發射重量870噸,為啥回來只有一個小罐罐,嫦娥五號任務有多難

這裡說的小罐罐是指嫦娥五號探測器上一個小小的返回器,沒找到資料說明這個返回器有多重,但我想頂多也就幾百公斤吧,而且這幾百公斤回到地球只是為了送回那2公斤月樣。發射嫦娥五號上天的長征五號遙五火箭起飛重量為870噸,最終就是為了這2公斤。那麼其餘的幾百上千噸重量哪裡去了呢?簡單回答,就是都丟了,墜毀了或燒沒了。這是航空航天的一個最大特點,就是大馬拉小車,小車拉小盒,最後馬和車都丟棄了,就回來個小盒,無人探測叫返回器,載人飛船叫返回艙。因此,所有的發射任務,有的是有去無回,像一些無人探測器一旦發射,就有去無回了。而如果有返回任務的航天器,巨大的發射重量,回來的只有那麼一丁點。

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我們先來看看上世紀載人登月發射與返回比。“土星五號”運載火箭。上世紀的1969年到1972年,美國NASA先後成功實現了6次載人登月任務,採用的是阿波羅飛船,每次3名宇航員,其中1位乘坐軌道艙守在月球軌道,2名宇航員乘坐登月艙登陸月球。因此迄今為止,真正在月球踏上自己腳印的人類有12位。阿波羅載人登月飛船,採用“土星5號”運載火箭發射。“土星5號”是迄今世界上使用過自重最大的運載火箭,高達110.6米,起飛重量達3038.5噸,總推力可達3408噸,月球軌道運載能力45噸,近地軌道運載能力118噸。當“土星五號”把阿波羅飛船送入地月轉移軌道後,它的任務就完成了。它龐大的身軀主要由燃料和箭體組成,燃料在發射時就快速消耗,消耗完一級火箭,那一級火箭就脫落墜毀或在大氣層燒燬了,當阿波羅飛船進入地月軌道時,整個“土星五號”近3000噸就完全消失了。

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阿波羅飛船“解體”過程。這裡說的“解體”,不是任務失敗的解體,而是說在任務執行過程中,飛船一步步拆解丟棄的過程。載人登月的阿波羅飛船長25米,總重為46噸,去月球時是一個整體。這個整體包括約6噸的錐形指令艙、約25噸的圓筒形服務艙,約14噸的登月艙,以及3名宇航員。到達月球環繞軌道後,14噸的登月艙就適時與飛船脫離,載著2名宇航員降落月球;另一名宇航員就留在指令艙裡,與服務艙組成軌道艙,繼續環繞月球執行,等候接應登陸月球的宇航員回來。登月艙分為下降段和上升段,宇航員完成任務後和取得月樣一起隨著上升段返回月球軌道,下降段就遺棄在月球表面。上升段重約4.7噸(其中燃料2.6噸),利用下降段為發射平臺,與下降段脫鉤起飛到月球環繞軌道,與等候在那裡的軌道艙對接後,宇航員爬進指令艙,上升段就也丟棄了,最終會墜落在月球上。

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隨後,服務艙和指令艙提速脫離月球軌道,進入月地轉移軌道。回到地球環繞軌道後,指令艙與服務艙脫離,服務艙最終的命運是墜入大氣層燒燬,而指令艙則變身返回艙載著宇航員進入大氣層,最終安全濺落在海里或降落在地表。這就是阿波羅飛船的整個“解體”過程。這艘出發時起飛重量達3038.5噸的阿波羅登月任務,真正返回地面的只有3噸的返回艙,只是出發時重量的0.1%。

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嫦娥五號任務探月器有點像迷你型的阿波羅飛船。長征五號遙五運載火箭和嫦娥五號探測器。嫦娥五號發射採用長征五號遙五運載火箭,這是我國新一代大推力低溫液體運載火箭,全長近57米,起飛重量約870噸,起飛推力超過1000噸。其近地軌道運載能力為25噸,地球同步轉移軌道14噸,地月轉移軌道運載能力為8噸。當長征五號遙五運載火箭把嫦娥五號探測器運送到地月轉移軌道後,它的任務就完成了,也就是其重達870噸的箭體就消耗殆盡,殘骸墜落進大氣層燒燬了。嫦娥五號無人探測器總重量為8.2噸,由軌道器、返回器、登月器三大部分組成,其中登月器也像阿波羅任務的登月艙一樣分為著陸器(下降段)和上升器兩部分,軌道器有點像阿波羅任務的服務艙,返回器就像指令艙。除了沒有載人,嫦娥五號的整個運作過程就是一次阿波羅登月任務的重演。

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嫦娥五號探測器的“解體”過程。當嫦娥五號到達月球軌道,被月球引力捕獲後,就圍繞著月球執行,到達一定高度並且穩定後,就會釋放登月器,軌道器和返回器留在月球環繞軌道等待接應登月器的上升器。登月器登陸月球后,安裝在著陸器上的取樣裝置,就採取鑽取和表取兩種方法,取得一部分月岩和一部分月壤,約兩公斤。取樣完成後,上升器就與著陸器脫鉤,並以著陸器為發射架,點火起飛返回月球軌道,與軌道器對接。對接完成後,上升器會將帶回的月樣轉移到返回器裡,然後與軌道器脫鉤,自然墜毀到月球。這樣著陸器和上升器整個登月器就全都留在了月球上。

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隨後,軌道器啟動加速,進入月地轉移軌道,返回到地球環繞軌道,然後釋放返回器。軌道器最終自己墜毀在大氣層燒燬,返回器進入大氣層,最終降落在地表,如果這個小罐罐罐體沒有在大氣層燒壞,月樣儲存完好,任務就圓滿完成。因此整個嫦娥五號任務起飛重量八九百噸,其餘的都燒掉了墜毀了,返回的也就幾百公斤,或許還不到起飛重量的0.1%。從上述飛天任務來看,每次消耗的都是天文數字,回收的卻是一點點,因此航天是一種代價高昂的活動。這才有了埃隆·馬斯克創辦的太空探索技術公司,致力於回收火箭的研究和開發,現在已經取得了突破和成功,我想未來採用這項技術,發射成本就會大大降低。這並非本文討論範圍,就不展開說了。

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嫦娥五號任務的成功,將是我國航天事業一大突破。這個突破至少並不限於以下幾點:1、月球取樣;2、月球上升器起飛返回月球環繞軌道對接;3、月樣轉移;4、月地轉移;5、樣品安全降落。這幾項活動都是中國航天的首次,只有一個環節出現失誤,整個任務就無法圓滿成功,因此這也是對中國航天的一大檢驗。實際上,這也是一次載人登月的預演,雖然載人登月比這種無人探測還要複雜很多,但如果這次任務能夠圓滿成功,就為我國未來載人登月取得重要經驗,我國的載人登月任務將會較快的推上日程。

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現在雖然嫦娥五號的發射是成功了,但並不代表嫦娥五號任務就圓滿成功了,甚至連一半成功也算不上。在未來的一些日子,嫦娥五號任務將進入最關鍵和最難的時候,中國的航天人還一刻也不能鬆懈,他們必須更加精心的注視和操控著每一個步驟。讓我們為他們加油,我們期待著返回艙安全的將月樣帶回。就是這樣,歡迎討論,感謝閱讀。時空通訊原創版權,侵權抄襲是不道德的行為,敬請理解合作。

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