能用來幹別的事嗎?嫦娥六號“彈道”不簡單:與五號落點高度重合

特友自然 2024-06-28 19:16:38

嫦娥六號的樣品回歸地球,引起了全世界的關注,畢竟這是人類第一次獲得從月球背面采集的樣品,它將有助于人類了解月球形成的曆史,了解月球地表演化的曆史。嫦娥六號的一大亮點是,它是半彈道式滑躍式,而且著陸的精度相當高。

據前方報道,嫦娥六號的著陸點相當精准,落點坐標爲東經 111 ° 24 ' 56 '',北緯 42 ° 20'28 '',距離預定的落點只有646米,而距離上一次嫦娥五號的著陸點距離大約只有1.85公裏。兩次不同的探測器返回,嫦娥五號和嫦娥六號采取了不同的月球軌道,回到這麽大的地球上,落點竟然高度重合,說明我國在航天器精准控制方面的技術十分高超,已經達到了讓人害怕的程度。

我國還利用風雲四號氣象衛星快速掃描了著陸點的天氣狀況,拍攝了清晰的雲圖以及落點示意圖。在更寬廣的圖片上看來,嫦娥五號和嫦娥六號的著陸點幾乎重合。這是什麽概念呢?這還是一個探測器,它的外形是鍾形,爲了保護采集的樣本,它還不能用更激進的方式飛行。如果是換一個別的什麽平台呢?

嫦娥五號與嫦娥六號軌道,返回點卻高度重合,中國的控制能力極強

嫦娥五號沿著月球自轉方向運行,這樣的軌道符合大多數圍繞天體運行的自然規律,因爲天體自轉産生的慣性力與軌道運動方向一致,信鏈路的建立相對穩定,通信設備的調校相對簡單,在月球表面進行著陸和起飛的過程中,慣性力有助于穩定飛行器,控制難度較低;同時,天體碎片和微隕石沿著自轉方向運動,飛行器受到的引力擾動相對可預測且較小。

嫦娥六號則反其道而行之,沿著月球自轉的反方向運行,需要克服月球自轉産生的慣性力,面臨更大的引力擾動,軌道來的不穩定性增加了通信的複雜性,對天線指向控制和更高的頻率調整能力提出了更高的挑戰,飛行器需要更多的燃料和精確的控制策略來保持穩定,特別是在著陸和起飛過程中,也增加了碰撞風險和引力擾動的不確定性。

示意圖:恒星系形成中,中央核心的轉動帶動周邊物質繞其順行運動

嫦娥六號在返回地球的時候由于逆行軌道,返回時的速度和角度與嫦娥五號順行軌道不同,軌道帶來的不穩定性和擾動更高,控制系統需要具備更高的精度和反應速度,實時調整姿態和速度,此外,入射角度和速度與順行軌道不同,可能導致不同的熱量分布和熱峰值。返回艙的熱防護系統需要針對這些差異進行優化設計,確保在極端條件下依然能有效保護艙體。

軌道不同,著陸點卻十分接近,這說明我們對于航天器落點的控制相當的精確。要知道在返回的過程中要開啓降落傘,而地球大氣層中有風,即便是在這種情況下,嫦娥五號和嫦娥六號最終的落點距離卻僅僅只有1.85公裏。

嫦娥六號的彈道不一般,不是桑格彈道爾也不是錢學森彈道

半彈道式滑躍再入是一種先進的再入大氣層技術,通過多次進入和退出大氣層的“打水漂”方式,逐漸降低航天器的速度和高度。在距離地面約120公裏的高度,航天器首次進入大氣層,這時(大概位于歐洲的上空)大氣阻力開始顯著增加,航天器快速降落高度並減速;在到達約60公裏高度時(還在歐洲),航天器再次上升,滑躍出大氣層,類似于打水漂的動作。

這一過程有效地減少了航天器表面的熱應力,有利于對返回器進行熱防護,打水漂實現了返回器多次進出大氣層,航天器的熱負荷分散到更長的時間段內,避免了單次再入時的極端高溫,多次滑躍使航天器可以在每次進入大氣層時進行軌迹修正,對于載人任務,這種方式可以減少乘員在大氣層再入過程中的過載,提升舒適性和安全性。

這種技術我們已經相當熟練了,嫦娥探測器均采用了半彈道式滑躍再入技術,成功實現了高精度著陸;新一代載人飛船(可能用于載人登月,最多可承載6人)也計劃采用這一技術。這將爲未來的載人航天任務提供更高的安全性和精確度,尤其是在返回地球過程中,通過多次滑躍減少熱負荷和過載,爲乘員提供更好的保護。

