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嫦娥五号成功回家!嫦娥五号跳跃式返回

2020-12-22 15:41:25  来源:科学黑洞

12月17日凌晨1时59分,离开地球23天的嫦娥五号顺利返回地球,在我国内蒙古四子王旗着陆场安全着陆,至此中国探月工程“绕落回”三步走圆满收官,获得的2公斤月球样本也将帮助科学家深入的了解月球演化问题,其实更重要的是对关键技术进行了实战验证,为未来载人登月打下坚实的基础。

往近了去看,嫦娥五号返回器表面被烧的乌黑一片,我们都知道这是返回器高速运动中和大气层摩擦所致。

那么问题出现了,为何嫦娥五号发射的时候完好无损,返回的时候却被烧的乌漆麻黑?

人类进入航天探索时代,发射了大量的卫星以及飞船等,当它们任务完成后有些受控会再入大气层燃烧殆尽,避免成为太空垃圾,对未来的探测任务造成影响。

当这些返回式卫星、火箭的残留物或者一些报废航天器,它们具有很高的速度,入大气层后速度会持续增加,摩擦生热以及压缩空气做工产生的热量越来越大,这些航天器表面会获得上千摄氏度的高温。

像嫦娥五号返回过程中,轨道器和返回器在距离地面5000公里高度左右的时候分离,此后返回器带着月球样本高速冲击地球大气层,速度可以达到10.9公里每秒,已经快要接近第二宇宙速度。这个速度对于返回器来说太快了,如果直接扎向地面的话温度会非常高,导致返回器损坏,重要的时候会影响所携带的月球样本理化特性。

因此只能采取半弹道跳跃式返回的方式再入大气层,简单来理解就是打水飘。

返回器以一定角度进入地球大气层,受到稠密大气的反弹作用,返回器弹回太空等再入大气层的时候速度就会减小,当返回器速度减小后气动加热的效应减小。

但是当嫦娥五号发射的时候却不用考虑这些,也不会摩擦生热被燃烧,大约有以下三种原因:

1、长征五号运载火箭把嫦娥五号送入太空,火箭上方有整流罩保护,这是用特殊防热材料构成的保护结构,可以保护卫星免受气动加热的影响;

2、火箭发射速度是递增的,超过第一宇宙速度就会飞出地球,在浓密大气层中飞行的时候速度相对较低,而像返回器是以高速度进入大气层的;

3、为了节省飞行燃料,尽快地离开大气层,火箭多采用垂直发射的方式,走最短的距离尽快穿过大气层。

像我国嫦娥五号的返回器路线就非常曲折,它由于入大气层速度很快,可以达到第二宇宙速度,在大气层中以如此高的温度飞行,可能会让返回器燃烧,影响携带的月球样本理化特性,因此采用了半弹道跳跃式返回的方式再入大气层,跟大气层之间的相互作用摩擦生热,以及高速运动的气动加热,最后嫦娥五号返回器变得乌漆麻黑的。

当然返回器虽然看起来烧的非常严重,但由于特殊的设计,内部不受影响,外部燃烧是正常现象并且不可避免的。

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