这些年,我们国家的航天事业发展可以说是非常迅猛,在很多方面都取得了重大的突破。远的不说,空间站这一种能够让航天员长时间在太空生活、工作的载人航天器的制造难度大、发射成本以及运营成本都相当高,著名的国际空间站由多达16个国家参与建造、运营,而且还不断出现各种问题,而我们国家却能够单独建造了一个属于我们自己的空间站,这就说明了我国的综合实力已经得到了很大的提升,建造、运营一个空间站,对于我们来说已经不是什么难事。
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我们的成就不仅在近地轨道,在月球、火星也有新的突破。我们的天问一号火星任务一次就完成了环绕火星、着陆火星、巡视火星三大步,这是其他国家未曾实现过的。按照计划,我们接下来还将发射探测器去火星取样返回地球,相信在不久的将来我们中国人也将会踏上火星的表面。
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在探索月球方面,我们不仅可以发射环绕月球的探测器,嫦娥四号成功实现了人类首次登陆月球背面,嫦娥五号探测器更是实现了我国首次从月球取回珍贵月壤的目标。
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嫦娥五号
嫦娥五号是我国第一个实施无人月面取样返回的月球探测器,重达8.2吨,由轨道器、返回器、着陆器、上升器四部分组成。如何对当年阿波罗登月飞船有一定了解的朋友,就会发现我们的嫦娥五号探测器的设计结构和阿波罗登月飞船是相似的,阿波罗登月飞船也由类似的四个部分,两者最大的差异就在于有没有搭载宇航员。也就是说,我们的嫦娥五号探测器其实可以看做是没有搭载宇航员的登月飞船了。
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在发射升空以后,嫦娥五号探测器先进入了地月转移轨道,然后在月球附近进行制动进入环绕月球飞行的轨道,在适当的时机释放着陆器和上升器组合体实施登月,而轨道器和返回器组合体留在月球轨道。在月球表面完成月球样本的采集以后,上升器就会从月面起飞,带着样本朝着轨道器和返回器组合体飞去,与组合体进行无人交会对接,并把样本转交给返回器。在收到了样本以后,轨道器和返回器组合体就会朝着地球的方向飞回来,返回的速度高达地球的第二宇宙速度,也就是达到了11.2公里每秒。这个速度有多快?大约相当于音速的33倍。
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也正是返回的速度非常快,所以嫦娥五号探测器返回器进入地球大气层的方案与神舟飞船返回地球的不同。当嫦娥五号返回器在距离地面大约120公里的高空时,以接近地球第二宇宙速度的高速进入地球大气层,完成初次气动减速,它并没有直接着陆,当它下降到一定的高度以后,返回器又向上飞出去,跃出大气层,当它抵达最高点时又开始滑行下降,再次进入大气层,进行二次气动减速,这时候它就要着陆了。当它下降到距离地面大约10公里的高空时,就会打开降落伞进一步减速,最终在预定的着陆区完成着陆。
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这一种返回方案就是我们常说的“太空水漂”,专业术语是“半弹道跳跃式返回”,这和我们平常时在水面打水漂是类似的,先进入大气层并滑行一定距离后,返回器的姿态进行调整,让其再次飞出去,随着它的高度再次上升,它的速度就会直接降低,这时候就可以采用类似神舟载人飞船的返回方式了。之所以要采用打水漂的方式返回地球,就是为了保护返回器的安全。我们知道,返回器从月球飞回来的速度接近地球的第二宇宙速度,远超神舟载人飞船的速度,当这些飞船高速进入大气层时就会在大气中剧烈摩擦产生大量的热量,飞船外部的温度达到几千摄氏度,速度越快,温度也就越高。如果返回器直接以接近11.2公里每秒的极速着陆可能会受不了。