嫦娥四號為什麼要在太空中飛行27天那麼久才到月球?

一枚遊戲科幻迷


在關於嫦娥四號的前期報道中,其實我們已經得知,她的這次空間飛行任務分為2個部分,一是繞月軌道飛行,一個是月球背面的科研探測。題目所說的27天,其實就是繞月軌道飛行的過程。

具體而言,嫦娥四號的繞月軌道遠日點為42萬公里,按飛行順序來分又能區分為“繞地飛行停泊軌道”,“奔月過渡軌道”,“月球衛星軌道”,完成了這三個階段的太空機動之後,嫦娥四號才會進入在月面著陸前的下降段,最後實現月面軟著陸,開始月面的天文、物理、化學和生物學等多項研究。

大家都知道,上一次搭載玉兔的嫦娥三號航天器的繞月軌道遠日點行程是38萬公里,這次是42萬公里。為什麼會多出4萬公里呢?因為上一次是在月球正面軟著陸,這一次是在背面,一正一背就差了4萬公里。不過,這4萬公里的距離,對於空間技術相對成熟的中國而言並非難題,就像是開汽車錯過最短距離轉彎路口,換成在下一個路口再轉是一個美日。

在這42萬公里的行程中,嫦娥四號還要按需調整飛行速度和軌道機動參數,而且在接近月球的過程中,也不是完全意義上的走道,還會有相應的科研測試項目,也就是說,嫦娥在太空的每一步,都不會白走。嫦娥四號在月球背面軟著陸也有專門的程序控制,控制指令由先期發射的“鵲橋”號中繼衛星中轉,並保證著陸時間是在月球背面的太陽光照時段,便於以月球車展開工作。


軍林天下


其實嫦娥四號完全不用飛行那麼長的時間,地球與月球的平均距離大約是40多萬公里!2006年使用Atlas V 551火箭發射的“新視野號”探測器,只用了不到9個小時的時間就穿過了月球軌道,同樣的距離阿波羅登月飛船用力3天!這是因為的發射速度是人類有史以來最快的,發射後就具備59384公里\\小時的速度。

(新視野號飛行軌跡)

這個速度不經過任何引力彈弓加速的情況下,只用了13個月就略過了木星軌道!又是同樣的距離伽利略號探測器卻用了4年!可見發射速度的重要性。新視野號經過這個太陽系第一大行星加速之後,又用了9年的時間終於抵達太陽系邊緣冥王星軌道,而它的前輩旅行者號整整用了41年走完這個距離。

(看得出來這27天內嫦娥四號飛船繞地球和月球好多圈)

旅行者號用了木星、土星兩次引力彈弓效應來加速,但是飛行速度還是比不上新視野號,在起跑線上就輸給了後者,這是決定它的星際旅程漫長的主要原因!我們的嫦娥四號探測器發射速度還不得而知,但是根據這27天的地月軌道機動時間不難斷定,我們的發射火箭能提供的速度並不高。


利刃軍事


題主問的很有道理。按照常理,地球和月球並不遠,光一秒多就到了,即便嫦娥四號飛得再慢,也是宇宙探測器,也不至於27天才到。

地月平均距離38萬公里,其飛出地球時的速度接近第二宇宙速度,也就是大於7.9km/s小於11.2km/s。

按照保守計算,直線飛行月球也就七個半小時。怎麼南轅北轍地飛行了27天!


其實嫦娥四號飛行並不是直線,而是走地月轉移軌道。

在這個軌道上大約110小時,期間還需要軌道校正。靠近月球的話必須減速制動才能被月球引力俘獲。

那為什麼要近月制動呢?

我們知道,地球質量比月球大的多,其逃逸速度才是11.2km/s,這就意味著嫦娥四號速度接近這一數值。而月球的逃逸速度才2.4km/s。嫦娥四號的速度如果不減速,早就飛離月球了。只有減速到其飛行速度剛好等於月球給予嫦娥四號的引力是繞月線速度時,嫦娥四號才會被月球引力俘獲。



之後嫦娥四號再慢慢降軌,逐步接近月球表面。下一步才是軟著陸。

其實主要是奔月軌道校正,減速制動,降軌,軟著陸耗費了絕大部分時間。

要是直線飛行月球的話,也就一下午得時間就到了。


科學認識論


嫦娥四號的登月之旅並非一蹴而就,前期需要做好充分的準備才能實施登月任務。從發射到最終登陸月球表面,嫦娥四號期間還需經過三大步驟,這就使它在太空中要飛行大約27天的時間。

