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嫦娥5號登月才用7天,返回前繞月調整姿態10天,返回地球為何如此難

11月24日4時30分,嫦娥5號在海南衛星發射中心由長征5號運載火箭發射,12月1日23時11分,嫦娥5號登月器在月球著陸。

       

     

12月2日,在月球上打洞取土。

12月3日,上升器從月面起飛。

       

     

12月6日,上升器與返回器對接,并且移交土樣。

到12月16號,返回器才完成姿態調整,準備返回地球。

》返回器帶著2公斤月球樣本,在月球軌道上轉了10天,比登月耗時還長。

嫦娥5號從地球發射到月球,要進入轉移軌道。我們知道衛星繞地球的運行軌跡是一個圓軌道或者是橢圓軌道,其中地球位于圓心,或者橢圓一個焦點上。

飛向月球時,嫦娥5號在環繞地球的軌道上不斷的啟動火箭發動機,讓自己加速,把橢圓軌道拉長。

       

     

直到橢圓軌道長軸的頂點,包裹住飛行器環繞月球的軌道為止。

這個時候環月軌道和繞地軌道在長軸的另外一個頂點相切。

在相切的頂點,衛星的瞬時運動既可以成為繞地衛星,又可以成為繞月衛星,這個時候只要飛船進行適當的速度控制,就可以從繞地變成繞月狀態。

而月球的質量比地球的質量要小,所以月球俘獲飛船速度小,而在遠地點,飛船恰好處于低速。

       

     

如果從月球返回地球則正相反,因為地球的引力比較大,所以地球俘獲飛船的速度要高。

我們知道,地球和月亮之間的距離是38萬公里,光傳播需要一秒鐘多一點的時間。

》從地面控制月球的飛行器,要延遲一點幾秒。

而得到反饋的時間又要延遲一點幾秒。所以,地球上的相應操作,得到實際的反饋,結果要相應延遲兩點幾秒。

       

     

由于人類在月球上還沒有建立精確的測控裝置,所以要在地球上用地球的測控網對月球上的在軌飛行器進行測控。

遙控月球上的飛行器調整姿態要難一點。

當然,這種難度并非完全是技術上的難度,還是在于測控距離遙遠,以及時間延遲而帶來的精度上的誤差,需要更長的時間來修正,所以我們可以看到返回器拿到土樣后,在月球上繞了10天。

而且,我們要知道月球還有一個特殊的特點,就是它的引力分布不均勻。

在月球上空,到處都是坑坑洼洼的引力陷阱。繞月衛星在月球上空運行的時候,會受到影響。

       

     

1972年4月24號,美國阿波羅16號登月飛船在返回地球之前釋放了一顆運行在月表50公里的小衛星,略過這些引力異常區的時候,軌道突然下降,隨后墜毀。這才發現了月球的與眾不同結構。

》月球表面30公里之下,埋著特殊的東西呢。

就是這些特殊的東西制造了引力異常,這就是所謂的月球引力質量瘤。

這些引力質量瘤,都是由遠古的巨型鐵質隕石打穿月球表層30公里的巖石之后,被擋在了30公里的下方。

鐵隕石多含鎳,所以鐵隕石的密度一般在7.9~8,比周圍巖石3.3的密度高出很多。

地球上就沒有這樣的問題,因為鐵隕石打穿30公里的地殼以后,就會進入軟流質的地幔,然后慢慢的沉到地心。

月球上的鐵隕石為什么沒有因為重力的作用而沉到月心,這是月球所有謎團中最大的一個。

●這張圖就是NASA繪制的月球引力質量瘤的分布圖,每一個質量瘤都會制造一個引力陷阱。

       

     

在月球背面,嫦娥4號的下方,有一個太陽系中最大的引力質量瘤,有江蘇省的面積那么大,實際上就是一大坨鐵鎳合金。

衛星經過這些引力質量瘤的上空一次,軌道就會輕微的改變一次。

在月球軌道上調整衛星的姿態,就像在一個顛簸不平的路上駕駛汽車對準隧道入口一樣,需要花費更長的時間。

預祝嫦娥取樣順利返回。

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