半彈道式滑躍式既不是桑格爾彈道也不是錢學森彈道,而是結合了兩者的一些特點,主要的目的是爲了更好地保護航天器,而桑格爾彈道和錢學森彈道卻更注重飛行器的隱蔽性。相同的是,都需要精准的控制,需要對飛船或者其他的飛行器進行優良的氣動布局的設計,需要滿足多次進出大氣層的需求還能保持穩定的軌迹。

桑格爾彈道是德國工程師歐根·桑格爾提出的一種飛行彈道設計,通過在大氣層上層進行滑翔,減少空氣阻力並延長飛行距離,設計初衷是實現洲際甚至更遠的飛行能力;飛行器可以多次進入和退出大氣層,類似于打水漂,以減少熱應力和加速度,主要用于設計可重複使用的太空飛機,能夠實現遠程打擊和高隱蔽性。

錢學森彈道由中國科學家錢學森提出,用于洲際彈道導彈(ICBM)和其他用途,導彈在飛行過程中多次進入和退出大氣層,以增加飛行距離和提高突防能力,通過多次再入和軌迹變化,可以避開敵方防禦系統,提高打擊效果。需要精確的導航和制導系統,以確保導彈能夠在複雜的飛行環境中保持穩定的軌迹。

半彈道式滑躍再入技術、桑格爾彈道和錢學森彈道有在技術要求上有共通之處,無論是保護航天器、實現遠程飛行,還是提高隱蔽性和突防能力,都需要對飛行器進行精確的導航和控制;多次進出大氣層的需求對飛行器的氣動布局提出了高要求,需要在高溫、高速和高過載條件下保持穩定的飛行性能;複雜的飛行軌迹和多變的再入環境需要實時的監測和軌迹調整,以確保飛行器能夠安全、准確地完成任務。

嫦娥六號進一步驗證了技術,未來可用于載人登月,及其他

嫦娥六號作爲中國探月工程三期的一部分,其任務目標和技術創新確實旨在進一步驗證和完善月球樣本返回技術,這包括了嫦娥五號成功實踐的半彈道跳躍式返回技術的優化和應用,未來載人登月任務以及其他深空探測任務具有重要意義,對返回技術的進一步驗證與優化,可以極大提高未來載人登月艙返回地球時的安全性和可靠性,確保宇航員能夠安全返回。

此類返回技術要求高度的自主導航與姿態控制能力,這對于執行更遠距離的深空探測任務(如火星采樣返回、小行星探測等)至關重要,隨著返回技術的不斷成熟,其核心組件和技術原理可以更加模塊化和通用化,便于根據不同任務需求進行快速適應和集成,加速新航天器的研發周期。

嫦娥系列任務的技術突破有助于中國在國際航天舞台上扮演更重要的角色,正如之前提到的,這些航天技術的發展與驗證,將促進熱防護材料、自主導航控制算法、遠程通信技術等相關領域的發展,這些技術進步最終可能轉化爲民用領域的創新産品和服務,如高速交通工具的熱防護、無人機的自主導航系統等。

嫦娥六號相對于嫦娥五號,受到了更多的關注,因爲它是人類首次從月球背面帶回來樣品,這一成就是曆史性的,更有助于揭示月球背面和正面差異巨大的原因,還實現了精准著陸,著陸點幾乎與嫦娥五號重合,向全世界展示了我們的技術,未來或許能吸引到更多的國際合作,從而降低我們的科研成本、提升科研效率等。

嫦娥六號任務確實備受關注,這是因爲它是人類首次從月球背面取樣並帶回地球。這不僅是一個曆史性的突破,還將極大地幫助科學家們揭示月球背面與正面之間的巨大差異。這一成就,再加上精確的著陸技術展示了中國在航天領域的先進水平,尤其是著陸點幾乎與嫦娥五號重合,進一步證明了中國的精准控制技術。

嫦娥六號成功地從月球背面取樣並帶回地球,將幫助科學家們更深入地了解月球的形成和演化過程,尤其是月球背面與正面之間的差異,包括地質構造、礦物成分和地形特征等方面,科學家們可以更好地理解月球的內部結構和曆史,進而揭示太陽系早期的環境和演化過程。

嫦娥六號的成功更體現在其技術成就上,它的成功離不開中國航天團隊的努力和創新,從任務的規劃、設計到實施,每一個環節都體現了中國航天技術的進步和發展,爲月球探測提供了寶貴的數據和樣品,也爲未來的月球探測和其他深空探測任務積累了豐富的經驗,也向全世界展示了中國在航天領域的實力和信心。

未來,隨著嫦娥七號、嫦娥八號等任務的推進,中國將在月球探測領域取得更多的突破。這些任務不僅將進一步深化對月球的科學研究,也將爲人類未來在月球上的長期駐留和開發奠定基礎。嫦娥六號任務的成功,無疑爲這些未來任務的開展提供了寶貴的經驗和信心。

0 阅读:0

特友自然

簡介:感謝大家的關注