嫦娥五号到底什么时候回来?它为什么要在月球轨道上呆那么久?
嫦娥五号是11月24日凌晨发射升空的,到今天已经过去了17天,这小五从月面采掘的样品在12月6日就打包完成了,到今天也过去了5天,还在月球轨道上蹉跎,咋还不回来呢,我们都等着急了!
嫦娥五号采样返回,中国执行过的最复杂任务
嫦娥五号从一号和二号的绕月地形“普查”任务,到三号和四号的无人探测器落月任务,和环绕探测任务相比,落月要困难的多!
因为月球无大气层,所以全程动力下降,其中难度最高的就是7500牛的变推力,道理很简单,月球登陆的不同阶段有不同推力需求,因此在在1500牛~5000牛工作时,要确保任意推力可调的绝对可靠,最后落月悬停时,全推力让组合体悬停着陆点上空,机载计算机才有时间通过激光扫描获得的地形选择落月位置!
因此经过三号和四号落月检验后,嫦娥系列的7500牛变推力发动机已经炉火纯青,但到了嫦娥五号,又提出了一个新要求,除了变推力发动机降落月面正野念以外,还得让上升器从月面起飞,所以上升器还需要在月球脊模表面点火发射!
所以整个嫦娥五号的任务从四号的着陆器+月球车,变成了轨道器、返回器和着陆器与上升器,去了还得带样品回来,整个复杂度上升何止一倍,而是数倍!
为此月面机械臂需要在月面接近130度的高温下采样,还要保证稳定可靠不出错,另外还有月面小型钻探设备钻入2米深度取样,最后放入样品仓封闭,在月球轨道上完成转移,再让上升器在分离,然后轨道器和返回器脱离月球引力,一起返回地球!
嫦娥五号返回,且看小飞是怎么飞回来的!
12月6日5时42分,嫦娥五号上升器成功与轨道器和返回器组合体交会对接,6时12分将样品容器安全转移至返回器中,之后的嫦娥新闻就是上升器可控坠月,地点位于月经0度,南纬30度的月面,据说LRO(NASA的月球勘测轨道器)围观了此次撞月行动。
自此之后嫦娥五号就没有消息了,大家实在是着急,当然官方不吭声,咱也不能乱讲,下面我们先来看看2014年的嫦举困娥五号T1飞行试验器(CE-5/T1)返回过程,毕竟这两个飞行器结构一致,唯一的差别只是一些细节和有没有样品的问题,所以T1飞行器和嫦娥五号的返回器过程没有差别!
嫦娥五号T1飞行试验器(CE-5/T1)(小飞)的返回过程
嫦娥五号的T1试验飞行器有服务舱和返回器,总质量2350千克,而返回器总外形和神舟系列飞船很相似,只是大小不一样,T1飞行器直径和高度均只有1.25米,总质量330千克。
2014年10月24日2时,长征3号丙改二型火箭(CZ-3C/G2)在西昌卫星发射中心直接将飞行器送入了近地点高度为209km、远地点高度41.3万千米的地月转移轨道,并且在3天后的10月27日11时30分进入月球引力范围
1、10月28日凌晨3时左右经过月球的近月点,开始了返回之旅;
2、10月28日19时40分离开月球引力影响的希尔球,进入月地转移轨道;
3、11月1日5时53分,轨道器和返回舱分离,此时飞行器位于南大西洋上空,距离地面5000千米高度,速度大约10.8千米/秒
4、6时10分,测控中心发出建立载入返回姿态命令,此时返回器位于索马里以东的东印度洋上空,距离地面120千米;
5、6时12分进入水漂弹道的第一次减速走廊,持续3分钟的黑障,并在6时15分深空控制结束,小飞被弹回太空,此时速度已经下降到第一宇宙速度以下!
6、6时22分小飞在中国青海上空进入水漂弹道的第二次减速走廊,黑障区大约4分钟
7、6时32分,在内蒙古四王子旗上空10千米处抛掉伞舱舱盖,十几秒后减速伞弹出带出主伞,6时41分,小飞着陆四王子旗预定着陆点。
从水漂弹道的第一次减速开始,到着陆点为止,再入返回走廊全程大约2万千米,它的难点在于升力控制,小了变成弹道返回,大了弹回宇宙空间,或者控制不准确落到了人家家里那就尴尬了!
