2024年6月25日14时07分,嫦娥六号返回器准确着陆于内蒙古四子王旗预定区域,标志着探月工程嫦娥六号任务取得圆满成功,实现世界首次月球背面采样返回。
31马赫的水漂:两次再入大气层!轨道器重返月球轨道6月25日13点19分左右,南大西洋上空5000千米处,嫦娥六号轨道器与返回舱成功分离,轨道器启动了4 台150N的发动机点火,抬升近地点,重新进入了地月转移轨道;返回舱则进入了一条地心倾角为43.7°的轨道,沿着一个与地面大约为15°坡度的着陆轨迹进入了自由飞行阶段!
建立再入姿态:返回舱分离一直处在自由飞行状态,17分钟后,返回舱接到建立返回再入姿态指令,此时坐标为东经59.1°,北纬17.7°,位于索马里东南部的印度洋上空上空约120千米处,速度为10.9千米/秒,时间大约是13点36分。第一次再入:2分钟后第一次进入再入走廊,钟形飞船以-5.76°的小角度切入大气层,开始持续三分钟的初次再入并进入黑障区。13点41分左右,第一次升力控制结束,返回舱被高超音速激波的强大升力在卡拉奇以南上空反弹出了大气层外,进入自由飞行状态,此时速度已经降低到第一宇宙速度。第二次再入:13点48分左右,返回舱在甘肃河西走廊二次上空进入第二次再入大气层飞行状态,再次进入黑障区,大约在4分钟后,返回器第二次飞出黑障区。开伞:13点58分左右,返回舱在中国内蒙古上空距地面约10km时返回器执行弹伞舱盖指令;十几秒后,减速伞弹出,并带出庞大的主减速伞。成功着陆:14点时07分,返回舱器成功着陆在四子王旗预定着陆点附近从索马里东南部上空到四子王旗着陆点,总飞行里程了5639.7公里!整个行程如下图所示,嫦娥六号与五号差别很小,直接可以拿来参考:
嫦娥五号的再入轨迹
为什么要选这条轨迹,还要越过印度上空,要是掉在印度人家里怎么办?其实选这条轨迹的目的就是为了避免掉在印度,从上图各位发现了一个事实,一次再入的最低点在印度洋中部上空,因为最低点高度在60千米左右(100千米为卡门线,以上为太空),尽管是亚轨道,但印度这种叽叽歪歪的国家一定会说三道四,所以选择在一次再入跳出的阶段安排在印度上空,再从甘肃河西走廊二次再入,完美避开了印度“领空”!
31马赫的水漂:不好意思,真就是为了省点钱
相信有很多朋友都很好奇,为什么要那么麻烦,搞什么二次再入,测控难度增加不少,风险也更高,为什么要这样瞎折腾?答案实在不好意思,就是为了省点钱!
因为月球探测器再入返回,最高速度能达到10.9千米/秒,比第二宇宙速度只低了300米/秒,神舟飞船的返回也只有7.9千米/秒,所以必须要用比神舟飞船返回要求更高的耐烧蚀大底才可以,如果材料相同那么厚度要更高,这就意味着大幅度增加质量,少说也得上百千克!
有网友表示,一千克也就一万美元起,马斯克的火箭还更便宜,能低至5000美元!然而各位错了,这是向月球轨道运送载荷,每千克成本高达10-20万美元,100千克的成本得1000~2000万美元!是不是跟抢钱一样?
当然不用耐烧蚀大底也可以多加点燃料,在返回接近地球时减速到地球捕获速度即可,但这样成本更高,因为完成一次这样的减速燃料至少也得几百千克,那成本更是高达几千万美元,你说这钱该不该省?
二次再入为什么能降低让耐烧蚀大底要求?
