才开始进行着陆,在此过程中,通过反向喷气尽可能抵消引力的作用,方便对探测的控制,降低下落速度。
飞抵月球轨道是一条弯曲的线路,之间的速度也在变化,同时为了调整好轨道,要进行变轨,这都要走很多“弯路”,所以远不是大家想象那样走直线用的时间,路上经过一系列神操作,得要经过112小时才能到过环月轨道。
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