能用来干别的事吗?嫦娥六号“弹道”不简单:与五号落点高度重合

特友自然 2024-06-28 19:16:38

嫦娥六号的样品回归地球,引起了全世界的关注,毕竟这是人类第一次获得从月球背面采集的样品,它将有助于人类了解月球形成的历史,了解月球地表演化的历史。嫦娥六号的一大亮点是,它是半弹道式滑跃式,而且着陆的精度相当高。

据前方报道,嫦娥六号的着陆点相当精准,落点坐标为东经 111 ° 24 ' 56 '',北纬 42 ° 20'28 '',距离预定的落点只有646米,而距离上一次嫦娥五号的着陆点距离大约只有1.85公里。两次不同的探测器返回,嫦娥五号和嫦娥六号采取了不同的月球轨道,回到这么大的地球上,落点竟然高度重合,说明我国在航天器精准控制方面的技术十分高超,已经达到了让人害怕的程度。

我国还利用风云四号气象卫星快速扫描了着陆点的天气状况,拍摄了清晰的云图以及落点示意图。在更宽广的图片上看来,嫦娥五号和嫦娥六号的着陆点几乎重合。这是什么概念呢?这还是一个探测器,它的外形是钟形,为了保护采集的样本,它还不能用更激进的方式飞行。如果是换一个别的什么平台呢?

嫦娥五号与嫦娥六号轨道,返回点却高度重合,中国的控制能力极强

嫦娥五号沿着月球自转方向运行,这样的轨道符合大多数围绕天体运行的自然规律,因为天体自转产生的惯性力与轨道运动方向一致,信链路的建立相对稳定,通信设备的调校相对简单,在月球表面进行着陆和起飞的过程中,惯性力有助于稳定飞行器,控制难度较低;同时,天体碎片和微陨石沿着自转方向运动,飞行器受到的引力扰动相对可预测且较小。

嫦娥六号则反其道而行之,沿着月球自转的反方向运行,需要克服月球自转产生的惯性力,面临更大的引力扰动,轨道来的不稳定性增加了通信的复杂性,对天线指向控制和更高的频率调整能力提出了更高的挑战,飞行器需要更多的燃料和精确的控制策略来保持稳定,特别是在着陆和起飞过程中,也增加了碰撞风险和引力扰动的不确定性。

示意图:恒星系形成中,中央核心的转动带动周边物质绕其顺行运动

嫦娥六号在返回地球的时候由于逆行轨道,返回时的速度和角度与嫦娥五号顺行轨道不同,轨道带来的不稳定性和扰动更高,控制系统需要具备更高的精度和反应速度,实时调整姿态和速度,此外,入射角度和速度与顺行轨道不同,可能导致不同的热量分布和热峰值。返回舱的热防护系统需要针对这些差异进行优化设计,确保在极端条件下依然能有效保护舱体。

轨道不同,着陆点却十分接近,这说明我们对于航天器落点的控制相当的精确。要知道在返回的过程中要开启降落伞,而地球大气层中有风,即便是在这种情况下,嫦娥五号和嫦娥六号最终的落点距离却仅仅只有1.85公里。

嫦娥六号的弹道不一般,不是桑格弹道尔也不是钱学森弹道

半弹道式滑跃再入是一种先进的再入大气层技术,通过多次进入和退出大气层的“打水漂”方式,逐渐降低航天器的速度和高度。在距离地面约120公里的高度,航天器首次进入大气层,这时(大概位于欧洲的上空)大气阻力开始显著增加,航天器快速降落高度并减速;在到达约60公里高度时(还在欧洲),航天器再次上升,滑跃出大气层,类似于打水漂的动作。

这一过程有效地减少了航天器表面的热应力,有利于对返回器进行热防护,打水漂实现了返回器多次进出大气层,航天器的热负荷分散到更长的时间段内,避免了单次再入时的极端高温,多次滑跃使航天器可以在每次进入大气层时进行轨迹修正,对于载人任务,这种方式可以减少乘员在大气层再入过程中的过载,提升舒适性和安全性。

这种技术我们已经相当熟练了,嫦娥探测器均采用了半弹道式滑跃再入技术,成功实现了高精度着陆;新一代载人飞船(可能用于载人登月,最多可承载6人)也计划采用这一技术。这将为未来的载人航天任务提供更高的安全性和精确度,尤其是在返回地球过程中,通过多次滑跃减少热负荷和过载,为乘员提供更好的保护。

