嫦娥四号为什么要在太空中飞行27天那么久才到月球?

admin 科学 2020-10-17 13:22:25 349 嫦娥四号 月球 太空 飞行

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今天凌晨2:23嫦娥四号发射成功,不久后就成功进入地月转移轨道,完成了登月的第一步,开始了向月球飞行的旅程,但要需要27天才会软着陆月球。

探测器登月自然不像开汽车那样直来直去,在地球上发射将嫦娥四号推入了远地点42万公里的地月转移轨道,这个轨道可比地球和月球之间的距离还大,距离又这么远,自然不可能着陆。在轨道上,嫦娥四号需要经过不断地调整飞行速度等运行参数,使嫦娥四号不断地接近月球,直到降低到合适高度,调整好参数后,在合适的时机启动软着陆程序,由于是在月球背面登陆,就需要先期发射的鹊桥号中继卫星中转地球信号并不断修正轨道。

而这个调整阶段是27天,快一点其实也可以,但是那样的话需要探测器携带更多的燃料,对发射和过程中轨道调整的要求也高一些,嫦娥四号进入月球100公里轨道需要两周左右的调整,但入轨后是月球夜晚,需要等到白天登陆,大约又是半个月,加起来小一个月时间。嫦娥四号与嫦娥三号一样,采用登陆器和巡视车两部分,到达月球后,登陆器将巡视车释放出来,对月球背面的冯卡门陨石坑展开巡视探测。

登陆器也携带着一个特殊的“箱子”,装着探头和几种植物种子,用于试验地球生物在月球人造环境中的生长试验,鹊桥号和嫦娥四号都带有低频射线探测仪,可以在月球背面环境捕捉更弱的信号,在月背进行深空探测试验,探讨将来人类在月球背面建观测基地的可能性。

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嫦娥四号探测器今日凌晨成功发射,预计将会30天后在月球背面实现软着陆。地月距离大约是38万公里,嫦娥四号奔月过程并不是简单的从A点到B点的过程。

其实无论是发射时间还是登月时间都是精确到分秒的。中间要考虑很多的问题,例如着陆的时间要选在月球的白天,这样可以保证充足的太阳光照用以月球车工作。我们知道月球的自转周期大约是28天,而嫦娥四号进入绕月轨道是月球的黑天,所以需要不断的轨道调整大约需要半个月的时间到白天才可实现着陆。

嫦娥三号的奔月轨道远日点达到38万公里,而嫦娥四号的奔月轨道远日点达到了42万公里,相对来说嫦娥四号要走一条较远的奔月路线,这条轨道按飞行顺序分为绕地飞行的停泊轨道,飞向月球的过渡轨道,绕月飞行的月球卫星轨道和在月面降落的下降着陆段。

这个过程是不断加速,变轨,制动减速,再综合考虑登月时间(白天)最终精确计算出的奔月轨道,最大程度利用引力作用减少燃料消耗,再严谨一点可能多一分钟少一分钟都不行。


以上是我的简单回答,这里是科学黑洞,感谢你们的关注与点评。

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其实嫦娥四号完全不用飞行那么长的时间,地球与月球的平均距离大约是40多万公里!2006年使用Atlas V 551火箭发射的“新视野号”探测器,只用了不到9个小时的时间就穿过了月球轨道,同样的距离阿波罗登月飞船用力3天!这是因为的发射速度是人类有史以来最快的,发射后就具备59384公里小时的速度。

(新视野号飞行轨迹)

这个速度不经过任何引力弹弓加速的情况下,只用了13个月就略过了木星轨道!又是同样的距离伽利略号探测器却用了4年!可见发射速度的重要性。新视野号经过这个太阳系第一大行星加速之后,又用了9年的时间终于抵达太阳系边缘冥王星轨道,而它的前辈旅行者号整整用了41年走完这个距离。

(看得出来这27天内嫦娥四号飞船绕地球和月球好多圈)

旅行者号用了木星、土星两次引力弹弓效应来加速,但是飞行速度还是比不上新视野号,在起跑线上就输给了后者,这是决定它的星际旅程漫长的主要原因!我们的嫦娥四号探测器发射速度还不得而知,但是根据这27天的地月轨道机动时间不难断定,我们的发射火箭能提供的速度并不高。

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中国嫦娥四号探月器在8日凌晨已成功发射,进入远地点42万公里,近地点200公里的轨道,大约要27天后进入降落程序。在近月点开始实施制动,进入100公里环月轨道。

据航天集团设计师介绍:探测器成为月球的卫星,然后再着陆到月球。跟月球有个交会的过程,机会短暂又唯一。因为与月球交会时,从两条路过来的两个物体,只有在这时做相对应的减速,两物体才能成为一体。

嫦娥四号在8日凌晨两点半,跨越万里来到月球后,嫦娥四号不能着急着陆,它绕月飞行的时间比嫦娥三号要多十几天(27天)。为什么呢?

