地球到月球才38萬公里,可為啥咱們的飛船登月時,不飛直線,非得繞來繞去,像趕集迷了路似的?要是真走直線,按理說沒多久就能到,結(jié)果愣是多飛個好幾天,這是為啥呢?
宇宙不是高速公路,踩油門直奔目的地不可行,太空是個復(fù)雜的立體棋盤,引力當(dāng)裁判,速度做籌碼,差一毫秒、慢一米每秒,都能讓人打道回府。
今天咱就看看為啥咱們的探測器、登月艙,寧可多飛幾萬公里,也不肯走那條看似最短的“直線”。
從地球出發(fā)去月球,壓根就不存在真正意義上的“直線飛行”。地球在轉(zhuǎn),月球也在繞著地球轉(zhuǎn),它倆都不是靜止不動的靶子,而是高速運(yùn)動的動態(tài)目標(biāo)。月球每小時跑三千多公里,地球自己也在自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)。
你要是一起飛就對著月球現(xiàn)在的位置猛沖,等你飛過去,人家早就挪窩了。這就好比你在操場上追一個跑步的同學(xué),你要是死盯著他起跑的位置往前沖,肯定撲空。
正確的做法是預(yù)判他的路線,提前攔住他。航天飛行也是這個理兒,得算準(zhǔn)月球?qū)頃谀膬海缓蟀衍壍涝O(shè)計成一條能“碰上”的曲線。這叫軌道攔截,不是傻乎乎地追尾巴。
火箭發(fā)射的時候確實是垂直往上躥,那是為了盡快沖出大氣層,減少空氣阻力。但出了大氣層后,飛船就得開始“拐彎”了。你可能不知道,咱們的運(yùn)載火箭并沒有一直給飛船提供動力。
大多數(shù)情況下,火箭分段燃燒,把飛船送到一個臨時軌道后就脫落了。剩下的旅程,飛船基本靠慣性滑行。這時候,它就像一顆被扔出去的石頭,走的是引力主導(dǎo)的曲線軌跡。
地球的引力一直在拉它,月球的引力又在遠(yuǎn)處拽它。飛船得巧妙地利用這些力,像蕩秋千一樣,一點點調(diào)整方向和速度。這種飛行路徑叫做霍曼轉(zhuǎn)移軌道,是目前最省燃料的方案之一。
中國嫦娥系列探測器、美國阿波羅飛船,走的都是類似的軌道。不是不想快,是燃料太金貴。多帶一公斤燃料,發(fā)射成本就得往上翻一大截。所以寧可多飛兩天,也得省油。
直接撞上去?那不叫探月,那叫撞月。咱們的目標(biāo)不是砸出一個坑,而是穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)?shù)剡M(jìn)入月球軌道,或者軟著陸在預(yù)定區(qū)域。這就要求飛船接近月球時,速度必須剛剛好。
太快了剎不住,直接飛過去;太慢了,會被地球拉回去。所以整個飛行過程得精細(xì)控制,中途還要進(jìn)行多次軌道修正。
比如中國的嫦娥五號任務(wù),2020年發(fā)射后,先繞地球飛了三圈加速,然后才奔向月球,在接近月球時還得點火減速,被月球引力“捕獲”,才能順利進(jìn)入環(huán)月軌道。
這一連串動作,哪一步都不能錯。如果走直線,中途幾乎沒有調(diào)整空間,一旦偏差,基本就沒救了。而現(xiàn)在的飛行方式,給了地面控制團(tuán)隊充足的反應(yīng)時間,確保萬無一失。
你可能會問,就不能搞個超級大火箭,一腳油門干到月球嗎?理論上可以,但現(xiàn)實不允許。當(dāng)年美國阿波羅計劃用的土星五號,已經(jīng)是人類歷史上推力最強(qiáng)的運(yùn)載火箭了,近地軌道運(yùn)力140噸左右。
即便如此,它也沒有直飛月球,而是先進(jìn)入地球軌道,確認(rèn)系統(tǒng)正常后,再點火進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道。這是為了保險起見。萬一剛起飛就出故障,還能讓宇航員返回。
要是直接往月球沖,半道上出問題,那真是叫天天不應(yīng),叫地地不靈。咱們國家的載人登月規(guī)劃也在穩(wěn)步推進(jìn),未來也會采用類似的安全策略。航天不是飆車,講究的是穩(wěn)、準(zhǔn)、省,而不是快。
最后還得提一句,太空飛行本質(zhì)上是“借力打力”的藝術(shù),地球自轉(zhuǎn)帶來的初速度可以利用,地球引力可以幫忙加速,月球引力也能用來減速。
整個太陽系像個巨大的引力網(wǎng),聰明的航天工程師會設(shè)計航線,讓飛船像帆船一樣,順著“引力風(fēng)”滑行。這種軌道設(shè)計,不僅省燃料,還提高了任務(wù)成功率。
你看咱們的嫦娥二號完成主任務(wù)后,還能順道去探測小行星圖塔蒂斯,靠的就是精準(zhǔn)的軌道控制和引力輔助。如果當(dāng)初只想著走直線,哪有這么多延伸機(jī)會?
飛船不去走那條看起來最短的直線,不是笨,而是聰明。它是對物理規(guī)律的尊重,是對工程極限的把握,更是人類智慧的體現(xiàn)。
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