第一步,地月轉移。火箭經過一千多秒的時間把嫦娥四號送入地月轉移軌道,這是一條近地點為200公里、遠地點為42萬公里的環繞地球橢圓軌道,嫦娥四號目前正在沿著這條軌道奔赴月球。經過4天的時間,嫦娥四號將會飛到地月轉移軌道的遠端,那時它將距離地球42萬公里。

第二步,近月制動。在嫦娥四號抵達地月轉移軌道的遠端之後,需要通過反推火箭給探測器減速。經過恰到好處的制動之後,嫦娥四號才能順利被月球的引力捕獲,從而以一個軌道高度為100公里的圓形軌道繞月飛行。

第三步,環月飛行。接下來的二十幾天,嫦娥四號會一直繞著月球飛行。在此期間,嫦娥四號會適時變軌進入近月面只有15公里的橢圓軌道。與此同時,嫦娥四號還會與在軌多時的鵲橋號中繼衛星進行通信連接,為最終著陸做好準備。

由於進行第一次近月制動時還是月球背面的黑夜,而月球的自轉週期大約為27.3天,所以嫦娥四號將要等上很長一段時間才能再次迎來月球背面的白天。選擇在月球背面的上午著陸,這樣嫦娥四號才能利用太陽能在月表開展各項工作。


火星一號


因為月亮離我們真的很遠。

圖示:嫦娥四號,於12月8日2時23分,順利升空。踏上登陸月球背面的征程。它將代表人類首次登陸月球背面。它將在12日的16:42左右進行近月制動並進入月球軌道。所以,並不需要飛27天才能到達月球,只不過要降落到月球背面需要等待合適的時機,在這段時間內,它將繞月飛行。


古人說月上柳梢頭,人約黃昏後。但古人可萬萬想不到,月亮離大地的距離會遙遠到一光秒多,即光都需要走一秒多鍾才能到達。月地距離隨著月亮的運動,會有較大變化,最近時距離地球36.3萬公里,最遠時則為40.6萬公里,平均距離為38.4萬公里,這是因為月亮圍繞地球的軌道是一個橢圓形的軌道。

其次,嫦娥四號不是要撞向月球,而是要成為月球的衛星,然後再進行軟著陸,這讓它的速度也不能太快,否則將從月亮身邊飛掠而過,一去不回頭。

這張圖總結了嫦娥一二三號抵達月球軌道的時間。可以發現嫦娥二號和三號的抵達時間一致,並且比一號快了不少。

嫦娥一號到達月球軌道,花了大約十二天

嫦娥二號和三號到達月球軌道,則只花了大約五天時間。

但與嫦娥三號不同,這次奔月路,比“嫦娥三號”時的三十八萬公里多了四萬公里,多了10.5%,但並不需要消耗更多時間,因為這次的發射火箭不一樣。


27天中包含了繞月飛行的14~15天。

大多數時間其實是用在繞月飛行,等待著陸區的天亮!

和地球不同,地球的自轉週期是24小時一圈,所以地球的每個面都會在24小時的時間裡,經歷一次白天一次黑夜。但是月亮的自轉速度很慢,它要地球時的28天才自轉一週,而嫦娥四號到達月球時,正是月球背面進入黑夜的時刻,因此,它需要繞月飛行大約半個月的時間,才能再次等到月球背面太陽昇起的時刻。

圖示:月亮上的日出想象圖。


那為啥不選一個白天到達的時間發射呢?

因為,這事兒由不得我們。基於探月軌道的特殊性,從我國領土往月球飛,並不是每天都能飛的,如果錯開這次窗口12月8日-9日這兩天,就得等明年的合適時間才能再發射了。再說,這樣也不是沒有好處,這可以讓我國航天工程師們,有充足的時間,測試當嫦娥四號繞到月球背面後,是否能與鵲橋通訊衛星之間實現信號傳輸,並和地球取得聯繫。



三思逍遙


嫦娥四號為什麼要在太空中飛行27天那麼久才到月球?

據公開報道的資料嫦娥四號需要自12月8日凌晨2:23發射後,需要將近27天的時間才能最終到達艾肯特盤地,這對大家都比較熟悉的阿波羅登月只用了三天就到達月球實在有些漫長,但阿波羅載人且登陸正面....我們來看看為何要27天才能到達月球?

在討論這個問題之前,我們先來看看嫦娥三號是如何登陸月球的,因為嫦娥四號是三號的備份星,儘管載荷有所不同但結構一致發射火箭一致的情況下有極大的參考價值!

