嫦娥五号“打水漂”返回地球,验证载人登月,阿波罗不敢这么玩

推荐2年前 (2022)发布 AI工具箱
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嫦娥五号成功为我国带回了月球土壤样本,弥补我国航天领域的发展短板,创造了举世瞩目的成就。

嫦娥五号采集月壤

可大家或许不知道,嫦娥五号在返回地球之前,还打了个“水漂”,同样值得关注。

打水漂其实是在验证载人登月的可能性,为未来的登月打下基础,当年的阿波罗号都不敢这样玩。

为什么要“打水漂”

我们首先来了解到底什么是打水漂。

通俗来讲,就是飞船进入地球大气层之后,必须要跳出大气层,然后再次进入。

大气分层图解

就好像是打水漂一般,在地球大气层来回上下跳跃。

那么,为什么飞船要采用打水漂的方式,而不是直接降落在地球表面呢?

其实,这为了减缓飞船的初始速度,让它在进入地球轨道后不会产生太高的温度和速度。

地球的逃逸速度为每秒11.2公里,当飞船受到地球引力影响后,做加速运动。

地球力的分析

如果这时,飞船的初始速度为0,那么抵达地面之前,加速度产生的温度和速度在飞船可接受范围内,不会对飞船造成太大影响。

嫦娥5号从月球采集回样本后返回地球,为了能够脱离月球引力的束缚、考虑太阳的引力影响,其速度起码要超过3公里每秒。

这就意味着,嫦娥五号在进入地球大气之前的初始速度约为3公里每秒,这种速度在加速度的影响下,很容易达到第二宇宙速度——11.2公里每秒。

嫦娥五号结构与探月过程

飞船在此速度下,表面将会产生几万度的高温,并且坠落到地球的结局将是“机毁人亡”。

因此,“打水漂”的操作非常有必要。

打水漂就像是一辆满载且高速行驶的大货车,因其惯性,想要精准停靠在目的地的难度非常大。

物体质量越大 惯性越大

但只需要在目的地前方刹车,之后再慢慢开过去,就变得非常简单。

既然如此,为何不能在进入地球运行轨道之前,就“刹车”控制速度呢?

不是不想,而是不能,如果飞船在地球轨道之外的速度不够高,就很有可能受到各种不明引力的影响,导致其无法进入地球轨道。

而保持这种速度进入地球轨道,再想要“刹车”,已经来不及了。

因此以人类目前的技术水平来看,只有通过“二次刹车”的方式,才能让飞船的初始速度降低。

这个时候,人们可能会有所疑问,既然打水漂是为了控制住飞船的初始速度,为何不在飞船上装个反推的火箭,来减缓飞船的下落速度呢?

飞船打水漂的轨迹

想法是很好的,可实际操作起来非常困难,首先,这样一个反推火箭需要大量的燃料,这些燃料的来源成为问题。

而飞船的空间有限,想要携带足够的燃料显然是不可能的。

并且在反推的过程当中,两者产生的相互作用力非常考验飞船的材质,要是材料不过关,很有可能被拉扯得四分五裂,这无疑是加大了飞船的建造难度。

所以,比起利用火箭反推,不如飞船“打水漂”来得直接。

打水漂的原理还是比较好理解的,但是实际做起来非常困难。

上世纪,美国的阿波罗11号就有幸体验了一次。

阿波罗十一号升空

阿波罗号“打水漂”

上世纪,为了让阿波罗11号成功着陆,美国航天局进行了一系列实验,来减缓阿波罗的坠落速度。

在一番讨论后,美国航天局选择用平直且更长的弹道降落,减缓阿波罗坠落的速度。

然而这对于宇航员来说,无疑是巨大的挑战。

长时间的高温和加速过程,会严重影响宇航员的身体,研究数据表明,宇航员的身体扛不住这样的加速过程,但是这是当时唯一一个能够实现的办法。

过程当中,阿波罗11号却意外进入一个刁钻的角度,在运气使然下,阿波罗11号弹到了大气层外。

阿波罗十一号飞船

这时的阿波罗号初始速度接近于0,可以安全进入到地球之中。

为什么说阿波罗号的打水漂是运气呢?

其原因在于,当时阿波罗号传来的数据显示,飞船的加速行为只有两次,峰值都不是很高,显然是外力推动的结果。

并且,以当时计算机的水平来看,美国航天局不可能精准计算出打水漂点,更不可能完成一系列相关操作。

如果让历史重演,这艘飞船有99%以上的几率会直接坠落在地面,变成焦炭。

飞船返回时产生高温

其他阿波罗号飞船也表明,其实美国航天局并没有掌握打水漂的技术,他们根本不敢这样玩。

直到上世纪末他们才掌握了这项技术,并将其称为“二次进入”。

反观我国的嫦娥五号,在科学家的精准指导下,成功完成了打水漂,验证了载人等于的可能性。

打水漂过程演示

这时候有人可能会问了,打水漂和载人登月之间有什么联系呢?

载人登月与打水漂

大家要知道,载人登月最难的地方不是在于如何将宇航员送上去,而是如何让宇航员安然无恙地回来。

如今人类载人登空的技术已经趋于成熟,想送一个人上太空并不是难事,而且迄今为止上太空的宇航员已经有了100多名,但为何登上月球的宇航员只有一位?

登月宇航员阿姆斯特朗

其原因就在于,飞船返回地球后,如何解决自身的初始速度,是一个技术性难题。

嫦娥五号原本只是一艘无人飞船,其中装集了一些月球土壤,即使没有打水漂的过程,也能保证土壤能够安全抵达地面。

月表的嫦娥五号

但是,验证打水漂的过程,为我国未来的载人航天技术打下了坚实的基础,让嫦娥五号创造出更大的价值。

值得注意的是,全世界陆续发射的载人飞船都只是停留在地球的运行轨迹,如果想要将其回收,比实现载人登月要轻松得多。

如今世界上拥有载人登月技术的国家只有三个——中国、俄罗斯、美国。

早在上世纪,国力强盛的俄罗斯前身苏联,就已经拥有了载人航天登月的实力,由于各方面的因素影响,一直未能付诸实践,如今的俄罗斯正在计划这项工程。

我国的载人登月也在规划之中,1992年,我国政府就批准了中国航天工程计划,实施“三步走”的战略构想。

当中明确指出,我国载人登月将在2030年左右实现,实际上我国在2020年就已经完全拥有载人登月的能力。

中国探月工程三步走

美国宇航局局长格里芬发公开演讲的时候表示:“只要中国人想,他们明明能够在2020年就实现载人登月”。

可见,我国航天领域发展速度之快,让许多国家望尘莫及。

在未来,我国的航天技术也将不负国民所望,完成一系列举世瞩目的成就。

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