半弹道式滑跃式既不是桑格尔弹道也不是钱学森弹道,而是结合了两者的一些特点,主要的目的是为了更好地保护航天器,而桑格尔弹道和钱学森弹道却更注重飞行器的隐蔽性。相同的是,都需要精准的控制,需要对飞船或者其他的飞行器进行优良的气动布局的设计,需要满足多次进出大气层的需求还能保持稳定的轨迹。

桑格尔弹道是德国工程师欧根·桑格尔提出的一种飞行弹道设计,通过在大气层上层进行滑翔,减少空气阻力并延长飞行距离,设计初衷是实现洲际甚至更远的飞行能力;飞行器可以多次进入和退出大气层,类似于打水漂,以减少热应力和加速度,主要用于设计可重复使用的太空飞机,能够实现远程打击和高隐蔽性。

钱学森弹道由中国科学家钱学森提出,用于洲际弹道导弹(ICBM)和其他用途,导弹在飞行过程中多次进入和退出大气层,以增加飞行距离和提高突防能力,通过多次再入和轨迹变化,可以避开敌方防御系统,提高打击效果。需要精确的导航和制导系统,以确保导弹能够在复杂的飞行环境中保持稳定的轨迹。

半弹道式滑跃再入技术、桑格尔弹道和钱学森弹道有在技术要求上有共通之处,无论是保护航天器、实现远程飞行,还是提高隐蔽性和突防能力,都需要对飞行器进行精确的导航和控制;多次进出大气层的需求对飞行器的气动布局提出了高要求,需要在高温、高速和高过载条件下保持稳定的飞行性能;复杂的飞行轨迹和多变的再入环境需要实时的监测和轨迹调整,以确保飞行器能够安全、准确地完成任务。

嫦娥六号进一步验证了技术,未来可用于载人登月,及其他

嫦娥六号作为中国探月工程三期的一部分,其任务目标和技术创新确实旨在进一步验证和完善月球样本返回技术,这包括了嫦娥五号成功实践的半弹道跳跃式返回技术的优化和应用,未来载人登月任务以及其他深空探测任务具有重要意义,对返回技术的进一步验证与优化,可以极大提高未来载人登月舱返回地球时的安全性和可靠性,确保宇航员能够安全返回。

此类返回技术要求高度的自主导航与姿态控制能力,这对于执行更远距离的深空探测任务(如火星采样返回、小行星探测等)至关重要,随着返回技术的不断成熟,其核心组件和技术原理可以更加模块化和通用化,便于根据不同任务需求进行快速适应和集成,加速新航天器的研发周期。

嫦娥系列任务的技术突破有助于中国在国际航天舞台上扮演更重要的角色,正如之前提到的,这些航天技术的发展与验证,将促进热防护材料、自主导航控制算法、远程通信技术等相关领域的发展,这些技术进步最终可能转化为民用领域的创新产品和服务,如高速交通工具的热防护、无人机的自主导航系统等。

嫦娥六号相对于嫦娥五号,受到了更多的关注,因为它是人类首次从月球背面带回来样品,这一成就是历史性的,更有助于揭示月球背面和正面差异巨大的原因,还实现了精准着陆,着陆点几乎与嫦娥五号重合,向全世界展示了我们的技术,未来或许能吸引到更多的国际合作,从而降低我们的科研成本、提升科研效率等。

嫦娥六号任务确实备受关注,这是因为它是人类首次从月球背面取样并带回地球。这不仅是一个历史性的突破,还将极大地帮助科学家们揭示月球背面与正面之间的巨大差异。这一成就,再加上精确的着陆技术展示了中国在航天领域的先进水平,尤其是着陆点几乎与嫦娥五号重合,进一步证明了中国的精准控制技术。

嫦娥六号成功地从月球背面取样并带回地球,将帮助科学家们更深入地了解月球的形成和演化过程,尤其是月球背面与正面之间的差异,包括地质构造、矿物成分和地形特征等方面,科学家们可以更好地理解月球的内部结构和历史,进而揭示太阳系早期的环境和演化过程。

嫦娥六号的成功更体现在其技术成就上,它的成功离不开中国航天团队的努力和创新,从任务的规划、设计到实施,每一个环节都体现了中国航天技术的进步和发展,为月球探测提供了宝贵的数据和样品,也为未来的月球探测和其他深空探测任务积累了丰富的经验,也向全世界展示了中国在航天领域的实力和信心。

未来,随着嫦娥七号、嫦娥八号等任务的推进,中国将在月球探测领域取得更多的突破。这些任务不仅将进一步深化对月球的科学研究,也将为人类未来在月球上的长期驻留和开发奠定基础。嫦娥六号任务的成功,无疑为这些未来任务的开展提供了宝贵的经验和信心。

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