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集萬千寵愛於一身的“嫦娥5號”,已完成使命,正在萬里之外往回趕路的途中,再過兩天將會是它到家的歸期,除了翹首以盼外,對“嫦娥5號”在天空中的每一個動作,都能引起一片熱議,昨天嫦娥5號軌道器和返回器在一次修正軌道時候,兩臺25N發動機工作了28秒。

嫦娥5號返回

這是一個什麼概念呢?

就好像用提起一個小西瓜的力,去推動按照噸算的物體,這個在地球環境中是無論如何也不可能實現的,但是考慮在外太空真空環境中,還是可以辦到的,但是前提是需要足夠長的時間,以日本隼鳥二號飛行器為例,其600公斤的重量,靠的是4臺離子發動機,全功率大約37毫牛,正常工作狀態大約29牛,也就相當於提前7.8張A4紙的力,就是這微弱的力,把600公斤的探測器,用一年時間從3億公里外的送回來。

隼鳥2號的離子發動機

隼鳥二號雖然能夠實現,但它靠的是長時間的加速才能辦到,但是嫦娥5號這次僅僅28秒,就是用很微弱的力,運行了極短的時間,可以說做了一個很微弱的調整,耗費如此少的燃料,在如此短的時間做這麼微弱的調整,是不是嫦娥5號攜帶的燃料不夠缺“油”導致的呢?

未來航天主流的離子發動機

不是的?

可以說為了這次的任務,嫦娥5號可以說是加足了“油”,除卻火箭燃料不算,這次嫦娥5號的著陸器,上升器,軌道器中都備有燃料,考慮到是第一次執行這樣的任務,嫦娥5號把很多不可控的因素都算進去了,所以所攜帶的燃料是非常的充足,我們都知道,在上升器與軌道器完成樣品交接後,還有許多富餘的燃料,就是考慮到一些不可控的因素,這些富餘的燃料都是應對意外情況的。

探測器在降落過程

但是在上升器與軌道器互動對接的時候,由於太過完美導致那些富餘的燃料沒有派上用場,當時覺得可惜,有這麼多的富餘燃料,是不是給上升器一些額外的任務,但是遺憾的是上升器其主要任務是快遞派送任務,沒有攜帶任何的科學探測儀器,在考慮一番之後,為了不給其他國家在探月的時候帶來麻煩,上升器悲壯的撞向月球表面,完成最後的科學探測任務。

同理,處於返回途中的軌道器與返回器,也會考慮一些意外,所以在正常的燃料儲備外,還另外多備一些燃料,而這次28秒的微調,只能說明一個問題,就是嫦娥5號歸途中路線很完美,不用做太多的調整!

嫦娥5號上升器點火升空

這點在高速開車的朋友應該都能理解,在行進的過程中,碰到一些小的彎道,方向盤只需微調即可。也許很多人覺得,在太空中沒有阻擋,地月之間不是有個最短的直線嗎?為何還做軌道的微調整拐彎呢?

那時因為地月之間存在引力,對探測器存在影響,所以就會負擔額外的燃料來消除這股引力的影響,例如:阿波羅11號任務中,由於其體量大燃料充裕,就不太考慮引力的影響,一路趕回,僅用時8天時間。

阿波羅返回艙與指揮艙對接前的畫面

最佳的飛行路線是用最少的燃料完成飛行任務,理論上可以利用引力彈弓效應,可以節省更多的燃料,但是這裡面又有時間成本了。像印度的月船2號月球探測器,前往月球途中就差不多花去一個多月,還有他們的“曼加里安”號火星探測器,前往火星更是花去一年多時間,這個事,印度媒體現在都還在吹,用最少的成本完成火星探測任務。

曼加里安號,有史以來耗時最長,成本最低的火星探測器

所以這裡就存在一個燃料與時間的平衡點,用最少的燃料,最少的時間完成航行任務,而航行這條路線的時間點,就被稱為視窗期,這次嫦娥5號的軌道器與返回艙之所以在月球軌道上等待6天時間,也是為了等待視窗期的到來。

最後,是不是嫦娥5號就做不到8天就返回呢?也未必,從現有的資料來看,嫦娥5號也能做到,也許不相信,我列舉一些資料,就清晰了,承擔重要任務的返回器和著陸器的總重量是600多公斤,只佔到整個嫦娥5號的7%左右,也許考慮到有其他的額外任務,所以配重要高一些。

阿波羅11號登月艙與整個飛船的佔比

如果單純考慮就這次嫦娥5號的取樣任務,那些額外的配重以及裝載的燃料,比當年阿波羅11號還要富餘一些,因為阿波羅11號的配比達到了36%左右,可見嫦娥5號的燃料有多富裕,之所以這麼做,我想一方面是嫦娥5號有其他任務,另一方面可能是為將來載人登陸做準備,儘量的多采集資料有關。

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