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月球上沒有火箭和發射基地,嫦娥五號怎樣離開月球和返回地球?

“嫦娥五號”的地月之旅,代表著人類世界的最高科學成就,這也是人類文明44年來首次重返月球獲取月壤,對人類探索宇宙深空有著無與倫比的重大意義。

深空中的嫦娥五號

為確保此次行動的成功,我國航天科學界為此奮鬥了15年,研製出當前世界最先進的火箭之一——長征五號大推力重型火箭。
長征五號全高約57米,最大直徑5米,這意味著長征五號有20層樓高,其腰身粗細約等於一套80平米的小戶型,只有如此龐然大物,才能將小小的“嫦娥五號”登月艙送到月球。

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長征五號

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那麼問題來了,月球上並沒有大型發射基地以及新的“長征五號”運載火箭,“嫦娥五號”要怎樣才能從月球上起飛,返回地球呢?
個中奧妙,就在於地球引力和月球引力的不同。
地球的體積是月球的49倍,人造航天器要脫離地球引力需要達到11.2千米/秒的第二宇宙速度,而脫離月球引力,只需達到月球第二宇宙速度2.38千米/秒即可。

地球和月球組成的“地月系統”

地月二者的第二宇宙速度雖然僅相差4.7倍,但航天器脫離月球引力所需的發動機推力,其難度下降了何止百倍。
並且從月球上發射升空,還可以借助地月系統中的地球引力,所以航天器要真正脫離月球引力,只需達到1.8千米/秒的速度就行。
不僅如此,嫦娥五號在返回時,還會將著陸器留在月球以減輕發射重量,真正升空的,只有裝著2公斤月壤的上升器。

上升器升空

上升器體積小,重量輕,速度也僅需要達到1.8千米/秒,這些有利條件累積下,上升器就不再需要大型火箭助推及發射基地,直接發射升空即可。
上升器脫離月球引力後,會在月球軌道進行繞月運動,這時留在環月軌道上的返回器將自動與上升器對接,月壤也將轉移到返回器內,然後返回器點火,歸航地球。
將來的載人登月也是同樣模式。

嫦娥五號降落月球

所以這次嫦娥五號登月採樣,實際上是未來載人登月的一次技術驗證和預演,嫦娥五號整個採樣過程,本質上就是一次小型的載人登月行動,這也是為何整個人類世界都極其關注嫦娥五號的根本原因之一。
載人登月相對容易些,真正麻煩的是未來載人登陸火星。
火星直徑約為地球的一半,質量為地球的11%,因此火星的逃逸速度高達5.02千米/秒,由於火星還有濃厚的大氣層,航天器脫離火星時,還會遇到大氣阻力。
所以載人登火艙要從火星升空,就得像地球一樣建立火箭發射器,最差也得造一個簡易的才行。當然,如果僅僅是火星採樣就不必這麼麻煩。

落日下的火星地表

2019年年底,美國NASA便制定了一項火星採樣計畫,預計耗資70億美元,目標是在2028年從火星上採集600克土壤樣本送回地球。
這個計畫進行得如何,目前還不清楚,不過按美國國內目前的形勢,說不定已經暫停了。
美國人要怎麼做我們管不著,十年內實現中國自己的載人登月,才是我們真正需要關心的大事。
這個世界的國與國之間,終究還是要靠硬實力說話。
文/夢醒錦官城

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