2022-02-02 01:59来源:m.sf1369.com作者:宇宇
嫦娥五号是采用”直飞航线“模式,也就是说直接将嫦娥五号发射至地月转移轨道上,中途只做一下轨道维持,再经过制动减速,就进入了月球环绕轨道,它是在近月点变轨。既然题目问了为什么总在是近地点变轨,在嫦娥家族中,嫦娥一号是采用了近地点变轨。无论在近月点还是近地点,科学道理是一样。那么我们就从嫦娥一号说起,先来了解一下近地点是怎么变轨的。
预备知识:中学地理我们学过,地球绕太阳公转轨道是一个近似椭圆,地球距离太阳有近日点和远日点,根据开普勒第二定律:在相等时间内,太阳和地球的连线扫过的面积都是相等的,这就意味着地球通过近日点的速度与远日点不同,近日点快远日点慢 。
那么我们发射卫星时,环绕地球也是一个椭圆轨道,也有近地点和远地点之分,下图是嫦娥一号的绕地轨道。
上图中可以看出,嫦娥一号环绕地球也是一个椭圆轨道,也就有了一个近地点和远地点,转了三圈之后,才开始娈轨进行地月转移,进入月球轨道环绕。从图中可以看出也是从近地点进行变轨转移的,为什么要从近地点变轨呢?主要有两方面原因
其一,近地点运行速度快,而远日点慢,我们要进行轨道转移,就要挣脱地球的引力,就要利用速度的优势冲出地球,进入月球轨道,在近日点是环绕地球时的最高速度。一般来说,逃逸地球的速度是11.2千米/秒,一次变轨还远远达不到,就要在近地点实施三次变轨,第一次在远日点点火,主要是为了抬高近地点高度,抬高至600公里,轨道周期变为16小时,绕了三圈后,再在近日点第二次点火变轨,周期变为24小时,环绕轨道变大,运行三圈后,近地点第三次变轨,周期变为48小时。
经过三次点火,转了9圈之后,近地点的速度明显加快,已接近逃逸地球速度11.2千米/秒。最后进行一次大的轨道机动,再次点火才进入地月转移轨道。
其二,近地点安排在同一地区方便变轨的实施,有利于地面监测。
嫦娥在太空中高速运行,根据轨道要求,我们要在世界各地搭建测量站,有时要在海上测量,如果是地面的话就要有一个稳固的地点,通常我们在南美洲有一个测控点,这样便于组织实施监测。此外实施变轨时,得要发送信号,近地点信号延迟要小一些,这是近日点的优势。
嫦娥一号为什么这样”绕弯弯“,是因为我们对地月转移还是比较陌生,这项航天技术还处于探索阶段,另外火箭推力和变轨能力也有可能达不到要求,为此绕了很多弯弯。
从嫦娥二号起我们就不再”绕弯弯“了,我们采用”直飞“进入地月转移轨道,这要依赖于我们火箭技术要跟上脚步,采用大推力火箭,直接冲出地球,经过简单的修正就可以到达地月转移轨道,直接入轨月球环绕。
嫦娥二号虽然以逃逸速度冲出了地球,但到了月球轨道时,我们希望被月球所捕获,可是环绕月球公转要比环地速度小很多,此时地月转移轨道速度为11.2千米/秒,而月球逃逸速度约为2.4km/s,环绕速度是约1.7km/s,相差非常大,为此我们要降速才能适应月球环绕。
在地月转移轨道飞行时,虽然能挣脱地球的引力,但地球引力还会存在,经过112小时飞行后,地球引力不断消耗嫦娥的能量,速度在降低,在临近月球时,速度由11.2千米/秒降为3千米/秒,但还是超过月球的2.4千米/秒,如果不控制的话,就会掠过月球跑到宇宙中去了,为此我们还要变轨进行降速。
这次嫦娥五号依然走了嫦娥2号的轨道,最初在近月点时,进行第一次反向点火,制动降速为2.4千米/秒以下,当离开月球较远时,月球引力把它拉回来绕大椭圆轨道运行,当再次经过近月点时,进行第二次反向点火,达到1.7千米/秒,就开始进入了正圆轨道,方便轨道器与着陆器分离,同时返回来之后又有利于上升器与轨道器对接。下图
无论是近地点还近月点,都是在调整轨道。从上图也可以看出,近月点是两个轨道的交汇点、重合点。这个点拥有不同的切向速度,只要我们控制这个点的速度,就可以让航天器进入我们需要的轨道。
从嫦娥一号到嫦娥五号,运行轨道时间越来越短,这也标志着我们的航天技术越来越成熟,这要依赖于火箭技术,测控技术、实时控制技术的全方位参与,才能完成一次完美的航天飞行 ,未来载人登月技术逐渐成熟,载人登月不再是遥不可及,不久就会实现。