央視竟然錯了? 嫦娥6號近月制動,巴立方星分離,進200x8600km軌道

2024年5月8日 13点热度 0人点赞

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嫦娥6號在地月轉移軌道上飛行已經超過3天了,據央視以及多個官方媒體報道,嫦娥六號接下來將會執行近月制動,在此期間,嫦娥6號搭載的巴基斯坦立方星將會分離,之後探測器將進入一條200 x 8600km的臨時軌道。

然而在社交媒體上卻有相關專家指出,央視以及多個官方媒體「近月制動」形容並不准確,恰恰相反,嫦娥六號在接近月球的時候是「加速」追趕月球,媒體如此說法完全是誤導讀者!一個是官媒說法,一個是相關專家的說法,到底哪個准確?

嫦娥6號:這次與五號的任務過程是怎麼樣的?

嫦娥六號正在前往月球的地月轉移軌道上狂奔,六號是五號的備份星,任務也和五號一致都是月球采樣,但這次前往的卻是月球背面采樣,載荷也和上次大相徑庭,不僅加了一台迷你版月球車,而且還是一個國際大合作的版本。

嫦娥六號由軌道器、返回器、着陸器、上升器以及采樣的樣品容器等幾個部分組成,這個不分結構和此前嫦娥五號基本沒有區別,因為本來就是備份星,所以並沒有打算在這個結構上作改變。

除了采樣必須的幾個組件外,還搭載了巴基斯坦的微型/納米衛星 ICUBE-QAMAR CubeSat,重約7千克,搭載了兩台光學相機,主要任務包括嫦娥六號軌道器分離進入月球軌道和對軌道器、地球和月球進行成像,並獲取月球磁場數據以供國際合作1,從功能來看主要還是實驗,盡管比較簡單,但對於巴基斯坦剛起步的航天事業來說也是提供了一個深空測試與通信平台。

另外還有法國儀器DORN (氡氣釋放檢測儀)用於研究月球塵埃和其他揮發物在月球風化層和月球外逸層之間的輸送,包括水循環;

意大利儀器 INRRI (着陸巡檢激光反射器調查儀器) 由一個反射器組成,可以精確測量從着陸器到軌道的距離;

瑞典的NILS(月球表面負離子檢測儀),這是一種用於探測和測量月球表面反射負離子的儀器。

所有搭載物重量大約為10千克!值得一提的是除了這些國際合作的搭載物外,在嫦娥6號的着陸器外側還有一個迷你月球車,很多網友可能會很好奇,這樣掛着抵達月面後到底怎麼去到月面?

左上角的小車車,看到了嗎?

筆者猜測,這個探測器輪子很大,車身很小,所以極有可能是從探測器上直接釋放丟下去的,在絕大部分情況下,都會四輪着陸,即使是側面觸碰月面,也可以用輪子轉動調整一下,這樣就能扶正了,估計各位應該是不會想到,中國航天居然會有這種創意,有小車大家就有福了,下次月球背面采樣過程可以看個仔細。

月球背面采樣的過程:其實和五號差不多

月球背面和正面的差別是背面無法直接通信,所以在嫦娥六號出發前往月球之前的三月份,鵲橋二號中繼衛星就已經出發了,這顆衛星攜帶了一個直徑4.2米的通信天線,運行在一條大傾角的凍結軌道上,可以在一天之內的大部分時間為嫦娥六號通信中繼服務。

與嫦娥五號在月球北半球采樣不一樣,這次六號不僅是南半球采樣,還在背面,當時的五號設計優化到了極致,甚至連發射時抵達月球的姿態都計算好了,這次要去月球背面,還是南半球,姿態和北半球完全相反,這一下子換到南部,姿態就全相反了,所以只能從逆行軌道進入來保證為月球北半球設計的着陸姿態來應對南半球着陸,這就是嫦娥六號逆行軌道的來歷。接下來嫦娥六號大致的任務進程:

  • 5月7日:「減速制動」進入月球軌道
  • 6月1日:着上組合體與軌返組合體分離准備月面着陸
  • 6月2日:着上組合體着陸月球背面阿波羅盆地並進行采樣
  • 6月4日:上升器起飛進入近月軌道
  • 6月6日:上升器與軌返組合體對接轉移樣品
  • 6月20日:軌返組合體進入地月轉移軌道
  • 6月25日:軌反組合體分離,返回艙攜帶月背樣品重返大氣層着陸地球

「減速制動」後的嫦娥六號首先會進入約200 km × 8 600 km、周期12小時的大橢圓環月軌道,在這個軌道釋放 ICUBE-Q 立方星。 之後嫦娥六號會再次制動進入高度約200 km × 2 200 km,周期4小時的橢圓停泊軌道。 最後再次制動進入 200 km × 200 km,周期約128分鍾的圓軌道,將會在這個軌道實施四器分離(軌返/着上分離)。

返回分離的6月25日:軌道器在環繞地球半圈後再次飛往月球軌道,嫦娥五號的軌道器抵達了日地拉格朗日L1點,並且進入了遠月逆行高軌道,這次嫦娥6號的任務就不知道是啥情況了,且看中國航天的安排。

嫦娥6號近月究竟是制動加速?央視真錯了嗎?

幾乎所有的媒體都在說,6月7日的嫦娥6號探測器是減速進入月球的,似乎聽上去很有道理,因為探測器從地球出發時必須要達到10.8千米/秒的速度才能進入地月轉移軌道,而月球的逃逸速度才2.4千米/秒,這不減速探測器飛跑了嗎?

但是有專業級網友卻指出了一點,探測器抵達月球附近時速度才幾百米/秒,要是不加速讓探測器趕上月球,估計這跑丟了,所以進入月球必須要加速而非減速,兩個說法在社交媒體上吵的不可開交,到底誰的說法對?