嫦娥三號是2013年的12月2日1:30發射,也是在凌晨!

12月6日時即已經進入100KM環月軌道

12月10日變軌進入遠月點100KM,近月點15KM的橢圓軌道

12月14日21:11分嫦娥三號在月面軟著陸成功!

從發射開始到降落,嫦娥三號大約用了半個月時間!但由於探月軌道的性質,發射時間隨月球位置而定的,如下圖所示!

從我國境內想月球發射探測器走的是一條追趕月球的軌道,由於當前火箭推力以及比衝的侷限性(從節省燃料、增大載荷考慮),都會選擇一條最經濟的軌道前往月球,因此這個時機是不多的,理論最經濟的軌道窗口一年只有一次,而且會隨時間推移時間上會有一些前後差異!

但是非常抱歉,這條軌道盡管前往月球是最經濟的線路,但此時卻是前往月球正面的,因為到達時候月球的正面剛好是白天,而嫦娥四號打算降落的位置卻是晚上!

由於地月系的潮汐鎖定,導致月球的圍繞地球公轉過程中,半圈是白天,半圈是黑夜,那麼月球公轉一圈是多久呢?27.3天,因此月球上大概13.6天是白天,13.6天是黑夜,這樣對嗎?

理論上是對的,但卻沒有考慮地球在太陽軌道上的位置,因此真正的月球白天+黑夜是29.53059天,這和30天一個月已經非常接近了,所以我們說半個月白天半個月黑夜沒毛病!

因此嫦娥四號與嫦娥三號一樣,到達月球100KM的環繞軌道時間並不久,5天左右即可到達,再幾天調整進入15KM近月點的登月軌道也就3-4天時間,但此時月球背面已經接近黑夜,降落就要摸黑工作,儘管嫦娥四號載有同位素電池,但那只是輔助保溫使用,真正的工作展開和月球車四處溜達,需要太陽光的支持!!參考嫦娥三號12天降落+接近15天等待,幾乎就是27天!等待是最折磨人的,但只能靜靜的等待!

嫦娥四號組合體的太陽能電池

嫦娥四號月球車的太陽能電池!

因此陽光在探月過程中非常關鍵,我們要確保在馮·卡門撞擊坑降落時是艾肯特盤地的清晨,保證以最大的白天時間來開展第一次月面探索工作!!

因此儘管嫦娥四號要不了幾天就已經到達月球,但卻只能在近月軌道上一圈圈的繞行,等到艾肯特盤地天亮了才能降落月球!


星辰大海路上的種花家


中國嫦娥四號探月器在8日凌晨已成功發射,進入遠地點42萬公里,近地點200公里的軌道,大約要27天后進入降落程序。在近月點開始實施制動,進入100公里環月軌道。

據航天集團設計師介紹:探測器成為月球的衛星,然後再著陸到月球。跟月球有個交會的過程,機會短暫又唯一。因為與月球交會時,從兩條路過來的兩個物體,只有在這時做相對應的減速,兩物體才能成為一體。


嫦娥四號在8日凌晨兩點半,跨越萬里來到月球后,嫦娥四號不能著急著陸,它繞月飛行的時間比嫦娥三號要多十幾天(27天)。為什麼呢?

據報道,經精準計算後,嫦娥四號定在月球背面的上午著陸。工作人員在第一次近月制動後,軌道面到著陸區上方時,正好是著陸區晚上。而為了探測器落一到月球上就有充分的太陽光能,以便展開工作,就需要在月球白天著陸,由於月球的自轉週期剛好是28天。也就是說在月球上的一天,相當於地球上的一個月,所以月球黑夜繞月飛行的嫦娥四號探測器,就要等上大約半個月才能讓它趕在月球的白天實施著陸。

嫦娥四號升空時間和著陸時間都經過精確的計算和設計,以保證這次月背軟著陸圓滿成功。


弄潮科學


今天凌晨2:23嫦娥四號發射成功,不久後就成功進入地月轉移軌道,完成了登月的第一步,開始了向月球飛行的旅程,但要需要27天才會軟著陸月球。

探測器登月自然不像開汽車那樣直來直去,在地球上發射將嫦娥四號推入了遠地點42萬公里的地月轉移軌道,這個軌道可比地球和月球之間的距離還大,距離又這麼遠,自然不可能著陸。在軌道上,嫦娥四號需要經過不斷地調整飛行速度等運行參數,使嫦娥四號不斷地接近月球,直到降低到合適高度,調整好參數後,在合適的時機啟動軟著陸程序,由於是在月球背面登陸,就需要先期發射的鵲橋號中繼衛星中轉地球信號並不斷修正軌道。

