飞月有多难?飞船从地球飞往月球为啥不飞直线,而是要绕圈飞行?
地球到月球才38万公里,可为啥咱们的飞船登月时,不飞直线,非得绕来绕去,像赶集迷了路似的?要是真走直线,按理说没多久就能到,结果愣是多飞个好几天,这是为啥呢?
宇宙不是高速公路,踩油门直奔目的地不可行,太空是个复杂的立体棋盘,引力当裁判,速度做筹码,差一毫秒、慢一米每秒,都能让人打道回府。
今天咱就看看为啥咱们的探测器、登月舱,宁可多飞几万公里,也不肯走那条看似最短的“直线”。
从地球出发去月球,压根就不存在真正意义上的“直线飞行”。地球在转,月球也在绕着地球转,它俩都不是静止不动的靶子,而是高速运动的动态目标。月球每小时跑三千多公里,地球自己也在自转和公转。
你要是一起飞就对着月球现在的位置猛冲,等你飞过去,人家早就挪窝了。这就好比你在操场上追一个跑步的同学,你要是死盯着他起跑的位置往前冲,肯定扑空。
正确的做法是预判他的路线,提前拦住他。航天飞行也是这个理儿,得算准月球将来会在哪儿,然后把轨道设计成一条能“碰上”的曲线。这叫轨道拦截,不是傻乎乎地追尾巴。
火箭发射的时候确实是垂直往上蹿,那是为了尽快冲出大气层,减少空气阻力。但出了大气层后,飞船就得开始“拐弯”了。你可能不知道,咱们的运载火箭并没有一直给飞船提供动力。
大多数情况下,火箭分段燃烧,把飞船送到一个临时轨道后就脱落了。剩下的旅程,飞船基本靠惯性滑行。这时候,它就像一颗被扔出去的石头,走的是引力主导的曲线轨迹。
地球的引力一直在拉它,月球的引力又在远处拽它。飞船得巧妙地利用这些力,像荡秋千一样,一点点调整方向和速度。这种飞行路径叫做霍曼转移轨道,是目前最省燃料的方案之一。
中国嫦娥系列探测器、美国阿波罗飞船,走的都是类似的轨道。不是不想快,是燃料太金贵。多带一公斤燃料,发射成本就得往上翻一大截。所以宁可多飞两天,也得省油。
直接撞上去?那不叫探月,那叫撞月。咱们的目标不是砸出一个坑,而是稳稳当当地进入月球轨道,或者软着陆在预定区域。这就要求飞船接近月球时,速度必须刚刚好。
太快了刹不住,直接飞过去;太慢了,会被地球拉回去。所以整个飞行过程得精细控制,中途还要进行多次轨道修正。
比如中国的嫦娥五号任务,2020年发射后,先绕地球飞了三圈加速,然后才奔向月球,在接近月球时还得点火减速,被月球引力“捕获”,才能顺利进入环月轨道。
这一连串动作,哪一步都不能错。如果走直线,中途几乎没有调整空间,一旦偏差,基本就没救了。而现在的飞行方式,给了地面控制团队充足的反应时间,确保万无一失。
你可能会问,就不能搞个超级大火箭,一脚油门干到月球吗?理论上可以,但现实不允许。当年美国阿波罗计划用的土星五号,已经是人类历史上推力最强的运载火箭了,近地轨道运力140吨左右。
即便如此,它也没有直飞月球,而是先进入地球轨道,确认系统正常后,再点火进入地月转移轨道。这是为了保险起见。万一刚起飞就出故障,还能让宇航员返回。
要是直接往月球冲,半道上出问题,那真是叫天天不应,叫地地不灵。咱们国家的载人登月规划也在稳步推进,未来也会采用类似的安全策略。航天不是飙车,讲究的是稳、准、省,而不是快。
最后还得提一句,太空飞行本质上是“借力打力”的艺术,地球自转带来的初速度可以利用,地球引力可以帮忙加速,月球引力也能用来减速。
整个太阳系像个巨大的引力网,聪明的航天工程师会设计航线,让飞船像帆船一样,顺着“引力风”滑行。这种轨道设计,不仅省燃料,还提高了任务成功率。
你看咱们的嫦娥二号完成主任务后,还能顺道去探测小行星图塔蒂斯,靠的就是精准的轨道控制和引力辅助。如果当初只想着走直线,哪有这么多延伸机会?
飞船不去走那条看起来最短的直线,不是笨,而是聪明。它是对物理规律的尊重,是对工程极限的把握,更是人类智慧的体现。
图片来自网络侵联必删
页:
[1]