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重返月球:1976年來首個月球取樣探測器,比小行星采樣更難

“挖土黨”嫦娥今天晚上就要出發了......抱歉,是明天凌晨,別搞錯了,是今天晚下半夜!為啥要再三強調呢,因為馬大哈的筆者買的火車票就是這樣過期的,嫦娥五號預計在24日(周二)凌晨4時25分至5時15分發射,順利的話下個月某天,我們就能親眼見證從月球回來的月壤樣品了!

嫦娥五號月球采樣到底有多難?

嫦娥五號是中國嫦娥系列的收官之作,一號和二號繞月探路,三號登陸虹灣,三號備份四號登陸月球背面的南極艾肯特盆地馮卡門撞擊坑,五號從登陸月球,并且采樣返回地球!

一個完美的循環,而嫦娥五號也將馬上出發,它未來在哪里登陸,難度究竟有多大,這月球直徑只有3470千米,表面積3800萬平方千米,也就比非洲大一點,這落下去,會在阿波羅登月的附近嗎?不妨順便證明下美國人在半個多世紀以前到底等月沒?

嫦娥五號登陸地:風暴洋北部

風暴洋在月球正面左上角位置,詳細地點是在北部的呂姆克火山附近!月面坐標為北緯40.8°、西經58.1°,它是風暴洋北部一座高大的山脈,底部直徑達到了70千米,最高處大約為1100米以上。j距離嫦娥五號登陸地距離嫦娥三號確實不太遠!

嫦娥五號登陸地

從月球全圖上看,和三號真的很近,也就隔這個半個月球高原地帶而已!但很可惜嫦娥五號沒有帶月球車,要不然可以派出月球車去看看它的前輩三號,當然開玩笑了哈,這個距離在月球上至少也就數百千米,小兔子一年就跑幾百米,這得跑到猴年馬月啊!

登月詳細地形以及幾個備用登陸點

有阿波羅飛船在附近著陸嗎?

很抱歉沒有,阿波羅登月任務中沒有一個靠近風暴洋的,基本都幾種在正面正中附近,如下圖:

當然咱也沒空去理會阿波羅登月真假的問題,畢竟都已經成為公論,再有就是人家的事情,愛咋咋地,咱還是把自己的樣品取回來才是王道!

嫦娥五號取樣到底有多難?

繞月、落月、月球車分離,咱已經執行過兩次,每次都非常順利,可以說是輕車熟路,但登月范圍完全不同于前幾次任務,反而和阿波羅載人登月非常相似,兩者結構幾乎就沒有區別!

任務不同一:發射時質量更大,嫦娥5號重達8.2噸,而三號四號則只有3.8噸。

任務不同二:月球軌道上會留存軌道器和返回器,然后著陸器和上升器分離著陸月球;

任務不同三:任務完成后,上升器會以著陸器作為發射平臺,脫離月面返回月球軌道;

任務不同四:月面采樣任務和月球軌道樣品交接,前者會打孔深入月面以下2米取樣,后者需要在月球軌道上交接樣品,流程復雜,難度極高。

任務不同五:對接,上升器需要和軌道器對接后才能轉移樣品,月球軌道上對接,還是第一次操作,還要保證樣品正常交接,同樣是重中之重!

之后的返回,2014年10月嫦娥五號T1飛行試驗器小飛已經走過一次了,咱就不多說了,盡管難度也很大,但第二次執行總比第一次要容易些!

阿波羅登月飛船發射后的狀態變化,順序1、發射,2、近地軌道,3、月面登陸,4、月球軌道對接

嫦娥五號任務狀態變化

與日本的“龍宮”彗星采樣相比,誰更難一些?

2014年12月3日,日本隼鳥二號在種子島被H-IIA火箭發射升空,目標是編號為162173 Ryugu的小行星,它是一顆阿波羅型小行星,遠日點1.415AU,近日點0.963AU,和地球軌道相交,它于2019年2月22日,隼鳥2號成功登陸小行星“龍宮”(Ryugu),發射大金屬彈制造出人工隕石坑。

2019年7月11日,隼鳥2號二度成功登陸小行星“龍宮”成功采集樣品后,在小行星附近繼續深入探測,2019年11月13日,隼鳥二號開啟離子發動機,準備返回地球,預計將于2020年12月底在澳大利亞中南部的伍麥拉伍麥拉火箭試驗場著陸!

嫦娥五號和龍宮小行星采樣相比,誰的難度更大?

月球采樣的國家除了前蘇聯和美國以外,暫時還沒有第三國,當然嫦娥五號成功了就是老三,而小行星采樣,2003年5月9日發射的隼鳥號是第一名,當然這個是日本的探測器,2016年9月8日發射的美國的奧西里斯-REx探測器在小行星101955(貝奴)采樣后將于2023年返回!

按時間上算隼鳥號第一,隼鳥二號第二,奧西里斯-REx探測器第三,按國家算,日本第一、美國第二,小行星采樣返回同樣難度很大,比如深空測控技術,需要全球性的測控網絡來鋪墊,否則那絕對是肉包子打狗!但日本和印度都沒有全球性的測控網絡,深空探測使用了NASA的深空網絡!

貝奴小行星

另外還有深空長時間工作的離子發動機也是技術難點,不過化學燃料火箭也能完成,但顯然離子發動機更有優勢一些!

但從整體執行難度上來看,月球采樣返回的難度要高一個數量級,首先第一點,月球的第一宇宙速度是1.68千米/秒,逃逸速度是2.4千米/秒,要從月球上逃逸,還是需要準備一番的,因此嫦娥五號才需要像阿波羅登月飛船那樣,具有多個子系統,互為依托,互相制約,任務環節的每一步難度都極大。

貝奴和龍宮小行星的逃逸速度很小,北京理工大學自動化學院副教授曾祥遠曾在2018年接受采訪時表示,“‘龍宮’小行星直徑約1公里,表面的重力加速度約為地球的十萬分之一,其表面逃逸速度量級別為cm/s,在龍宮上登陸難度是保持穩定,飛離如蜻蜓點水,無需增加額外的逃逸發動機!

而月球無論登陸還是起飛,都必須消耗相同的燃料來減速和加速,所以從整體上看,無論是測控復雜程度還是登陸與采樣以及交會對接技術,絕不是小行星采樣任務所能比拼的,當然日本小行星采樣先進的一方面我們也絕不否認!

印度曼加里安探測器

當然印度也向火星發射了曼加里安探測器,而且成功入軌,一直到現在還在正常工作,在這方面我們的確不如印度,但相信沒有人認為印度的宇航技術比中國高明吧!

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