说实话,苏联航天当年的表现确实让人震惊,用1970年的技术,实现了月球软着陆和采样返回。五十多年后,嫦娥六号实现月球背面采样返回还有那么惊艳吗?我是东城观星,继续跟大家聊聊嫦娥六号的话题。
苏联的月球十六号是世界上第一次实现月球自动采样返回,虽然只采回了101g也就是二两月球土壤,但想想那是发生在1970年,这种成功就跟奇迹一样。还有一个简直有点不可思议的细节,月船16号的返回器只有515公斤,却能从月球上直接起飞,而且一路返回地球,返回器着陆的过程中还能弹出降落伞。这么小的返回器,居然可以把样品从月球安全带回地球,非常不容易。要知道嫦娥五号和嫦娥六号的返回组合体,重量高达4吨多。
那到底是苏联的采样返回更传奇,还是嫦娥系列采样返回更精彩呢?我们简单分析一下。
当然,从技术水平上,嫦娥五号、六号,肯定是更先进的。通过多次接力的方式,实现了更高的样品携带量和完成更多的探测任务。与此同时,探测器的着陆精度和难度也是不可同日而语的。虽然嫦娥五号、六号,有借鉴苏联探测器的方面,但总的来说实现了全面的升级,技术水平并不在一条水平线上。甚至可以说是有天壤之别。
那嫦娥六号到底牛在哪里呢?我们再分析一下。
苏联50多年前就已经实现自动采样返回了,嫦娥六号只能靠着陆难度来取胜吗?并不是。
嫦娥系列采样返回,并不仅仅是着陆难度的提升,还有很多方面,是苏联当年无法比拟的。
首先是成功率。嫦娥系列探测器着陆和返回,成功率能达到百分百。但是苏联的采样返回可没有这么高的成功率。苏联采样返回,从公开的数据来看,一共发射了11次,只成功了3次,成功率还不到30%,如果算上没正式公开的失败尝试,成功率就更低了。由于当年全球的计算机水平还很低,自动化控制能力有限,着陆、采样和返回都没有百分百的把握。很大程度上成功是靠运气的,哪怕上一次成功了,下一次也不能保证万无一失。
其次是着陆技术不可同日而语。
当年苏联的技术,完全不可能达到现在嫦娥系列所掌握的空中悬停自动避障的能力,能不能着陆成功,一方面是靠运气,另一方面也要提前选择好大面积平坦的着陆区域,不可能挑战像嫦娥六号这样超高难度的月球背面陨石坑内着陆。哪怕选择好了相对平坦区域,但由于当年技术水平不高,着陆目标区域比较大,着陆点具有随机性,如果刚好落到了斜坡上或者小陨石坑里,很容易就会歪倒失败。
而嫦娥系列着陆技术,完全脱离地球人员的控制,靠自身携带的探测设备和计算机,就可以对地面不平坦地点进行躲避,自己就能找到附近最适合着陆、最安全的降落点。单从这一点,嫦娥系列探测器着陆能力也是全球领先的。不管是苏联软着陆,还是近期的印度软着陆,都没有办法实现自动避障。美国的阿波罗也不能实现自动避障,阿波罗当年靠的是人眼识别和人工手动避障,有人操控当然就有先天的优势了。其实如果没有航天员在里面,阿波罗飞船,也做不到自动避障,也远远达不到嫦娥系列的技术水平。
再次,苏联当年技术水平限制了技术方案。
不管是中国的嫦娥系列,还是美国的阿波罗系列,都是采用接力返回的技术,能够大大提高返回的携带量。但是当年的苏联并不掌握月球轨道上的交会对接技术,从而无法实现接力返回的技术。只能让返回器全程独立返回,从月球起飞以后,直接加速到月地转移轨道,然后返回地球,并降落到地球上,路上消耗了更多比例的燃料。中国的方案完全是采用了高难度的月球轨道交会对接,在辅助技术不多的情况下,还能精准对接,体现了中国的技术水平。美国的阿波罗倒也能实现交会对接,但整个过程有航天员的辅助操控,技术难度大大下降。换句话说,阿波罗虽然可以交会对接,但也不能实现自动交会对接。
最后,苏联的采样探测器,功能比较单一。苏联当年的采样返回,基本上只有采样返回任务,附加任务几乎没有。而中国的嫦娥六号,不仅可以在采样返回后继续在月球表面开展多项探测任务,就连轨道器也能在把返回器送达以后,切换轨道继续开展探测任务。
苏联在五十多年前就已经实现采样返回了,但是他们的采样量却非常低,最高采样返回记录只有170克,三两多一些,低的时候只有55克,一两多一点。就算是最高的采样返回记录,也只有嫦娥五号的十分之一。但两个探测器的发射重量相差可没有这么大,苏联的探测器发射质量5.8吨,嫦娥六号是八吨多。是什么原因造成这么大的差异呢?
