在我们正常的认知思维下,38万公里的路程,以第二宇宙速度去飞,9小时就差不多到终点了。
那么为什么载人登月,嫦娥六号去月球挖土,却需要十几天,甚至两个月的时间呢?
难道月球距离我们不是38万公里?还是说我们正常的思维逻辑在宇宙面前,不适用了?
在地球上飞行,我们可以走直线,两点间,直线最短,这是我们正常的思维方式。
放在太空中,规则就有了很大的变化,哪怕1km的直线深度,也需要很长时间才能走完。
在太空飞行,规则不再是两点之间直线最短的简单逻辑,太空规则的面纱下,藏着轨道力学,推进技术和安全策略种种神秘秘籍。
要想去月球,我们必须先克服地球的要引力束缚。
从地面起飞,速度小于7.9km/s,就永远离不开地球,最后只能落到地面上。
7.9km/s的速度,就成了我们踏入太空的第一道门槛,迈过这道门槛,我们才有资格,走向更远的深空。
第一步迈出之后,还有第二道门槛束缚。
就好像一些小说里面的修炼塔一样,有足够的修为支撑,才能进入第一层。
再有足够的修为,才能进入第二层,第三层,层层递进。
探索太空同样是这样的道理。
速度超过7.9km/s,这是第一步,之后,飞船或者是探测器,只会围着地球转圈。
速度超过11.2km/s的时候,才会彻底摆脱地球引力,进入第二步,开始绕着太阳转圈。
这就是太阳系的规则,层层递进,最终才越飞越远。
火箭把探测器送入近地轨道后,还需要进行轨道抬升,速度越快,探测器的轨道半径越大,距离地面高度就越高。
相对于月球来说,距离就越来越近。
火箭通过多次发动机点火,原本绕着地球转圈的圆形的轨道,就会慢慢拉长,变成椭圆形。
这时候,火箭的远地点就会逐渐靠近月球的轨道高度。
整个过程不是几小时能完成的,因为火箭需要围着地球转无数圈,需要几天甚至十几天的微调,才能让它的的轨道和月球的公转轨道完美对接。
也就是说,一开始火箭以圆形轨道绕地球转,随着点火加速,轨道变成椭圆,火箭逐渐接近月球。
这时候,火箭就来一个s型转弯,开始绕月球转圈,慢慢减速,逐渐降落月球表面。
月球不是静止在38万公里外等我们前去登陆,它也以1.02km/s的速度绕地球公转。
如果探测器飞向月球当前的位置,等它飞过去时,月球早就跑到几万公里外了。
所以,太空探索工程师们需要计算出月球未来的位置,让探测器走一条追逐轨道。
就像猎人打奔跑的兔子,要瞄准兔子前方的位置开枪。
这个提前量的计算需要极高的精度,一旦出现错误,探测器要么错过月球,要么一头撞向月球表面。
在航天历史上,第一次探月就证明了这一现象。
1959年,苏联的“月球1号”探测器原本计划撞击月球,但因为轨道计算误差,最终从月球旁5995公里处飞过,成为航天史上第一个脱离地球引力的航天器。
而1969年阿波罗11号登月任务,从发射到着陆月球用了4天23小时。
这个速度已经很快了,他同样经过无数次轨道优化,飞行了几百万公里的路程,才到达月球。
阿波罗飞船携带了足够的燃料用于多次轨道调整,普通探测器为了节省成本和重量,会选择更慢但更节能的轨道。
太空碎片已经充满了地球轨道,各种微小的陨石碎片,太阳风带来的辐射,探测器本身的设备稳定性,都需要留出足够的时间应对。
随着距离越来越远,信号传输也出现延迟。
38万公里的距离,信号传输需要2.3s延迟。
探测器缓慢的轨道飞行,能让地面控制中心有充足时间发送指令,修正偏差。
2009年,印度“月船1号”探测器在飞往月球的过程中,因为姿态控制系统故障,暂停飞行。
在足够的时间调整下,它才最终完成了探测任务。
太空探索需要极大的能量,新能源的开发利用,未来会提高太空探索的速度。
对于大多数探月任务来说,慢一点反而更安全,更加增进成功率。
探索太空的核心是到达和完成任务,不是单纯追求速度。
我们无法违背宇宙的法则,也无法忽视天体的运动。
也许,未来物理学再有重大突破,航天的速度才会更上一层楼。
