嫦娥四号为什么要在太空中飞行27天那么久才到月球?

一枚游戏科幻迷


其实不是嫦娥四号要飞27天才能到,而是起飞和27天才能着陆。

这是因为嫦娥四号要登陆月球背面,释放玉兔二号月球车进行月面探测,需要太阳提高照明和太阳能电池的电能,这样可以节省所同位素电池的消耗,可持续工作更长的时间。

而嫦娥四号的发射日期是12月8日,农历初二,当它到达月球附近时,已经接近农历十五,农历十五月球正面是白天,而月球背面则是晚上,也就是说,当嫦娥四号到达月球附近时,月球背面的着陆地点的白天已经是晚上了。


为了着陆后释放月球车后就能获得充足的太阳光来给月球车提供电能,计划选择了着陆地阳光充足的早上进行着陆。计划着陆地点是冯·卡门撞击坑,位于月球的东经173°-179°,南纬43°-47°之间。


而月球的经纬度是以正对地球面的中心为0点的。


也就是说它几乎在月球的正背面。来张背面图看看具体位置吧。

所以它的早上也就要到大约27天后了。


星宇飘零2099


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。


利刃军事


题主问的很有道理。按照常理,地球和月球并不远,光一秒多就到了,即便嫦娥四号飞得再慢,也是宇宙探测器,也不至于27天才到。

地月平均距离38万公里,其飞出地球时的速度接近第二宇宙速度,也就是大于7.9km/s小于11.2km/s。

按照保守计算,直线飞行月球也就七个半小时。怎么南辕北辙地飞行了27天!

其实嫦娥四号飞行并不是直线,而是走地月转移轨道。

在这个轨道上大约110小时,期间还需要轨道校正。靠近月球的话必须减速制动才能被月球引力俘获。

那为什么要近月制动呢?

我们知道,地球质量比月球大的多,其逃逸速度才是11.2km/s,这就意味着嫦娥四号速度接近这一数值。而月球的逃逸速度才2.4km/s。嫦娥四号的速度如果不减速,早就飞离月球了。只有减速到其飞行速度刚好等于月球给予嫦娥四号的引力是绕月线速度时,嫦娥四号才会被月球引力俘获。


之后嫦娥四号再慢慢降轨,逐步接近月球表面。下一步才是软着陆。

其实主要是奔月轨道校正,减速制动,降轨,软着陆耗费了绝大部分时间。

要是直线飞行月球的话,也就一下午得时间就到了。


科学认识论


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。

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。

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。

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。

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。


火星一号


因为月亮离我们真的很远。

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。

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。

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。

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。



三思逍遥


嫦娥四号为什么要在太空中飞行27天那么久才到月球?

据公开报道的资料嫦娥四号需要自12月8日凌晨2:23发射后,需要将近27天的时间才能最终到达艾肯特盘地,这对大家都比较熟悉的阿波罗登月只用了三天就到达月球实在有些漫长,但阿波罗载人且登陆正面....我们来看看为何要27天才能到达月球?

在讨论这个问题之前,我们先来看看嫦娥三号是如何登陆月球的,因为嫦娥四号是三号的备份星,尽管载荷有所不同但结构一致发射火箭一致的情况下有极大的参考价值!

嫦娥三号是2013年的12月2日1:30发射,也是在凌晨!

12月6日时即已经进入100KM环月轨道

12月10日变轨进入远月点100KM,近月点15KM的椭圆轨道

12月14日21:11分嫦娥三号在月面软着陆成功!

从发射开始到降落,嫦娥三号大约用了半个月时间!但由于探月轨道的性质,发射时间随月球位置而定的,如下图所示!

从我国境内想月球发射探测器走的是一条追赶月球的轨道,由于当前火箭推力以及比冲的局限性(从节省燃料、增大载荷考虑),都会选择一条最经济的轨道前往月球,因此这个时机是不多的,理论最经济的轨道窗口一年只有一次,而且会随时间推移时间上会有一些前后差异!

但是非常抱歉,这条轨道尽管前往月球是最经济的线路,但此时却是前往月球正面的,因为到达时候月球的正面刚好是白天,而嫦娥四号打算降落的位置却是晚上!

由于地月系的潮汐锁定,导致月球的围绕地球公转过程中,半圈是白天,半圈是黑夜,那么月球公转一圈是多久呢?27.3天,因此月球上大概13.6天是白天,13.6天是黑夜,这样对吗?

理论上是对的,但却没有考虑地球在太阳轨道上的位置,因此真正的月球白天+黑夜是29.53059天,这和30天一个月已经非常接近了,所以我们说半个月白天半个月黑夜没毛病!

因此嫦娥四号与嫦娥三号一样,到达月球100KM的环绕轨道时间并不久,5天左右即可到达,再几天调整进入15KM近月点的登月轨道也就3-4天时间,但此时月球背面已经接近黑夜,降落就要摸黑工作,尽管嫦娥四号载有同位素电池,但那只是辅助保温使用,真正的工作展开和月球车四处溜达,需要太阳光的支持!!参考嫦娥三号12天降落+接近15天等待,几乎就是27天!等待是最折磨人的,但只能静静的等待!

嫦娥四号组合体的太阳能电池

嫦娥四号月球车的太阳能电池!

因此阳光在探月过程中非常关键,我们要确保在冯·卡门撞击坑降落时是艾肯特盘地的清晨,保证以最大的白天时间来开展第一次月面探索工作!!

因此尽管嫦娥四号要不了几天就已经到达月球,但却只能在近月轨道上一圈圈的绕行,等到艾肯特盘地天亮了才能降落月球!


