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據央視新聞客戶端訊息,目前嫦娥五號軌道器和返回器組合體攜帶此前採集的月壤樣品正在從月球返回地球的途中。等飛行到距離地球5000公里的高度時,承擔地月往返運輸任務的嫦娥五號軌道器,將與返回器分離,未來,返回器將獨自攜帶月壤樣品在內蒙古四子王旗著陸場著陸。今天(16日)早上,參與此次搜尋回收任務的直升機分隊將按照計劃飛抵著陸場區。

(空中分隊進行搜尋回收專項訓練)

(搜尋回收分隊準備就緒)

採取“太空打水漂”式返回成關鍵

有趣的打水漂

(如果想讓石塊在水面上漂的更遠,則需要一定的技巧)

根據流體力學的原理,流速越大壓強越小。當密度比水大的物體掠過水麵時,帶動它下面的水在非常短的時間內快速流動,從而壓強減小,而更下面的水是靜止不動的,產生的壓強大,如此就對物體產生一個壓力,當壓力大於物體的重力時,物體就會彈起,這樣的情況重複多次,物體就會出現在水面上跳躍的情況。

(如何打出“漂亮的”水漂示意圖)

按照伯努利定律,沿著一根流線,流體的速度越大,壓強也就越小。

於是,這兩部分不同速度的液體便會產生一個壓強差。

當向上的壓力足夠大的情況下,石頭就會克服向下的重力,產生一個向上的速度。

水漂,就是這樣誕生的。

打水漂的戰事應用

1943年,二戰的歐洲戰場正處於相持階段。德國的魯爾重工業區作為此次重點打擊物件。但在多次空襲中,盟軍都未能攻破德國人的防守。所以,盟軍將目標放在位於魯爾河上游的三座大壩身上。透過炸燬水庫大壩,魯爾重工業區便會陷入停產,下游居民點也會被淹沒。

(德國魯爾重工業區)

由於水壩本身就由混泥土澆築而成,只有透過超重型炸彈和魚雷直接命中才有可能將其炸燬。但是,納粹德國在大壩上設定了密集的防空火力網。盟軍空軍即便是派出最遠射程的轟炸機,也無法碰到大壩。此外,水中更設多道防魚雷網,想要用魚雷的轟炸也不是辦法,計劃陷入了僵局。

(當時位於魯爾區上游的大壩)

此時,一位名叫巴恩斯·沃利斯的航空工程師則巧妙地想到了對策。他從打水漂中獲得了靈感,併發明瞭一種大射程的跳彈。這種跳彈呈圓桶形,發射之前會以一定速度旋轉。在離水面18米的高度投下,這種特製的炸彈便能打著“水漂”,以彈跳前進的方式越過防魚雷網,命中水壩。

(巴恩斯·沃利斯發明的一種大射程跳彈)

(被摧毀的大壩)

(科學家重現了二戰時期這種跳彈攻擊大壩的過程)

那麼什麼是太空打水漂呢?

簡單的一點來說就是空氣替換水,飛船替換石子。在這裡,就不得不提到一個理論—桑格爾彈道。歐根·桑格爾出生於,1936年時在德國負責火箭研發。他設想了一種由火箭推動的轟炸機,它先爬升到上百公里的臨界空間(沒有出大氣層)然後向下俯衝,由於下方稠密空氣形成“水面”,轟炸機能在平流層彈跳著前進到很遠的地方投彈。這就是著名的“桑格爾彈道”。

(高速影片照相機下的“打水漂”過程)

桑格爾彈道也稱水漂彈,利用重返大氣層時空氣密度驟然增加的特點,適當控制再入角度,形成水漂,彈回大氣層外。根據初始彈道和速度的不同,這樣的水漂可以只有一次,也可以有幾次,最後一次不再彈起,而是轉入大氣層內自由下落,或者受控滑翔,直至擊中目標。

(“桑格爾彈道”和“錢學森彈道示意圖” )

嫦娥五號返回器怎樣返回?

世界上只有三個國家開展過繞月再入返回實驗,美國、前蘇聯和我國的先遣隊員——嫦娥5T,而這次再入返回方式是半彈道跳躍式再入返回。

(航天器返回路線)

說到航天器返回,前面返回式衛星和神舟飛船已經積累了很多成功經驗。可是他們都是從幾百公里遠的近地軌道,以約7.9公里/秒的第一宇宙速度返回的,而嫦娥五號返回器是要從38萬公里遠的月球回來,速度達到了接近第二宇宙速度的11公里/秒。要讓這個奔逸絕塵的嫦娥五號慢下來,可是一個大難題。

(嫦娥五號發射到返回流程圖)

這次將來自月球的“紀念品”順利帶回地球,也是嫦娥五號此次奔月之旅成功與否的關鍵。由於月球與地球的距離遙遠,在離開月球返回地球的路上,火箭的速度會不斷上升,在進入地球大氣層時,會以第二宇宙速度左右的高速再入。在返回艙高速地撞擊地球的大氣層就會一直燃燒著,會把我們採集回來的樣品全部燒掉。所以我們採取了一個辦法,當返回艙下降到大氣層彈道一半的時候,就不能再下降了,讓它跳出大氣層,再下降。就像小孩兒在水面上用石頭打一個水漂,把石頭砸進去,再冒出來,再落下去,如此返回艙的速度就慢了。這樣的話,我們就可以利用降落傘讓它降落下來,就比較安全了。”

目前

著陸場系統的各項準備工作已經就緒

四子王旗

靜待“嫦五”凱旋歸來

告訴我們月球上新的故事

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