天天看點

21嫦娥六号返航器為啥燒壞?有農民設計返航方案稱可避免待求證

作者:共核慣量守恒定律

引言:

2024年6月25日嫦娥六号攜帶月背面土壤歸來,自然可喜可賀。

但攜帶月壤的返航器表面燒得面目全非,傷痕累累,而且是打了水漂後才進入大氣層,否則燒得更難看,甚至可能燒毀。

21嫦娥六号返航器為啥燒壞?有農民設計返航方案稱可避免待求證

這裡存在兩個缺陷:一是動力輸出技術限制,無法實作有效減速;二是軌道計算與操作錯誤。

到目前為止,人類發射衛星的方法依然停留在牛頓炮彈理念中,顯得原始、落後與野蠻。

那麼怎樣才能避免被燒壞呢?

月球返航器需要經曆月球獨立共核系到地月共核系的變換,涉及到引力逃逸與引力捕捉,需要對引力分界線和軌道變換中的變速值計算。

這一點,僅僅利用經典實體學幾乎是無法實作的,是以也就無法确定月球和地球引力作用點和變軌速度值。

因為沒有完整的理論指導,操控人通常采用模糊取值和試探調整,這樣,探月返航器不可避免硬性穿越大氣層,自然會被燒壞,如果是載人返航,這是非常危險而不可取的。

而利用共核慣量守恒定律,對于這幾點計算将變得非常簡易,這對衛星發射、星際探測、太空旅遊及返航具有深遠的意義。

是以請國家航天局采用共核慣量守恒定律來計算,這将確定登月探測器返航完好無損。

21.1 地月引力分界線的計算與意義

請讀者關注翻看前述的第20節内容,了解共核慣量守恒定律及推導的五個基本計算式,然後對地月引力分界線進行計算。

圖表(21-1-1)計算了地月引力分界線遠/近兩個點的相關參數如下:

21嫦娥六号返航器為啥燒壞?有農民設計返航方案稱可避免待求證

(21-1-1)

計算方法很簡單,就是:

地月引力分界線任意軌迹點分别到地心和月心的距離比等于共核常量比。即:

21嫦娥六号返航器為啥燒壞?有農民設計返航方案稱可避免待求證

(21.1.1)

這樣容易計算出:地月引力分界線近地點與月心距離是4418km,與地心距離是358,900km,遠地點請檢視上表(21-1-1)。

地月引力分界線的重要意義在于:這是共核系變換的軌迹線,按照經典實體學的說法就是:這是判斷登月探測器是受月球引力,還是受地球引力作用的分界線。

地月引力分界線上幾個重要特征:

引力分界線分别相對月心和地心是最遠的慣性公轉軌道,是共核動量最大值的位置點集合;

同時相對月心和地心的公轉速度相等,但共核動量不等,共核常量分别等于月球獨立共核系或地月共核系。

從地球出發的品質物體越過引力分界線後進入月球獨立共核系,将受到月球引力作用,反過來,受到地球的引力作用。

20.2 嫦娥6号探測器返航為啥會被燒壞?

嫦娥6号探測器攜帶月壤返航,最先在月球近軌道繞月公轉,若其離月面高度是100km,則月心距離是1838km,是以繞月軌道的公轉速度是:

21嫦娥六号返航器為啥燒壞?有農民設計返航方案稱可避免待求證

(21.2.1)

那麼該公轉軌道的離心逃逸速度(廣義月球第二宇宙速度)是:

21嫦娥六号返航器為啥燒壞?有農民設計返航方案稱可避免待求證

(21.2.2)

設月球探測器在該軌道加速,以相對月心的離心速度2.31km逃逸月球,當抵達地月引分界線時月遠點/近點的離心速度分别是:

21嫦娥六号返航器為啥燒壞?有農民設計返航方案稱可避免待求證

(21.2.3)

當探月器以此速度逃逸月球越過地月引力分界線,進入地球并被地球引力捕捉,根據共核系變換原理,在引力捕捉前後共核動量守恒,則有共核動量守恒方程:

21嫦娥六号返航器為啥燒壞?有農民設計返航方案稱可避免待求證

(21.2.4)

