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发射已经二十多天,嫦娥四号为何还未着陆?(组图)
2019-01-06 21:45:48 来源: 作者: 【 】 浏览:154次 评论:0
2018年12月6日,中国航天拉开了年末一场重头戏的序幕:嫦娥四号探测器从我国的西昌卫星发射中心成功发射,将进行人类历史上第一次在月球背面的软着陆探测。目前,距离发射成功已经过去二十多天,却始终没有传来嫦娥四号成功着陆的消息。在这段时间里,嫦娥四号究竟在做什么呢?



发射嫦娥四号的长征-3B火箭起飞升空

在月球上等天亮

其实,嫦娥四号一切正常,只是在等天亮。

众所周知,地球上的一天和一年分别是地球自转和公转一圈的时间。在一天中,将迎来太阳的东升西落和黑夜与白天的交替。而在月球上的某一位置,完成一次同样的过程却需要27.3个地球天,也即655小时的时间,与月球绕地球公转的周期完全相同。

实际上,在月球形成的早期,月球的自转速度比现在快,月球上“一天”的时间也比现在短。然而,月球在公转过程中,受到地球的万有引力并不均匀。靠近地球的一侧,万有引力大于公转的离心力,处于这侧的岩石被拉伸,向靠近地球的方向隆起。在远离地球的一侧,受力情况相反,岩石向远离地球的方向隆起。当月球的公转速度和自传速度不同时,由潮汐力引起的隆起位置会不断改改变,但隆起位置的改变始终跟不上地球与月球中心连线方向的变化。在这个过程中,潮汐力将改变月球的自转速度,最终使得月球的自传和公转周期相同,潮汐力引起的隆起始终处于地月中心的连线上。这种现象被称为”潮汐锁定“。

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嫦娥二号轨道示意图,在地球附近没有经过三次轨道调整,而是直接进入了地月转移轨道

看起来,去往月球似乎是一件随时都可以出发的事,只要事先计算好进入进入转移轨道的时机和位置,使得到达转移轨道的远地点时恰好和月球相遇就可以了。然而,在实际任务中,在火箭运载能力一定的情况下(无论火箭推力多大),要将重量尽可能大的有效载荷成功送到月球,就要考虑对轨道设计的各种限制因素。例如,转移轨道的轨道倾角受到发射场位置的限制,不能低于发射场的地理纬度。同时,西昌卫星发射基地位于内陆地区,为了保证火箭飞行过程中完成工作的助推器、一子级等不落入人口稠密地区,对火箭的飞行方向也有限制,进一步限制了能够进入的转移轨道。此外,地月转移轨道和飞行器在月球的使命轨道必须相匹配,使飞行器以较为节省燃料的方式脱离转移轨道。



嫦娥三号轨道示意图,脱离转移轨道后直接进入了环绕月球的圆轨道

虽然目前还没有关于嫦娥四号发射窗口情况的公开资料,但根据上文介绍的那些约束限制和以往任务的情况,在一段时间内发射窗口的数量是非常有限的。同时,嫦娥四号的工作需要鹊桥中继星的配合,嫦娥四号要在中继星成功发射半年、工作状态已经稳定后才能启程奔月。鹊桥和嫦娥四号的中继星的发射窗口还要相互配合,对各自的发射时间给出了进一步的限制。因此,嫦娥四号之所以要在月球附近“等天亮”,很大程度上也是由轨道与发射窗口的限制所决定的。

按照计划,嫦娥四号从发射到着陆的飞行时间约为27天。当2019年新年的钟声敲响的时候,我们也可以静候这位中国派往月之暗面的使者,将会在2019年伊始给我们带来新的惊喜。
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责任编辑:cexodtb
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