登月,是人類探索宇宙的一座豐碑。
月球是宇宙中距離地球最近的一顆星球,登月代表著人類踏足了一個地球之外的新的星球,從此人類走出地球、邁向宇宙。月球是地球的衛(wèi)星,也是一顆獨(dú)特的星球,由于月球的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)方向和速度都相同,所以月球總是有大約41%的部分背對地球,我們將其稱之為月球背面。
正因?yàn)樵诘厍驘o法看到月背,所以一直以來關(guān)于月球背面都有著無限的遐想,而中國19年年初嫦娥四號月球探測器實(shí)現(xiàn)在月球背面軟著陸,為世人揭開了月背的神秘面紗。而在不久的將來,中國首個實(shí)施無人月面取樣的探測器嫦娥五號探測器也將發(fā)射升空。
整個登月過程中最萬眾矚目的時刻就是火箭發(fā)射的時刻了,重達(dá)數(shù)千噸的運(yùn)載火箭點(diǎn)火升空,甚是壯闊。
通常來講,最終登上月球的飛船不過幾十噸而已,那么為什么要用重達(dá)數(shù)千噸的運(yùn)載火箭來把它運(yùn)往太空呢?這就要從地球的重量說起了,地球的總重量大約為5965*10∧21千克,要把一個航天器送入近地軌道繞行地球就必須要達(dá)到第一宇宙速度,也就是每秒7.9千米;而如果要擺脫地球引力,則必須要達(dá)到第二宇宙速度,也就是每秒11.2千米。
有質(zhì)量的物體在加速的過程中慣性質(zhì)量也會增加,速度越快,則慣性質(zhì)量越高,所需要的能量也就越高。
為了能夠讓有效載荷達(dá)到第二宇宙速度就需要攜帶大量的燃料,而攜帶燃料本身又會增加重量。
所以就必須要將火箭設(shè)計成一個個獨(dú)立的個體,如第一級火箭、第二級火箭等等,火箭的總重雖然有數(shù)千噸,但在升空的過程中會不斷丟棄已經(jīng)燒完的部分,直到航天器進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道。
將航天器送上月球需要如此大費(fèi)周章,那么航天器是如何從月球上返回來的呢?月球上并沒有事先準(zhǔn)備發(fā)射場,更不可能存在著大型運(yùn)載火箭。那么宇航員在到達(dá)月球后,是如何讓登月飛船重新進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道返回地球的呢?
一般來講,登月艙分為兩個部分,上升級和下降級,簡言之,下降級就是一個火箭、燃料和發(fā)射臺的綜合體。
而上升級則是要被發(fā)射返回地球的部分。為什么從地球發(fā)射就要一個數(shù)千噸的運(yùn)載火箭,而從月球發(fā)射返回只需要這樣一個十幾噸的小家伙呢?這是因?yàn)樵虑虻囊σ鹊厍蛉鹾芏啵虑虻馁|(zhì)量只有7349*10∧19千克,要進(jìn)入近月軌道只需要達(dá)到每秒1.6千米的速度。
請注意,這里是進(jìn)入近月軌道,而并不是擺脫月球引力從月球逃逸。這是為什么呢?因?yàn)樵诮萝壍郎侠@行著一個指令艙。
登月飛船的上升級只需要和在近月軌道上繞行的指令艙實(shí)現(xiàn)對接就可以了,對接完成之后再行點(diǎn)火從月球逃逸,從而進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道,進(jìn)而返回地球。
可見,從月球返回要比從地球升空的難度低得多,所需要的能量也低得多,所以登月飛船才可以實(shí)現(xiàn)從月球升空返回地球。在未來即將發(fā)射升空的嫦娥五號月球探測器的登陸艙部分和上面所說的基本類似,簡言之從上至下可以分為上升器、著陸器、返回器和軌道器,嫦娥五號是中國探月工程的收官之戰(zhàn),所以,在此我們也提前祝愿嫦娥五號登月探測器發(fā)射成功。