嫦娥4號探測器為什麼會分成兩次發射?

Sweet-Maiden


航空航天專業的同學來回答一下!

首先我要更正一下,是嫦娥四號要分兩次發射,分成2018年上半年發射的嫦娥四號中繼星,也就是“鵲橋號”,還有2018年年底發射的嫦娥四號探測器。下面這張圖是嫦娥四號探測器,可以看到,裡面就是一個探月小車還有相關的搭載機構。這顆衛星是要在月球上著陸的。

而下面這張圖則是2018年5月21日發射的鵲橋號衛星。這顆衛星是不會登陸月球的,而是在宇宙空間中運行。可以看到,這根本就是兩顆不一樣的衛星。

所以說,“嫦娥四號探測器”只要發射一次,前一次發射的是鵲橋號,雖然也屬於是嫦娥四號的一部分,但是跟嫦娥四號探測器是兩回事。

那麼問題來了,為什麼要在發射嫦娥四號探測器之前發射鵲橋號衛星呢?

這個問題的答案是很簡單的。要知道,這一次的嫦娥四號探測器探索的地方可是月球的背面——也就是月球背向地球的那一面。雖然說月球已經有很多探測器登陸探索過了,但是那些登陸的探測器都是在月球正面登陸的,所以嫦娥四號是全世界第一次做到這件事情。

那麼為什麼以前的月球探測器不登陸月球背面呢?因為巨大的月球會擋在月球車和地球之間,阻礙地月之間的通信,所以說增大了探測月球背面的難度。為了能夠聯繫上月球背面的月球車,我們就必須要使用這個“中繼衛星”,也就是鵲橋號了。這個衛星停在被稱為L2點的位置【如下圖所示的那個小圈就是L2軌道】,所以地月之間的通訊信號就可以通過這個衛星中轉站順利實現了。

簡單說,鵲橋號就是一座橋樑,連接了地球和我們看不到的月球背面世界,是嫦娥四號探測器的“先頭部隊”,需要首先發射,然後嫦娥四號探測器才能夠順利登陸月球背面。

這下我解釋清楚了吧!


SilentTurbine


第一次發射中繼衛星,第二次發射登陸器。這就叫兵馬未動,信使先行!

到目前為止,還沒有任何國家的探測器軟著陸到月球背面。美國的探測器曾直接撞到月球背面了。當然,這是同歸於盡的做法。即便摸著了月球背面,但信息傳不回來,地球人也控制不了它,所以不具備多大的價值。

美國曾經也打算直接載人登陸到月球背面,但是由於阿波羅13號任務的失敗,美國也不再提出激進的想法了。

大家都知道月球總有一面朝向地球,其背面在人類發射繞月探測器前是未知的。這是因為地球引力對月球進行了潮汐鎖定,導致其自轉週期等於公轉週期。


如果要讓探測器登陸到月球背面並且控制它,就需要把電磁波指令傳到探測器上,而在背面的探測器是接受不到指令的。這就需要一個信號中繼衛星打先鋒。

當然,中繼星可不是繞著月球旋轉的。這裡面學問還比較大。

中繼衛星會受到地球和月球共同的引力作用。兩個天體組成一個系統。在兩體問題中會有五個點,在繞這五個點旋轉的物體受到兩個天體的引力會達到平衡,這就是拉格朗日點。

地月系統的拉格朗日點是下圖

理論上中繼衛星可以從L1到L5點上任意選擇。但探測器要在月球背面登陸,當然是選擇繞L2點了,因為在五個拉格朗日點中,只有L2完全在月球背面。

為什麼中繼衛星一點要選在拉格朗日點上呢?


因為中繼衛星只有繞拉格朗日點旋轉,其受到地球和月球的合力才不至於擾動到它們三者的相對關係,這樣它就能和地球和月球保持相對穩定的幾何關係。
並且繞L2點的中繼衛星只需10m/s線速度就可以保持穩定狀態,極省能量。

但中繼衛星繞L2點可不是簡單的圓周運動,而是利薩茹曲線(Lissajous)。比如這樣


中繼衛星就位以後,再發射嫦娥四號探測器軟著陸到月球背面才能傳回數據和接收指令。


這和打仗之前先鋪設通信兵一個道理。


科學認識論


眾所周知,“嫦娥4號”這次發射成功實現了3大壯舉,人類首次有航天器到訪月球背面、人類首次有航天器在地月拉格朗日2點進行對地月中繼通信、首次建設月球背面空間科學研究平臺,這三項科學研究成果無疑都意義重大。

