當前位置: 華文世界 > 科技

嫦娥六號碾壓月船三號,僅5天就完成近月制軔,印度為何要21天?

2024-05-10科技

嫦娥六號在5月3日發射之後,大家都在關註它什麽時候能到達月球。現在已經公布了最新的訊息:嫦娥六號已於5月8日完成了近月制軔,成功進入了環月軌域!所謂的近月制軔是指在嫦六到達月球附近時,踩上一腳剎車,將探測器與月球的相對速度降低到逃逸速度以下,從此嫦娥六號正式成為月球的衛星,以後還會進行降軌,然後才是著陸和采樣。

有沒有覺得嫦娥六號實在是太順了?發射很正常,不知不覺就已經離開地球幾十萬公裏,不到5天之後近月制軔也圓滿完成了。如果大家還記得去年印度月船三號的發射過程,就會感到二者真的是差距巨大。月船三號從發射到完成近月制軔,花了整整21天,也就是3個星期的時間,圍著地球繞了N圈,一點點兒的升高遠地點,才最終進入地月轉移軌域。

我們的嫦娥六號不僅攜帶了軌域器、著陸器、上升器、返回器和樣品艙,還有歐空局、法國,義大利、巴基史坦等國的科學載荷,還攜帶了一輛並未公布資訊的神秘「月球車」,這些東西加在一起總重量達到了8.3噸。

而印度的月船3號,滿打滿算只有3.9噸,還不到嫦娥六號的一半,其中的著陸器部份更是只有1.75噸,月球車只有可憐的26公斤。這麽小的探測器為何要花20多天才能到達月球附近呢?

只能說明印度火箭太菜了,與嫦娥六號的「坐騎」長征五號遙八的差距太大。長征五號是世界著名的大火箭,起飛重量達849噸,芯一級和芯二級都采用比沖較高的氫氧發動機,四台助推器一共配備了8台液氧煤油發動機,單台推力達到了120噸級。

長征五號不僅無毒環保,還能把25噸的載荷送到近地軌域(長五B),把14噸的載荷送到地球同步轉移軌域,也能把重達8.3噸的載荷直接送到近地點200公裏、遠地點達38萬公裏的地月轉移軌域。在器箭分離之後,嫦娥六號自身的發動機不需要再提供動力,而只是看情況做幾次軌域修正就可以了。

與長征五號遙八相比,印度的探月火箭就顯得極為孱弱了。月船3號使用了印度最強的LVM3火箭,也就是GLSV MK3。這枚火箭的起飛重量高達640噸,比長征五號少不了多少,按這個標準能算到重型火箭的行列。然而它的運載能力卻還不如中國的中型火箭長征三號乙。

GSLV的芯一級是兩台Vikas毒發,燃料是四氧化二氮/偏二甲肼,單台推力80噸,芯二級是推力20噸的氫氧上面級CE-20。最顯眼是兩台S200大型固體助推器,海平面最大推力高達500噸,以至於在起飛時火箭的芯級發動機並沒有點火,僅憑2台固推就把LVM3給托了起來。芯級發動機要到發射後120秒才啟動。

但是這兩台大固推雖然推力很足,關鍵的比沖指標卻很拉胯,只有227秒,低到發指。最奇葩的是這兩台固推在發射後第130秒停止工作,卻要等到第149秒才拋棄。在19秒的時間裏,火箭就帶著這50多噸的死重往上飛,運力指標能高了才怪。

在這種設計下,LVM3以640噸的起飛重量,僅實作了10噸的近地軌域運力,與長征2號F相當。地球同步轉移軌域的運力是4噸,大幅落後於長征三號乙增強型的5.5噸。至於地月軌域軌域運力,想想就知道有多低了,是絕不可能把3.9噸的月船3號直送月球的。

