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文/编辑:快看张同学

6月21日,嫦娥六号发来消息,它的返回器和轨道器组合体已经在“回家”的路上了,这个回家之路预计要走5天,也就是25日能够回到地球。

那么嫦娥六号是如何从月球飞回来的呢?在它的归家之路上,我们又运用了哪些核心技术?

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一、嫦娥六号是怎么从月球飞回来的?

嫦娥六号从月球返回地球的过程是一项复杂的航天任务,整个过程涉及11个飞行阶段,包括发射入轨、地月转移、近月制动、环月飞行、着陆下降、月面工作、月面上升、交会对接与样品转移、环月等待、月地转移和再入回收等.

嫦娥六号回归的每一步都至关重要,它们确保了嫦娥六号能够成功完成月球背面的采样任务,并安全返回地球。

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点火加速、中途修正和再入大气层更是其中的三个关键环节。

点火加速这一步实际上是在月球轨道上进行的,目的是让嫦娥六号的上升器携带着月球样品离开月球轨道,进入地月转移轨道。

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这通常涉及到在月球轨道上的一次或多次点火,以调整上升器的轨道和速度,使其能够摆脱月球的引力束缚。

根据外国网友接收到的无线电信号,我们可以判定20日嫦娥六号进行了第一次点火,接下来再次进行点火加速,然后便凭借万有引力加速,沿着地月转移轨道开始踏上回家之路。

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这个过程需要精确计算和控制,以确保上升器能够准确地进入预定的地月转移轨道。

然后就到了第二步中途修正,这个步骤是为了确保嫦娥六号能够沿着预定的轨迹飞行,避免由于轨道偏差导致的偏离目标。

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因为除了万有引力加速的影响,嫦娥六号还受到了太阳和地球的引力影响、空间环境等的干扰,所以中途修正其实还可能包括微调速度和方向,以补偿由于各种因素造成的轨道偏差。

这些修正通常是通过小的点火操作来实现的,那么对于燃料的消耗自然也就很小了。

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最后就到了再入大气层,这是嫦娥六号返回地球过程中最为关键和最具挑战性的一步,可以说到了这一步,基本也就到了嫦娥六号生死攸关的时刻。

这时嫦娥六号无限接近地球,距离大概只有5000公里(相当于重约300公斤的返回器在距离地球约500万米高空纵身一跃),通常返回器和轨道器会进行分离。

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返回器会采用特定的再入角度和速度冲进大气层,以实现热防护和减速的目的,轨道器则会继续飞行。

再入大气层的时候,嫦娥六号的速度惊人,近地轨道航天器再入返回大气层时的速度,通常为每秒约7.9公里,即第一宇宙速度。

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而从月球返回地球的航天器速度则接近每秒11.2公里,也就是第二宇宙速度。

之所以从月球返回的速度接近第二宇宙速度,是因为月球虽然也是地外天体,但仍然是绕地球运行的卫星,处于地球引力影响范围之内。

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因此,从绕月轨道返回地球的速度,要远大于近地轨道速度。

说得通俗点就是月球距离地球大约38万公里,航天器在返回过程中需要克服巨大的引力势能差,这使得其速度在进入地球大气层时接近第二宇宙速度,能够最大程度的减少能源消耗。

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二、在再入返回任务中,我们还运用了哪些核心技术?

在再入返回任务中,由于返回器速度极高,这也就造成其燃烧越剧烈,局部的最高温度甚至可以超过2000度,难度再次升级。

传统的再入大气层方式中,探测器需要通过利用大气、气动、放热结构等进行多次减速,进而降低温度,以实现平稳安全软着陆。

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但是嫦娥六号却采用了优秀的核心技术“半弹道式”的再入轨迹,也就是我们常说的“打水漂”。

这种返回方式涉及到返回舱在大气层边缘进行多次弹跳,逐渐降低速度和热量,从而实现安全返回地球。

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具体来说,返回舱不是以一个直接的、陡峭的角度高速冲入大气层,而是以一个相对较浅的角度切入大气层边缘。

通过这个角度的控制,返回舱在进入大气层后会以特定的角度和速度反弹,这一过程在返回舱的动能与大气摩擦产生的热能之间找到平衡点,通过多次反弹逐步释放动能,从而实现逐步减速。

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每一次反弹都经过精确计算,以确保返回舱不会因摩擦热过高而烧毁,也不会因减速不足而无法安全着陆。

有人对此有疑问,认为嫦娥六号采用这种方式,会不会不能像阿波罗号那样,硬抗超高温烧蚀?

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毕竟再入地球大气层时,航天器以极高的速度(如31马赫)穿越稠密大气层时,其周围空气会受到强烈的冲压作用,返回器周围空气温度高达1万摄氏度,而大底表面温度也在3000摄氏度以上。

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这种高温环境对航天器的防热材料和设计提出了极高的要求,通常需要采用耐高温、高强度且重量轻的防热材料来应对。

“太空打水漂”还有一个好处,就是过载更低,当返回舱再入时速度较高的阶段,由于大气比较稀薄,烧蚀不会太严重,而在进入稠密大气层的时候,速度又没那么快了,因此过载较低,热流也更小。

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这意味着可以将热防护盾做得更轻薄,从而减轻重量并提高效率,更好地保护宇航员的安全,所以这种特点对于载人飞行尤其适合。

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嫦娥六号的发射和返回不仅是对嫦娥五号探月工程的延续,更是将绕落回技术应用于月球全球任意区域采样返回任务的重要里程碑。

随着嫦娥六号的归来,我们有理由相信,中国探月工程的未来将更加辉煌,接下来的每一步,无论是嫦娥七号、嫦娥八号的发射,还是无人登月和载人登月的实现,都将是中国航天史上的重要篇章。

我们也期待着继续见证这一伟大历程,共同分享中国航天的荣耀与梦想!

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参考来源:

2024-06-07 环球资讯 精准“牵手”!嫦娥携月壤即将“下凡”地球

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2024-06-19 17:30 中国航天科普网 第二宇宙速度冲刺下,嫦娥六号如何安全返回地球?

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2024-05-27 中国科普网 嫦娥八号的高温生存挑战

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2024-06-21 新华网 环环相扣,看嫦娥六号“四兄弟”如何分工协作

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