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中国嫦娥五号绝杀日本探测器,2020全球航天第一

时间:2022-04-20 03:24:10 热闻 我要投稿

2020年12月6日凌晨3点,隼鸟二号回收舱降落在澳大利亚南部沙漠地带,JAXA的工作人员在澳空军的协助下成功回收了着陆器,而隼鸟二号探测器则在地球附近释放回收舱后,已经利用剩余燃料转向探测小行星1998 KY26,预计将于2031年抵达!

JAXA工程师取回探测器返回舱

再过几天嫦娥五号的月壤样品也将返回地球,12月全球瞩目的航天任务,一个是来自数亿千米外的龙宫小行星,还有则是38万千米外的月球,到底哪个任务更难一些?

隼鸟二号的任务简介

隼鸟二号的前身是隼鸟号,但两者无任务关联性,隼鸟号采样的是丝川小行星,隼鸟二号的目的地是162173 Ryugu龙宫小行星,它是一颗阿波罗型小行星,远日点1.415AU,比较靠近火星轨道,近日点0.963AU,它的轨道和地球轨道是交叉的,不过它的轨道倾角是5.88度,所以它不会和地球相撞!

龙宫小行星和探测器的靠近轨迹

隼鸟二号的目标是抵达龙宫小行星,对其观测与研究,测绘其地形,并选定比较平坦的地点采样,再在等待返回的时间里对小行星继续展开科研项目,最后飞离小行星返回地球,整个任务历时月6年。

任务难点:测控、引力弹弓转向小行星轨道,伴飞小行星和着陆,采样和第二宇宙速度返回地球。

嫦娥五号任务简介

嫦娥五号是中国嫦娥计划绕落回中的终极任务,采样返回,目的地是38万千米外的月球风暴洋北部吕姆克火山附近的月岩,包括月表土壤和月面2米深度下的月岩,嫦娥五号的前身三号和四号分别已经在虹湾和月球南极艾肯特盆地。

采样成功后飞离月面,与轨道器对接,转移月壤样品后返回地球,整个任务历时月23天。

任务难点:测控、月面着陆、钻孔采样、月面起飞,月球轨道对接和转移样品,第二宇宙速度返回地球。

嫦娥五号与隼鸟二号,两者谁更难一些?

就任务性质而言,两者都是采样返回,但一个是远在数亿千米外的小行星采样,一个在月球上采样,看起来似乎是日本的隼鸟二号更胜一筹,但事实上各有千秋,而且从整体技术水准而言,嫦娥五号碾压隼鸟二号!

1、运载火箭技术哪家强?

尽管这个任务听上去数亿千米很吓人,但隼鸟二号而质量只有609千克,因此隼鸟二号的火箭是H-IIA 202型运载火箭也无需太大运载能力,H-IIA的近地轨道大约是15吨,和长征七号的水平差不多!

嫦娥五号的总质量约为8.2吨,长征五号的近地轨道运载能力为25吨,完胜隼鸟二号,H-IIA为氢氧机,长征五号助推器为液氧煤油,芯级也为氢氧机,当然H-IIA作为2001年首发的火箭,而长征五号则是2016年首发,有点胜之不武哈!

2、探测器测控难度相比谁更难?

隼鸟二号和嫦娥五号都需要全球测控网,所以两者难度起点是一样的,当然深空大延迟微弱信号,月球的难度还是无法隼鸟二号相比,毕竟距离摆在那里,但JAXA(日本宇航局)可以使用NASA的全球测控网,而我国只能使用自己的测控网,尽管有欧空局提供测控帮助,但即使没有我国仍然能独自搞定!

NASA的深空测控网

另一个难度则是深空探测器定位,日本的隼鸟二号不知道用了哪里的甚长基线定位系统,如果没有用NASA,那么他们用的自己的跨度大约2300千米的干涉系统。

日本口径2300千米的VERA

这个干涉阵列的口径不算小,但局限于日本的国土面积,即使用石垣岛和小笠原仍然稍显不足。

中国的深空测控定位系统包括5台大型射电望远镜:1987年建成的上海佘山25m射电望远镜、1993年建成的乌鲁木齐25m射电望远镜、2006年建成的北京密云50m 射电望远镜和昆明40m射电望远镜,以及2012年建成的上海天马65 m望远镜。

中国的VLBI测控精度在火星轨道距离内已经可以精确定位,所以从两个深空测控水准上来说,中国不缺乏技术,唯一缺的就是经验,当然我们的天问火星探测器已经在路上,所有的设备都是咱自己的,未来还会缺经验吗?

