中美差距明显？嫦娥六号回地球苦等14天盼窗口，阿波罗却抬脚就走

显示全部楼层 · 2024-6-24 22:23:50

嫦娥六号成功返回地球，却引发网友质疑。

嫦娥六号经过了53天的飞行，终于成功返回地球，不过却有网友质疑，为什么要在月球轨道等待14天才开始回来，而阿波罗回地球说走就走，真是差距吗？

首先，要迄今为止人类只在月球背面上进行过一次软着陆，那便是中国的嫦娥四号，其它任何国家甚至都没敢尝试过在月球背面着陆，因此说不存在技不如人的说法。

嫦娥六号着上组合体在把月壤样本转移到返回器之后，“嫦娥六号”环月等待段持续约14天时间。期间，轨返组合体与上升器及对接舱段会实施分离（已执行），而后，轨返组合体会抬升远月点高度，最后通过轨道器3000牛主发动机实施2次月地转移入射机动，为轨返组合体加速，推动其转入月地转移轨道。

“嫦娥六号”轨返组合体的返航受到多重条件的约束，包括环月轨道倾角、月球和地球及太阳的相对位置、返回着陆点位置等等，进行环月等待是在等待一条较优的返回路线，以期通过较少的变轨、较优的光照条件实现精准高效的返回。

因为是人类首次月背采样返回，月球背面的环境也相对来说更为恶劣，陨石坑密集，宇宙尘埃丰富，给探测器的着陆和采样带来了巨大的挑战，所以我们必须更加慎重和细致地进行任务规划和准备工作。

相较于“嫦娥五号”任务，“嫦娥六号”任务进行了更为复杂的轨道设计，在满足任务轨控和姿控的情况下，推进剂余量更小，对于高效利用推进剂的要求则更高。

除此之外，嫦娥六号和阿波罗飞船对于返回地球的要求并不一样，阿波罗登月计划确定了三种方案，第一种是用大型火箭直接把飞船发射至月球轨道的“直接登月法";第二种是飞船分段送入地球轨道，再逐一对接后飞向月球的“ 地球轨道交会法”;第三种是将飞船送入地球轨道，并推向月球的“月球轨道交会法"。第一种方案所需技术简单方便，容易控制，但需昂贵复杂的特大功率火箭。第二种方案虽不需大型火箭，但总发射费用并不低，而且交会次数过多，不易控制。

第三种方案为NASA工程师约翰·霍博特所提出。霍博特设想用大型火箭把载有3名航天员的飞船送入地球轨道，火箭脱离后，飞船依靠惯性飞入月球轨道。2名航天员进入登月舱，然后脱离飞船指令舱。登月舱用制动火箭减速在月面降落。返回时启动登月舱的上升发动机，与飞船指令舱会合，宇航员返入指令舱后便抛弃登月舱，开动指令舱火箭，脱离月球轨道而进入地球轨道。再入大气层时，将指令舱后的服务舱抛弃，仅剩指令舱溅落在太平洋上。

最终因为技术原因，美国虽然采用了“月球轨道交会法”，但服务舱/指令舱组合体与登月舱/上升级组合体在地面不对接，在阿波罗登月中，阿波罗飞船的服务舱-指令舱组合体在发射后需要先在近地轨道和登月舱对接。而登月完成后，阿波罗登月飞船并不是直接返回地球的，阿波罗登月舱在设计时只能用在地球大气层以外，完全没有再入地球大气层所必须的保护装置。他们需要做的是在正确的时间从月面起飞，与在头顶110千米上空飞过的阿波罗指令舱对接，然后进入指令舱，由指令舱开动其主发动机将三名宇航员带回地球。因此指令舱一直在环绕月球的轨道上旋转，一名宇航员留在指令舱负责与登月舱对接，它的路线并非经过月球表面，而是从环月轨道启程。只需在月球轨道上进行加速，便可进入地月轨道。难度和嫦娥六号可以说完全不是一个层级。