星辰大海路上的种花家



嫦娥四号作为嫦娥三号的备份星,在嫦娥三号任务成功后就担任了登陆月球背面的使命,今天凌晨两点二十三发射的嫦娥四号是人类历史上第一颗着陆月球背面的探测器,嫦娥四号将为我国的月球事业做出重大贡献。

虽然月球是距离地球最近的天体,平均距离只有38万公里,但是航天器登陆月球并不是简简单单的飞到月球然后降落就行了,而是需要进行复杂的变轨和时间调整,从而保证合理利用每一份燃料和每一秒时间。


嫦娥四号的月面活动主要能源是太阳能电池板,因而必须要在月球背面朝向太阳的时候才能降落,而月球的自转周期是28天,所以嫦娥四号必须要不断调整轨道并且等待月球背面的白天。

嫦娥四号的奔月轨道要比嫦娥三号长一点,中间要经历绕地球飞行的停泊轨道,前往月球的过渡轨道以及绕月球公转轨道,最后才是下降到月球背面。

以上这些变轨都是需要很长时间来进行的,这是充分考虑到时间和燃料等因素的结果,各方面原因综合起来就使得嫦娥四号的登月之旅长达近一个月。



其实归根结底还是因为人类的科学技术太过于落后,不得不慢慢的靠变轨来登陆月球,相信几十年之后,当我国建立自己的月球基地之后,往返月球的时间肯定会大大缩短。


宇宙探索未解之迷


嫦娥四号于12月8日凌晨发射升空。现已踏上飞往月球背面的征程。目前经过几天的飞行,于12日的16:42左右进行近月制动,受月球引力影响,被月球引力所捕获,进入了绕月轨道。接下来二十几天的时间里,作为月球的卫星,选择合适机会实现软着陆,首次实现人类历史上对月球背面的探索。



通过上图我们发现,要经过6个阶段,火箭发射——近月制动——绕月飞行——环月降轨——落月——着陆器月球车分离。按计划1月3、4号着陆。为什么要等待这个时间呢?原因有二个方面。

1,设备调试准备,月球背面接收不到来自地球的信号,需要第三方中继,目前使用了鹊桥卫星,这个过程需要测试,确保顺利通过。

2,选择月球背面白天着陆,而且太阳高度角高,辐射能量集中的时间段,便于太阳能电池板发出更多的电。供设备使用。


如上图,红色方框内是月球背面的白天,从我们地球上看月相变化,应是在下弦月——新月——上弦月之间,这个白天就是朔望月周期29.5天一半,15天左右。而新月时间是农历腊月初一,下弦月是月球背面由夜间向白天转换的临界点,相当于我们地球上日出。今天是农历初七,目前月球背面还是黑夜,还要等半个月时间才能迎来日出。嫦娥四号计划1月3、4号着陆。农历日期是二十八、九,相当于我们地球上午11点左右,那时可谓是如日中天,艳阳高照,阳光灿烂。这可是一个石破天惊的日子,必将载入人类历史史册,实现我国几代人的航天梦想。

27天的航行,更多的时间是等待和设备调试,随着科学技术的发展,装备的设计完善,登月时间会越来越短。坐地日行八万里,巡天遥看一千河,宇宙存知己,天涯若比邻。海上生明月,天涯共此时。古人的美好愿望就在我们眼前,愿您向天再借五百年,与日争辉,与月相伴。谢谢大家,欢迎点赞,评论,转发。


苏老师的户外课堂


这就是天体物理学的范畴了。看过模拟的星系运行动画吗?

我们过去在书籍里看到的太阳系图,就是一个平面的圆形,从里到外挨次序排列着太阳,金星,水星,地球,木星等等,其实不是这样的。现在的电脑动画制作,已经能够十分清晰地显示出来。

太阳在茫茫宇宙傲游着,地球等这些行星则追随着它,环绕着它。因此,各行星之间的距离是瞬息变化着的。

人类要想飞出地球,飞向太空,首先必须要计算出到达目的地的最合理经济的运行軌道。《超级计算机的诞生,首先是因为宇航事业的迫切需要,至于将超算用于模拟气象模式、模拟核试验则是后来第二步的事了。如果计算时间太慢,延误了发射窗口时间点,整个宇航计划行程则毫无意义了。》

所谓发射窗口,就是指本次宇航火箭的发射时间,一定要在几月几号甚至几点!因为只有在这发射场、这时间点,火箭发射的宇宙飞船才能够用最佳的軌道角度,最少的加减速次数,(每一次加减速、变軌、都意味着要消耗宝贵的能源燃料!)最佳的借用其它行星引力的程度,安全经济地到达目标处着陆或者围绕考察。《飞船的燃料载荷重量是必须包括在地面火箭发射承载能力之内的,不可能要带多少就带多少,所以我一直说经济经济。就是这个重要原因。》

宇宙航行可不是地球上的越洋飞行,目的机场就等在那儿!都是在相对运动軌道上飞驰的星体。

当然,到月球的航程要稍微轻松一点,毕竟它是地球的卫星,基本上与地球同步。但仍然不是38万公里的直线飞行。月亮的軌道也并不是飞船每一分钟都能轻而易举地接近的。同地球一样,与黄道有一定的夹角。这就需要经过精确地计算,在什么时间点,需要绕行几圈才能最轻松地进入月球引力范围,接近到预定的月面登陆点。而且这次嫦娥四号是要做人类破天荒的第一次在月背登陆,其难度可想而知。

所以说,嫦娥四号到达月球的时间,不是简单地将38万公里除以飞船速度再除以24小时!

以上是我尽量地用通俗的语言解释了一下问题,希望能帮助到您对宇宙飞行有一个大概了解。

让我们在新年里祝嫦娥四号顺利着陆!








手机用户崔永方


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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