月球并没有事先准备发射场,登月成功后,宇航员是怎么回来的?
登月,是人类探索宇宙的一座丰碑。
月球是宇宙中距离地球最近的一颗星球,登月代表着人类踏足了一个地球之外的新的星球,从此人类走出地球、迈向宇宙。月球是地球的卫星,也是一颗独特的星球,由于月球的自转与公转方向和速度都相同,所以月球总是有大约41%的部分背对地球,我们将其称之为月球背面。
正因为在地球无法看到月背,所以一直以来关于月球背面都有着无限的遐想,而中国19年年初嫦娥四号月球探测器实现在月球背面软着陆,为世人揭开了月背的神秘面纱。而在不久的将来,中国首个实施无人月面取样的探测器嫦娥五号探测器也将发射升空。
整个登月过程中最万众瞩目的时刻就是火箭发射的时刻了,重达数千吨的运载火箭点火升空,甚是壮阔。
通常来讲,最终登上月球的飞船不过几十吨而已,那么为什么要用重达数千吨的运载火箭来把它运往太空呢?这就要从地球的重量说起了,地球的总重量大约为5965*10∧21千克,要把一个航天器送入近地轨道绕行地球就必须要达到第一宇宙速度,也就是每秒7.9千米;而如果要摆脱地球引力,则必须要达到第二宇宙速度,也就是每秒11.2千米。
有质量的物体在加速的过程中惯性质量也会增加,速度越快,则惯性质量越高,所需要的能量也就越高。
为了能够让有效载荷达到第二宇宙速度就需要携带大量的燃料,而携带燃料本身又会增加重量。
所以就必须要将火箭设计成一个个独立的个体,如第一级火箭、第二级火箭等等,火箭的总重虽然有数千吨,但在升空的过程中会不断丢弃已经烧完的部分,直到航天器进入地月转移轨道。
将航天器送上月球需要如此大费周章,那么航天器是如何从月球上返回来的呢?月球上并没有事先准备发射场,更不可能存在着大型运载火箭。那么宇航员在到达月球后,是如何让登月飞船重新进入地月转移轨道返回地球的呢?
一般来讲,登月舱分为两个部分,上升级和下降级,简言之,下降级就是一个火箭、燃料和发射台的综合体。
而上升级则是要被发射返回地球的部分。为什么从地球发射就要一个数千吨的运载火箭,而从月球发射返回只需要这样一个十几吨的小家伙呢?这是因为月球的引力要比地球弱很多,月球的质量只有7349*10∧19千克,要进入近月轨道只需要达到每秒1.6千米的速度。
请注意,这里是进入近月轨道,而并不是摆脱月球引力从月球逃逸。这是为什么呢?因为在近月轨道上绕行着一个指令舱。
登月飞船的上升级只需要和在近月轨道上绕行的指令舱实现对接就可以了,对接完成之后再行点火从月球逃逸,从而进入地月转移轨道,进而返回地球。
可见,从月球返回要比从地球升空的难度低得多,所需要的能量也低得多,所以登月飞船才可以实现从月球升空返回地球。在未来即将发射升空的嫦娥五号月球探测器的登陆舱部分和上面所说的基本类似,简言之从上至下可以分为上升器、着陆器、返回器和轨道器,嫦娥五号是中国探月工程的收官之战,所以,在此我们也提前祝愿嫦娥五号登月探测器发射成功。