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    嫦娥五號僅用5天飛到月球,為什么韓國月球軌道器耗時達134天?

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    航天強國韓國也要“探月”了!2022年8月5日,韓國月球軌道器“賞月”(Danuri)搭乘“獵鷹9”火箭從美國佛羅里達州卡納維拉爾角航天中心發射升空,開啟它的環月之旅,屆時韓國將成為全球第7個擁有月球探測器的國家。如果一切順利,“賞月”將在12月16日(世界時)到達月球軌道,前后歷時達134天。


    韓國“賞月”軌道器想象圖

    有朋友表示好奇:記得我們的嫦娥5號月球著陸器是2020年11月24號發射,28號就進入了環月軌道飛行,總共只用時不到5天;同樣是從地球飛到月球,為什么韓國的探測器竟需要4個半月?它到底是怎么飛的?

    獵鷹9號是許多航天迷心中的“夢想火箭”,它運力強大,能將8.3噸的有效載荷推到地球同步軌道,它還可以“回收重復使用”。當然了,獵鷹9號在回收一級火箭時的GTO載荷只有5.8噸。

    相比之下,發射“嫦娥五號”月球探測器的長征五號火箭GTO運載能力達14噸,它不能回收,一些網友對此耿耿于懷。


    獵鷹9火箭發射“賞月”軌道器

    但一個有趣的現象是:韓國“賞月”號軌道器總發射質量僅678千克,嫦娥五號重達8.2噸,是前者的12倍!為什么“大馬拉小車”的獵鷹9火箭竟要花134天才把“賞月”送到月球?

    從SpaceX公司發布的獵鷹9號火箭數據看,它能將大約4噸的載荷送去火星,按理說發射一個幾百千克的探測器去月球應該綽綽有余。但“賞月”號升空后卻走了一條非常奇怪的“8”字形路徑,它最遠竟飛到了距離地球150萬公里的地方,遠遠超出了地球到月球38萬公里的距離:


    “賞月”在太空兜了個“8”字形的大圈

    為什么“賞月”號要舍近求遠多飛幾百萬公里,為此多耗100多天?既然美國獵鷹9火箭動力充沛,直接送它去月球不香嗎?抑或“賞月”除了賞月之外還有別的探測任務?

    包括中國嫦娥四號、嫦娥五號、美國月球勘測軌道器(LRO)以及阿波羅飛船在內,許多月球發射任務都采用“一箭直達”的方式:用火箭將探測器直接推送到月球,然后由探測器開啟發動機減速,被月球引力捕獲,再繞著月球飛行,這種地月轉移軌道被稱為“霍曼軌道”。


    美國LRO用時5天插入月球軌道

    “霍曼軌道”的好處顯而易見:速度最快,用時最短。特別對于載人登月而言,時間更是寶貴,宇航員在太空多呆一天就多一天的消耗,也多一分風險。同時它對飛船的要求也更高:我們需要更強大的飛船發動機來進行軌道機動,要攜帶更多推進劑,探測器因此更大更重;需要更精確的軌道計算和測控,發射窗口也得精確到秒,機會稍縱即逝。

    韓國顯然不具備這些技術?!百p月”號總重678千克,干重(不包含推進劑的質量)550千克(其中有效載荷質量僅40千克),也就是說它僅攜帶了128千克的燃料。這些燃料需要用來進行多次變軌,還得支持其長時間的繞月軌道機動。采用“彈道式入軌”,以時間來換取低能量軌道轉移(LET),是不得已而為之的做法。


    走彈道式地月轉移軌道需要數月時間

    獵鷹9號火箭推力強大,它能給“賞月”一個很快的初速度,使它飛到距離地球約150萬公里遠的“地日拉格朗日L1點”附近,然后在地球的引力作用下,“賞月”開始往回走、向著月球的方向運動,最終與月球軌道重合,并被月球引力捕獲。

    這樣做的好處除了節省飛船自身的燃料外,還可以“擴大”發射窗口,不需要像嫦娥五號那樣把發射時間“卡到秒”?!皬椀朗饺胲墶奔夹g含量更低,更保險。


    印度“月船2號”依靠地球重力一點點加速

    與韓國借用獵鷹9號火箭發射不同,航天強國印度面臨的卻是另一個難題——火箭推力不足。

    2019年7月22日,印度用GSLV Mark III-M1火箭發射“月船2號”,火箭推著飛船繞地球兜兜轉轉N多圈,利用地球重力一點一點地加速,最后花了29天時間才把“月船”送達環月軌道,比韓國快100多天。

    “月船2號”著陸器“維克拉姆”最終以零件形式登陸月球,取得了95%的成功。


    印度演示月球飛船

    “道路千萬條,安全第一條”,向月球發射探測器不僅需要強大而穩定的火箭,需要有強大而穩定的飛船,還需要有極精確的遙測和遙控技術加持。

    火箭強勁、飛船動力不足,就得兜兜轉轉,花大量時間來彌補;若火箭不行,也需要耗費許多時間一點點變軌,才能把飛船送到位。只有各方面的技術都到位了,才能飛出完美的霍曼轉移軌道,用最短的時間將探測器送到月球。

    航天強國講的是科學,單靠吹肯定是不夠的。

    參考資料及圖片來源:

    快懂百科:嫦娥五號探測器,長征五號系列運載火箭

    維基百科:Ballistic capture,Trans-lunar injection,獵鷹9,獵鷹9發射列表,Danuri,Chandrayaan-2,

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