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中美登月,三天就能飞到月球,为何韩国日本的探测器要跑几个月?

 天地任逍遥耶 2022-12-25 发布于湖北

都说2022年是探月大年,很多国家在年初的时候都展示了自己要在今年探月、登月的雄心壮志,可如今已是年末了,距离2023年只差一周时间,真正完成自己目标的只有韩国和日本,它们的“赏月”号探月器和“白兔”-R M1登月器,一个已经抵达月球轨道,另一个则正在路上。

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韩国赏月号探测器

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赏月号真图

即便是韩国和日本,它们的探月器、登月器也不是自己发射的,而是搭乘美国私人航天公司SpaceX的“猎鹰”9复用火箭。值得一提的是,从地球到月球约38万公里的路程,中美一个来回也才一个多星期,而韩国和日本单程却要走几个月,其中韩国的“赏月”号探月器今年8月4日发射,12月17日才入轨,前后历时134天。而日本的“白兔”-R M1今年12月11日发射,预计要用4到5个月时间飞往月球,2023年4月底才能在月球表面着陆,这是为什么呢?

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日本Ispace公司的“白兔”-R M1登月器

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“白兔”-R M1真图

根本原因在于地月转移轨道的选择不同,从地球到月球,虽然同样都是38万多公里,但地球转移轨道却有几条,其中中美包括苏联走的是霍曼转移轨道,中途只经过两次变轨,就直接将飞船和探测器送到月球轨道,可谓是“一箭直达”。

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霍曼转移轨道

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而韩国和日本乘坐的“猎鹰”9号火箭,走的是弹道式月球转移轨道,先从地球飞到拉格朗日L1点,再从L1点在地球引力作用下返回,最后才插入环月轨道,最远飞到了距离地球150万公里的地方,需要的时间自然就会多很多。

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韩国月球探测器的轨道

为什么韩国和日本要选择这条“曲线救国”的路线,是不是被导航APP坑了?有人说这是日韩使用的“猎鹰”9火箭推力小,迫不得已才这样选择的。实际上,“猎鹰”9的推力虽然无法和土星5、长征五号相提并论,但它也能将大约4吨的载荷送去火星,而“赏月”号发射重量只有678千克,“白兔”-R M1也只有1.05吨,“猎鹰”9运载火箭带着它们去月球是绰绰有余,显然不是火箭推力的问题。

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猎鹰9的能力没问题

实际上,日韩探月器、登月器飞往月球的路之所以这么绕,主要是以下三点原因。首先,它们没有深空探测网,SpaceX公司也没有,虽然它们都可以借助NASA的帮助,解决这个问题,但是月球探测器的发射是个严格的轨道交会问题,需要精确的轨道计算,日韩数学不好,算不了,只能放宽冗余度,在一个更大的范围内碰运气,韩国倒是给这个弹道式轨道取了一个好听的名字,叫做“巨大蝴蝶结形轨道”。

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韩国这个深空探测雷达还是从我国进口的

其次,火箭的推力够,但是探月器和登月器的推力不够,比如韩国的“赏月”号发射重量678千克,但是携带的推进剂只有128千克。在整个奔月和绕月过程中,除了火箭上面级的助力之外,还需要探月器自己变轨和机动,完全不够用,因此只能选择最节省能量的弹道式轨道,以保留更多的推进剂,提高探月器的寿命。

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韩国还想载人登月

第三,则涉及到一个主权问题,“赏月”号和“白兔”-R M1虽然是韩国日本的,但发射之后,第一要务是完成美国的目标。比如“赏月”号按照韩国的需求,原先准备飞300×100公里的椭圆月球轨道,奔月时间只要1个月,这样可以展现韩国的“民族自尊心”。

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赏月号原先计划走的轨道

但最终却改为100X100公里的近圆轨道和4个半月的旅程,原因是探测器上搭载了NASA的阴影摄像机,以便拍摄“阿尔忒弥斯”登月计划的宇航员潜在的着陆点。如果轨道高度在300公里,拍出来的照片清晰度不够,因此在NASA的利益面前,韩国的“民族自尊心”一文不值,日韩不仅在地球上要听美国的,在太空中也要“为他人做嫁衣”,可悲。

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NASA装赏月号上的阴影摄影机

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