1. <video id="gll2p"><bdo id="gll2p"></bdo></video>
      2. <b id="gll2p"></b>
      3. <video id="gll2p"><bdo id="gll2p"><tr id="gll2p"></tr></bdo></video>
        巴中教育新名片 — 通江超前外國語實驗學校歡迎您
        您現在的位置:首頁 ? 科普活動 ? 科普知識
        今天是2016年10月20日  00:52:37  星期四
        在線報名
        電話咨詢
        招生簡章
        學校微博

        聯系我們

        郵編:635009
        電話:0827-7336600
        傳真:0827-7332255
        郵箱:2919195372@qq.com
        網址:www.aivhew.cn
        地址:四川省巴中市通江縣城西高明新區

        科普知識

        嫦娥五號蓄勢待發,我國最復雜的航天任務即將登場

        文章來源: 通江超前外國語實驗學校   發布時間: 2020-11-19 15:06:37   點擊次數: 0

        還有一個多月,2020年就要結束了。不過,勤勞的中國航天人和科學家們仍在奮戰。11月下旬,文昌衛星發射中心的101發射工位將再次迎來一位體重800多噸的客人——長征五號遙五運載火箭。而此次,她也將前往從未去過的目標——月球。這也是自去年年底以來的11個月內,“長征五號”系列運載火箭的第4次發射。正所謂“長五遙五送嫦五,冬月奔月去探月”

        長征五號遙五運載火箭垂直轉運至發射區(圖片來源:新華社記者 郭程)

        長征五號遙五運載火箭垂直轉運至發射區(圖片來源:新華社記者 郭程)

          而搭乘這枚“長征五號”運載火箭的旅客,便是大家已經熟知的“嫦娥五號”。在靜靜等待了3年之后,這位我國的使者,將開展月表采樣返回任務,替我們帶回月球的第一抔土。值得一提的是,此次任務將是迄今為止,我國最復雜的航天任務。

          今天我們就來拆解一下這項最復雜任務,看看嫦娥五號將如何采樣、如何將寶貴的月壤送回地球。

          月球的珍貴土壤,將怎樣被帶回地球?

          要想將一部分月壤樣本帶回地球,毫無疑問地,我們需要有一個從月球起飛的火箭(即上升器),她能夠攜帶著這些月球紀念品離開月球。

          但是,在離開月球之后,我們會有若干個選擇:在月球軌道上停泊一會兒,或者是直接返回地球。

          直接返回地球這個選擇聽起來非常簡單直接,也確實能省下好多事情,蘇聯三次月球表面采樣任務便是這樣開展的。但是,由于人類目前還沒有在月球建立火箭制造基地,因此這枚上升器必須由地球出發,再將封裝好的月壤樣品送回地球表面。這就意味著上升器會需要攜帶有返回地球所需要的全套物資,就會導致其變重。而如果上升器變重,相應地,就需要更多的燃料,才能將其送到月球表面,最終會導致探測器整體起飛質量的大幅增加。

          即使“長征五號”盡管是我國現役運力最大的火箭,這樣的起飛質量需求對她來說,也很難滿足,畢竟她月球轉移軌道的投送能力是8噸左右。

          因此,我們的上升器為了多裝月壤,只能輕裝上陣,放棄一些不必要的物資,在月球軌道上飄一段時間。

          既然在月球軌道上有一個等待返回的火箭,那么勢必需要一個軌道器待命,為火箭提供返回地球的動力。而一般的,軌道器是不具備再入設計的,因此,需要一個再入器,來抵抗火箭以接近第二宇宙速度再入地球時產生的高溫。

          同時,為了減少返回的負載,在對接完畢之后,上升器還需要進行樣品的轉移與交接,將樣品從上升器中裝入再入器,進行封裝。

          最后,我們還需要把上升器從月球軌道上送下去,也就有了著陸器的設計。

        嫦娥五號結構圖 圖片來源:百度百科

        嫦娥五號結構圖 圖片來源:百度百科

          所以我們可以看到,相比于前面“嫦娥一號”到“嫦娥四號”的月球探測器,“嫦娥五號”的結構復雜得多,足足有4個主要部件——上升器、著陸器、再入器和軌道器,而“嫦娥一號”與“嫦娥二號”僅僅是一個軌道器,“嫦娥三號”與“嫦娥四號”也只有一個著陸器與一個巡視器。

        中國探月工程三步走戰略(中國探月與深空探測網)

        中國探月工程三步走戰略(中國探月與深空探測網)

          一次探月飛行都有哪些難點?

          從任務的操作來看,一次探月飛行包括兩次發射(地面發射與月面發射),兩次著陸(月面著陸與地球著陸),兩次封裝(月面封裝與月軌封裝),一次交會對接(月軌對接)。

          可以看到,整個任務的復雜度大大增加,而且全新的任務要求更是對我國航天人的重大考驗。好在,這些考驗在過去幾年的歷程中,早已被我們一一攻克。

          首先是發射。

          發射可以分為地面發射與月面發射兩個不同的任務。地面發射任務的難點主要在“長征五號”本身,7月份發射的“天問一號”仍然在飛行途中,相信肩負重任的胖五也能一切順利!

