嫦娥5号苦等了6天才启程返回地球,为何美国登月时却说走就走?
自从发射升空以后,嫦娥5号就一直牵动着我们的心,在接下来的日子里,嫦娥5号不负众望,在抵达月球之后,仅用了大约2天的时间,就完成了在月球表面降落、采样以及起飞等一系列步骤。
2020年12月6日,嫦娥5号的“上升器”与“环绕器”在绕月轨道上成功对接,采集到的月球样本成功转移到了返回器,自此“月球采样”工作圆满成功,下一步就是嫦娥5号启程返回地球。然而嫦娥5号却没有立即出发,而是等到12月12日和13日,才连续实施了两次“月地转移入射”,正式启程返回地球。
为什么嫦娥5号要苦等6天才启程返回地球呢?其实这是因为嫦娥5号在等待一个时间窗口——“月地入射窗口”,总的来讲,这个时间窗口是基于“最小的燃料消耗量”和“最高的成功率”这两方面的综合考虑,其中涉及到地球和月球之间的距离变化、相对位置,以及抵达地球后的降落区域等一系列的因素。
(关于这个问题,大家可以参考嫦娥五号还在等什么?为什么不直接返回地球?)
值得注意的是,美国的阿波罗计划实施了一系列载人登月并返回地球的任务,如果我们将其与嫦娥5号进行对比,就会发现在相似的环节中,美国登月时却没有等待这么长的时间,甚至可以说是“说走就走”,为了说明这个问题,我们不妨拿阿波罗11号来举例。
在阿波罗11号登月任务中,人类第一次成功地在月球上登陆,来自NASA的资料显示,阿波罗11号在完成绕月轨道上的交会对接之后,又用了7个多小时的时间来完成宇航员和月球样本的转移,在此之后,阿波罗11号就几乎是马不停蹄地离开了绕月轨道,启程返回地球。
那么问题就来了,同样是返回地球,嫦娥5号苦等了6天,为何阿波罗11号却说走就走?
我们都知道,嫦娥5号是一项无人探测任务,这就意味着,嫦娥5号可以长时间地在绕月轨道上停留(这基本上不会消耗额外的燃料),然后在最佳的时机出发,这样就可以大幅地降低对燃料的需求量以及返回地球的难度,从而有效地提高此次任务的成功率。
那为何美国登月时却说走就走呢?其实是因为他们不能等,要知道阿波罗11号是载人任务,对于宇航员而言,他们每时每刻都面临着各种未知的危险,再加上阿波罗11号的生命维持系统,也不足以支持在绕月轨道上长时间地停留,因此美国登月时就需要抓紧时间,尽量做到说走就走。
显而易见的是,这样做就会错过返回地球的最佳时机,这就会造成对整个系统的要求大幅提升,特别是对燃料的需求量会大大增加,正因为如此,美国使用了土星五号运载火箭。
土星五号属于多级可抛式液体燃料火箭,是人类航天史上运载能力最强的火箭系统,其近地轨道运载能力高达118吨,而其月球轨道运载能力也有45吨之多。由此可知,有了土星五号的支持,阿波罗11号就可以携带充足的资源,从而为“说走就走”提供了保障。
值得一提的是,虽然土星五号很“香”,但是这种火箭的造价却极为高昂,在实施阿波罗计划的时候,其平均造价就高达5亿美元(与一艘核动力航母的造价相当),并且这还不包括验证和发射失败的损失费用。就算是美国,也无法长期承受如此巨大的开支,因此在“天空实验室”之后,他们就再也没有制造这种火箭。
另外要说的是,嫦娥5号需要精确地降落在内蒙古四子王旗,因此需要更多的时间用来“瞄准”,而阿波罗11号的降落区域则是宽阔的太平洋,相对而言,阿波罗11号返回地球的难度要低很多。
总而言之,嫦娥5号能够充分利用各种外部条件,将航天器的能力最大化,其极高的性价比彰显出了我国航天人的大智慧。笔者认为,这种高性价比的做法,将会使我们能够一步一个脚印地在人类的航天之路上稳步前进。
好了,今天我们就先讲到这里,欢迎大家关注我们,我们下次再见。