天问探测器

3、登陆小行星和登陆月球

小行星龙宫的重力加速度极小,难点是控制探测器在着陆过程中不要让探测器摔得太惨,错开乱石堆,所以它没有嫦娥五号登陆月球那么有仪式感,一旦进入下降轨迹,那么只能登陆月球,否则再无第二次机会,而隼鸟二号则不一样,可以反反复复登陆好几次,因为龙宫的重力加速度太小了,想走就走,想留就留。

就着陆技术而言,嫦娥五号难度是着陆龙宫的数倍,不过龙宫在于信号延迟太久,但两者都为自主操作选择,而龙宫由于在小行星上着陆,人工干预更高,当然也有更多的时间干预,因为隼鸟二号被设计成如果着陆过程中没有接到后续指令,在某个时间后它会返回伴飞高度等待指令,简单的说,JAXA的科学家可以“多玩”几次(保护性设计,未来中国小行星采样的探测器,应该会参考)。

4、采样难度

隼鸟二号也有采掘龙宫内部的岩石,嫦娥五号则使用了月面钻探技术,这个复杂度比隼鸟二号要更高,嫦娥五号的关键是如何挖出土壤并准确放置在上升器中,隼鸟二号则是在采样时不要飘离龙宫小行星,因为这颗小行星的引力实在是太小了。

5、着陆器返回轨道

由于龙宫小行星引力极小,所以隼鸟二号探测器都是整体设计,而嫦娥五号则因为月球引力仍然比较大,所以采用轨道器+返回器和上升器+着陆器的设计,起飞难度极大,而且着陆器必须稳固,否则起飞过程会翻倒。

从这点上来看隼鸟二号根本无法相比,而嫦娥五号的技术,未来还能被借鉴到载人登月上。

6、对接和转移样品

这是月球探测样品返回才有的环节,这个对接需要的精度极高,能在月球上完成对接的国家,中国是老三,这个颇有难度,需要精确的测控以及探测器的轨道定位精度。

7、离子发动机技术

这一点嫦娥五号是不具备的,嫦娥只有轨道器主发动机和3000牛下降减速发动机和150N的轨迹调整发动机,一般这些发动机应该是肼类燃料。

隼鸟号用的就是离子发动机作为深空的加速减速姿态调整等,二号也是,不过其用的应该还是离子推进,而不是霍尔推进,四台发动机总推力为30毫牛,这个数字很小,但对于探测器返回加速,足够了!

8、返回地球

返回速度分析,隼鸟二号也是第二宇宙速度返回,尽管不知道其轨迹,但我们可以肯定其用的弹道返回,原因有两个,其一是隼鸟探测器返回舱结构非常小,无法在大气层中进行气动姿态控制以达到水漂弹道返回,当然更重要的是没必要!

而另一个原因则是我们看到隼鸟二号主飞行器已经转向去了小行星1998 KY26,这表示它在大气路径地球时候卸载了返回舱进入返回轨道,主体已经转向,这靠近地球的速度就是第二宇宙速度,因此日本的隼鸟二号返回舱必定是第二宇宙速度的弹道返回。

嫦娥五号返回同样是第二宇宙速度,但它的半弹道,会分成两段,前半段降低速度到7千米左右,飞出大气层在抛物线坠回大气层,再次进入返回轨道,俗称水漂弹道,它的好处是全程可以在宇航员可以承受的加速度内,所以这个技术未来可以嫁接到载人登月和火星任务返回。

这个技术上,隼鸟二号是没法比的。

整体上而言,日本隼鸟二号探测器技术水准起点很高,但它无法和月球采样的难度相比,从8个角度分析,有7个是完胜日本隼鸟二号的,所以不要看隼鸟二号从数亿千米外返回,但嫦娥五号难度更高!从今年发射和返回的探测器看,毫无疑问嫦娥五号将拔得2020全球最佳深空探测器头筹!

嫦娥五号即将返回,接下来最大的看点是火星天问!