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嫦娥五号今年择机发射,“嫦娥姐姐们”是如何奔月的?

中科院物理所  · 公众号  · 物理  · 2017-06-11 11:10

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调相轨道的目的是为进入地月转移轨道做准备,方法有多种。最简单的就是在近地点后一次直接加速进入到地月转移轨道上。为什么没有采用这种简单的方法呢?

原因之一是为了节省燃料。如果嫦娥一号直接飞往地月转移轨道需要更多的燃料以获取更大的推动力。

原因之二是将几次近地点机动安排在同一地区方便变轨的实施,有利于地面监测。

原因之三是由于调相轨道中有24h的轨道可以方便不同日期发射卫星。

地球和月球有相对运动,而且地球本身有自转,如果想要直接飞上月球而不变轨就必须得计算出一个发射角度和发射时间,受气流等因素的影响,我们的火箭不容易完全按指定的时间一秒不差的发射,在地球上也许只是偏差一点,但相隔几十万公里之后这个偏差有多大呢?


问题2:地月转移轨道飞行时间为什么是114h?


地月转移轨道飞行时间一般为3天到5天,飞行时间越短所需要的能量越大,卫星在近地点时飞行速度就要求越大,当到达月球预定轨道的近月点时制动力量就越大,换句话说相当于汽车在刹车时要求的力越大,风险也越大。

为了卫星安全的进入绕月轨道,我们选用了最小能量的轨道,其飞行时间为5天(120h),为避免卫星到达近月点时的轨道被月球遮挡,便于我国观测站对轨道机动的观测和控制,将飞行时间缩短6小时,因此地月转移轨道最终的飞行时间为114h。


问题3:为什么绕月的轨道平均高度设计为200km?


为了尽可能对全月面进行探测,特别是对月球南北两极进行探测,嫦娥一号的工作轨道选择了绕月极轨道。为使嫦娥一号在绕月轨道上任何一处的位置都对月面拍照,并具有相同的分辨率,轨道高度要求保持稳定,因此选择的工作轨道是圆轨道。

以月球为中心绕月轨道三维图形

同时,虽然月球表面没有大气层消耗轨道的能量,但是月球引力场的特殊性,会导致近月点高度较低的卫星轨道变化较大,导致卫星慢慢地被月球引力吸引,致使坠落在月球上。卫星绕月的轨道在200km高度上时,运行所需能量最少,即使不进行轨道控制,也不会掉在月球上, 发射和变轨过程风险最低。







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