嫦娥五号组合体到底什么时候启程?
根据小飞的时间节点,我们推测下组合体从月球轨道启程的时间,嫦娥五号总任务天数23天,它应该在17日回来,小飞从月球启程到地球大约耗时4天,嫦娥五号轨道器组合体不会低于这个时间。
因为小飞的组合体没有入轨月球,它没有逃离月球加速的过程,但差不了多久,因此比照嫦娥五号组合体,应该在11月13日左右启程回家。
嫦娥五号返回器从哪个方向进入中国?
尽管有很多轨道可以水漂进入并到达内蒙古四王子旗着陆场,但为降低轨道器和地球相对速度,那么肯定会以地球自转同向的方向进入返回走廊,那么大致是从西向东,由于星下点必须经过内蒙古,那么方向有两个,一个是西北方向,一个是西南方向!
阿根廷内乌肯深空测控站——阿根廷深空站(CLTC-CONAE-NELQUEN)
西北方向测控比较麻烦,需要在北大西洋甚至北美洲上空测控并注入再入姿态指令,而中国在阿根廷境内建设有内乌肯深空测控站,因此此次嫦娥五号的再入必定和小飞一致,从南大西洋上空进入地球,路线估计和小飞几乎没有差别,这是一条经典的半弹道返回路线,预计未来的再入半弹道都会使用这条走廊,甚至未来的载人登月和载人火星登陆返回!
最后预祝嫦娥五号返回器顺利!
2、10月28日19时40分离开月球引力影响的希尔球,进入月地转移轨道;
3、11月1日5时53分,轨盯简缺道器和返回舱分离,此时飞行器位于南大西洋上空,距离地面5000千米高度,速度大约10.8千米/秒
4、6时10分,测控中心发出建立载入返回姿态命令,此时返回器位于索马里咐脊以东的东印度洋上空,距离地面120千米;
5、6时12分进入水漂弹道的第一次减速走廊,持续3分钟的黑障,并在6时15分深空控制结束,小飞被弹回太空,此时速度已经下降到第一宇宙速度以下!
6、6时22分小飞在中国青海上空进入水漂弹道的第二次减速走廊,黑障区大约4分钟
7、6时32分,在内蒙古四王子旗凯辩上空10千米处抛掉伞舱舱盖,十几秒后减速伞弹出带出主伞,6时41分,小飞着陆四王子旗预定着陆点。
由于角动量守恒,嫦纯行娥五号围绕月球运转的轨道平面和转轴大致可以认为在空间上是稳定不变的(实际上是有微小的变化的),但是由于地球和月球都在各自的轨道上运转,所以嫦娥五号的轨道和地球的相对关系也是在不断变化的。
所以嫦娥五号需要在一个合适的时间点,在一个合适的空间位置上脱离月球,之后的飞行方向才能返回地球,否则它就飞不回来了。
嫦娥五号在进行任务设计的时候预留了很多余量,比如:如果月球捕获不顺利或者登月不顺利,那就晚几天再登月;如果在月球上挖土不顺利就多挖两天;如果上升舱对接不顺利就等几天再对接等等。所以整个任务就预留了比较长的时间,确保有足够的时间完成任务。但是由于以上的进度都很顺利,所以样品转移之后还需要等待比较长的时间才能回做弯哗来。
这里说个题外话:
嫦娥3号登月的时候,预留了一个非常大的登月目标区域,是为了防止登月出现闹肆意外,可以让嫦娥3号在轨道上多绕几天再找个机会再次登月。但是因为前期非常顺利,直接在第一时间就登月成功了。由于嫦娥3号的绕月轨道是由东向西慢慢移动的,所以登月点就在整个目标区域的最东边,距离目标区域的中心有好几百公里。结果这件事情居然在国外爱好者圈子里被误认为是“打偏了几百公里”。