被烧得几乎面目全非,嫦娥五号返回舱回来时到底经历了什么?

2021-10-14 13:34:12 世界有秘密

综述‍

自1950年以来,人类怀揣着对于外星球的向往,不断地向太空中发射探测器或者飞船,登陆太阳系的其他行星,地球的天然卫星“月球”更是一度成为人类探索的主要目标。

中国古老的神话传说当中,就有嫦娥奔月的说法,并且“月”在中国文化当中作为一种特有意象常被用于诗词当中。不论是象征对亲人的思念还是离乡的愁思,都足以见得中国人对于月亮的热衷。

可是冷战时期我国还没有航天实力,去和美国、苏联一同发射探测器探测月球,更不用说是让国人登陆月球了。正因为我们看见了实实在在的实力差距,所以一直在刻苦努力,希望有一天能让中国的探测器和宇航员也登上月球。

随着国家实力的累积,经济不断地进步,我国也具备了向月球发射探测器的能力,“嫦娥登月”计划因此诞生,嫦娥五号的成功发射与返航也标志着我国的航天科技发展到了一个新高度。

可是有细心的朋友也发现了,出发时雪白明净的“嫦娥姑娘”在回来时却被烧得面目全非,这是为啥呢?返回地球的途中它到底经历了什么?

接下来让我们一起走进嫦娥五号的返乡之路。

各国探月历史‍

探月起于冷战时期的美苏争霸,为了证明自己才是世界霸主,美国总统肯尼迪1961年时宣布美国将把宇航员送上月球,这一计划被命名为“阿波罗计划”。

此后的八年时间,美国倾尽了人力物力,花费了近200多亿美元,让阿波罗十一号在1969年顺利升空,并将美国宇航员带上月球,第一次在月球上面留下了人类的足迹。

一直与美国保持竞争的苏联在探月方面也不甘示弱,制造的“N1火箭”内装设了30台发动机,可谓是相当“硬核”了,不过N1火箭在四次试射中不是升空几十秒后开始旋转爆炸了,就是还没飞出去30台发动机在空中发生纵向共振之后爆炸,所以苏联的载人登月计划最终以失败告终。

不过后来也有学者进行分析,苏联当时的月球计划是由两个相对独立的部分组成,所以除了N1之外,正在制造的还有3种火箭,可是资金预算相较于美国的200亿,大概只有五分之一约40亿左右,资金紧缺也是苏联登陆月球计划失败的主要原因

也可以说美国将宇航员送上了月球完全是“烧钱”烧出来的,当时的科技距离人类登陆月球其实还差几十年,但是美国政府为了在冷战当中拔得头筹,就花钱把自己的科技向上拔了几十米,像揠苗助长一样。

这大概就是1972年之后美国人再也没有登陆月球,甚至都不发射探测器的主要原因了,毕竟“阿波罗计划”从经济效益来看的话是得不偿失的。

不过阿波罗计划带回来的月壤,分成了许多份作为外交礼物送给各国。在1978年布热津斯基访华时也送给了中国一份,虽然只有1g,但是却点燃了“嫦娥之父”欧阳自远的探月热情。

嫦娥系列探月工程‍

其实早在1994年时,我国的科学家就开始探讨中国探月的计划了,直到2000年的11月时政府发表了《中国的航天》,在这之中明确提到之后的航天工程计划中有发射探测器前往月球这一项。这是中国人第一次明确,要亲自发射探测器去看看月亮。

2004年1月23日,国家宣布“嫦娥工程”正式启动,这是我国的一个完整的月球探测计划,其中的首席工程师正是当年得到那1g月壤样品进行研究的欧阳自远院士。

2007年10月24日嫦娥一号卫星成功发射,它的任务是全面拍摄月球影像数据,并且将数据传回地球,2008年7月1日,它圆满完成了这项任务。

欧阳自远在后来的采访中提到,美苏之前的探测器发射失败原因都是探测器并未被月球引力捕获,所以擦身过去,在外太空流浪了。他们担心嫦娥一号也会如此,不过最后嫦娥一号不负众望成功绕月飞行。

有了一个成功的开头之后,嫦娥二号、三号、四号、五号都相继飞上了月球,并且创造了许多记录,比如说嫦娥三号创造了在月球表面工作最久探测器的记录,嫦娥四号的月球背面软着陆让人类第一次看到了月球背面的模样。

而嫦娥五号的成功发射和返航则实现了中国航天史上的“五个首次”,此外嫦娥五号带回来的月壤有1731克,这是自1976年前苏联的探测器月球24号返航之后,第一个探索月球并返航的探测器,因此此次嫦娥五号的返航可谓是世界瞩目。

嫦娥五号的旅行‍

2020年11月24日4时30分,于众人期待之下在海南文昌发射场的长征五号火箭搭载着嫦娥五号成功发射,将嫦娥五号探测器送入了地月轨道

12月1日,经过七天飞行的嫦娥五号成功在月球的吕姆克山脉着陆,并在第二天开启了自己的“挖土”之路,嫦娥五号肩负着我国探月工程三个步骤“绕、落、回”中的回,可以说任务非常艰巨。

