嫦娥五號「打水漂」返回地球,驗證載人登月,阿波羅不敢這麼玩

网瘾少女 2022/11/04 檢舉 我要評論

嫦娥五號成功為我國帶回了月球土壤樣本,彌補我國航天領域的發展短板,創造了舉世矚目的成就。

嫦娥五號采集月壤

可大家或許不知道,嫦娥五號在返回地球之前,還打了個 「水漂」,同樣值得關注。

打水漂其實是在驗證載人登月的可能性,為未來的登月打下基礎,當年的阿波羅號都不敢這樣玩。

為什麼要「打水漂」

我們首先來了解到底什麼是打水漂。

通俗來講,就是飛船進入地球大氣層之后,必須要跳出大氣層,然后再次進入。

大氣分層圖解

就好像是打水漂一般,在地球大氣層 來回上下跳躍

那麼,為什麼飛船要采用打水漂的方式,而不是 直接降落在地球表面呢?

其實,這為了減緩飛船的初始速度,讓它在進入地球軌道后不會產生太高的溫度和速度。

地球的逃逸速度為每秒11.2公里,當飛船受到地球引力影響后,做加速運動。

地球力的分析

如果這時,飛船的初始速度為0,那麼抵達地面之前,加速度產生的溫度和速度在飛船可接受范圍內,不會對飛船造成太大影響。

嫦娥5號從月球采集回樣本后返回地球,為了能夠脫離月球引力的束縛、考慮太陽的引力影響,其速度起碼要超過3公里每秒。

這就意味著,嫦娥五號在進入地球大氣之前的初始速度約為3公里每秒,這種速度在加速度的影響下,很容易達到 第二宇宙速度——11.2公里每秒。

嫦娥五號結構與探月過程

飛船在此速度下,表面將會產生幾萬度的高溫,并且墜落到地球的結局將是「機毀人亡」。

因此,「打水漂」的操作非常有必要。

打水漂就像是一輛滿載且高速行駛的大貨車,因其慣性,想要精準停靠在目的地的難度非常大。

物體質量越大 慣性越大

但只需要在目的地前方剎車,之后再慢慢開過去,就變得非常簡單。

既然如此,為何不能在進入地球運行軌道之前,就「剎車」控制速度呢?

不是不想,而是不能,如果飛船在地球軌道之外的速度不夠高,就很有可能受到各種不明引力的影響,導致其無法進入 地球軌道

而保持這種速度進入地球軌道,再想要「剎車」,已經來不及了。

因此以人類目前的技術水平來看,只有通過「二次剎車」的方式,才能讓飛船的初始速度降低。

這個時候,人們可能會有所疑問,既然打水漂是為了控制住飛船的初始速度,為何不在飛船上裝個反推的火箭,來減緩飛船的下落速度呢?

飛船打水漂的軌跡

想法是很好的,可實際操作起來非常困難,首先,這樣一個反推火箭需要 大量的燃料,這些燃料的來源成為問題。

而飛船的空間有限,想要攜帶足夠的燃料顯然是不可能的。

并且在反推的過程當中,兩者產生的 相互作用力非常考驗飛船的材質,要是材料不過關,很有可能被拉扯得四分五裂,這無疑是加大了飛船的建造難度。

所以,比起利用火箭反推,不如飛船「打水漂」來得直接。

打水漂的原理還是比較好理解的,但是實際做起來 非常困難

上世紀,美國的阿波羅11號就有幸體驗了一次。

阿波羅十一號升空

阿波羅號「打水漂」

上世紀,為了讓阿波羅11號成功著陸,美國航天局進行了一系列實驗,來減緩阿波羅的墜落速度。

在一番討論后,美國航天局選擇用平直且更長的彈道降落,減緩阿波羅墜落的速度。

然而這對于宇航員來說,無疑是 巨大的挑戰

長時間的高溫和加速過程,會嚴重影響宇航員的身體,研究數據表明,宇航員的身體扛不住這樣的加速過程,但是這是當時唯一一個能夠實現的辦法。

過程當中,阿波羅11號卻意外進入一個刁鉆的角度,在運氣使然下,阿波羅11號 彈到了大氣層外

阿波羅十一號飛船

這時的阿波羅號初始速度接近于0,可以安全進入到地球之中。

為什麼說阿波羅號的打水漂是 運氣呢?

其原因在于,當時阿波羅號傳來的數據顯示,飛船的加速行為只有兩次,峰值都不是很高,顯然是外力推動的結果。

并且,以當時計算機的水平來看,美國航天局不可能精準計算出打水漂點,更不可能完成一系列相關操作。

如果讓歷史重演,這艘飛船有99%以上的幾率會直接墜落在地面, 變成焦炭

飛船返回時產生高溫

其他阿波羅號飛船也表明,其實美國航天局并沒有掌握打水漂的 技術,他們根本不敢這樣玩。

直到上世紀末他們才掌握了這項技術,并將其稱為「二次進入」。

反觀我國的嫦娥五號,在科學家的精準指導下,成功完成了打水漂,驗證了載人等于的 可能性

打水漂過程演示

這時候有人可能會問了,打水漂和載人登月之間有什麼聯系呢?

載人登月與打水漂

大家要知道,載人登月最難的地方不是在于如何將宇航員送上去,而是如何讓宇航員安然無恙地回來。

如今人類載人登空的技術已經趨于成熟,想送一個人上太空并不是難事,而且迄今為止上太空的宇航員已經有了100多名,但為何登上月球的宇航員 只有一位

登月宇航員阿姆斯特朗

其原因就在于,飛船返回地球后,如何解決自身的 初始速度,是一個技術性難題。

嫦娥五號原本只是一艘無人飛船,其中裝集了一些月球土壤,即使沒有打水漂的過程,也能保證土壤能夠安全抵達地面。

月表的嫦娥五號

但是,驗證打水漂的過程,為我國未來的載人航天技術打下了堅實的基礎,讓嫦娥五號創造出更大的價值。

值得注意的是,全世界陸續發射的載人飛船都只是停留在地球的運行軌跡,如果想要將其回收,比實現載人登月要輕松得多。

如今世界上擁有載人登月技術的國家只有三個——中國、俄羅斯、美國。

早在上世紀,國力強盛的俄羅斯前身蘇聯,就已經擁有了載人航天登月的實力,由于各方面的因素影響,一直未能付諸實踐,如今的俄羅斯正在計劃這項工程。

我國的載人登月也在 規劃之中,1992年,我國政府就批準了中國航天工程計劃,實施「三步走」的戰略構想。

當中明確指出,我國載人登月將在2030年左右實現,實際上我國在2020年就已經完全擁有載人登月的能力。

中國探月工程三步走

美國宇航局局長格里芬發公開演講的時候表示:「只要中國人想,他們明明能夠在2020年就實現載人登月」。

可見,我國 航天領域發展速度之快,讓許多國家望塵莫及。

在未來,我國的航天技術也將不負國民所望,完成一系列舉世矚目的成就。

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