嫦娥五号“取货”将返回,进展神速只因这个方案,中国软实力赞!

2020-12-03 08:46:37 科学声音

2020 年 12 月 1 日晚上 11 点多,嫦娥 5 号已经在预定地点着陆,整个过程很顺利。我看到有个外国网友在视频下面留言,很愤怒地说:“该死的,比大多数亚马逊都快”。有人还在旁边帮腔,“你怎么把实话说出来了!” 下边还有一堆中国网友告诉他:你不妨试试淘宝啦。还有人推荐顺丰……什么叫软实力?就是要别人羡慕嫉妒恨嘛。

嫦娥 5 号工作非常辛苦。在月球表面顺利着陆之后几个小时,它就开始了取样工作。首先就是在月球上打洞。我们上次已经讲过在月球上打洞的问题。据我知道的消息,嫦娥 5 号只打到 1.5 米的深度,并没有达到 2 米。据说打洞的过程和把样品送进罐子里的这个过程堪称一波三折。航天方面,就没有哪件事是没难度的。

嫦娥五号着陆器上的机械臂展开示意图(来源:神舟传媒)

这次取样抓取的是一个完整的圆柱。从地面开始,一直到地下 1.5 米深度,要取出完整的一整条,地层的顺序是不能搞错的,这样才有科研的意义。这么一长条要送进罐子里保存,肯定需要折叠起来。


机械臂采样示意图(来源:装备科技)

苏联的月球 24 号是在钻杆内部装了一个软管。用软管包裹着一长条完整的样品,就像根细香肠一样。从钻杆里抽出来,像蚊香那样盘起来,放进了储存罐。嫦娥 5 号的办法也差不多。具体的情况,有关部门还没透露。不过没关系,以后我们肯定会了解到详细情况的。

按照计划,12 月 3 日的晚上,上升段将要点火起飞,离开月球表面。从起飞到找到停在轨道上的环绕器,需要花上 3 天的时间。接下来就是重头戏,两个航天器在无人的情况下自动交会对接。如果真的一切顺利,这将是人类的航天器在地球引力范围之外的第一次对接。

嫦娥五号上升器带着样品离开着陆器示意图(来源:神舟传媒)

嫦娥 5 号的工作流程和阿波罗登月的流程非常相似。目前看来这是一个最优化的流程。但是当年这个方案在美国 NASA 内部并不受重视,一直是被边缘化的一个方案。

美国人在讨论登月计划的时候,最开始大家普遍看好直接登月计划,要研制一个重达 5000 吨的超级火箭 C-8。第一级要用 8 台巨大的 F1 发动机,第二级用 5 台。靠这个巨大的火箭直接把登月飞船送到月球表面。反正一来一回,全靠蛮力。不需要玩儿什么对接,毕竟当时还没有对接技术。

C-8火箭比土星5号大多了

但是,这个方案并不靠谱,贵得要死,火箭还未必造得出来。再说了,这么大的一坨压到月球表面,月球万一陷进土里怎么办?月球上可没有设施完善的发射场。所以马歇尔太空中心的冯·布劳恩更喜欢地球轨道对接的方式。这个办法甚至不需要土星 5 号这个级别的火箭,可以像蚂蚁搬家一样,用小火箭发射很多次,在地球轨道上对接成一艘大飞船,然后去月球。

当然,也有一种月面汇合方案。那就是事先发射火箭,带着燃料降落在月球表面打前站,再等着登月火箭下来加油。可是万一载人登月的火箭落得比较远,位置不对,什么加油计划都泡汤。宇航员就回不来了。所以这个方案是最先被放弃的。

最后,有技术人员提出了月球轨道对接方案,也就是我们现在使用的这个方案。全过程我前边的视频已经讲得比较清楚了。这个方案的难点是要在月球轨道完成对接,难度和风险比较大。在地球轨道对接,如果出了问题,大不了回家,毕竟距离近。如果在月球轨道对接失败,宇航员就回不来了。

上升器与轨返组合体在月球轨道交会对接示意图(来源:航天八院)

但是这个方案的好处也很多,比如不需要把那么大一坨东西降落到月球表面,减少了能量的损失,土星 5 号足以胜任。登月舱上升段拿下降段当底座,离开月球表面的时候不会吹起大量的月壤,不会弄得灰头土脸。而且登月舱大小适中,刚好可以当作救生艇使用。综合各方面的考虑,最后这个方案胜出。布劳恩放弃了自己早期的想法,转而支持了月球轨道汇合方案,这个方案最终成了阿波罗计划载人登月的标准流程。

美国人足足讨论了 3 年,看上去花了很多时间,显得磨磨唧唧,但是他们对所有的利弊进行了权衡,已经把事情想得非常透彻。他们的确是寻找到了最优的方案,为日后的顺利登月铺平了道路。

嫦娥 5 号显然也是按照这个流程走的,可以说是在为日后的载人登月积累技术。那时,我们也将摸到航天技术的最前沿。在那种情况下,我们再也没有什么前人可以借鉴,我们迈出的任何一步,都是前人没走过的路,敢问路在何方,路在脚下。

嫦娥五号轨返组合体飞近地球示意图(来源:航天八院)

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