千年以来,嫦娥奔月的故事,激发了中国人民对月球的无限向往。
明月当空,总会让人浮想联翩。
据统计,1/4的诗词中提到了月亮。
而人类近距离的观察月亮则是开始于1959年。
当年苏联发射的“月球1号”探测器准备撞击月球,虽然最终在距离月球6400公里处与月球擦肩而过,但是仍然是人类第一颗抵达月球附近的探测器。
随后人类开始的探月的高潮。
十年之后,美国阿波罗登陆月球,迈开了人类的一大步。
中国的航天工业起步晚,缺技术、缺人才、缺资金,但是我们最不缺的是决心,为了探月的成功,中国航天历经了几代人的艰苦努力。
1970年,中国发生第一颗卫星“东方红1号”
2003年,神舟五号载人飞船在中国酒泉卫星发射中心成功发射,太空中有了中国人的身影。
2007年,中国首颗绕月卫星成功发射。
自此以后,中国的探月进入快车道,先后发射嫦娥2号至嫦娥6号,实现了月球背面采集土壤样本安全返回的记录。
探月从来不是一件简单的事情。
美国自从1972年最后一次登月以来,已经有五十年未再探索月球。
目前也只有极少数国家发射过探月卫星,而真正实现探月返回的只有中美俄。
探月为什么这么难?
发射卫星并不是大家想象的那样直接发射一颗卫星直达月球就行。
卫星要被引力俘获,首先要围绕地球绕行,借助地球引力不断加速,然后在合适点开启发动机,冲出地球轨道,进入地月转移轨道;
进入月球轨道后,需要不断降速,调整轨道,直到刚好在切点被月球俘获,既不会一头撞向月球,也不会如脱缰野马冲入宇宙空间。
虽然地月之间的距离只有30万公里,但是要达到月球轨道,卫星要飞行要远远大于这个距离。
以嫦娥二号为例,飞行距离超过440万公里,飞行时间超过112小时,最大速度超过11KM/S。
要达到如此长距离长时间的飞行,需要达到以下要求:
1.精确的制导系统
以前火箭发射主要采用惯性制导。
所谓惯性制导就是根据惯性原理,利用陀螺仪测出火箭的运动参数,形成制导指令,通过控制发动机推力的方向、大小和作用时间,把火箭推动到预定区域。
这种制导方式通过自身的陀螺仪进行姿态修正,自动调整运行轨道,避免了外界的干扰,而且出错率低,精度较高,广泛应用于航天事业中。
但是这种方法也有缺陷,一是校准耗时长;二是,距离超远之后,误差会逐渐累积扩大。
因为轨道的修正数据来源于火箭内部软件数据的实时计算,在积分运算的过程中会存在极小的误差。如果距离不远的话,这种误差可以忽略不计,但在距离过大的时候,就会产生明显的偏差。
中国的科研人员最终确定了双激光惯组+卫星导航的复合制导技术方案。
所激光惯组(LIMU),主要由激光陀螺仪和石英挠性加速度计组成。激光陀螺仪通过环形激光器发射激光,通过正反向行波激光谐振输出角速度信息。石英挠性加速度计则用于测量加速度。这种方法比传统的陀螺仪更加的精准感知火箭的速度、角度,从而保证轨道更加精确。
2024年9月19日,中国成功发射第五十九颗、六十颗北斗导航卫星。
北斗卫星导航系统可以在全球,全天实施高精度、高可靠定位、导航、授时服务,并且具备短报文通信能力。
以前中国还在用GPS的时候,要想使用GPS给自己的火箭实时定位是不可能的,美国不允许GPS用在中国的航天事业中,而且就算是给我们使用,也是精度很低的频道。
我们中国人凭借自己的努力,建立了北斗导航系统,可以实时的监控火箭位置、速度、姿态等信息,保证了运行的准确性。
2.推力强大的火箭
1969年,把阿波罗飞船送到月球的“土星五号”,目前仍是人类历史上使用过的自重最大的运载火箭,高达110.6米,起飞重量3038吨,总推力达3400吨左右,可将127吨的有效载重送上近地轨道。
可能大家对这个推力没什么概念,看到以下对比就知道这个推力的恐怖了:
中国目前推力最大的火箭是长征五号,最大起飞质量879吨,近地轨道运载能力为25吨、地球同步转移轨道运载能力为14吨。
历次探月任务所使用的运载火箭类型:
探月卫星
运载火箭
起飞重量(吨)
地球同步转移轨道运载能力(吨)
嫦娥1号
长征三号甲
243
2.6
嫦娥2号
长征三号丙
345
3.8
嫦娥3号
长征三号乙
425.5
5.5
嫦娥4号
长征三号乙
425.5
5.5
嫦娥5号
长征五号遥五
879
14
嫦娥6号
长征五号遥八
879
14
目前中国正在研制的长征九号运载火箭,起飞质量超过4000吨,推力可达3000吨;近地轨道运载能力50吨至140吨、奔月转移轨道运载能力15吨至50吨、奔火转移轨道运载能力12吨至44吨,预计2030年左右实现首飞。
正是由于中国火箭推力的大幅增加,才实现了探月采壤回归的壮举,未来实现中国人登月、空间站的建设等,更需要强大推力的火箭。
遍布全球的监测网点
发射火箭的时候,可以看到很多测量船在全球各地实时的监测火箭的状态。
这些测量船随时跟踪测量航天器的飞行轨迹,接受遥测信息、发送遥控指令、与宇航员通信,以及营救返回溅落在海上的宇航员等。
测量船与陆地测量站相比,测量船可在广阔的大洋上灵活选点布站、机动应急测控,可以在海上灵活、合理地布置。
嫦娥二号任务的测控系统主要由3个中心、3条测量船、6个国内测控站、1个国外测控站、4个天文观测站及1个国际联网测控站组成,测控通信覆盖率达到98%。
地球是的球状的,如果只本国建设测量站,那么火箭飞到地球的另一侧的时候,信号被遮挡,就无法获取火箭的实时信号,这是十分危险的。
早期这种先进的测量船,被欧美技术封锁,但是中国人依靠自己的努力,造出了自己的测量船,目前我国拥有七艘远洋测量船,测控范围遍布全球,实现了全程无死角的监控。
后记
在中国一代代航天人的努力下,中国的探月事业正大步向前。
就像习总书记所说,探月工程始终秉持平等互利、和平利用、合作共赢的原则,“嫦娥”既是中国的、又属于全人类,为国际科技合作提供了广阔舞台,为全球深空探索贡献了中国智慧和中国力量。