最主要的原因还是返回方式的差异。嫦娥系列采用接力返回的方式,而苏联月球系列采用直接返回的方式。接力返回能够大幅度提升运载效率,但也会明显增加任务难度。
不管是月面降落还是月面起飞,都是整个任务中最耗费燃料的阶段,而自身重量越大,耗费燃料越多。苏联月球系列整体着陆,五吨多的重量,从高速环绕月球降低速度到零,耗费了几乎全部的燃料,剩余的燃料绝对不可能再让它飞起来,只能把剩余燃料放到小小的返回器上,返回器的总重量只能安排五百多千克,只有半吨,多数重量还是燃料,留给月球土壤的空间实在少的可怜。
嫦娥六号,着陆重量只有三吨多,留下将近五吨的重量还在轨道飞行。在轨道飞行的返回器几乎是不消耗燃料的,能够把燃料留到最关键的时候使用。而着陆部分由于自身重量大大减少了,消耗的燃料也没有那么多了,不仅不会消耗完,还能给起飞工作留出更多的燃料。同时,上升器并不是直接加速到月地返回轨道,只需要加速到环月轨道跟准备返回的轨道器完成对接就行,里外里都能节省不少燃料。所以,虽然着陆器只有3吨,但上升器却能达到800多公斤,携带了更多的燃料,自然也能携带更多的月球土壤。
同时,上升器在交会对接后消耗完所有燃料,也不必担心,因为上升器不需要返回。留在轨道上的轨道器和返回器才是返回的主体,在分离着陆的时候,轨道器里面留下了充足的燃料,足可以把返回器送回地球还有富余。要知道,从环月轨道提速到月地返回轨道所需要的速度增量,远远比不上从月面起飞直达月地返回轨道的速度增量,自然消耗燃料也会少很多。
所以,总结下来,嫦娥六号通过接力的方式,实现了用最少的燃料带回最多的样品。
嫦娥系列带回样品多,还有一个重要因素,那就是采样方式。苏联月球系列,只有一种钻探取样的方式,不管多少,只能钻取一次,并不能回勺再取。通过不断改进,才实现了月球24号的170克采样。
而嫦娥五号、六号,都采用两种采样方式结合的方案。保留苏联那样的钻探采样方式,尽可能深的向地下挖土,同时还采用表面采样的方式。所谓表面采样,简单理解就是用小铲子在表面柔软的土壤里直接挖土,采样难度下降,采样量也更容易控制。多数土壤都是用小铲子挖的,少量土壤是用钻杆钻取的,但钻杆钻取的那些少量样品的研究价值比铲子挖的样品的科研价值更高,因为挖取的样品相互之间差异很小,而且是完全混合在一起的,相当于一个样品,而钻探样品按照深度,每一厘米甚至每一毫米都可以看成是一个样品,往下挖个一两米,可以获得大量的科研数据。所以,不管钻探多难,嫦娥六号也依然保留了钻探取样。
苏联的采样返回总体上是成功的,但从技术水平和未来发展来看,中国的嫦娥系列更有优势。中国嫦娥系列技术,可以无缝衔接拓展,为将来更多更难的采样任务提供技术基础。而苏联当年的技术,今天已经无法再使用了,需要研究新技术才行。这就好比今天已经可以用拖拉机来犁地了,完全没有必要再用人力来犁地。
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