我国嫦娥五号返回地球之谜(软着陆是什么意思)

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2020年12月17日凌晨1点59分，成功获取了月球宝贝＂月壤＂的我国嫦娥五号航天器成功着陆在内蒙古四子王旗着陆场，创造了中国航天领域的又一项里程碑。

但是这对于所有关心中国航天领域成就的中国公众来说，这个夏天来的有点晚了。

大家好我是科技圈小哥哥，今天让我们来回顾一下我国嫦娥五号＂奔月寻宝＂的伟大历程。阅读之余别忘了给小编点点关注。

嫦娥五号是由我国北京空间技术研究院研制，是中国三期探月工程发射的月球探测器，也是中国首个实施无人月面取样返回的月球探测器，将对中国此次探月工程的收官之战起到阶段性的胜利和标志性作用。

而这一次我国在航天领域所展现出的技术水平也有几大看点。

比如大家都听过却一头雾水的打水漂再入返回技术。

接下来我和大家聊一聊我们常说的打水漂再入返回技术，然后分析我国在这些应用技术领域内与美国和俄罗斯存在哪些区别？我国嫦娥五号这关键性的最后一跃究竟有多艰难？带来的技术变革究竟有多重要？

众所周知，一个航天器要从38万公里之外的遥远距离返回地球，其中对我国航空航天技术的要求是一个巨大的考验，由于月球在时刻围绕着地球旋转，那么怎样才能够使我国嫦娥五号精准无误的降落呢？这无疑是一项艰巨的任务。

如果航天器的出发和返回在时间上不能够精准的把控，或者角度存在一些偏差，最终的结果都会导致航天器与地球擦肩而过，要么直接飞向宇宙星空，要么就直接坠入大气层烧毁。

说到这里，肯定就有人问了，嫦娥五号不是还有备用发动机可以随时调整方向和姿态吗？，利用小型发动机进行轨道修正，使航天器顺利返回地球，事实上这个技术目前来说还不可能实现。

并且本次嫦娥五号返回地球的计划，从11月24日开始一共进行了六次轨道的修正，燃料也在逐渐减少，而且，前提是这些都必须保证在时间节点上准确无误，否则就极有可能出现以上两种结果，要么流浪宇宙星空，要么坠毁在大气层，因为嫦娥五号在月面所要执行的任务众多，并且自身重量也足够大，燃料非常有限。

如果不能在短时间内准确完成轨道修正和各种任务，从而导致燃料耗尽，那么嫦娥五号将永远不可能再返回地球，只能永恒的在宇宙星空中飘荡，所以必须在燃料极其有限的情况下，精准的操控嫦娥五号进行变轨和取样。

随后还要对返回轨道再入进行精确的计算，其中需要对嫦娥五号在月球的具体位置进行精确定位，以及月球自身引力对航天器的影响从而做出准确无误的判断。

但是实际上最后能选择的时间也非常有限，我国之所以要在月球轨道等待六天的时间，也是为了寻找再入的最佳窗口期，这是关乎着嫦娥五号航天器的最后一跃能不能成功？

在取回两公斤月球宝贝＂月壤＂之后，嫦娥五号航天器在以11千米/每秒的超高速度冲进大气层，因为与空气互相摩擦此时航天器的表面温度已经升高到了上千度，这个情况下如果不处理好，就会导致返回器完全烧毁。

说到这里，人们肯定会很好奇，为什么航天器返回大气层会遭遇高温燃烧？但是升空却不会呢？抱着这种疑问我们人类科学家也做出了详细的解释。

首先，火箭升空和返回器器自由落体这两者的速度有着天壤之别，升空和坠落在速度上相差了几十倍，并且远远达不到与地球大气层产生摩擦的条件，所以不会发生剧烈燃烧，但是从宇宙星空中坠落到大气层的物体，以每秒十几公里的速度与地球大气层产生摩擦，就会瞬间产生上千度的高温，这也是为什么很多陨石在坠落地球表面之前就已经燃烧殆尽，即使开始是体积很大，最后都会燃烧到极小的体积，这是因为陨石在降落的过程中，与地球大气层产生摩擦，表面已经严重烧毁。有些陨石因为体积过小，甚至还没有坠落到地球表面就已经完全烧毁，这就是为什么？我们经常看到很多陨石降落到地球，在目标区域却没有发现任何蛛丝马迹的原因，因为这些陨石已经在与大气层的摩擦之中完全烧毁。