第一項是相對月心的地月分界線上的共核動量,第二項是相對地心的地月引力分界線共核動量。

設返航器從地月引力分界線的近月點加速,此時以相對月心大于1.053km/s的繞行速度越過地月引力分界線,并繞行地心實作地球引力捕捉,則根據共核動量守恒,那麼該速度相對地心的繞行速度就是:

21嫦娥六号返航器為啥燒壞?有農民設計返航方案稱可避免待求證

(21.2.5)

由于是加速逃逸地月引力分界線,是以實際速度将大于此值。

現在計算該速度相對地心的共核動量值:

21嫦娥六号返航器為啥燒壞?有農民設計返航方案稱可避免待求證

(21.2.6)

檢視圖表(20-2-1),對照地月系各個位置點的共核動量值和其它參數。

顯然,返航器越過地月引力分界線後的共核動量值遠低于地面赤道位置的近地衛星共核動量,是以返航器必然穿越大氣層,硬着陸到地面。

21嫦娥六号返航器為啥燒壞?有農民設計返航方案稱可避免待求證

(21-2-1)

根據共核常量方程可以計算出其落地速度,即:

21嫦娥六号返航器為啥燒壞?有農民設計返航方案稱可避免待求證

(21.2.7)

變形代入表中數值,可計算得到返航器落地的理論速度:

21嫦娥六号返航器為啥燒壞?有農民設計返航方案稱可避免待求證

(21.2.8)

若加上初始點速度12.96m/s,落地速度将超過11.3km/s,當然,大氣層阻擋摩擦後會使速度降下來,但落入大氣層時速度也接近11km/s,如此高速必與大氣摩擦生熱産生高溫,自然會燒壞返航器。

20.3 怎樣才能讓返航器不燒壞呢?

目前世界各國返航器為了防止與大氣摩擦高溫破壞,主要方法是:

動力降速:但由于返航器燃料不足,動力偏小,利用反推減速有諸多困難,特别是抵到大氣層上空時,由于速度太快,通過返航器自身動力反推降速效果不明顯。

滑漂大氣層:俗稱打水漂,在進入大氣層時改變航向彈漂大氣層,再二次落入大氣層,達到降速降溫的目的,但操作難度大,有偏離和逃逸風險,效果也不是特别明顯。

降落傘降速:操作時間緊迫,降落傘難打開、易損壞,且高速中減速效果有限。

總之,這些方法不能達到根本目的,隻是起到緩沖作用,例如嫦娥6号打了水漂後溫度仍接近2600多度,燒壞很明顯。

如何從根本上解決問題呢?

要完全解決這個問題,需要在返航器越過地月引力分界線時,事先計算好返航器軌道,實作在大氣層外圈繞地公轉,然後再通過減速變換軌道,以低速穿過大氣層,這樣才能完全避免返航器與大氣摩擦高溫燒壞。

根據共核動量守恒,讓返航器在地月引力分界線上加速繞行地心,實作地球引力捕捉,讓返航器在地月引力分界線上的共核動量等于離地500km的大氣層外圈的共核動量,這樣有共核動量方程:

21嫦娥六号返航器為啥燒壞?有農民設計返航方案稱可避免待求證

(21.3.1)

檢視(20-2-1)地月系相關參數表,代入數值可以計算得到返航器在越過地月引力分界線後的近地點的繞行速度,即:

21嫦娥六号返航器為啥燒壞?有農民設計返航方案稱可避免待求證

(21.3.2)

遠地點速度可以同樣方法計算得到。

這表示,當月球返航器在越過地月引力分界線以後,通過加速繞行地心到145.8m/s後關閉動力,使得其共核動量等于大氣層外圈的共核動量。

在關閉動力後,期間無需任何操作,返航器将作倒錐形自由螺線下降運動,到達離地500km的大氣層外圈上空後,将自動在距地面500k(近地點)的軌道上作慣性公轉。

當返航器在大氣層外圈公轉軌道上公轉時,再實施降速,讓返航器慢速沉降穿過大氣層,進而有效避免與大氣層高速摩擦生熱,實作返航器安全着地。

在地月引力分界線上加速到145.8km/s,對動力和燃料要求都不高,很容易實作;而到了大氣層外圈,完全可以緩慢減速來實作返航艙慢速下沉穿過大氣層,這時候再通過降落傘減速,可以更好的操作着陸位置。

繼續閱讀