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航天強(qiáng)國(guó)韓國(guó)也要“探月”了！2022年8月5日，韓國(guó)月球軌道器“賞月”(Danuri)搭乘“獵鷹9”火箭從美國(guó)佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角航天中心發(fā)射升空，開(kāi)啟它的環(huán)月之旅，屆時(shí)韓國(guó)將成為全球第7個(gè)擁有月球探測(cè)器的國(guó)家。如果一切順利，“賞月”將在12月16日（世界時(shí)）到達(dá)月球軌道，前后歷時(shí)達(dá)134天。

韓國(guó)“賞月”軌道器想象圖

有朋友表示好奇：記得我們的嫦娥5號(hào)月球著陸器是2020年11月24號(hào)發(fā)射，28號(hào)就進(jìn)入了環(huán)月軌道飛行，總共只用時(shí)不到5天；同樣是從地球飛到月球，為什么韓國(guó)的探測(cè)器竟需要4個(gè)半月？它到底是怎么飛的？

獵鷹9號(hào)是許多航天迷心中的“夢(mèng)想火箭”，它運(yùn)力強(qiáng)大，能將8.3噸的有效載荷推到地球同步軌道，它還可以“回收重復(fù)使用”。當(dāng)然了，獵鷹9號(hào)在回收一級(jí)火箭時(shí)的GTO載荷只有5.8噸。

相比之下，發(fā)射“嫦娥五號(hào)”月球探測(cè)器的長(zhǎng)征五號(hào)火箭GTO運(yùn)載能力達(dá)14噸，它不能回收，一些網(wǎng)友對(duì)此耿耿于懷。

獵鷹9火箭發(fā)射“賞月”軌道器

但一個(gè)有趣的現(xiàn)象是：韓國(guó)“賞月”號(hào)軌道器總發(fā)射質(zhì)量?jī)H678千克，嫦娥五號(hào)重達(dá)8.2噸，是前者的12倍！為什么“大馬拉小車”的獵鷹9火箭竟要花134天才把“賞月”送到月球？

從SpaceX公司發(fā)布的獵鷹9號(hào)火箭數(shù)據(jù)看，它能將大約4噸的載荷送去火星，按理說(shuō)發(fā)射一個(gè)幾百千克的探測(cè)器去月球應(yīng)該綽綽有余。但“賞月”號(hào)升空后卻走了一條非常奇怪的“8”字形路徑，它最遠(yuǎn)竟飛到了距離地球150萬(wàn)公里的地方，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了地球到月球38萬(wàn)公里的距離：

“賞月”在太空兜了個(gè)“8”字形的大圈

為什么“賞月”號(hào)要舍近求遠(yuǎn)多飛幾百萬(wàn)公里，為此多耗100多天？既然美國(guó)獵鷹9火箭動(dòng)力充沛，直接送它去月球不香嗎？抑或“賞月”除了賞月之外還有別的探測(cè)任務(wù)？

包括中國(guó)嫦娥四號(hào)、嫦娥五號(hào)、美國(guó)月球勘測(cè)軌道器（LRO）以及阿波羅飛船在內(nèi)，許多月球發(fā)射任務(wù)都采用“一箭直達(dá)”的方式：用火箭將探測(cè)器直接推送到月球，然后由探測(cè)器開(kāi)啟發(fā)動(dòng)機(jī)減速，被月球引力捕獲，再繞著月球飛行，這種地月轉(zhuǎn)移軌道被稱為“霍曼軌道”。

美國(guó)LRO用時(shí)5天插入月球軌道

“霍曼軌道”的好處顯而易見(jiàn)：速度最快，用時(shí)最短。特別對(duì)于載人登月而言，時(shí)間更是寶貴，宇航員在太空多呆一天就多一天的消耗，也多一分風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)它對(duì)飛船的要求也更高：我們需要更強(qiáng)大的飛船發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)進(jìn)行軌道機(jī)動(dòng)，要攜帶更多推進(jìn)劑，探測(cè)器因此更大更重；需要更精確的軌道計(jì)算和測(cè)控，發(fā)射窗口也得精確到秒，機(jī)會(huì)稍縱即逝。

韓國(guó)顯然不具備這些技術(shù)?！百p月”號(hào)總重678千克，干重（不包含推進(jìn)劑的質(zhì)量）550千克（其中有效載荷質(zhì)量?jī)H40千克），也就是說(shuō)它僅攜帶了128千克的燃料。這些燃料需要用來(lái)進(jìn)行多次變軌，還得支持其長(zhǎng)時(shí)間的繞月軌道機(jī)動(dòng)。采用“彈道式入軌”，以時(shí)間來(lái)?yè)Q取低能量軌道轉(zhuǎn)移（LET），是不得已而為之的做法。

走彈道式地月轉(zhuǎn)移軌道需要數(shù)月時(shí)間

獵鷹9號(hào)火箭推力強(qiáng)大，它能給“賞月”一個(gè)很快的初速度，使它飛到距離地球約150萬(wàn)公里遠(yuǎn)的“地日拉格朗日L1點(diǎn)”附近，然后在地球的引力作用下，“賞月”開(kāi)始往回走、向著月球的方向運(yùn)動(dòng)，最終與月球軌道重合，并被月球引力捕獲。

這樣做的好處除了節(jié)省飛船自身的燃料外，還可以“擴(kuò)大”發(fā)射窗口，不需要像嫦娥五號(hào)那樣把發(fā)射時(shí)間“卡到秒”?！皬椀朗饺胲墶奔夹g(shù)含量更低，更保險(xiǎn)。

印度“月船2號(hào)”依靠地球重力一點(diǎn)點(diǎn)加速

與韓國(guó)借用獵鷹9號(hào)火箭發(fā)射不同，航天強(qiáng)國(guó)印度面臨的卻是另一個(gè)難題——火箭推力不足。

2019年7月22日，印度用GSLV Mark III-M1火箭發(fā)射“月船2號(hào)”，火箭推著飛船繞地球兜兜轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)N多圈，利用地球重力一點(diǎn)一點(diǎn)地加速，最后花了29天時(shí)間才把“月船”送達(dá)環(huán)月軌道，比韓國(guó)快100多天。

“月船2號(hào)”著陸器“維克拉姆”最終以零件形式登陸月球，取得了95%的成功。

印度演示月球飛船

“道路千萬(wàn)條，安全第一條”，向月球發(fā)射探測(cè)器不僅需要強(qiáng)大而穩(wěn)定的火箭，需要有強(qiáng)大而穩(wěn)定的飛船，還需要有極精確的遙測(cè)和遙控技術(shù)加持。

火箭強(qiáng)勁、飛船動(dòng)力不足，就得兜兜轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，花大量時(shí)間來(lái)彌補(bǔ)；若火箭不行，也需要耗費(fèi)許多時(shí)間一點(diǎn)點(diǎn)變軌，才能把飛船送到位。只有各方面的技術(shù)都到位了，才能飛出完美的霍曼轉(zhuǎn)移軌道，用最短的時(shí)間將探測(cè)器送到月球。

航天強(qiáng)國(guó)講的是科學(xué)，單靠吹肯定是不夠的。

參考資料及圖片來(lái)源：

快懂百科：嫦娥五號(hào)探測(cè)器，長(zhǎng)征五號(hào)系列運(yùn)載火箭

維基百科：Ballistic capture，Trans-lunar injection，獵鷹9，獵鷹9發(fā)射列表，Danuri，Chandrayaan-2，

今日宇宙：“韓國(guó)的第一個(gè)月球軌道任務(wù)正在進(jìn)行中”