嫦娥六号碾压月船三号,仅5天就完成近月制动,印度为何要21天?

人马座说 2024-05-09 02:50:35

嫦娥六号在5月3日发射之后,大家都在关注它什么时候能到达月球。现在已经公布了最新的消息:嫦娥六号已于5月8日完成了近月制动,成功进入了环月轨道!所谓的近月制动是指在嫦六到达月球附近时,踩上一脚刹车,将探测器与月球的相对速度降低到逃逸速度以下,从此嫦娥六号正式成为月球的卫星,以后还会进行降轨,然后才是着陆和采样。

有没有觉得嫦娥六号实在是太顺了?发射很正常,不知不觉就已经离开地球几十万公里,不到5天之后近月制动也圆满完成了。如果大家还记得去年印度月船三号的发射过程,就会感到二者真的是差距巨大。月船三号从发射到完成近月制动,花了整整21天,也就是3个星期的时间,围着地球绕了N圈,一点点儿的升高远地点,才最终进入地月转移轨道。

我们的嫦娥六号不仅携带了轨道器、着陆器、上升器、返回器和样品舱,还有欧空局、法国,意大利、巴基斯坦等国的科学载荷,还携带了一辆并未公布信息的神秘“月球车”,这些东西加在一起总重量达到了8.3吨。

而印度的月船3号,满打满算只有3.9吨,还不到嫦娥六号的一半,其中的着陆器部分更是只有1.75吨,月球车只有可怜的26公斤。这么小的探测器为何要花20多天才能到达月球附近呢?

只能说明印度火箭太菜了,与嫦娥六号的“坐骑”长征五号遥八的差距太大。长征五号是世界著名的大火箭,起飞重量达849吨,芯一级和芯二级都采用比冲较高的氢氧发动机,四台助推器一共配备了8台液氧煤油发动机,单台推力达到了120吨级。

长征五号不仅无毒环保,还能把25吨的载荷送到近地轨道(长五B),把14吨的载荷送到地球同步转移轨道,也能把重达8.3吨的载荷直接送到近地点200公里、远地点达38万公里的地月转移轨道。在器箭分离之后,嫦娥六号自身的发动机不需要再提供动力,而只是看情况做几次轨道修正就可以了。

与长征五号遥八相比,印度的探月火箭就显得极为孱弱了。月船3号使用了印度最强的LVM3火箭,也就是GLSV MK3。这枚火箭的起飞重量高达640吨,比长征五号少不了多少,按这个标准能算到重型火箭的行列。然而它的运载能力却还不如我国的中型火箭长征三号乙。

GSLV的芯一级是两台Vikas毒发,燃料是四氧化二氮/偏二甲肼,单台推力80吨,芯二级是推力20吨的氢氧上面级CE-20。最显眼是两台S200大型固体助推器,海平面最大推力高达500吨,以至于在起飞时火箭的芯级发动机并没有点火,仅凭2台固推就把LVM3给托了起来。芯级发动机要到发射后120秒才启动。

但是这两台大固推虽然推力很足,关键的比冲指标却很拉胯,只有227秒,低到发指。最奇葩的是这两台固推在发射后第130秒停止工作,却要等到第149秒才抛弃。在19秒的时间里,火箭就带着这50多吨的死重往上飞,运力指标能高了才怪。

在这种设计下,LVM3以640吨的起飞重量,仅实现了10吨的近地轨道运力,与长征2号F相当。地球同步转移轨道的运力是4吨,大幅落后于长征三号乙增强型的5.5吨。至于地月轨道轨道运力,想想就知道有多低了,是绝不可能把3.9吨的月船3号直送月球的。

因此月船3号被迫采用了多次变轨的策略,在2023年7月14日发射之后,火箭仅将它打到了138km×36306km的初始轨道,离月球还远得很。随后月船三号利用自身的推进舱,又进行了六次变轨,一点点提升远地点高度,直到2023年8月1日第六次变轨之后,才进入地月轨道,并在4天后到达了月球附近。因此,月船三号足足在地球附近泡了半个多月的蘑菇,与嫦娥六号的干脆利落形成了鲜明的对比。

不过这次嫦娥六号的任务周期,还是要比前任嫦娥五号长得多。嫦娥五号从发射到样品舱返回地面,只用了23天的时间,但嫦娥六号却要花上50多天,要到6月底甚至7月初才把月球背面的样品送回地球,这是为什么呢?

主要是因为嫦娥六号和嫦娥五号的着陆位置不同。嫦娥五号是在2020年11月28日进入环月轨道飞行的,两天后着上组合体就与轨返组合体分离了。再过一天后的12月1日,嫦娥五号在月球正面的吕姆克山脉附近着陆。因此,嫦娥五号在到达月球后的绕月阶段只有2~3天,非常短暂。

这是因为嫦五的着陆地点在月球正面,具体位置是西经51.8度、北纬43.1度。这里的观测和通讯条件都比较好,变轨过程也就比较迅速。然而嫦娥六号就不同了,它的着陆位置是在月球背面的南极-艾特肯盆地,在地球上是无法直接看到的。嫦娥六号要想实现在月背的测控和通信,需要鹊桥一号和鹊桥二号中继星的配合。

起主要作用的无疑是刚发射不久的鹊桥二号,它的轨道并不像鹊桥一号那样在地月L2点附近,而是一个大椭圆轨道,远月点高度数千公里。因此鹊桥二号并不能全时段为嫦娥六号提供中继服务,嫦娥六号的各类复杂操作,需要鹊桥二号在合适的时间出现在合适的位置,才能完成,这无形中就增加了任务的难度和时间。

另外一点就是嫦娥六号并不只是简单的采样返回,它还携带了各类载荷,要在月球轨道上进行各类观测工作。例如,法国氡气探测仪会对月球表面氡气同位素开展原位探测,欧空局月表负离子分析仪对月球表面负离子进行探测,研究等离子体和月面的相互作用机制。已经分离的巴基斯坦立方星主要开展在轨成像任务。而意大利的激光角反射器将作为在月球背面的定位绝对控制点,将来可以与其他月球探测任务开展联合测距与定位研究。

综合以上因素,嫦娥六号需要20天的时间进行绕月飞行,然后才会开始降轨,直接着陆。着陆后将在月面上工作48小时,采样完成后再进行月面上升、环月轨道交会对接。在这期间,嫦娥六号还将在环月轨道开展多项科学探测,并且还要对采集到的样品进行一些科学研究。完成所有使命后,样品舱将随着轨返组合体返回地球,最终以”水漂弹道“再入大气层,整个过程大概需要53天。

现在您知道嫦娥六号任务为什么要持续这么长时间了吧?它的复杂程度是前所未有的,考虑到只有我国才拥有鹊桥一号和鹊桥二号中继星,并且只有我国实现过月球背面的软着陆,因此现在嫦娥六号的月背采样返回能力,放眼全球也只有中国才能实现。印度那个在月面上只存活了几天的月船三号,是完全无法与嫦娥六号相提并论的。

特别值得注意的是,嫦娥六号居然也携带了一台迷你月球车。在照片中能明显看到这辆月球车的4个轮子,但却看不到专用的下降坡道,因此人们猜测这辆车是直接掉到月面上,然后自行摆正姿态进行巡视的。据外媒报道,这辆小型月球车搭载了一台红外光谱仪,能够利用不同矿物和化合物以特定方式吸收和发射红外辐射的方式,确定月球表面岩石、土壤和风化层的成分。

总之,嫦娥六号任务将带给我们很多惊喜。好饭不怕晚,让我们拭目以待吧。

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