加速還是減速?其實只是參考點不一樣而已

要理解這個問題,首先來簡單了解下霍曼轉移軌道,這是從一個天體前往另一個天體的最常用的手段,原理倒是很簡單,也就是探測器在近地點加速,使得遠地點抵達另一個天體附近,可以使用一次加速,比如嫦娥6號直接在近地點加速達到10.8千米/秒,也可以多次加速達到這速度,比如印度的月船三號。

印度月船二號如入軌

另一個是軌道的半長軸指向,這個同樣很關鍵,因為從地球前往月球至少也得3-4天,因此半長軸的指向必須是3-4天後的月球所在位置,調整半長軸只需在近地點超前或者滯後一點即可,這倆因素是霍曼轉移軌道的關鍵。

這里必須要指出一點,地月轉移軌道說白了其實就是一條大橢圓軌道,從地球出發時的速度就是地月轉移軌道的速度要求,約為10.8千米/秒,但隨着軌道逐漸走高,距離地球越來越遠,這個速度也會越來越低,當嫦娥六號抵達距離地球42萬千米即月球附近時,出發時10.8千米/秒的速度早就降到了不到100米/秒的速度!

此時月球環繞地球公轉速度為1.022千米/秒,兩者相差1千米/秒左右的速度,月球快,探測器慢,所以更准確的說是探測器在此時需要開啟發動機,「踩一腳油門」趕上月球才能順利被月球引力捕獲。各位發現了嗎?是不是需要加速才對?減速不就掉隊更嚴重了嗎?

真是加速?如果從月球角度來看的話,探測器卻會以每秒大約1千米的速度沖着月球迎面而來,此時探測器速度過高,需要猜一腳剎車才能與月球同步,因此從這點來看,探測器對着飛行方向噴出了加速氣流,使得探測器速度下降與月球同步並被月球引力捕獲。

到底是加速還是減速?其實不過就是參考系不一樣而已,從地球角度理解就是加速,而從月球角度理解就是減速,不過如果不提到參考系直接說明的話,一般默認就是地球參考系,因為我們本身就在地球上,所以用加速趕上月球可能更准確一些,用這個描述也讓這個技術過程更容易理解。

「首次近月制動」後,探測器會進入一條200 km × 8 600 km,周期為12小時的臨時軌道,之後就是逐漸降低軌道了,下一次會是200 km × 2 200 km,周期4小時的停泊軌道,最後着陸時會進入一條200 km × 200 km,周期128分鍾的下降准備軌道。

剛才提到霍曼轉移軌道在近月點加速,而將軌道拉圓並降軌則是在近地點減速,但要是以遠地點為高度拉遠軌道,那麼就是在遠地點加速,這個是不是很容易理解?

延伸閱讀:這次給不給美國人樣品?

反正嫦娥五號是給了,但這個事情比較有趣,可以來說道說道!之後大家根據給月壤這個來龍去脈給個建議,到底給還是不給!

  • 背景1:中美建交前夕,美國給了中國一克月壤;
  • 背景2:1999年美國會炮製了一份《考克斯報告》,限制中國火箭發射含有美國零部件的衛星,將中國航天逐出了全球商業航天發射行列;
  • 背景3:2011年,美國會再次炮製了一份《沃爾夫條款》,禁止中國與美國科學技術方面的交流,試圖中國隔離在全球航天學術圈外;

在嫦娥五號發射當天的2020年11月24日,NASA局長比爾·尼爾森在X上發表推文,PUA中國要將資料公開,將月壤共享給全世界,營造一種學術無國界的氛圍。

當然各位猜到了,中國航天根本就沒有理會比爾·尼爾森,甚至都沒有官方正式回應,斷定中國不會給月壤的尼爾森屢次對中國口出狂言,諷刺中國航天封閉,抄襲美國技術,不對NASA的要求給出回應。

但問題是限制美國與中國交流的不是中國,而是美國國會,NASA與中國交流必須獲得國會批准,這比爾尼爾森沒想到的是《沃爾夫條款》不僅限制了中美交流,也限制美中交流,這個賊喊捉賊的把戲,中國人根本不予理會。

2023年底,中國國家航天局突然公開了國外機構的月壤申請渠道,為期一個月,結果NASA心急慌忙的提出申請並向國會遞交報告,希望能獲得同意!之所以NASA會如此上心是因為中國帶回的月壤能補上NASA研究的短板,所以才「不恥下問」,自己打臉去國會「審批」。

長方形位置為采樣區域

這次嫦娥6號采樣點是月球背面的艾肯特盆地阿波羅環形山,這里作為月球晚期重轟炸期的重要場地,可以獲得月球歷史的精確資料,又是NASA研究的一個短板,不得不說中國人很會挑地方,當年美國人帶回了382千克月岩,卻有大量重復的樣品,中國取回1731克月壤卻隱藏了月球歷史與起源的秘密,所以多又有何用,還不是得求精?

NASA繼續要是肯定的,但是給不給呢?5月1日,澎湃新聞轉發了「科工力量」作者陳藍的一篇文章:《中國帶回來的月壤,要不要給NASA?》,給出的說法不錯,可以作為參考:

提升中國開放形象,為未來中國航天展開國際合作打下鋪墊,因此建議是分享月壤

筆者認為這個建議有些道理,但是問題來了,我們在嫦娥五號時已經分享過月壤了,還掉了美國人當年那1克月壤的人情,現在嫦娥六號帶回的月壤,再給就說不過去了吧,所以筆者認為,美國人要是再要的話就拿OSIRIS-REx任務的小行星樣本來交換吧,來而不往非禮也,我們也不白要,但絕對不會再白給!