因此月船3號被迫采用了多次變軌的策略,在2023年7月14日發射之後,火箭僅將它打到了138km×36306km的初始軌域,離月球還遠得很。隨後月船三號利用自身的推進艙,又進行了六次變軌,一點點提升遠地點高度,直到2023年8月1日第六次變軌之後,才進入地月軌域,並在4天後到達了月球附近。因此,月船三號足足在地球附近泡了半個多月的蘑菇,與嫦娥六號的幹脆利落形成了鮮明的對比。

不過這次嫦娥六號的任務周期,還是要比前任嫦娥五號長得多。嫦娥五號從發射到樣品艙返回地面,只用了23天的時間,但嫦娥六號卻要花上50多天,要到6月底甚至7月初才把月球背面的樣品送回地球,這是為什麽呢?

主要是因為嫦娥六號和嫦娥五號的著陸位置不同。嫦娥五號是在2020年11月28日進入環月軌域飛行的,兩天後著上組合體就與軌返組合體分離了。再過一天後的12月1日,嫦娥五號在月球正面的呂姆克山脈附近著陸。因此,嫦娥五號在到達月球後的繞月階段只有2~3天,非常短暫。

這是因為嫦五的著陸地點在月球正面,具體位置是西經51.8度、北緯43.1度。這裏的觀測和通訊條件都比較好,變軌過程也就比較迅速。然而嫦娥六號就不同了,它的著陸位置是在月球背面的南極-艾特肯盆地,在地球上是無法直接看到的。嫦娥六號要想實作在月背的測控和通訊,需要鵲橋一號和鵲橋二號中繼星的配合。

起主要作用的無疑是剛發射不久的鵲橋二號,它的軌域並不像鵲橋一號那樣在地月L2點附近,而是一個大橢圓軌域,遠月點高度數千公裏。因此鵲橋二號並不能全時段為嫦娥六號提供中繼服務,嫦娥六號的各類復雜操作,需要鵲橋二號在合適的時間出現在合適的位置,才能完成,這無形中就增加了任務的難度和時間。

另外一點就是嫦娥六號並不只是簡單的采樣返回,它還攜帶了各類載荷,要在月球軌域上進行各類觀測工作。例如,法國氡氣探測儀會對月球表面氡氣同位素開展原位探測,歐空局月表負離子分析儀對月球表面負離子進行探測,研究電漿和月面的交互作用機制。已經分離的巴基史坦立方星主要開展在軌成像任務。而義大利的雷射角反射器將作為在月球背面的定位絕對控制點,將來可以與其他月球探測任務開展聯合測距與定位研究。

綜合以上因素,嫦娥六號需要20天的時間進行繞月飛行,然後才會開始降軌,直接著陸。著陸後將在月面上工作48小時,采樣完成後再進行月面上升、環月軌域交會對接。在這期間,嫦娥六號還將在環月軌域開展多項科學探測,並且還要對采集到的樣品進行一些科學研究。完成所有使命後,樣品艙將隨著軌返組合體返回地球,最終以」水漂彈道「再入大氣層,整個過程大概需要53天。

現在您知道嫦娥六號任務為什麽要持續這麽長時間了吧?它的復雜程度是前所未有的,考慮到只有中國才擁有鵲橋一號和鵲橋二號中繼星,並且只有中國實作過月球背面的軟著陸,因此現在嫦娥六號的月背采樣返回能力,放眼全球也只有中國才能實作。印度那個在月面上只存活了幾天的月船三號,是完全無法與嫦娥六號相提並論的。

特別值得註意的是,嫦娥六號居然也攜帶了一台迷你月球車。在照片中能明顯看到這輛月球車的4個輪子,但卻看不到專用的下降坡道,因此人們猜測這輛車是直接掉到月面上,然後自行擺正姿態進行巡視的。據外媒報道,這輛小型月球車搭載了一台紅外光譜儀,能夠利用不同礦物和化合物以特定方式吸收和發射紅外放射線的方式,確定月球表面巖石、土壤和風化層的成分。

總之,嫦娥六號任務將帶給我們很多驚喜。好飯不怕晚,讓我們拭目以待吧。