嫦娥5号登月才用7天,返回前绕月调整姿态10天,返回地球为何如此难
11月24日4时30分,嫦娥5号在海南卫星发射中心由长征5号运载火箭发射,12月1日23时11分,嫦娥5号登月器在月球着陆。
12月2日,在月球上打洞取土。
12月3日,上升器从月面起飞。
12月6日,上升器与返回器对接,并且移交土样。
到12月16号,返回器才完成姿态调整,准备返回地球。
》返回器带着2公斤月球样本,在月球轨道上转了10天,比登月耗时还长。
嫦娥5号从地球发射到月球,要进入转移轨道。我们知道卫星绕地球的运行轨迹是一个圆轨道或者是椭圆轨道,其中地球位于圆心,或者椭圆一个焦点上。
飞向月球时,嫦娥5号在环绕地球的轨道上不断的启动火箭发动机,让自己加速,把椭圆轨道拉长。
直到椭圆轨道长轴的顶点,包裹住飞行器环绕月球的轨道为止。
这个时候环月轨道和绕地轨道在长轴的另外一个顶点相切。
在相切的顶点,卫星的瞬时运动既可以成为绕地卫星,又可以成为绕月卫星,这个时候只要飞船进行适当的速度控制,就可以从绕地变成绕月状态。
而月球的质量比地球的质量要小,所以月球俘获飞船速度小,而在远地点,飞船恰好处于低速。
如果从月球返回地球则正相反,因为地球的引力比较大,所以地球俘获飞船的速度要高。
我们知道,地球和月亮之间的距离是38万公里,光传播需要一秒钟多一点的时间。
》从地面控制月球的飞行器,要延迟一点几秒。
而得到反馈的时间又要延迟一点几秒。所以,地球上的相应操作,得到实际的反馈,结果要相应延迟两点几秒。
由于人类在月球上还没有建立精确的测控装置,所以要在地球上用地球的测控网对月球上的在轨飞行器进行测控。
遥控月球上的飞行器调整姿态要难一点。
当然,这种难度并非完全是技术上的难度,还是在于测控距离遥远,以及时间延迟而带来的精度上的误差,需要更长的时间来修正,所以我们可以看到返回器拿到土样后,在月球上绕了10天。
而且,我们要知道月球还有一个特殊的特点,就是它的引力分布不均匀。
在月球上空,到处都是坑坑洼洼的引力陷阱。绕月卫星在月球上空运行的时候,会受到影响。
1972年4月24号,美国阿波罗16号登月飞船在返回地球之前释放了一颗运行在月表50公里的小卫星,略过这些引力异常区的时候,轨道突然下降,随后坠毁。这才发现了月球的与众不同结构。
》月球表面30公里之下,埋着特殊的东西呢。
就是这些特殊的东西制造了引力异常,这就是所谓的月球引力质量瘤。
这些引力质量瘤,都是由远古的巨型铁质陨石打穿月球表层30公里的岩石之后,被挡在了30公里的下方。
铁陨石多含镍,所以铁陨石的密度一般在7.9~8,比周围岩石3.3的密度高出很多。
地球上就没有这样的问题,因为铁陨石打穿30公里的地壳以后,就会进入软流质的地幔,然后慢慢的沉到地心。
月球上的铁陨石为什么没有因为重力的作用而沉到月心,这是月球所有谜团中最大的一个。
●这张图就是NASA绘制的月球引力质量瘤的分布图,每一个质量瘤都会制造一个引力陷阱。
在月球背面,嫦娥4号的下方,有一个太阳系中最大的引力质量瘤,有江苏省的面积那么大,实际上就是一大坨铁镍合金。
卫星经过这些引力质量瘤的上空一次,轨道就会轻微的改变一次。
在月球轨道上调整卫星的姿态,就像在一个颠簸不平的路上驾驶汽车对准隧道入口一样,需要花费更长的时间。
预祝嫦娥取样顺利返回。