答案是返回的飞船一个特殊的小角度掠过大气层时,会被不同密度的大气层逐渐给予一个升力,当大气密度越来越高,升力越来越大,最终在气动升力的作用下被弹回大气层外,再次以一个抛物线的轨迹落回大气层,返回舱在一次再入时的最低高度在60千米左右,还没到大气稠密的状态,黑障温度并没有到最高,而且持续时间大概在3分钟左右,减速大约在3千米/秒,刚好让速度降到第一宇宙速度以下。
另一个作用是“散热”,因为从最低60千米的高度被弹回太空过到再入大概有7分钟时间,被第一次烧到高温的耐烧蚀大底会有一次冷却的机会,等到7分钟冷却后再次经历黑障高温,如此一来,“薄薄”的耐烧蚀大底也能应付接近第二宇宙速度返回的恶劣环境,省下超过1000万美元
这个二次进入的方式有一个专用名词“Skip Reentry”(跳跃再入),嫦娥六号返回直播时专家称返回舱弹回最高只到达90千米高度,有人表示这不是“Skip Reentry”的标准,这二次再入需要跳出大气层,其实我们大可不必这样理解,90千米高度大气已经非常稀薄,即使跳出在此高度,耐烧蚀大底仍然能获得“喘息”的机会。
当然大家作为围观群众不必如此较真,只要知道嫦娥六号以10.9千米/秒的速度冲入大气层,打了一个速度高达31马赫以上的水漂就对了,直播时再入大气层时划过一道等离子尾迹时,相信很多航天粉丝们都已经热泪盈眶,从神舟五号到嫦娥六号,未来还有载人登月和火星采样返回,航天任务已经习以为常,只有这种里程碑式的任务才能引起大家的关注了。
美媒竟然不满意月壤分配: 表脸, 中国都没打算给嫦娥六号返回舱以雷霆之势着陆在内蒙古四子王旗,带回月球背面的第一份样品,这是无可争议的第一!更令全球震惊的是中国是使用鹊桥二号中继卫星完成了月球背面的着陆、采样再起飞等一系列高难度操作后的成功返回,在嫦娥六号落地后不久,全球多个媒体在头版位置发表了报道,让种花家比较惊讶的是报道已经没有之前的戾气了,而是“心平气和”开始讨论中国在航天上的探索成就,不过在众多“平淡无奇”的报道中,CNN的报道却有些与众不同!
全球媒体竞相报道:唯独美媒对中国相当不满
路透社报道称,嫦娥六号任务的完成是中国成为航天和科学强国的“里程碑式成就”,带回的月壤样本将揭示有关地球、月球和太阳系形成的新细节;并且让中国与美国之间本已激烈竞争的月球和太空探索计划对外国政府和科学家产生更大的吸引力;另外路透社还特别指出了欧空局将于十月与中国国家航天局举行会议,讨论进一步的合作!
CNBC报道称五号成功也就在几年前,更早一些中国还成功登陆了月球背面,这次成功带回月球背面的样品,这表示了中国航天计划的巨大成功!并且中国的雄心壮志还不只是月球,2030年前完成载人登月早就提上了日程,并且还计划在2031年前带回火星土壤!CNBC还开玩笑称上一次登月竞赛美国取得了胜利,但这一次激烈的竞争下中美究竟谁将会成为最后的赢家。
BBC报道称中国是唯一登陆月球背面的国家,2019年就实现了登陆,这次是第二次并且还带回了月球背面的月壤,BBC还表示,下一场太空竞赛不仅仅是将人类送上月球,而在于谁能够宣称拥有月球主权并控制月球资源。
法新社则表示中国建造了空间站,将探测器送上火星和月球,并成为第三个将宇航员送入轨道的国家,现在又从月球背面采会了月壤,中国太空探索的快速发展引起了美国的警惕,美国计划通过阿尔忒弥斯 3 号任务于2026年将宇航员送回月球,中国则计划在2030年之前发射载人月球探测器,并最终在月球表面建立基地。
CNN的报道最特别:对中国月壤分配不满
除了以上这些报道外,俄罗斯卫星通讯社、塔斯社以及印度、韩国与日本等官方媒体都参与了报道,大都是非常积极的报道,看来中国在航天探索上的成功已经让这些国家“相当无语”,简直就不知道怎么贬损,连续的成功有些麻木了!
