NASA十年没有成功,嫦五返回技术有多牛?第二宇宙速度证明一切
2020年12月17日凌晨,嫦娥五号安全着陆内蒙古,和以往不同,这次嫦娥五号返乡的过程,可谓是出人意料,它不仅完成了无人采样的伟大壮举,同时更实现了NASA此前从未完成的以第二宇宙速度回归的奇迹!
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所谓第二宇宙速度,就是当飞行器达到11.2公里每秒的速度时,不仅能够脱离地球引力的束缚,还能够快速进入太阳运行轨道,再围绕地球运转。传统返回方式都会选择在回归地球轨道后多环绕几圈,等速度下降至第一宇宙速度,再寻最佳时机进入大气层,这也是目前认为最安全的返回方式。这次我国嫦娥五号直接进入大气层,不仅是向世界展示中国的航天技术进入了全新领域,更是为之后的载人返回打下结实的基础。为何,NASA研制10年都未成功的返回方式,却被中国嫦娥五号完成了呢?此次嫦娥五号使用的第二宇宙速度高速半弹道跳跃式再返回技术,也被网友们形象地称为“水漂弹道”。就是先让返回器以11.2公里/秒的第二宇宙速度高速冲向大气层,进入120公里高度的大气层后,再借助大气层的升力,反弹跃出大气层,回到太空。随后,再次减速下降进入大气层。反复一系列的操作,消耗部分动能,使速度下降到8公里/秒速度,从而保证返回器安全着陆。
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使用第二宇宙速度返回大气层究竟多危险呢?在返回器用第二宇宙速度冲向地球时,会产生远远大于第一宇宙速度的冲击力撞击地面,这一过程至少要过载十几个G,其对返回器的机身结构和外层防护有着极高的要求。NASA起源号、星尘号就尝试使用弹道式轨迹再入大气层技术返回地球,在过程中产生了高达32g过载量,这对返回器结构系统造成了严重损坏,以至于减速伞无法正常打开,返回器直接撞毁于地面。高速半弹道跳跃式再入返回技术也是NASA至今无法攻克难题。
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我国在高速返回技术上做了哪些努力?在结构上嫦娥五号采用了球冠钟形体构型,顶部配置了两片稳定翼。整体发挥了“唯一稳定配平点”的优势,确保返回器即便遭遇失效、失稳等故障,都能自动恢复到初始姿态返回地面。
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在动力上,嫦娥五号配置了12台RCS姿控发动机,使其在不同高度不同速度有着不同的喷射效果。同时,在精确操作上,我国全程自主测控,对嫦娥五号进行了六次轨道修正,为完美返回地球做足了准备。所有的努力,背后的“冒险”都只为了一个目标:2030年载人登月计划。乘风破浪会有时,直挂云帆济沧海,相信在不久的未来,中国人必将征服更辽阔的星辰大海。
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