据报道,经精准计算后,嫦娥四号定在月球背面的上午着陆。工作人员在第一次近月制动后,轨道面到着陆区上方时,正好是着陆区晚上。而为了探测器落一到月球上就有充分的太阳光能,以便展开工作,就需要在月球白天着陆,由于月球的自转周期刚好是28天。也就是说在月球上的一天,相当于地球上的一个月,所以月球黑夜绕月飞行的嫦娥四号探测器,就要等上大约半个月才能让它赶在月球的白天实施着陆。

嫦娥四号升空时间和着陆时间都经过精确的计算和设计,以保证这次月背软着陆圆满成功。

欢迎关注和点评。

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嫦娥四号的登月之旅并非一蹴而就,前期需要做好充分的准备才能实施登月任务。从发射到最终登陆月球表面,嫦娥四号期间还需经过三大步骤,这就使它在太空中要飞行大约27天的时间。

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第一步,地月转移。火箭经过一千多秒的时间把嫦娥四号送入地月转移轨道,这是一条近地点为200公里、远地点为42万公里的环绕地球椭圆轨道,嫦娥四号目前正在沿着这条轨道奔赴月球。经过4天的时间,嫦娥四号将会飞到地月转移轨道的远端,那时它将距离地球42万公里。

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第二步,近月制动。在嫦娥四号抵达地月转移轨道的远端之后,需要通过反推火箭给探测器减速。经过恰到好处的制动之后,嫦娥四号才能顺利被月球的引力捕获,从而以一个轨道高度为100公里的圆形轨道绕月飞行。

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第三步,环月飞行。接下来的二十几天,嫦娥四号会一直绕着月球飞行。在此期间,嫦娥四号会适时变轨进入近月面只有15公里的椭圆轨道。与此同时,嫦娥四号还会与在轨多时的鹊桥号中继卫星进行通信连接,为最终着陆做好准备。

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由于进行第一次近月制动时还是月球背面的黑夜,而月球的自转周期大约为27.3天,所以嫦娥四号将要等上很长一段时间才能再次迎来月球背面的白天。选择在月球背面的上午着陆,这样嫦娥四号才能利用太阳能在月表开展各项工作。

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白天休息,晚上有月亮才走,遇到阴雨天又要停开,走27天不多的了。

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2018年12月8日2点23分,嫦娥四号在西昌卫星发射中心成功发射,将于27天太空飞行之后着陆于月球背面,开启了新一轮的探月之旅。虽说嫦娥四号是嫦娥三号的备份卫星,但这次嫦娥四号科学意义和嫦娥三号截然不同,嫦娥四号将尝试人类首次登陆月球背面的壮举,对月球背面进行一些列科学和工程研究。



很多人可能有点疑惑,不是说发射成功了吗?为何嫦娥四号还要经过27天太空飞行才能够登月呢?

其实,登陆月球看似简单,但真正实施起来过程是非常复杂的,特别是登月轨道的和登月时间的选择,都是需要经过大量的计算才能够得出的。而登月的路线已不是一个直线,是分步骤分阶段一点一点地飞往月球,然后再调整轨道降落在背面。下面是一张常用的登月轨道模拟图:

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从途中我们可以看出,嫦娥四号发射后并不是立马奔向月球的,而是先绕地球几圈,等到得到的速度足够大,再利用地球的引力弹弓效应进入奔月轨道,向月球飞去。等到了月球的引力范围后,嫦娥四号还需要再次降低自己的速度和高度,保证能够安全登陆月球,这中间就要花费不少的时间。

另外一方面,月球自转一次需要28天,也就是说,月球的一个昼夜要28天时间。而目前月球背面处于黑夜,所以嫦娥四号还需要等到月球背面刚好时候白天的时候才能够登月。因为嫦娥四号在月球夜晚不仅获取不到太阳光,而且温度还极低,会极大增加登月风险。



图:嫦娥四号登月过程总结图

所以,零零总总的时间算下来,嫦娥四号得在太空中飞行27天才能够得到一个极佳的登月时间,实现月球背面软着陆。

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答:我国嫦娥四号总设计师孙泽洲,在央视第四套节目中解释过这个问题,原因和月球公转时间有关(为了让嫦娥四号在月球白天登陆),也为嫦娥四号在月球轨道提供足够时间实施变轨工作。


月相知识

要解答这个问题,我们先来了解一点必要的天文知识:

(1)月球始终一面朝着地球,月球公转周期等于自转周期,一个周期是27.32天;

(2)月球跟着地球绕着太阳旋转,于是月相周期滞后于月球公转周期;

(3)月相周期是29.5天(既阴历的一个月),导致月球上的一个白天或者一个夜晚,就是地球的14.75天;

