不被科學就看好的月船3號果然出問題了,失敗原因竟是

2023-07-25 03:07:10 字數 2898 閱讀 5773

第一宇宙速度v1=√gm/r=7.9千公尺/秒,第二宇宙速度v2=√2v1=11.2千公尺/秒。月船3號做幾次軌道抬公升(或者以後的繞月期間的降低軌道高度進行“剎車”降速)其根本目的是要獲取理想的“速度”。

要使物體繞地球做圓周運動,其速度必須達到7.9千公尺/秒(這是第一宇宙速度);要使物體擺脫地球引力作用,其速度必須達到11.2千公尺/秒(第二宇宙速度);要使物體擺脫太陽引力作用,飛出太陽系,其速度必須16.7千公尺/秒(第三宇宙速度)。可見“速度”對飛船的作用不言而喻。

當地時間2023年7月14日14時35分,印度在其東海岸斯里哈里科塔用lvm3巨型火箭成功將chandrayaab-3(月船3號)月球探測器送入繞地球橢圓形軌道,為此,印度全國上下歡騰起來了,有一些印度人還為此高呼:“印度是世界第一,作為印度人我們感到自豪感到驕傲,我們要讓中國羨慕,我們要讓中國知道我們真正的實力……等等”,火箭還沒發射公升空,印度人民的驕傲和自滿已經飛上了天空。

可是就在火箭剛發射不久,美國深空測控系統就測出月船3號“射偏了”,說句實話,與其說月球3號“射偏了”,還不如說“射軟了”。其屬於“射箭無力”的症狀,月船3號存在明顯的“射不遠”現象。根據月船3號的軌道設定,其遠地點預定軌道高度為36500千公尺,近地點預定軌道為170千公尺;而月船3號遠地點實際軌道高度為36306千公尺,比預定軌道高度少了194千公尺,近地點實際軌道高度為138千公尺,比預定軌道高度少了32千公尺。出這種“么蛾子”問題的根本原因是火箭推力不足,速度不夠快導致的,該火箭雖然總推力不小,但日自身重量也很大,推重比不大,可謂小馬拉大車,很“吃力”。

既然是軌道高度不夠,速度太慢,那就調整唄,沒錯,理論上是可以調整的,所以月船3號也在做軌道抬公升行動。可是調整是需要時間的、需要動力的、需要燃料的。月船3號有充足的時間做調整嗎?推力足夠嗎?燃料足夠嗎?

在這裡我們要普及一下,飛船在圍繞地球軌道(也叫調相軌道)做抬公升軌道高度,其實質是在給飛船做加速處理,使飛船在地球近地點獲得足夠的“速度”,從而擺脫地球引力進入“地月軌道”,而當飛船進入地月軌道的月球上空時,就要做降速處理,否則飛船又要往地球方向飛了,讓飛船降低軌道後圍繞月球做軌道運動,進行幾次降速幾變軌後軌道越來越低,最終飛船降落月球。

根據印度空間研究組織(isro)對月船3號“登月”的行動計畫,月船3號總共要進行10變軌,前5次變軌是繞地球做抬高軌道的“加速”處理,而後5次變軌是繞月的“降速”處理,這是印度空間研究組織(isro)的計畫。可是月船3號出師不利,火箭一開始發射就“軟了”。

火箭發射“軟了”就帶來很多麻煩問題,甚至是決定月船3號命運的問題。

第一,既然一開始就說明火箭推力不足,或者說火箭推力也很大,但火箭其自身重量過大或者月船3號太重,其推重比不大,既然在地面發射就推力不夠,在太空中推力就能行嗎?而且印度用的是美國的測量系統,能靠譜嗎?

第二,火箭沒有將月船3號送到預定軌道(軌道高度明顯低了),軌道高度不一樣,飛船的運動週期也不一樣(軌道高度越低,其運動週期就越小,反之就越大),既然週期不一樣(也就是說時間不一樣了)。那麼問題來了,由於一開始就軌道低了,週期為短了,也就是說月船3號提前完成了並進入了地月軌道,可是此時月亮還沒有到指定的位置。月船3號不可能像在地面開車那樣還能停下來等。在三維空間裡,相對運動的物體,只要存在時間差,那差之毫釐失之千里,失之交臂是必然的事。所謂視窗期被錯過。

第三,由於火箭沒能將月船3號送去預定軌道而需要在太空做更多的姿態調整,而做任何調整都需要耗費燃料的,月船3號提前消耗不少燃料,月船3號配備多少冗餘的燃料,夠印度印度空間研究組織(isro)這麼玩嗎?

四、火箭推力足夠嗎?每次變軌都需要有足夠的動力,而該火箭一開始就“射軟了”,能指望其在太空提供多大的動力對月船3號進行加速調整不太現實。

五,該火箭能在月球軌道上對月船3號進行減速“剎車”嗎,答案是否定的,根據火箭推力,月船3號的質量,以及在軌速度,想要讓其停下來並非易事。根據我國嫦娥一號探測器在繞月著陸前的速度為1.8千公尺/秒。

根據動量定理ft=mv,對於月船3號來說,其著陸月球前的速度應與嫦娥相差無幾,而其攜帶4臺推力為800牛發動機,總推力為3200牛,總重量為3900千克,代入公式ft=mv得出,計算得出時間t=2193.75秒,也就是說用3200牛的力作用於重量為3900千克的物體上,使其從1.8千公尺/秒的速度降為零,需要施加2193.75秒的時間,2193.75秒差不多就是37分鐘的時間。而月船3攜帶的發動機能工作這麼長時間嗎?燃料夠嗎?不能,根本不能。

綜上所述,根據動量定理不難看出,要麼發動機推力大一點,要麼發動機持續工作時間長一點都能達到其目的。可是從發動機實際推力大小,以及發動機持續工作時間不夠長,配備的燃料等都不能給月船3號提供絕對的保障。這是不被全球科學家看好的月船3號失敗的原因,更是月船3號硬著陸月球的根本原因,等燃料消耗完後月船3號只能“砸”向月球,所以月船3號注定要變成月球的一顆流星。

但話又說回來,月船3號從發射公升空起,印度科學家已經總結出了很多有價值的經驗資料,至少在軌道調整等方面經過月船三次操作後,以後他們更胸有成竹。得心應手,而有一次硬著陸月球,她們又積累了一次經驗教訓,為以後的成功打下堅實的基礎。從某種意義上來說,即便月船3號砸向月球,印度也算是成功的。

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