而我国嫦娥五号起飞重量达到了8.2吨，即使是当今我国推力达到500吨级的液氧煤油发动机，也远远达不到将嫦娥五号这个庞然大物在升空中加速到与空气产生摩擦的地步。

由于近地轨道接近地表，大气层越稠密，空气阻力也就越大，并且空气阻力与速度之间存在着相互平衡的关系，随着火箭速度的加快，空气阻力也会随之陡增。因此，长征五号载着嫦娥五号在大气层中飞行时，由于速度还没有达到能够与大气层产生剧烈摩擦的程度，所以自然而然就不会产生加热效应，并且由于地球数万米高空中，温度极低的原因，这些因素的限制，也使航天器在升空过程中远远达不到与大气层产生剧烈摩擦的条件。

这里又出现了一个问题，为什么当航天器突破大气层抵达宇宙真空环境的时候，速度却能够迅速提高数倍呢？

因为飞行器进入太空之中，在真空环境之下空气消失阻力减小，气动加热效应可以忽略不计，火箭加速则变得更加容易，与此同时，燃料的消耗也降到了最低。火箭入轨所需的速度大部分都是在太空完成进行的，因为太空中没有空气，处于真空状态，所以不具备与空气产生剧烈摩擦的条件，因此嫦娥五号不会面临高温问题。处于真空状态的宇宙星空中温度极低，这些外在因素就决定了航天器在宇宙星空中加速不会引发剧烈摩擦从而导致烧毁。

而从遥远的38万公里之外的月球飞回地球，在接近地球之时，因为地球强大引力的作用下，飞行器在接近大气层之时就会以自由落体的运动极速下坠，并且很快就能够达到接近第二宇宙速度，既每秒/10.9千米。经过长时间长距离自由落体的加速推动下从而与地球大气层瞬间产生剧烈摩擦，飞行器表面分子与大气层分子之间产生激烈的运动，大家都知道分子运转的速度越快，就代表着温度越高，当嫦娥五号想要进入地球大气层之前，速度将会高达10.9千米每秒，只比第二宇宙速度差了300米每秒，想要让嫦娥五号以如此高的速度，迅速降低到可控的地步，并成功降落在内蒙古四子王旗着陆场，这很不容易也异常艰难。

很多网友表示可以采用发动机实现降速的目的，大概意思就是，在最后阶段使用小型反推发动机进行反向推动，形成两种相互作用的力量，对返回器进行反推，从而达到降低一定速度的作用。

就像美国NASA的火箭回收技术一样，用火箭反推来实现降低速度最终平稳的降落。

实际上我国如今的科技实力，还不能够实现火箭反推以达到降低速度的目的，因为这所需的燃料异常庞大，在体积很小的嫦娥五号之上根本无法容纳如此众多的燃料，所以说这个想法在目前看来还不现实。

目前世界上只有美国和前苏联的航天器，以及我国探月三期再入返回飞行实验器，进行过绕月再入返回试验。

国外的再入航天技术一共分为三类：分别是弹道升力式再入返回技术、升力式再入返回技术 、和弹道式再入返回技术。

而我国采用的是另一种新型的再入方式，半弹道跳跃式再入返回技术，嫦娥五号航天器从数百公里高的近地轨道返回，和从38万公里远的月球返回，速度必然存在巨大的差异，嫦娥五号从月球飞回来的速度达到了11.2千米/每秒的第二宇宙速度，而其它一些从近地轨道返回的航天器大多是7.9千米/每秒的第一宇宙速度，应该用什么方法实现返回器减速？这也是一个世界级的难题。

美国和俄罗斯科学家在这方面苦苦熬了几十年也一无所获，而当年美国阿波罗载人登月，虽然声称采用的就是高速半弹道跳跃式再入返回技术，但是实际上阿波罗的返回舱最高位置也没有超过80公里，更不用说真正的进入太空实现自由飞行，