(4)农历月初,从新月开始,历经上弦月、满月、下弦月;2018年12月8日是冬月初二,月相处于新月到上弦月的过渡;

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以上就是月相知识,我们知道,月球距离地球38万公里,而一般宇宙飞船从地球出发,大概一周左右就能到达月球。

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需要在月球的白天登陆

嫦娥四号的能源供给方式,主要是太阳能发电和同位素温差发电(核电池),月球白天温度可达150℃,夜晚温度会下降到-170℃,夜晚时同位素热源会给设备加热,以保证设备的正常运行。

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据我国嫦娥四号总设计师孙泽洲说,为了保证嫦娥四号登月后就能得到充分的太阳光能,以便探测器展开工作,就需要选在月球背面的白天着陆。

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嫦娥四号日程推算

然后我们来估算一下,嫦娥四号的日程时间:

(1)12月8日发射时,此时月球背面正好完全处于白天;

(2)12月15日左右到达月球,此时月球背面有一半处于白天,另外一半处于黑夜,而且月球背面即将全部变为黑夜;

(3)12月22日左右,月球绕到地球阴影一面(满月),此时月球背面完全黑暗下来;

(4)2019年1月6日左右,月球背面重新转变为白天;

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于是,根据嫦娥四号的登陆位置(艾特肯盆地的冯卡门撞击坑),科学家们会选择在适当时候进行登月;艾伯菌预计在2019年1月3日~1月9日之间。

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另外,嫦娥四号到达月球附近后,还需要绕月飞行20天左右,在这段时间里,嫦娥四号也有充分的时间进行变轨调整,使得自身处于最佳的降落轨道。

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好啦!我的答案就到这里,喜欢我们答案的读者朋友,记得点击关注我们——艾伯史密斯!

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因为月亮离我们真的很远。

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图示:嫦娥四号,于12月8日2时23分,顺利升空。踏上登陆月球背面的征程。它将代表人类首次登陆月球背面。它将在12日的16:42左右进行近月制动并进入月球轨道。所以,并不需要飞27天才能到达月球,只不过要降落到月球背面需要等待合适的时机,在这段时间内,它将绕月飞行。


古人说月上柳梢头,人约黄昏后。但古人可万万想不到,月亮离大地的距离会遥远到一光秒多,即光都需要走一秒多钟才能到达。月地距离随着月亮的运动,会有较大变化,最近时距离地球36.3万公里,最远时则为40.6万公里,平均距离为38.4万公里,这是因为月亮围绕地球的轨道是一个椭圆形的轨道。

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其次,嫦娥四号不是要撞向月球,而是要成为月球的卫星,然后再进行软着陆,这让它的速度也不能太快,否则将从月亮身边飞掠而过,一去不回头。

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这张图总结了嫦娥一二三号抵达月球轨道的时间。可以发现嫦娥二号和三号的抵达时间一致,并且比一号快了不少。

嫦娥一号到达月球轨道,花了大约十二天

嫦娥二号和三号到达月球轨道,则只花了大约五天时间。

但与嫦娥三号不同,这次奔月路,比“嫦娥三号”时的三十八万公里多了四万公里,多了10.5%,但并不需要消耗更多时间,因为这次的发射火箭不一样。


27天中包含了绕月飞行的14~15天。

大多数时间其实是用在绕月飞行,等待着陆区的天亮!

和地球不同,地球的自转周期是24小时一圈,所以地球的每个面都会在24小时的时间里,经历一次白天一次黑夜。但是月亮的自转速度很慢,它要地球时的28天才自转一周,而嫦娥四号到达月球时,正是月球背面进入黑夜的时刻,因此,它需要绕月飞行大约半个月的时间,才能再次等到月球背面太阳升起的时刻。

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图示:月亮上的日出想象图。


那为啥不选一个白天到达的时间发射呢?

因为,这事儿由不得我们。基于探月轨道的特殊性,从我国领土往月球飞,并不是每天都能飞的,如果错开这次窗口12月8日-9日这两天,就得等明年的合适时间才能再发射了。再说,这样也不是没有好处,这可以让我国航天工程师们,有充足的时间,测试当嫦娥四号绕到月球背面后,是否能与鹊桥通讯卫星之间实现信号传输,并和地球取得联系。

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嫦娥四号直飞月球,发动机推力明显不足,欲速则不达!只有逐步加速,并尽可能借助地球公转时对它的牵引、甩转、加速作用力进一步加速,巧借东风,当达到足够速度时,找准时机,再一举登月轻松多了!从中可看出我国航天工程己迈上一个新台阶,星际移民不再遥远!为脚踏实地刻苦攻艰的科技界人士点赞!为祖国点赞!这也再一次证实了鄙人提出的<甩转假说>正确无疑!详情可参阅本头条<原创新观点之一:甩转假说>。


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