(第一個發射的中繼衛星軌道)

這其中,就出現了“兩次發射”的問題。其實,我們在2018年5月發射的“鵲橋”只是一顆月球“中繼衛星”(軌道如上圖),它的任務是為在月球背面執行任務的“嫦娥4號”探測器提供通信保障。2次發射任務區分開,可以讓“鵲橋”先行測試通信信號,適應月球附近太空的電磁環境,出現問題提前修正。

(在月球背面運轉的中繼衛星只起到通訊的作用,也是有限發射的一顆航天器)

這樣做的好處是可以避免一個衛星失敗導致整個計劃泡湯的現象,先測試中繼衛星再發射探月飛船可以大大降低風險。如果中繼衛星出現問題,就會影響“嫦娥4號”與地球的通信聯絡,對整個計劃產生難以補救的損失。實踐證明,“鵲橋”在軌幾個月工作正常,能夠保障“嫦娥4號”完成任務(我們的航天機構就是夠小心的)。

(嫦娥四號在中繼衛星幫助下才能順利在月球背面與地球溝通)

另外,“鵲橋”的前期發射,也可以先進研究天體電磁信號的其他科技問題。比如在月球背面的太空空域,在屏蔽了來自地球各種無線電干擾信號的環境下,去監測地面和地球低軌道附近太空中的電磁信號,比如恆星起源和星雲演化研究,取得其他領域的重大天文學成果。


利刃軍事


因為這次嫦娥要去的地方是“月之暗面”或者背面。

月亮有兩個面,面對地球的不變一面,被稱為月之亮面,而背對地球的一面,則被稱為月之暗面,也就是背面,暗面是古人的猜測,實際上月亮的背面也同樣被陽光照耀呢。等等,難道,月亮不自轉嗎?月亮會自轉,不過它的自轉和公轉週期一致,造成的結果就是在地球上我們永遠無法看到月亮的全貌。這種奇怪的現象,並非簡單的巧合,而是由一種被稱為“潮汐鎖定”的天文規律所決定的,在太陽系中,除了月亮,許多圍繞行星運轉的衛星都因為潮汐鎖定,只會用同一面對著它們公轉的行星,如木衛二等等。

注意,月亮的確是在自轉,但是我們永遠看不到它的背面。再來一張圖,當衛星和行星之間發生了潮汐鎖定之後,住在中央天體上的人,就沒法直接看到衛星的背面了,也就是被塗成綠色的那一面。

當我們想把嫦娥四號,送到月之背面的時候,會遇到一個問題。那就是,由於月球上沒有無線電信號中轉站,地球上的通訊信號,是無法傳遞到月球背面的。而嫦娥四號也無法把它探測到的結果,傳回地球。

為了解決地球和嫦娥四號之間的通訊問題,需要一顆單獨的信號中轉衛星。

這顆提前發射的信號中轉衛星,有個很應景的名字——“鵲橋”,只要把鵲橋放到一個既能和月亮背面通訊同時還能和地球通訊的位置上,那麼鵲橋就架設成功了。地球和嫦娥四號之間就可以通過鵲橋進行間接通訊。那麼這個位置在哪裡最合適呢?

首先,這個位置肯定是在月球背面的宇宙空間中,這樣衛星可以方便的和月球背面的探測器進行通訊,然後它還要離月球一段比較遠的距離,這樣才能避開月球對無線電信號的阻擋。可以想象一個巨型探照燈從地球射向月球,月球因此在空間中投下影子,衛星必須在影子外,才能看到地球射過來的光線。


最後,中國宇航專家們一致選定了地月引力平衡的拉格朗日L2位置,作為鵲橋衛星安家之地。選擇這個位置,除了滿足地球和嫦娥四號通訊的基本要求之外,還有額外的兩大好處:

1、此處是地月引力平衡點,鵲橋呆在這裡,軌道會非常穩定,不需要額外耗費能量來維持軌道,而且不斷調整軌道,不僅耗費能量,還可能會出錯,那就前功盡棄。畢竟探月任務持續時間很長,上次嫦娥三號就工作972天呢,所以鵲橋必須在數百天的時間中,保持住軌道的穩定性。選擇這個位置,就再也不用擔心,衛星軌道出現問題。