          而月面發射任務的難點主要在起飛階段——不同于地面發射場完備的保障體系,月面發射存在不可控的因素,最突出的一點就是落月位置。

          著陸器的落月范圍是存在誤差的,而這點誤差就會帶來發射地點的經緯度、坡度、高程的變化。為了解決這個問題,嫦娥五號必須能夠精確地知道自己身處何方,狀態如何,從而為上升數據注入提供依據。

          同時,由于下端就是著陸器,上升器在點火的瞬間會有一個較強的沖擊,這也是影響她能否正常起飛的重要因素。

        長征五號 圖片來源:國家航天局

        長征五號 圖片來源:國家航天局

          第二是著陸。

          著陸可以分為月面著陸與地面著陸兩個不同的任務。月面著陸已經有“嫦娥三號”、“嫦娥四號”珠玉在前,特別是落在月背的“嫦娥四號”,著陸精度顯著提升,月面著陸對于“嫦娥五號”而言并不是一個太大的問題,唯一需要注意的就是她攜帶了上升器,因此其質心較高,容易失去穩定性,但這個問題是比較容易克服的。

          真正的挑戰來自地面著陸。由于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。

          為了防止她因為溫度過高而再入失敗,一般有兩種方案:第一是增加熱盾厚度,抵抗再入時產生的高溫;第二是調整再入角度,延長再入時間。

          第一種方案的優點是簡單,再入路徑短,落區誤差小,但缺點是熱盾將變得極其沉重;第二種方案的優缺點則正好相反。

        探月工程三期再入返回飛行試驗器發射升空 圖片來源:國家航天局

        探月工程三期再入返回飛行試驗器發射升空 圖片來源:國家航天局

          而這次“嫦娥五號”的再入器將攜帶有至少2kg重的月壤樣本,可以說是收獲滿滿,增大熱盾厚度將會“牽一發而動全身”,令整個探測器增重許多,因此我國選擇的是第二種方法。

          由于再入角度特殊,“嫦娥五號”的再入器甚至會在大氣層密度變化的部分發生跳躍,跳出大氣層,隨后二次再入。這一俗稱“太空打水漂”的方案進一步增大了落點控制的難度。

          那么,這個方案可不可行?答案是可行的。

          因為早在2014年,我國就利用“嫦娥五號T1”試驗器“舞娣”進行了一次測試,再入器樣件在經過了長時間的再入之后,安安穩穩地落在了預定的落區范圍內,圓滿完成了任務,驗證了再入技術的可靠性。

        探月工程三期再入返回飛行試驗任務獲得圓滿成功,圖為飛行試驗器回收現場 圖片來源:國家國防科技工業局

        探月工程三期再入返回飛行試驗任務獲得圓滿成功,圖為飛行試驗器回收現場 圖片來源:國家國防科技工業局

          第三是封裝。

          封裝可以分為月面封裝與月軌封裝兩個不同的任務。

          在月面上的封裝,是對于月壤而言的,“嫦娥五號”的機械臂在采集月壤樣本之后,將其通過一系列方式送入上升器中,進行第一次封裝,防止其在離開月球的過程中出現損耗。第二次封裝則是上升器的月壤轉移到再入器中,來保護月壤樣品不受再入時惡劣環境的影響。

          這兩個任務非常重要,一旦操作不當,甚至會帶來“功虧一簣”的惡果——試想一下,再入器扛過了極端惡劣的環境,但是她的密封蓋卻被打開,里面的樣本付之一炬,那是何等地令人遺憾!因此,封裝工作的唯一要求就是嚴絲合縫,完全地密封。

          這次封裝工作的難點在于它是完全無人操作的——以往的再入器,要么不打開封裝蓋(返回式生物衛星、無人飛船),要么是有人飛船,航天員能夠進行細致的檢查。

          當人這一重要角色缺位的時候,要想全自動地實現月壤“采集-包裝-轉移-封裝”一條龍服務,難度可想而知。

        嫦娥四號軟著陸區月壤樣本光譜分析結果 圖片來源:國家航天局

        嫦娥四號軟著陸區月壤樣本光譜分析結果 圖片來源:國家航天局

          第四就是月球軌道對接。

          盡管我國的空間自主交會對接工作技術已經成熟,但這些都是在地球軌道上進行的,有充足的地面站與人造衛星資源提供精準的測距、定位、導航服務,在月球軌道附近,這些服務資源將大大減少,需要更多地讓探測器自主實現??梢哉f,在月球軌道進行交會對接的工作,也是這次任務的重點之一。

        天宮一號與神舟飛船進行空間交會對接試驗 圖片來源:國家航天局

        天宮一號與神舟飛船進行空間交會對接試驗 圖片來源:國家航天局

        <iframe name="sinaadtk_sandbox_id_4" width="300" height="250" id="sinaadtk_sandbox_id_4" frameborder="0" marginwidth="0" marginheight="0" scrolling="no" vspace="0" hspace="0" style="float:left;box-sizing:border-box;" allowtransparency="true" sandbox="allow-popups allow-same-origin allow-scripts allow-top-navigation-by-user-activation" adtypeturning="false"> </iframe>

          除了以上難點之外,探測器的部件多導致連接件數量多,由此引發的強度問題,探測器之間的即時通信,采樣機械臂在月球特殊環境下的可靠性等等,都是此次任務需要一一予以驗證與解決的問題。

          此外,即便“嫦娥五號”任務完成之后,再入器內部的環境仍然是真空,在我們揭開蓋子的時候,仍然需要在設施完善的特殊實驗室內進行,以防止地球大氣的涌入對樣本造成影響。

          這些細節貫穿著這次“嫦娥五號”任務的始終,其中任何一環出了問題,都將對任務造成毀滅性的影響。

          也正因如此,“嫦娥五號”成為了我國迄今為止最為復雜的航天任務。為了在這場大考中交出一份滿意的答卷,中國航天幾乎所有的先進技術都將得到使用,各個部門的“航天人”用完備的論證,充分的實驗,辛勤的汗水,凝結成了“嫦娥五號”的戰衣,帶著我們的希望,伴隨她前往這漫漫的征途。

          祝她一路順利!順利出發,順利歸來!

        招生簡章 在線報名 聯系我們
        国产免费无码无卡在线直播