为什么说23天返回的嫦娥5号,比8天的阿波罗11,还要先进?

内容来源:https://www.toutiao.com/a6903849280055165444/

很多关心探月任务的朋友发现了一个有趣的事实,官方公布的嫦娥五号任务是23天,而50多年前的阿波罗11号,发射时间是1969年7月16日,返回时间是1969年7月24日,总共历时才8天,这过了50年,我们的技术还不如半个世纪以前的阿波罗11号吗?

68e98be18bc6

运载阿波罗11号到月球的火箭,到底有多厉害?

土星五号就是整个阿波罗计划中犹如超新星一样耀眼的存在,因为它实在是太强大了,下文简单来了解下它的参数,感受下当年阿波罗计划功勋火箭的风采!

土星五号高度:110.6米,直径:10.1米,总质量:3039吨

近地轨道运载能力:140吨

单看这几个数据似乎有点不太够劲,毕竟只是一大堆数据,没有人能脑补出这些参数背后的意义!

3a1da013bddb

各位看看就知道了,土星五号的能力绝对是碾压现代所有大型运载火箭,几乎是运载能力最大的重型猎鹰的两倍!

08bfe1a3fb76

冯布劳恩在F1发动机旁

土星五号变态的各级发动机

土星五号一级火箭的总共有5台F1发动机,每台发动机的海平面推力为6770千牛,比冲为263秒,它工作时每秒要烧掉1789千克液氧,788千克没有,第一级火箭只工作150秒,能将火箭送至68千米的高空,达到2.76千米/秒!

dbd2849ceef7

此后由二级火箭5台J2火箭发动机接力送往近地轨道,J2火箭发动机使用液氢液氧作为燃料,它工作300秒,将飞船送至170千米的高度,达到7千米/秒,最后三级火箭启动工作大约150秒,火箭进入距离地面191.2千米高度的待机轨道,速度达到7.75千米/秒!

158c7812e0a2

第一级火箭脱离

最后在这条待机轨道上环绕大约2.5圈后的近地点上,三级火箭再次点火,燃烧大约300秒后,将接近48吨阿波罗飞船加速到地球逃逸速度11.2千米,直接送入地月转移轨道,飞船在3天后的7月19日就到达了这条轨道的顶点:月球,再减速被月球引力俘获,进入环月轨道等待着陆!

960ac48bcf1c

从这些参数我们可以看到,阿波罗飞船从地球出发后几乎就没有停顿直接到达月球轨道,这是土星五号强大的运载能力背书的,可以说没有土星五号,就没有阿波罗登月计划!

运载嫦娥五号的到风暴洋的胖五,真不如土星五号吗?

嫦娥五号是从2020年11月24日凌晨4点30分用长征五号遥五运载火箭,从文昌航天发射场发射升空的,于2020年11月28日20时58分,在距离月球400千米处减速制动进入环月轨道,总共耗时大约4天半左右!

1481a8ee0fdf

和阿波罗11号相比,看来嫦娥五号确实要慢不少,但事实上我们必须要澄清一个事实,阿波罗11号在191.2千米的待机轨道上运行了2.5圈之后再出发,这个轨道上由于大气分子比较密集,并不是久留之地,后期的阿波罗15、16、17号待机轨道低至150千米,这个轨道停留的时间更短!

532efb2016bb

为什么要设置待机轨道?就是准备出发月球前最后检查一下所有设备,没有问题就可以准备出发了,对于载人飞船,检查后立即出发,还有一个人员氧气与整个任务时间分配的问题,时间是比较敏感的,而对于无人探测则根本就没有这个问题,测试设备,各个测控点跟踪等等,所有测试全部通过后再在近地点点火,将轨道顶点拉至月球附近!

