本文参加百家号 #科学了不起# 系列征文赛 。
本来计划在成功取样之前不会再写关于嫦娥五号的文章了 ， 但是看到嫦娥五号被月球引力俘获这事忽然又觉得可以写写……因为在我的预计里 ， 取样过程基本没有什么难点 ， 所以没什么好写的 ， 难点都在返回时 ， 不过忽然发现其实关于引力俘获还是可以做做文章(^_^) 。
【嫦娥|嫦娥五号为何需要两次减速才能进入环月轨道？】
2020年11月28日20:58 ， 也就是我开始写这篇文章24小时前 ， 嫦娥五号在月球轨道发动机点火启动反向推进减速 ， 经过大约17分钟的减速后 ， 嫦娥五号飞行速度降低到月球逃逸速度（约2.4km/s）以下 ， 发动机关闭 ， 嫦娥五号顺利被月球引力俘获进入绕月的椭圆轨道 ， 轨道周期约为8个小时 。
计划绕椭圆轨道公转3圈后在近心点（相当于近地点）再次启动发动机减速到环绕速度（约1.7km/s）后进入绕月圆轨道 。 轨道器将保持圆轨道环月飞行 ， 着陆器则会选择合适时机分离并进行月面软着陆和原地取样 。 收到消息 ， 在2020年11月29日20:23 ， 嫦娥五号实行二次减速 ， 并顺利进入环月圆轨道！
那么问题来了 ， 嫦娥五号为什么需要减速才能被月球俘获？又是怎么实现从椭圆轨道切换到圆轨道？
从地球发射的嫦娥五号在与长征五号运载火箭分离时 ， 其飞行速度接近地球的逃逸速度 ， 即11.2km/s ， 然后在飞离地球奔向月球的过程中会被地球的引力逐渐减速 ， 这有点像我们平常向天上抛石头 ， 石头会因地球引力慢慢减速并停止上行后加速落回地面 。 虽然嫦娥五号的飞行速度已经超过了地球的逃逸速度 ， 不会再落回地面 ， 但是它依然会不可避免地被地球的引力减速 ， 因此在飞离地球奔向月球的过程中速度慢慢降低 ， 到达月球轨道的时候 ， 速度大约只剩3.km/s多点 。
然而月球的表面逃逸速度仅为2.4km/s左右 ， 很明显 ， 虽然已经被大大减速 ， 嫦娥五号飞行速度依然远高于月球的逃逸速度 ， 若不减速 ， 它将从月球旁边飞掠而过 ， 挥一挥衣袖…不带走一片云彩……这当然不行啊……所以嫦娥五号在到达月球附近时需要降低速度 ， 方法很简单 ， 轨道器上面是有发动机的 ， 可以通过喷射为轨道器提供动力 ， 这时只需要把轨道器的方向调转180° ， 让尾部转向前进方向然后点火 ， 发动机将给嫦娥五号提供一个反向的推动力使嫦娥五号慢慢减速 ， 大约经过17分钟的减速 ， 嫦娥五号就被减速到小于月球的逃逸速度即2.4km/s以下 ， 这时发动机就可以熄火 ， 嫦娥五号会继续飞出一段距离后被月球的引力拉回 ， 形成一个椭圆的轨道 。
由于速度还极高 ， 嫦娥五号此时只能沿偏心率较大的椭圆轨道飞行 ， 但这样是非常不利于分离着陆器和取样之后与上升器对接的 ， 因此需要把椭圆轨道调整为正圆轨道 ， 方法依然是减速！这又是为什么呢？
因为第一次减速 ， 是仅减至月球的逃逸速度以下 ， 月球的逃逸速度是2.4km/s ， 也就是此时嫦娥五号的飞行速度依然在2km/s以上 ， 而逃逸速度是环绕速度的√2倍（根号2倍） ， 因此 ， 月球环绕速度约为1.7km/s ， 而要绕正圆轨道运行就必须让嫦娥五号的切向速度（圆形轨道的切线方向）刚好等于环绕速度 。 这就是说嫦娥五号需要通过第二次减速把速度从2km/s以上降低到1.7km/s左右 。 方法同样是前面的发动机反向喷射减速 。
减速段是在椭圆轨道的近心点附近 ， 在近心点附近嫦娥五号的飞行速度将达到最大值 ， 也就是2km/s左右 ， 当在这个位置保持切向把其飞行速度降低到1.7km/s左右 ， 嫦娥五号就自动切换到正圆轨道 。
目前嫦娥五号已经顺利进入圆轨道 ， 坐等分离着陆器进行软着陆 ， 预祝嫦娥五号取样顺利 ， 并顺利返回！
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