2、此處陽光充沛,衛星上的太陽能電池板,將會給衛星源源不斷提供能量,畢竟作為信號中續站,是需要消耗能量的。

那為什麼要分成兩次發射,一次不行嗎?還節約一枚火箭。

這個還真的不行。原因有三:

1、地月L2點,離月亮的距離有點遠。要讓衛星進入這個位置,需要較長的時間,這是時間上的不同步。

2、如果不能和嫦娥四號保持通訊,就不能讓它降落到月球背面去。否則,我們將無法及時知道,降落是成功還是失敗。而且降落本身也許還需要地球上的信號進行適當干預。

3、從從風險控制的層面講,還要規避鵲橋衛星不能成功進入正確軌道的概率。

5月21日,鵲橋通信衛星首先發射,在6月15日經過成功進入L2位置。

為今天的嫦娥四號登陸月之暗面,做好了準備。

這是人類第一次登陸月亮的背面,不僅具有歷史意義,還具有科學價值。

因為,地球大氣層會過濾低頻無線信號,這讓地球上的射電望遠鏡,無法接收到100~ 1000 kHz 的射電信號,而嫦娥四號攜帶了相應觀測儀器,即將填補這段天文頻段觀測上的空白,為人類瞭解宇宙,貢獻力量。



三思逍遙


嫦娥四號是嫦娥三號的備份星,幾乎就是嫦娥三號的翻版。嫦娥四號探測器預計明日凌晨發射,而今年五月份發射的也被宣傳成嫦娥四號,實際上是作為信號中轉的中繼星-鵲橋號月球衛星。

我們知道月球由於潮汐鎖定它一直是正面示人,對於背面我們不僅看不到並且信號也是傳播不了的。而嫦娥四號的月球車計劃是在月球背面登陸,沒有信號中轉是完不成任務的。所以鵲橋號就是一個信號中轉站,它被髮射到L2點運行在特殊的Halo軌道。


在這個點上由於是地球和月球的引力平衡的一點,在這裡運行省燃料讓衛星瘦身,同時可以同時“看見”地球和月球。

鵲橋號是我世界首顆運行於L2點的通信衛星,為我國明天要發射的嫦娥四號軟著陸月球車提供中繼通訊。

預祝嫦娥四號探測器發射成功,我國的航天事業越來越好!


以上就是我的簡單回答,這裡是科學黑洞,感謝你們的關注與點評!圖片來源網絡侵刪。


科學黑洞


嫦娥四號是嫦娥三號的備份星,什麼是備份星?就是來接替嫦娥三號的工作的。所以我們看嫦娥三號發射一個著陸器與一輛月球車(玉兔),而於明日凌晨2點發射的嫦娥四號也是一個著陸器與一輛月球車,展開對於月球的巡視勘測。

分兩次發射:今年五月下旬發射的是中繼衛星——鵲橋,由於嫦娥四號著陸在月球背面工作在月球背面,無法與地球進行通訊,必須設立信號中轉站來達成橋樑。鵲橋就是提供了橋樑的功能。

此時鵲橋正待在距離月表6.5萬公里的地月拉格朗日L2點上待命,期待著嫦娥四號的到來。

嫦娥四號將著陸於月球背面南極區域的艾特肯盆地中,這將是人類首次實現探測器在月球背面軟著陸。之後展開巡視勘測,填補月球背面探測的空白。

預祝明日凌晨兩點嫦娥四號發射成功!!!

個人淺見,歡迎評論!


一枚遊戲科幻迷


這個和月球的運行方式有關。

月球的運行有一個奇怪的現象,那就是其自轉週期和公轉週期是完全一樣的。這就導致一個結果:在地球上我們始終只能夠看到月球的一半。(實際上比一半稍大一點)也就是說,千百年來我們看到的月亮都是一樣的。但言外之意就是,我們始終沒有看到過月球的背面。

而再過十個小時左右就要發射的嫦娥四號衛星,此行的目的地是月球背面的艾肯盆地。說是盆地,但實際上是一個直徑達2500公里的巨型隕石坑!要知道月球的直徑也才3400公里左右。在這裡可以看到月球的地幔以及太陽系中最古老的物質。此外,在月球背面沒有地球上人造電磁波的影響,因此還要進行一個射電波段的觀測任務。