但在众多的报道中,CNN的视角却非常特别,在6月25日的报道中,除了肯定中国在航天探索上的成就后对中国月壤分配方式踢出了质疑:
Once they receive the samples, Chinese scientists are expected to share data and carry out joint research with international partners, before Beijing later opens the samples for access by international teams, according to statements from CNSA officials.
International teams had to wait roughly three years to apply for access to samples from the Chang’e-5 mission, but some of the earliest published research on those samples was from teams of Chinese and international scientists.
据中国国家航天局官员声明,中国科学家收到样本后,预计将与国际合作伙伴共享数据并开展联合研究,然后北京方面再开放样本供国际团队获取。
其他国际团队不得不等待大约三年时间才申请获取嫦娥五号任务的样本,但这些样本的一些最早发表的研究成果却来自中国和国际科学家团队。
英文是CNN报道的原文,看这报道的口气是对中国月壤分配表示了不满,认为中国现把月壤供给本国科学家以及与中国有合作的科学团队研究,三年之后才将月壤分配给国际团队研究,等到国际团队拿到月壤时中国科学家的研究成果早就已经发布了,这对国际科研团队不公平!
其实种花家想要说的是,中国费了老大劲才从月球背面整回2千克月壤,然后拿到之后第一时间就奉送给天天嘲笑中国、不和中国科学交流,在高科技上准备封死中国的美国人?中国人脑子秀逗了吗?脑袋被驴踢了吗?那个中国人要是敢提这个意见,种花家一定骂死他!
美国在1999年就搞了个考克斯报告,将中国航天踢出了国际商业航天发射领域,2011年又搞了个《沃尔夫条款》断绝了中美航天的往来,此后几次阻挠中国科学家到美国出席国际科学会议!在特朗普当政后,美国还开始收紧芯片等高科技领域的产品向中国出口,到了拜登时代则变本加厉的开始封锁一切与高科技相关的企业与中国往来。
但是即使如此,NSAS局长比尔·尼尔森却几次三番的提出要中国嫦娥五号的带回的月壤,因为中国采回的月壤包含了月球内部地质活动停止的最后年份信息,对于月球演变研究有着相当深远的意义,阿波罗计划当年采掘样品时科学家对月球地质认知很粗浅,根本没有好好计划过哪里采样,结果一股脑儿采回来的样品“重复率”高到哭,嫦娥五号带回的样品针对性极强,可把美国人给馋哭了!
刚开始时中国始终不肯松口,从2021年底到2023年底,足足三年,最终中国开放了国际科学团队月壤申请,NASA赶紧去国会报备向中国国家航天局申请月壤(沃尔夫条款规定不能交流合作研究等,必须国会同意),今年三月份,国际团队月壤研究研讨会召开,公布了NASA的5份月壤申请,尽管没有公开是否同意,但根据参会都是已经被首肯了的团队来看,美国人的嫦娥五号月壤应该是到手了!
这次还要给吗?
给当然是可以了,要是说嫦娥五号的月壤是还人情也能说得过去,毕竟当年美国确实给了1克月壤作为研究,现在人情还上了,美国人不会来申请月壤了?非也!这次采掘的样品比嫦娥五号还要炸裂,因为在这里蕴含了月球早期形成的秘密,究竟是自然形成还是从地球分裂出去,还有月球早期形成时的大轰炸时期等等,是全球月球研究中的另一个短板,所以这些月壤一定会成为最抢手的资源。
其实美国人想要也不是不行,NASA手里有来自贝奴小行星的样品,这是去年奥利西斯号探测器带回来的,上一次互相赠送,这一次相互交换,公平起见一比一等价交换,谁也不欠谁,谁都不占便宜,美国人要是同意并且有诚意的话那么请带着样本来吧,“一手交钱一手交货”,而且还得现场验证,种花家是信不过美国人的,对于安全交换确保样品为真,各位有什么好主意不妨留言提一下!