打水漂绝技再现!秒速11公里直冲大气层,嫦娥六号顺利挖土归来

挖个脑洞子 2024-06-27 09:36:48

图文 | 脑洞君

编辑 | 脑洞君

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2024年6月25日14时07分,嫦娥六号返回器在内蒙古四子王旗预定区域平稳着陆,标志着我国嫦娥六号探月任务的圆满成功,实现世界首次月球背面采样返回。

世界首次月球背面采样返回

嫦娥六号探测器于今年5月3日在海南文昌航天发射场,由长征五号运载火箭发射升空送往月球,执行世界首次月球背面采样返回任务。

6月2日,嫦娥六号着陆器和上升器组合体精准着陆月球背面南极-艾特肯盆地预选区域并开展采样工作。6月4日,嫦娥六号上升器点火起飞,着陆器离开月表,在6月6日完成与轨道器和返回器组合体之间的交会对接及样品转移。

6月20日,轨道器和返回器组合体将正式启动返回地球的程序,花费五天时间返回距离月球38万公里的地球。由于地球引力的牵引作用,抵近地球时嫦娥六号轨返组合体的速度将达到了惊人的每秒10.9公里,约31马赫,几乎接近第二宇宙速度(11.2km/s)。

6月25日,嫦娥六号轨返组合体到达距离地球表面5000公里的位置,返回器与轨道器解锁分离,返回器将独自携带月背样品以31马赫的速度冲进大气层,开始返地过程中最艰难的一个阶段。

惊险30分钟,嫦娥六号返地全纪录

在高达31马赫的高超音速下,返回器会与大气层剧烈摩擦,返回器底部前端的空气温度甚至可达到1万摄氏度,这个温度我们的返回器是承受不了的。加厚耐烧蚀层可以抵御高温,但那样的话航天器成本以及重量又都会大幅增加。

对此,我们的解决方案是采用复杂的“半弹道跳跃式再入"技术,俗称“在太空打水漂",就是通过控制返回器的姿态和再入角度,利用大气层产生的升力使返回器在大气层边缘多次"跳跃",从而有效降低速度和热量积累。

接下来让我们看一下具体操作过程:

靠近地球大气层:6月25日13点20分左右,嫦娥六号轨道器与返回器在南大西洋上空5000千米处成功分离,返回器将进入一条地心倾角为43.7°的轨道,沿着一个与地面大约为15°坡度的着陆轨迹以“自由飞行”状态靠近地球大气层。

建立再入姿态:13点37分,返回器在大气层“自由飞行”17分钟后,接到建立返回再入姿态指令。此时返回器位于索马里东南部的印度洋上空约120千米处,速度为31马赫。

第一次再入:2分钟后返回器第一次建立再入姿态,以较小的角度第一次切入大气层,开始持续3分钟的再入状态,并进入“黑障” (因高温电离气体导致的通信中断)。此时返回器会在下压大气层时产生气动升力,进行一次“打水漂”,在下降到一定的高度(大约为地面以上60公里)时向上跃出大气层(最高可达地表以上140公里)。

13点41分左右,第一次升力控制结束,返回器在卡拉奇以南上空跃出大气层,再次进入“自由飞行”状态,此时速度已经降低到第一宇宙速度(7.8m/s)之下,接下来返回器会在地球引力作用下再次进入地球大气层。

第二次再入:13点48分左右,返回器在甘肃河西走廊上空第二次建立再入飞行姿态,进入大气层并进入“黑障”,完成最后的减速和着陆过程。

开伞:13点58分左右,返回器在中国内蒙古上空10公里的高度,先后打开减速伞和主降落伞,将速度降低到不超过13米/秒。

成功着陆:14点时07分,返回器成功着陆在四子王旗预定着陆点附近。

嫦娥六号返回器从13点37分在索马里东南部上空建立再入姿态,到14点07分成功着陆四子王旗,历时30分钟,飞行5640公里,经历两次“黑障”,还在太空中打了个31马赫的水漂,整个过程不可谓不惊险,任何一个环节出现问题都会造成可怕的后果。

结语

嫦娥六号探月任务的圆满成功标志着中国探月工程迈入了新的阶段,不仅彰显了中国航天科技的实力,也为人类探索宇宙奥秘贡献了中国智慧。而随着技术的不断发展和完善,我们也有理由相信,我国会在太空技术方面取得更多的成就,中国必将成为人类深空探索活动的领先者。

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