登月舱在月球上起飞的重量仅相当于“两头猪”,地球对月球的引力是多少,而燃料有2.4吨,因此很容易返航!嫦娥五号和阿波罗11号,登陆与返航的原理基本上一样。不过,嫦娥五号难度系数更高,但我们不能否认,美国50年前就已经载人登陆了。
月球返航的质疑:
地球升空:阿波罗号从地球上升空时是至今推力都排世界第二的土星五号,火箭总重量3000多吨,荷载45吨,依靠巨大的发射架,场面振奋人心。
月球降落与升空:火箭垂直稳稳着陆是马斯克近两年的研究结果,一般航天器返回地球都是直接“掉”下来,开降落伞减速,那么50年前阿波罗号是如何稳稳降落月球表面,还具备再次发射条件的?
月球上可是连连发射台都没有。难道登月之前月球上就已经“藏”了像土星五号一样的运载火箭,并提前建设好了发射台?这显然不可能。
解惑
如果阿波罗号不可能完成登月,嫦娥五号也不可能,实际上返程人员是“没有降落月球的航天器”带回来的。先简述一下过程:
运载火箭提供巨大推力,克服地球引力升空。
地球对月球的引力约为1.99 x 10^20牛顿。你可以看到,太阳对月球的引力是地球的两倍以上。月球的运动可以简单描述为:月球与地球一直围绕太阳做圆周运动,在这个过程中,太阳对月球和地球的引力起着向心力的作用,其轨道约。
进入环地球轨道,推进器脱离,绕地球轨道飞行,火箭将阿波罗号送入地月转移轨道并分离,阿波罗号直奔月球。
靠近月球后,点火制动,修改轨道进入环月球轨道。
关键点:无论是嫦娥五号,还是阿波罗11号都并非是单独完整的航天器,而是由多个部分组成,下面对比一下:
阿波罗11号在整个过程中完成了两次分离,两次对接。而嫦娥五号完成了一次分离,一次对接。阿波罗11号第一次分离与对接是为了进行结构调整,分离后发生了180度大旋转,再对接,为登月与返回做准备。
嫦娥五号与阿波罗11号进入环月球轨道之后,原理都是在近月球轨道上,登月舱与轨道舱分离,再通过减速让月球引力俘获登月舱,下降同时下降段点火,使登月舱具备一定上升力与月球引力抗衡,完成软着陆。这个过程与马斯克回收猎鹰9号类似。
着陆后,阿波罗号下来两人,走两步、插旗子,捡石头,而我们的嫦娥则是全自动化挖土、封装。
数据告诉你为什么能返航?
月球上没有重载火箭与发射台却能返航,关键点在于引力。地球比月球大得多,地月系统中,除了从月球“出门”时的临门一脚,大部分路程都是受地球引力支配,意味着返程路下坡路居多。
起飞数据对比
你问的月-地间的引力:我算了一下,约为1.975*10的36次方(牛)也就是:
土星五号从地球升空时,总重量3000多吨,荷载45吨(阿波罗11号),分别为环月的轨道舱25吨,登月部分的上升段4.7吨、下降段15吨。也就是说月球起飞重量只有4.7吨,其中燃料占据了一半(2.4吨),飞船2.3吨,真正载荷只有两个人和月土(另一个人在轨道器上)。
最关键的是月球的引力只有地球的1/6,F=ma,上升段4.7吨在月球上所受重力与地球上0.8千克物体相当,相当于地球上两头猪的重量。
起飞速度对比
当登月舱上升段升空后,人带着月土转移到返回舱,然后上升段与轨道舱分离,最后轨道舱点火变轨进入地月轨道,返回舱与服务舱分离,独立返回地球。最终返回舱进入地球轨道,减速掉入大气层。
嫦娥五号的难度
嫦娥五号相对阿波罗11号的优势:
自动挖土,自动封装
月球的引力是6.67×10^(-11)。月球的自转与公转的周期相等(称为潮汐锁定),因此月球始终以同一面朝向着地球。而且地球海洋潮汐的产生主要是由于月球引力的作用。月球是地球唯一的天然卫星,可能形成于约45亿年前,在地球。
自动降落月球
首先。月亮对潮水的控制能力主要是体现在物体的万有引力上。F=GMm/r^2,其中G为万有引力常量6.67×10^(-11)的确可以查出月球的质量。但是海水的质量/r^2就算不出来了。海水是分布在一个球面上,各个点对月球的距离。
自动从月球升空
登月舱与返回舱自动对接
半弹道跳跃式返回方案(在太空打水漂)
阿波罗号载人方案面对各个环节可以依靠人工进行调整,嫦娥五号方案更为自动化,相似的方案,更加自动与精准,意味着我国离载人登月快了。