航天器探月的目的也是为了验证载人登月，说到这里我们显然不能遗漏一个更重要的事情，那就是“过载”的问题。

如果要实现真正的载人登月，那么就必须把过载降低至7个G以下，这也是航天员能够承受的极限过载，如果想要保证航天员能够正常工作，还得继续降低至4-5个G。

2004年9月8日，美国NASA就是因为迟迟无法突破真正意义上的高速半弹道式跳跃再入返回技术，导致其国内的起源号探测器，只能以弹道式方法再入大气层，期间产生了高达32个G的过载，这种高过载直接导致了起源号重力开关装置失灵，减速伞无法打开，最后径直冲入地表坠毁。

而使用了传统的弹道式再入技术的日本，在这方面也下足了功夫，但是隼鸟一号和隼鸟二号两艘小型探测器的再入返回技术验证都不是很理想，而且这个技术的应用前景并不大。

另一个使用高速半弹道跳跃式再入返回技术的是苏联，起初就是为了验证载人绕月系列飞船，该飞船起跳高度太低，跳跃高度又太高，安全性能得不到绝对的保障？从而导致在和美国的角逐中落于下风。

最后来说一说我国嫦娥五号所使用的返回技术，高速半弹道跳跃式再入返回技术，目前来说，也就只有这项技术才是真正意义上具备了载人航天的能力，这一项技术不仅可以兼容和解决火箭升空所面临的热荷载与力荷载的问题，进入大气层的最大过载也不会超过5个G。仅比我国近地轨道内运行的神舟系列飞船略高。

和美国阿波罗飞船7个G的过载相比，整整缩小了2个G，也就是说嫦娥五号虽然是无人采样机，但是其技术要求已经达到支持载人登月的所有必备条件，只要我们能够满足大推力液氧煤油发动机的技术保证，那么就足以支持中国航天技术从无人登月过渡到有人登月，对此我国也在积极布局 。

就在2021年6月份，我国最强大、推力高达500吨级的液氧煤油发动机成功试车。在未来，随着中国航天技术的越发成熟，我们完全能够具备载人登月的条件和实力。

出于对中国航天技术的觊觎，这一次我国嫦娥五号在返回过程中，美国NASA的专家提出要帮助中国对返回器进行实时测控，其实背后的原因很简单，我们等下就会说到。美国NASA凭借着LRO月球轨道探测器平台，公开了他们拍摄嫦娥五号软着陆月球的画面，可以说美国LRO平台全程围观和直播了嫦娥五号登月的震撼现场画面。

震惊于中国登月技术的强大实力，欧洲和美国各自打起了小算盘，美国希望凭借帮助中国进行测控的理由，从而获得珍贵的月壤和所有的科学数据。

美国LRO平台拍摄的嫦娥五号行动轨迹

我们都知道在过去50年之中，美国再也没有进行过第二次登月，技术实力还止步于数十年前，如今看到中国航天技术强势崛起，必然希望能借此机会，窥探中国软着陆等航天技术，以此达到取长补短，完善自身航天技术的目的，所以才会提出免费为嫦娥五号返回过程中，提供测控数据和信息。

我国嫦娥五号在飞向月球以及返回地球途中，因为地球和月球在自转速度上不同，还有我国地面测控站地理位置一成不变的影响下，无法进行全方位的测控，因此就会出现很大一块盲区，我国将这个阶段的测控交给了欧洲航空局的测控站来完成，保证嫦娥五号第一时间的飞行姿态和路线变化，能够准确的预判到嫦娥五号的具体位置和速度等众多数据。

嫦娥五号返回器在进入大气层之前，欧洲航天局会使用抛物面天线技术，来捕捉嫦娥五号发出的信号，从而传输给我国，方便我国及时的校正嫦娥五号的飞行轨迹和速度。

当然了，欧洲航天局也不是白白出力气，他们也同样希望能够从嫦娥五号返回器中获得一些珍贵的月样和科学数据，这些数据不仅可以让他们对月球的演变史能够有一个更直观的了解，也可以让他们在未来载人登月环节中少走大量的弯路，以达到在月球规避风险的目的。

其实我国也有意在航天领域和全世界展开合作，以此来促进人类在航天领域的技术突破，为日后人类能够顺利走出地球探索太阳系贡献出一份力量。