而这次探月返乡之旅当然不能空手而归,所以抓紧时间采集月球土壤也是它的任务之一。

12月3日时它将装有土壤的上升器送入了轨道之中,到了12月6日,上升器在轨道中与返回舱顺利对接,至此嫦娥五号的返回之旅正式开启。

由于检测返回降落等因素综合考究,让返回舱组合体又进行了6天的绕月旅行,12月13日时成功点火进入月地转移轨道当中。

新闻报道中都称这次返回是“打水漂”式的,那是因为嫦娥五号返回中连着两次进入了大气层。第一次进入时在距离地面60公里时借助大气升力又弹回去了,没错就是快到地面时又弹回了太空。

第二次进入大气层之后才将降落伞打开,12月17日1时59分在内蒙古四子王旗着陆场完成着陆。

着陆过后,航天工程师们检查了返回舱情况以装有月壤的压缩罐情况,确认完好无损之后,便开启了“拆快递”的工作,最终统计带回月壤1731克,比当年美国的阿波罗号带回来的还有四倍还要多一些,至此我国的首次月球采样并返回任务获得了圆满的成功。

不过在新闻报道之下,许多人对于嫦娥五号返回舱的“惨烈”模样表示了疑惑,毕竟之前也看过载人飞船返回舱的样子,却没有嫦娥五号的这么严重。

新闻画面中,起飞时雪白的嫦娥五号返回舱已经被烧得焦黑,那模样让人不免怀疑里面的月壤都被烤熟了。那么它在回来时到底经历了什么呢?

返回舱烧焦原因‍

经常关注航天新闻的读者们对于宇宙第一速度一定不陌生,这是如今地球向外发射火箭和人造卫星的重要基础。7.9km/s的速度已经是我们无法去想象的了,但是嫦娥五号回来时穿过大气层的速度已经接近宇宙第二速度

这就意味着在这个过程当中它承受了较第一速度几倍多的重力加速度,遭遇的“热障”问题也会更加严重。

“热障”是返回舱在返回地球时遇见的一大难题,我们都知道要在降落时将返回舱的速度尽量降低,保证返回舱的安全,但是返回舱的速度降低就会导致返回舱外壳的温度不断升高,这就是我们看到嫦娥五号返回舱被烧得焦黑的原因。

许多观看了电视直播的人会发现,直播中返回舱进入大气后像一颗火球,看起来是通红的,那就是因为热障效应,导致它在返回途中外壳剧烈燃烧。

其实返回舱的外表返回之后是什么样子并不是科学家们重视的,最重要的是要保证内部的装置和携带的月壤不被烧坏,所以科学家们想到了一个办法。

“以毒攻毒”的策略 —— 烧蚀防热:利用某些耐烧的材料(例如,炭化烧蚀材料)做成蒙在返回器外面的防热层,它在高温下会烧蚀掉一部分材料,与此同时也吸收了大量的气体热量,这样内部结构不再承受巨大的加热。

所以我们看到返回舱回来后黑乎乎的样子,正是表面防热层碳化之后的表现。

除了返回时速度高达10.9km/s之外,前文中提到了嫦娥五号的返乡之旅是“打水漂”式的,它曾经两次进入大气层,第一次进入时外壳就已经燃烧过了,在弹回太空中以后,第二次进入外壳再度燃烧。

可以说,之前载人航天的返回舱经历的“火炙”,嫦娥五号返回舱经历了两次,所以它可以平稳着陆已经是万幸,至于外表烧焦有点丑就不要在意了。

除此之外,“热障”的好朋友“黑障”也是返回舱中的一大难题。

黑障主要是发生在 35-80 千米高程处较为稠密的大气层。这时返回器周围的空气温度达到数千度,其中的分子发生了电离,成为了自由电子和正离子集合体。

返回舱中的仪器将失灵,与地面指挥中心的联络也会中断,使得无法获得它的准确着陆位置。嫦娥五号返回舱也经历了将近3分半钟的黑障,这时的它外壳还在燃着火焰,内部也是一片黑暗,如果能够表达心声的话,它也会很害怕吧。

五个首次‍

嫦娥五号的顺利返航实现了我国航天的五个首次。

分别是首次在月面自动采样、首次从月面起飞、首次在38万千米外月球轨道上完成无人交会对接、首次带着月壤以接近第二宇宙速度返回地球、首次建立我国月球样品的存储分析和研究系统。

这不仅代表着我国自1958年以来数代航天人的梦想达成,也标志着我国的航天深空探索科技到达了一个全新高度。

这之后,许多国家向我国抛来橄榄枝,寻求太空合作,对于月壤的成分研究成果他们也表示十分好奇。

结语‍

嫦娥五号的返乡之路可以说是困难重重了,不过它还是克服了困难成功回到了家乡。通过本文大家应该也了解到了它外壳焦黑的原因,以及返回地球途中经历的事情,非常骄傲“嫦娥姑娘”完成了这项艰巨的任务。

同时也要感谢以欧阳自远为首的嫦娥探月工程的各位航天工程家,是他们的辛苦付出让我们得以看到中国航天器成功登陆月球并顺利返航!

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