嫦娥六号重返地球时间已确定!为什么等了这么长的时间?

魅力科学君 2024-06-24 01:22:23

嫦娥六号是我国探月工程的第六个探测器,执行的是继嫦娥五号之后的第二次月球采样返回任务,按照计划,嫦娥六号将会在月球的背面采集样本,并将其送回地球,而这也是一个人类前所未有的壮举。

2024年5月3日17时27分,嫦娥六号探测器在文昌航天发射场发射升空,从此成为了全世界瞩目的焦点,在接下来的时间里,嫦娥六号不负众望,顺利地完成了“地月转移”、“近月制动”、“环月飞行”、“组合分离”等一系列关键步骤,并于6月2日6时23分在位于月球背面“南极-艾特肯盆地”的预选着陆区成功着陆。

在完成了月球样本的采样和封装等工作之后,嫦娥六号上升器于6月4日7时38分从月球背面起飞,然后在6月6日14时48分成功地完成了与轨道器和返回器组合体的交会对接,并于当日的15时24分将装有月球样品的容器安全地转移至返回器之中。

在经过多日的等待之后,我们终于迎来了嫦娥六号即将归来的消息,根据北京飞行情报区发布的NOTAM,嫦娥六号重返地球时间已确定,预计将于北京时间6月25日13时41分至14时11分期间,在位于内蒙古的在四子王旗的预定区域着陆。

相信大家在对此感到激动的同时,也会有一点疑惑,嫦娥六号为什么等了这么长的时间才返回地球呢?下面我们就来聊一下这个话题。

以我们人类目前的科技水平,想要将一个物体送上太空其实是挺费劲的,这需要大量的燃料,而燃料本身也是具有重量的,也就是说,携带更多的燃料就意味着航天器本身重量的增加,其所需的推力也就越大,如此一来,需要的燃料也就越多……

所以航天器的设计必须在燃料携带量和有效载荷、结构重量以及推进系统之间找到最佳平衡,嫦娥六号当然也不例外,其携带的燃料量是经过了精心计算的,也正因为如此,嫦娥六号才需要等待一个合适的时间窗口才会返回地球,这个时间窗口被称为“月地入射窗口”。

那么,“月地入射窗口”又是哪些因素决定的呢?首先就是地球和月球之间的距离,要知道月球围绕地球的公转轨道是一个椭圆,这就意味着,月球与地球之间的距离并不是恒定的,观测数据表明,两者之间最远的距离大约为40.6万公里,而最近距离则约为36.3万公里。

所以从这方面来讲,嫦娥六号的最佳选择应该是在月球距离地球最近时启程“回家”,不过在此基础上,我们还需要考虑另一个重要的因素——月球的轨道倾角。

通常来讲,我们将地球围绕太阳公转的轨道所在的平面称为“黄道面”,将月球围绕地球所在的平面称为“白道面”。

由于“黄道面”与“白道面”之间存在着一个夹角,这就使得月球在围绕地球公转的过程中,会有规律地在“黄道面”的“上方”和“下方”穿行,因此嫦娥六号想要在不额外消耗燃料的情况下,精准地返回到地球表面的预定区域,就需要考虑月球相对于黄道面的位置,毕竟任何的变轨动作都需要消耗额外的燃料。

总而言之,之所以等了这么长的时间才返回地球,其实是因为嫦娥六号需要一个合适的时机,这样做是基于燃料消耗与成功率等多方面的综合考虑,其目的是充分利用地月系统的外部条件,尽量以最小的能量消耗和最佳的轨道参数从月球出发,并精准地返回到地球表面的预定区域。

就目前的情况来看,嫦娥六号已经进入了月地转移轨道,在地球引力的作用下,嫦娥六号正在持续加速,预计抵达地球附近时,嫦娥六号的速度将接近第二宇宙速度,而到那个时候,嫦娥六号就将进入此次任务的下一个环节——大气再入。

根据预定计划,届时嫦娥六号将以半弹道跳跃式再入大气层,简单来讲,这种方式就是在地球大气层的边缘区域利用一种类似“打水漂”的方式为自己减速,这可以有效地减少热负荷和结构应力,进而大幅提升航天器的安全性和再入过程的稳定性。

关于航天器重返地球,我国在过去其实已经积累了很多成功的经验,早在2014年11月1日,嫦娥五号的T1试验飞行器就首次完整地完成了“跳跃式再入”,而2020年12月17日,嫦娥五号也通过同样的方式成功地预定区域着陆,所以我们有充分的理由相信,嫦娥六号探月任务一定会圆满成功。

让我们一起期待,嫦娥六号的凯旋归来!

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