要想實現上述的觀測,必須到達月球背面。但嫦娥四號如果降落到月球背面,怎樣與我們進行聯繫呢?目前我們的通訊手段根本不可能穿透整個月球直接與地球聯繫。科學家們想到一個辦法,那就是在太空放置一枚中繼衛星,通過這枚中繼衛星,地面和嫦娥四號可以進行交流,也可以給嫦娥四號下達一些指令。


科學家們給這枚中繼衛星起了一個恰如其分的名字,叫"鵲橋"。而嫦娥四號發射之後,鵲橋衛星也確實會承擔起傳遞信息的作用。可能是由於嫦娥四號發射之前鵲橋的發射,讓人誤以為嫦娥四號需要發射兩次吧,實際上嫦娥四號只發射一次。不過鵲橋中繼衛星也確實屬於嫦娥四號計劃的一部分,因而說嫦娥四號發射兩次也說得過去。

這是人類歷史上的一個壯舉。在此之前,人造物體從未降落過月球背面。而將中繼衛星佈置在38萬公里遠的地方也是人類首次,這對將來深空探測的通訊建立也能夠提供豐富的經驗。最後,預祝嫦娥四號探測活動圓滿成功!

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張家小智兒



嫦娥四號不同於嫦娥三號,嫦娥四號第一個軟著陸月球背面的探測器,而月球背面是無法和地球進行直接通信的,所以嫦娥四號在發射之前會先發射一顆中繼衛星。

月球背面在地球上是無法被直接看到的,因為月球和地球上潮汐鎖定關係,所謂潮汐鎖定就是指月球繞地球公轉的週期和月球自身的自轉週期是相同的,這樣一來地球上的人就永遠只能看到月球的正面。


潮汐鎖定帶來的後果就是月球背面始終直面太空中的隕石,因而月球背面的撞擊坑要比正面多得多,而且航天器達到月球背面後會因為月球的阻擋而無法和地球通訊,所以我國的嫦娥四號在發射前會先發射“鵲橋號”中繼衛星,用來給嫦娥四號和地球之間“牽線搭橋”

嫦娥四號工程的中繼衛星“鵲橋號”已經於今年5月21日發射升空前往月球軌道了,為了保證通訊鏈路的暢通,鵲橋號專門選擇了地球和月球的引力平衡點,也就是地月拉格朗日L2點來和月球進行同步公轉,保證鏈路暢通。



我們的主角,嫦娥四號將於12月8日凌晨兩點發射,開始其前往月球的漫漫征程,雖然在發射時不會直播,但是嫦娥四號著陸月球背面的時候,很可能會和嫦娥三號一樣就行實況直播。


宇宙探索未解之迷


嫦娥四號明天就要發射了,將成為首個登陸月球背面的人類探測器!而嫦娥四號整個項目包含兩次發射,一個探測器為什麼要兩次發射呢?自然不是這樣的。

先期發射的是為嫦娥四號中轉信號的鵲橋號中繼衛星,月球背面無法接到地球信號,需要此方式解決。月球體積也相當大,而地球發射來的信號沿直線傳播,所以月球體積遮擋下,月球背面就無法接收到地球信號,嫦娥四號就需要完全自主的行動能力,然而現今人類科技還做不出那樣的設備,只能退而求其次,分兩次實施,首先在月球軌道架設鵲橋號通訊衛星,用它中轉信號就解決了嫦娥四號的控制問題。

鵲橋號發射後成功進入了地月軌道的L2軌道,這條軌道不同於繞月運行的橢圓軌道,形狀是不規則的,控制難度很大,但探測器可以在這條軌道上同時觀測地球和月球,是我國解決月球背面探測器軟著陸探測的獨特創舉。在經過幾個月的調試工作後,鵲橋號可以保證持續的工作,可以為嫦娥四號軟著陸過程助力,所以到了明天嫦娥四號探測器和巡視車終於要發射了。並且鵲橋號本身也攜帶著一些科研設備,可以獨立開展一個科研活動。

嫦娥四號將著陸外月球背面艾肯盆地的馮卡門隕石坑,那裡有著月球最薄的地殼,有助於理解月球內部的一些信息,對研究月球起源也更重要,嫦娥四號如果成功也將收貨一些研究成果。準備了這麼久,我相信嫦娥四號會成功的。


來看世界呀


主要是因為技術不支持,可以網絡查詢【嫦娥4號】查詢較為詳細的認知。




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