经历了3周的时间,我们的嫦娥六号去月球打了一个来回,完成了月球的绕、落、采样、返回,期间嫦娥二号上升器还“二次落月”,与月球亲密接触获得了撞击数据。六号将在今天下午的1点左右着陆于我国常用的着陆场——内蒙古四子王旗,嫦娥六号即将一路“火花带闪电”,最终精准着陆。
嫦娥六号着陆,过程中会发生什么?嫦娥六号着陆过程中,首先要进行轨道调整以便进入再入地球大气层的路径。然后,它采用半弹道式滑跃返回方式,即飞船在再入过程中多次在大气层中打水漂,以降低速度和减少热量累积。当飞船在距离地面10多公里高度时,会抛掉隔热大底,返回舱此时像火流星一样快速划过天空。有可能还可以直接用手机拍摄到,嫦娥六号将闪烁着最耀眼的光芒,成为天空中最亮的星。
当轨道器接近地球时,进入再入阶段,嫦娥六号采用的是半弹道式滑跃式返回方式,经历数次“打水漂”现象,在接近地球大气层时,轨道器与样品返回舱分离,返回舱携带样品,开始独立进入地球大气层,此时会有剧烈的大气摩擦,返回器外表会有非常高的温度,为了防止高温烧蚀,返回舱的外部覆盖有耐高温材料(这也是嫦娥五号返回器有一篇黑黢黢的原因)。
“打水漂”也可以有效降低返回舱的速度和热负荷,并逐步减速和调整轨迹,每一次滑跃都会使返回舱从高空向低空跳跃,逐渐减小速度。在距离地面约10多公里高度时,返回舱抛掉隔热大底,各自独自分离,返回器预计着陆预定着陆点,我们采用精准着陆的方式,按现在的经验,返回舱还没有降下来的时候,地面部队就已经快赶到了,隔热大底则一般事后回收。
在某个阶段,返回舱可能会像一个火流星一样,快速划过天空。抛掉隔热大底后,返回舱进入最后的减速阶段,有幸的话甚至可以直接用手机拍摄到。降落伞系统开始工作,先后打开减速伞和主伞,确保其安全着陆。这个过程需要经历“生死30分”,也就是在这个阶段,返回器会经受比较严峻的考验,任何失误都可能导致任务的失败。
此时返回舱的轨道已经难以调整,只能靠自身的设计和技术确保顺利返回地球,由于表面温度会急剧上升,热防护系统至关重要,确保返回舱在高温环境下保持结构完整,通过姿态控制系统保持稳定;地面控制中心和返回舱自身的导航系统实时监测返回舱的状态,进行必要的调整,确保返回舱在预定时间和地点着陆。
半弹道式滑跃式着陆,与钱学森弹道有什么不同?由于嫦娥六号滑翔再入,让很多人好奇打水漂是不是钱学森弹道,但可惜的是并不是,打水漂的方式在一定程度上可能比钱学森弹道更难。
半弹道式滑跃式返回,飞行器以接近第二宇宙速度(11.2km/s)再入地球大气层,大气层的阻力会迅速升高,要求对飞行器的姿态、速度和角度进行非常精确的控制,以实现多次入大气层和反弹,需要高度精密的导航和控制系统去实现,必须重视关键参数,以确保不会因角度过小而滑出大气层或因角度过大而过早失速。
飞行器的速度需要精确控制,以实现每次滑跃都能成功,在每次进入和退出大气层时飞行器的姿态控制都需要相当精确;多次进入和退出大气层的滑跃路径类似于水面上打水漂。这个过程中飞行器会经历多次加热和冷却循环,对热防护系统要求极高。打水漂适用于需要高精度控制返回位置和多次减速的任务,如载人航天器返回或高价值探测器的安全回收。
钱学森弹道:一般速度是小于第一宇宙速度,涉及长时间在超音速下飞行,进入钱学森弹道的初始速度和角度决定了整个轨迹的形状和再入点,飞行器需要在大气层外的弹道飞行中精确制导,轨迹为单一的弹道弧线,由高空弹道段和再入大气层段组成,飞行路径较为简单,适用于简单的弹道导弹或单次再入任务,如洲际导弹或返回舱回收任务。
嫦娥五号的返回过程就利用了类似打水漂的方式,即半弹道式滑跃返回。根据官方报道,嫦娥五号返回舱在2020年12月17日成功返回地球,并在内蒙古四子王旗预定区域着陆。返回舱最终着陆地点距离预定着陆地点的误差在几十米级别。具体数据表明,嫦娥五号返回舱的着陆地点与最初预计着陆地点的距离误差仅为不到1公里(实际误差为0.3公里)。
