登月艙在月球上起飛的重量僅相當於“兩頭豬”,而燃料有2.4噸,因此很容易返航!嫦娥五號和阿波羅11號,登陸與返航的原理基本上一樣。不過,嫦娥五號難度係數更高,但我們不能否認,美國50年前就已經載人登陸了。

月球返航的質疑:

1968年,土星五號帶着阿波羅號離開地球,很多人質疑運載火箭與阿波羅號脫離之後,阿波羅號是如何獨自從月球表面返航的?

地球升空:

阿波羅號從地球上升空時是至今推力都排世界第二的土星五號,火箭總重量3000多噸,荷載45噸,依靠巨大的發射架,

場面振奮人心。

月球降落與升空:火箭垂直穩穩着陸是馬斯克近兩年的研究結果,一般航天器返回地球都是直接“掉”下來,開降落傘減速,那麼

50年前阿波羅號是如何穩穩降落月球表面,還具備再次發射條件的?

圖:胖五起飛

月球上可是連連發射臺都沒有。難道登月之前月球上就已經“藏”了像土星五號一樣的運載火箭,並提前建設好了發射臺?這顯然不可能。

解惑

如果阿波羅號不可能完成登月,嫦娥五號也不可能,

實際上返程人員是“沒有降落月球的航天器”帶回來的。

先簡述一下過程:

運載火箭提供巨大推力,克服地球引力升空。進入環地球軌道,推進器脫離,繞地球軌道飛行,火箭將阿波羅號送入地月轉移軌道並分離,阿波羅號直奔月球。靠近月球后,點火制動,修改軌道進入環月球軌道。關鍵點:無論是嫦娥五號,還是阿波羅11號都並非是單獨完整的航天器,而是由多個部分組成,下面對比一下:

圖:阿波羅11號

圖:阿波羅11號與嫦娥五號

阿波羅11號在整個過程中完成了兩次分離,兩次對接。而嫦娥五號完成了一次分離,一次對接。阿波羅11號第一次分離與對接是爲了進行結構調整,分離後發生了180度大旋轉,再對接,爲登月與返回做準備。

圖:阿波羅11號進入地月軌道後,第一次分離與對接,

嫦娥五號與阿波羅11號進入環月球軌道之後,原理都是

在近月球軌道上,登月艙與軌道艙分離,再通過減速讓月球引力俘獲登月艙,下降同時下降段點火,使登月艙具備一定上升力與月球引力抗衡,完成軟着陸。

這個過程與馬斯克回收獵鷹9號類似。着陸後,阿波羅號下來兩人,走兩步、插旗子,撿石頭,而我們的嫦娥則是全自動化挖土、封裝。

數據告訴你爲什麼能返航?

月球上沒有重載火箭與發射臺卻能返航,關鍵點在於引力。

地球比月球大得多,地月系統中,除了從月球“出門”時的臨門一腳,大部分路程都是受地球引力支配,意味着返程路下坡路居多。

起飛數據對比

土星五號從地球升空時,總重量3000多噸,荷載45噸(阿波羅11號),分別爲環月的軌道艙25噸,登月部分的上升段4.7噸、下降段15噸。也就是說

月球起飛重量只有4.7噸,其中燃料佔據了一半(2.4噸),

飛船2.3噸,真正載荷只有兩個人和月土(另一個人在軌道器上)。

最關鍵的是月球的引力只有地球的1/6,F=ma,

上升段4.7噸在月球上所受重力與地球上0.8千克物體相當,相當於地球上兩頭豬的重量

起飛速度對比

運載火箭離開地球要達到11.2km/s的逃逸速度。由於月球引力小,“這兩頭豬”只需要達到1.68km/s的環月球速度,因爲

人和石頭並非乘坐“兩頭豬”直接從月球表面返航,而是在近月球軌道“換乘”軌道器。

綜上所述:

兩地起飛時,地球要比月球更難,起飛重量相差3750倍,需要達到的速度相差7倍,

這還不算地球上存在空氣阻力。這意味着月球升空只要一個迷你發射架(10噸左右的下降段)與“小型火箭”(4.7噸的上升段,含2.4噸燃料)就足夠了。

當登月艙上升段升空後,人帶着月土轉移到返回艙,然後上升段與軌道艙分離,最後軌道艙點火變軌進入地月軌道,返回艙與服務艙分離,獨立返回地球。最終返回艙進入地球軌道,減速掉入大氣層。

嫦娥五號的難度

嫦娥五號相對阿波羅11號的優勢:

自動挖土,自動封裝自動降落月球自動從月球升空登月艙與返回艙自動對接半彈道跳躍式返回方案(在太空打水漂)

阿波羅號載人方案面對各個環節可以依靠人工進行調整,嫦娥五號方案更爲自動化,相似的方案,更加自動與精準,意味着我國離載人登月快了。

相關文章