1c4e7ebfb4f3

所以尽管在网上我们查不到详细嫦娥五号在轨道上到底干了什么,但我们可以推测出它在这条轨道上停留时间是不少的,也没有使用火箭发动机多次在近地点加速,屡次抬升轨道,最终将轨道顶点靠近月球的方式(嫦娥一号和二号使用这种方式)。

35f855f293e3

嫦娥一号探月之路

这种将轨道逐渐抬升慢慢接近月球的方式可以大大节省燃料,也可以让运载火箭的技术水平降低,但对于长征五号火箭,它完全可以直接将嫦娥五号一次送入地月转移轨道,不过如果条件不足,无人探测器采用这种方式亦无不可,比如最著名的就是印度的曼加里安火星探测器,它在地球近地轨道上绕了好几个月,才最终进入地火转移轨道,人家用低成本实现火星探测,这可是一辈子吹牛的资本哈!

9e814d8ad966

曼加里安的登火之路

长征五号的技术水平怎么样?

很多朋友喜欢将土星五号和长征五号相比,但其实两个完全不在同一个量级上,土星五号是一个大力士,但它的燃料利用率很低,简单的说它的大推力是通过燃烧大量燃料产生的,就像是二冲程的汽油机,功率不小,但耗油率太大!

91ac2fc490d9

这一点比较两者的发动机就知道了,两者都是液氧煤油机,土星五号的F1是燃气发生器循环(开式循环)比冲是263秒,长征五号的的液氧煤油助推器YF100(富氧预燃分级燃烧循环),海平面比冲是300S,当然和RD180的311还是有些差距(这是1990年代的技术),但这比土星五号的F1技术还是要长进不少!

分级燃烧循环的所有燃气和热量都通过燃烧室排出,没有推力损失。因此这种循环也常称为“闭式循环”。而开式循环产生的废气直接排放,因而效率有所损失。它的另一个优点就是能承受非常高的燃烧室压力,可以使用更大膨胀比的喷嘴。缺点则是涡轮机的工作环境恶劣,需要添加额外导管来输送高温燃气,还必须设计很复杂的反馈控制系统,这是循环设计中最难的,它简化版本就是燃气发生器循环(土星五号F1发动机循环技术)。

整体上而言,长征五号的技术水平并不差,但它的近地轨道运载能力大约为25吨,地月转移轨道为大约为8.8吨,执行采样返回任务完全没有问题,但载人登月,至少需要40多吨的地月转移轨道运载能力,嫦娥五号还是差距不小。

ea19b565dbff

为什么嫦娥五号回来也要那么久?

其实阿波罗计划中也就11号最短,月面只停留了2个多小时,而17号整个任务则长达12天!而嫦娥五号的时间并不是耗在回程上,而是在月球轨道对接、转移以及待机上,嫦娥五号在400千米待机轨道上除了上述几项任务外,并没有公布其他信息,当然我们也不胡乱瞎猜,不过只要它一旦脱离月球轨道,那么它的着陆时间就可以倒计时了!

0073f28bc68b

有朋友认为嫦娥五号从月球返回还要在地球上绕几圈,其实这是个误解,因为这样就会进入地球环绕轨道,需要将11.2千米/秒(从地外天体返回的速度必然大于速度,除非减速)的速度降低到7.9千米/秒以下,这需要大量的燃料!

4a051982361f

因此采用弹道返回或者半弹道返回就成了最佳选择,无人探测器没有过载要求,弹道返回亦无不可,而载人飞船绝不能使用弹道返回,要不然至少也是十几个过载,宇航员受不了!所以嫦娥五号的返回器和轨道器分离后,直接进入返回轨道,使用小飞走过的水漂弹道返回!

721bc96e84ca

因此这就对返回时机提出了很高的要求,返回到达地球切入水漂弹道的轨迹起始点时,其末端一定要是中国内蒙古四子王旗传统降落场,所以这个窗口必须给踩点稳了,要不飞到人家家里去,那就尴尬了,再友好的国家,怎么也得交涉下,而且这面子也丢大发了哈!

966c08350cac

好酒不怕晚,准确送达即可!

© 版权声明
THE END
喜欢就支持以下吧
点赞0
评论 抢沙发
  • huoxing1

    昵称

  • 取消
    昵称表情