
自去年下半年起,地球“访客”密集前往月球,印度、俄罗斯、日本、美国接连发射月球探测器,但顺利着陆者寥寥,直到今年2月23日,奥德修斯月球着陆器才让美国时隔50年再次登月。2月24日,中国载人月球探测任务新飞行器名称正式公布,月面着陆器被命名为“揽月”,载人登月全面开展。
今天,我们就来说说月球着陆的科技难点,以及目前开展的月球探索能为未来的宇宙探索贡献哪些科学启示。
探测器抵达月球要过四关
火箭之父、苏联科学家齐奥尔科夫斯基曾经说过:“地球是人类的摇篮,但人类不可能永远被束缚在摇篮里。”人类迈出地球摇篮,走向宇宙的第一站就是月球——月球是地球唯一的天然卫星,也是距离地球最近的自然天体。从地球到月球的距离,虽然在宇宙空间尺度中来看,连一步之遥都谈不上,却是人类付出极大努力才有可能跨越的万仞之山,在此过程中还需克服诸多科学技术难题。
第一个难关是进入轨道。这需要拥有强有力的运载火箭将月球探测器送入合适的轨道,如果火箭能力不够强,入轨远地点高度无法达到约38万公里地月距离,那么就需要探测器自己变轨,逐渐抬高远地点来逼近月球,如此一来燃料和时间都会消耗得更多。而如果火箭能力较强,将探测器直接送到地月转移轨道,那么探测器就省劲多了。
第二个难关是奔向月球。要想探索月球,首先要能顺利到达月球,地月之间的天路是必须经过的一关。美国前9次月球探测任务中,只有第5次飞掠任务取得了部分成功,其余8次环绕和飞掠任务都失败了。苏联的起步方式有所不同,试图先撞击月球,但直到第6次才成功撞月。在奔月途中,探测器的初始入轨误差会不断累积,使得实际飞行轨道逐渐偏离设计轨道,因此需要每隔一段时间进行一次轨道机动,就像开车的时候稍稍打一点方向盘来调整方向一样,消除轨道偏差才能确保探测器始终飞行在正确的轨道上。
第三个难关是环绕月球。探测器到达近月点后,需要“刹车”,也就是近月制动,把探测器速度从约2.5km/s降到1.7km/s,降速达到0.8km/s以上。“刹车”的力度需拿捏得刚刚好,刹猛了探测器会一头撞向月球,刹不够又无法被月球捕获,会离月球越来越远。
第四个难关就是近来备受关注的月面降落。月球上沒有空气,不能用降落伞,探测器只能采用发动机反喷减速的方式下降。随着发动机的反喷工作,燃料不断消耗,探测器越来越轻,反喷推力也相应减小。反推力与重力的动态适应匹配是软着陆的关键,反推力大了落不下去,反推力小了则降得太快;反推力变化慢了减速不及时,反推力变化快了又会给探测器姿态带来突然干扰,可谓稍有不慎就会粉身碎骨。同时,还需要解决降落避障问题,避免落在石头上或坑里影响着陆安全。
月球正面总是朝向地球,
对地通信条件好,
具备大面积的月海,
地势较为低洼平坦,
工程实现难度相对较低,
因此,
世界各国的首次月球着陆任务
通常都将着陆点选择在
月球正面中低纬度区域。
我国载人月球探测任务
就计划在2030年前
登陆月球正面,
实现中国人的登月梦想。
除此之外,着陆月球表面的探测器必须针对大温差、低重力、月尘、宇宙辐射等特殊环境进行专门的防护设计,才能正常工作。
为何抵月“临门一脚”易落空
探索月球的第一个热潮出现在上世纪六七十年代,美苏两国进行太空竞赛,完成了数十次月球软着陆探测。随着2014年初我国嫦娥三号探测器成功着陆月球雨海北部,月球软着陆探测的第二轮热潮拉开序幕,特别是去年下半年以来,印度、俄罗斯、日本、美国的多个探测器纷纷尝试着陆月球,引起了全世界对于月球探索的高度关注。