除此之外，返回地球时着陆区非常大，掉到太平洋就可以了，所以阿波罗11号飞船在完成登月后，能够在短时间内快速返回地球，而不需要在月球轨道等待太长时间，说走就走。

相比之下，嫦娥六号探测器的着陆区就非常小，所以需要考虑到返回地球的时机。如果返回时机过早或者过晚，都可能会飞到着陆区外，甚至可能直接坠落大气层烧毁或者错过地球。

因此，嫦娥六号轨返组合体在月球轨道等待了14天才开始返回地球。这个时间长，并没有说明我们的嫦娥五号探测器比阿波罗飞船落后，恰恰证明了嫦娥五号探测器在着陆精准度这一方面更胜一筹。要知道，以接近地球第二宇宙速度返回地球，并精准着陆到很小的着陆区，难度之大超乎想象。

而且嫦娥六号和阿波罗飞船返回的方式也不一样，嫦娥六号从月球返回地球轨道的过程中，速度会越来越快，返回大气层时的速度已接近第二宇宙速度（每秒11·2公里），如果不进行任何减速，嫦娥五号再入返回飞行试验器就会在大气层中被烧毁。因为航天器与大气剧烈摩擦，会在舱表面产生数千摄氏度的高温。而人类目前还没法提供如此高温条件下的安全防护措施。

所以科学家就想到了打水漂的方法，就像石子在“打水漂”过程中能量不断衰减、最终沉入水中一样，航天器在大气层中跳跃式返回”也能急刹车。

返回器会利用自带的升力借助大气层密度变化的跳板，把自己从高速降落的弹道中脱离出来，反弹回大气层外面，此时经历过一次减速之后的返回舱速度已经大大降低，再次进入大气层的时候条件就温和得多。

这样可以减少再入时因速度过快对返回舱的过度烧蚀，尽可能的降低防热层的厚度和重量，可以多带月壤回来

但是这个技术对再入角度提出了很高的要求，这个再入角误差要小于0.4度，稍有偏差要么直接一次进入大气层烧毁要么直接弹出去回不来。
这个返回技术官方名称叫做“半弹道跳跃式飞行”，即在返回器初次进入大气层一定深度并滑行一定距离后，通过调整它的姿态，让它在气动作用下重新跃起，以此将它的飞行速度由接近第二宇宙速度（每秒11.2公里），降至第一宇宙速度（每秒7.9公里）以内。此后的返回过程类似神舟飞船，就轻车熟路了。采用跳跃式再入返回方式可以有效地调节再入航程，降低气动过载，提高着陆精度，减少地面回收难度，有利于系统任务的执行。

高速半弹道跳跃式再入返回技术目前仅中国掌握，当初美国阿波罗飞船也想要采用半弹道跳跃式飞行技术，但是这样的弹道对于航天器及轨道设计提出了更高要求，难度极大，要求航天器飞行控制系统能够精确计算出飞行轨道，还能够精确控制自己的状态和姿态，提高飞行精度。
由于难度太大，早期航天器只能采用采取部分跳跃的方案来降低过载，例如阿波罗登月飞船在进入大气层之后，全程在大气层内跳跃，高度也不到100公里，当然效果相对也要差一些，阿波罗登月飞船返回地球的时候过载能够控制在7G以内，落点偏差为50公里左右。
除此之外，阿波罗飞船返回舱使用的就是桑格尔弹道“打水漂升力”弹道。阿波罗飞船在研制过程中，已经使用atlas火箭进行过返回舱打水漂再入大气层验证实验，这个项目就叫做FIRE II。
而嫦娥六号采用的则是来源于钱学森提出的钱学森弹道。钱学森弹道就是将弹道导弹和飞航导弹的轨迹融合在一起，其前段采用弹道式弹道，后段为无动力滑翔弹道。精髓在于利用火箭为动力把飞行器发射入高空，突破大气层，然后飞行器从太空再度返回大气层，当角度合适的时候，飞行器会如同瓦片在水面上打水漂一样被弹起，然后再落下，通过这样一系列的弹起——落下的运动轨迹，飞行器就能够以高速抵达目标。

它可以有效兼容解决力载荷与热载荷问题，其再入最大过载不超过4.8g，远小于阿波罗飞船7g过载。也就是说虽然嫦娥六号虽然是无人采样器，但核心数据直接对标载人要求。

嫦娥系列任务正说明了人类登月计划由粗放式、手动式转变为智能化、精细化，这是人类技术发展带来的必然结果。

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