而這個調整階段是27天,快一點其實也可以,但是那樣的話需要探測器攜帶更多的燃料,對發射和過程中軌道調整的要求也高一些,嫦娥四號進入月球100公里軌道需要兩週左右的調整,但入軌後是月球夜晚,需要等到白天登陸,大約又是半個月,加起來小一個月時間。嫦娥四號與嫦娥三號一樣,採用登陸器和巡視車兩部分,到達月球后,登陸器將巡視車釋放出來,對月球背面的馮卡門隕石坑展開巡視探測。

登陸器也攜帶著一個特殊的“箱子”,裝著探頭和幾種植物種子,用於試驗地球生物在月球人造環境中的生長試驗,鵲橋號和嫦娥四號都帶有低頻射線探測儀,可以在月球背面環境捕捉更弱的信號,在月背進行深空探測試驗,探討將來人類在月球背面建觀測基地的可能性。


來看世界呀


其實不是嫦娥四號要飛27天才能到,而是起飛和27天才能著陸。

這是因為嫦娥四號要登陸月球背面,釋放玉兔二號月球車進行月面探測,需要太陽提高照明和太陽能電池的電能,這樣可以節省所同位素電池的消耗,可持續工作更長的時間。

而嫦娥四號的發射日期是12月8日,農曆初二,當它到達月球附近時,已經接近農曆十五,農曆十五月球正面是白天,而月球背面則是晚上,也就是說,當嫦娥四號到達月球附近時,月球背面的著陸地點的白天已經是晚上了。


為了著陸後釋放月球車後就能獲得充足的太陽光來給月球車提供電能,計劃選擇了著陸地陽光充足的早上進行著陸。計劃著陸地點是馮·卡門撞擊坑,位於月球的東經173°-179°,南緯43°-47°之間。


而月球的經緯度是以正對地球面的中心為0點的。


也就是說它幾乎在月球的正背面。來張背面圖看看具體位置吧。

所以它的早上也就要到大約27天后了。


星宇飄零2099


這就是天體物理學的範疇了。看過模擬的星系運行動畫嗎?

我們過去在書籍裡看到的太陽系圖,就是一個平面的圓形,從裡到外挨次序排列著太陽,金星,水星,地球,木星等等,其實不是這樣的。現在的電腦動畫製作,已經能夠十分清晰地顯示出來。

太陽在茫茫宇宙傲遊著,地球等這些行星則追隨著它,環繞著它。因此,各行星之間的距離是瞬息變化著的。

人類要想飛出地球,飛向太空,首先必須要計算出到達目的地的最合理經濟的運行軌道。《超級計算機的誕生,首先是因為宇航事業的迫切需要,至於將超算用於模擬氣象模式、模擬核試驗則是後來第二步的事了。如果計算時間太慢,延誤了發射窗口時間點,整個宇航計劃行程則毫無意義了。》

所謂發射窗口,就是指本次宇航火箭的發射時間,一定要在幾月幾號甚至幾點!因為只有在這發射場、這時間點,火箭發射的宇宙飛船才能夠用最佳的軌道角度,最少的加減速次數,(每一次加減速、變軌、都意味著要消耗寶貴的能源燃料!)最佳的借用其它行星引力的程度,安全經濟地到達目標處著陸或者圍繞考察。《飛船的燃料載荷重量是必須包括在地面火箭發射承載能力之內的,不可能要帶多少就帶多少,所以我一直說經濟經濟。就是這個重要原因。》

宇宙航行可不是地球上的越洋飛行,目的機場就等在那兒!都是在相對運動軌道上飛馳的星體。

當然,到月球的航程要稍微輕鬆一點,畢竟它是地球的衛星,基本上與地球同步。但仍然不是38萬公里的直線飛行。月亮的軌道也並不是飛船每一分鐘都能輕而易舉地接近的。同地球一樣,與黃道有一定的夾角。這就需要經過精確地計算,在什麼時間點,需要繞行幾圈才能最輕鬆地進入月球引力範圍,接近到預定的月面登陸點。而且這次嫦娥四號是要做人類破天荒的第一次在月背登陸,其難度可想而知。

所以說,嫦娥四號到達月球的時間,不是簡單地將38萬公里除以飛船速度再除以24小時!

以上是我儘量地用通俗的語言解釋了一下問題,希望能幫助到您對宇宙飛行有一個大概瞭解。

讓我們在新年裡祝嫦娥四號順利著陸!








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