2020年5月8日,中国新一代载人飞船的试验船返回舱(采用打水漂的方式着陆),成功着陆在东风着陆场(此飞船可能用于载人登月,最多可以载6人),这次任务不仅验证了飞船的各种新技术,新飞船试验船返回舱的回收过程中,采用了“打水漂”的返回技术。目前,载人登月飞船这方面,我们已经没多大问题了,重型火箭还在制造,瞄准2030载人登月。
嫦娥六号的月球土壤,我们已经放开申请嫦娥六号的样品,我们已经承诺会分享,放开了申请,有志于研究月球的国家和科研单位 都有可能获得样品,不过我们会筛选。不符合我们要求的项目会被踢出。而月球样本,会分成3份,一份永久保存,用于保存或者做展览,一份异地备份保存,一份用于科研。大头肯定还是在我们这样,分配的月壤,以毫克计算,总重量几百毫克 一千毫克这样的。
嫦娥六号的样品分配,预计也将像嫦娥五号一样,优先考虑具有国际知名度和研究能力的科研机构的科研项目,此科研项目还需要有较高的科研价值和创新性;也可以采取国际合作的方式,即几个国家或者机构申请一份,以促进多国科研团队的合作交流;获得样品的科研机构,还必须严格管理月壤样品的损耗率,确保科学研究的同时尽量减少样品损失。
目前已经有很多国家和机构申请获得我们的月壤,他们在月球研究方面具备丰富的经验和先进的研究设备,因此有望成为嫦娥六号月壤样品的重要合作伙伴,包括俄罗斯空间研究所、包括德国、法国、意大利等国的科研机构、日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)等。NASA或许也有兴趣,但是很抱歉,由于美国自己的法律(沃尔夫条款),不让NASA和中国航天开展各种形式的合作,想要样本得先改法律。
嫦娥五号带回的月球样品促成了许多重要的科研论文,推动了对月球的深入研究,我们科学家发现月球地表中存在水,它们主要以羟基(OH)和水分子(H₂O)的形式存在,含量相对可观,约为每百万分之120(120 ppm)至每百万分之180(180 ppm,特别是对磷灰石(Ap)等含水量更高,可以达到数千ppm,甚至超过1%的重量百分比。有水就可以支持生命,水也可以电解产生氧气和氢气(助燃剂与燃料,液氧液氢发动机)。
样品中发现了多种稀有元素,包括钛、镧、钪等,这些稀有元素在地球上非常珍贵,可能是由于不断的小行星、陨石撞击而带来,小行星中有一些甚至是纯铁构成,月球上又满布陨石坑,肯定是没少被撞击,因此月球上稀有元素的储量应该是比较丰富的,可以为未来的资源利用和开发提供了可能。嫦娥五号样品中还检测到了氦-3,在未来的核聚变能源开发中具有巨大潜力。
嫦娥六号计划降落在艾肯盆地,这是月球最古老的陨石撞击坑之一,将提供关于月球早期地质活动的宝贵信息,可以用于了解月球形成早期的撞击事件和内部活动。而且,这一区域,由于上古月球的火山活动,月球内部的物质会被喷出,可以让我们更清楚地知道月球的内核构成,而嫦娥六号采集的样品也比五号更深,将有助于揭示月球地下的化学和矿物组成。
不过科研的意义对于我们来说,还是比较缓慢的过程,那本来就需要不断的积累。在探月过程中,我们的航天技术会得到很大的飞跃,这是最迅速、最直接得到的。而航天的种种技术,可以转化民用,光是飞船、火箭制造、遥控遥测等一系列技术,就可以为我们创造很大的价值。而火箭的技术,还可以应用于那一方面。
火箭技术最直接的民用应用是卫星发射,气象卫星的发射和运行依赖于火箭技术;火箭技术支持全球定位系统的部署和维护;利用火箭技术发射的遥感卫星可以对地球进行高精度观测,可以用于资源勘探、环境保护、城市规划和农业监测;推动了商业航天的兴起,私人公司利用火箭技术提供商业卫星发射、太空旅游、空间站服务等新兴业务;
在自然灾害和其他紧急情况下,火箭技术可以迅速部署应急通信卫星,确保通信畅通,支持救援和恢复工作。火箭研制过程中开发的新材料,如高强度合金、复合材料和耐高温材料,广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑等领域;控制技术和精密导航系统被广泛应用于自动驾驶汽车、无人机和智能机器人;促进了高效能能源技术的发展。