嫦娥四号为什么要在太空中飞行27天那么久才到月球?

一枚游戏科幻迷


今天凌晨2:23嫦娥四号发射成功,不久后就成功进入地月转移轨道,完成了登月的第一步,开始了向月球飞行的旅程,但要需要27天才会软着陆月球。

探测器登月自然不像开汽车那样直来直去,在地球上发射将嫦娥四号推入了远地点42万公里的地月转移轨道,这个轨道可比地球和月球之间的距离还大,距离又这么远,自然不可能着陆。在轨道上,嫦娥四号需要经过不断地调整飞行速度等运行参数,使嫦娥四号不断地接近月球,直到降低到合适高度,调整好参数后,在合适的时机启动软着陆程序,由于是在月球背面登陆,就需要先期发射的鹊桥号中继卫星中转地球信号并不断修正轨道。

而这个调整阶段是27天,快一点其实也可以,但是那样的话需要探测器携带更多的燃料,对发射和过程中轨道调整的要求也高一些,嫦娥四号进入月球100公里轨道需要两周左右的调整,但入轨后是月球夜晚,需要等到白天登陆,大约又是半个月,加起来小一个月时间。嫦娥四号与嫦娥三号一样,采用登陆器和巡视车两部分,到达月球后,登陆器将巡视车释放出来,对月球背面的冯卡门陨石坑展开巡视探测。

登陆器也携带着一个特殊的“箱子”,装着探头和几种植物种子,用于试验地球生物在月球人造环境中的生长试验,鹊桥号和嫦娥四号都带有低频射线探测仪,可以在月球背面环境捕捉更弱的信号,在月背进行深空探测试验,探讨将来人类在月球背面建观测基地的可能性。


来看世界呀


嫦娥四号的登月之旅并非一蹴而就,前期需要做好充分的准备才能实施登月任务。从发射到最终登陆月球表面,嫦娥四号期间还需经过三大步骤,这就使它在太空中要飞行大约27天的时间。

第一步,地月转移。火箭经过一千多秒的时间把嫦娥四号送入地月转移轨道,这是一条近地点为200公里、远地点为42万公里的环绕地球椭圆轨道,嫦娥四号目前正在沿着这条轨道奔赴月球。经过4天的时间,嫦娥四号将会飞到地月转移轨道的远端,那时它将距离地球42万公里。

第二步,近月制动。在嫦娥四号抵达地月转移轨道的远端之后,需要通过反推火箭给探测器减速。经过恰到好处的制动之后,嫦娥四号才能顺利被月球的引力捕获,从而以一个轨道高度为100公里的圆形轨道绕月飞行。

第三步,环月飞行。接下来的二十几天,嫦娥四号会一直绕着月球飞行。在此期间,嫦娥四号会适时变轨进入近月面只有15公里的椭圆轨道。与此同时,嫦娥四号还会与在轨多时的鹊桥号中继卫星进行通信连接,为最终着陆做好准备。

由于进行第一次近月制动时还是月球背面的黑夜,而月球的自转周期大约为27.3天,所以嫦娥四号将要等上很长一段时间才能再次迎来月球背面的白天。选择在月球背面的上午着陆,这样嫦娥四号才能利用太阳能在月表开展各项工作。


火星一号


其实嫦娥四号完全不用飞行那么长的时间,地球与月球的平均距离大约是40多万公里!2006年使用Atlas V 551火箭发射的“新视野号”探测器,只用了不到9个小时的时间就穿过了月球轨道,同样的距离阿波罗登月飞船用力3天!这是因为的发射速度是人类有史以来最快的,发射后就具备59384公里\\小时的速度。

(新视野号飞行轨迹)

这个速度不经过任何引力弹弓加速的情况下,只用了13个月就略过了木星轨道!又是同样的距离伽利略号探测器却用了4年!可见发射速度的重要性。新视野号经过这个太阳系第一大行星加速之后,又用了9年的时间终于抵达太阳系边缘冥王星轨道,而它的前辈旅行者号整整用了41年走完这个距离。

(看得出来这27天内嫦娥四号飞船绕地球和月球好多圈)

旅行者号用了木星、土星两次引力弹弓效应来加速,但是飞行速度还是比不上新视野号,在起跑线上就输给了后者,这是决定它的星际旅程漫长的主要原因!我们的嫦娥四号探测器发射速度还不得而知,但是根据这27天的地月轨道机动时间不难断定,我们的发射火箭能提供的速度并不高。


利刃军事


中国嫦娥四号探月器在8日凌晨已成功发射,进入远地点42万公里,近地点200公里的轨道,大约要27天后进入降落程序。在近月点开始实施制动,进入100公里环月轨道。


据航天集团设计师介绍:探测器成为月球的卫星,然后再着陆到月球。跟月球有个交会的过程,机会短暂又唯一。因为与月球交会时,从两条路过来的两个物体,只有在这时做相对应的减速,两物体才能成为一体。

嫦娥四号在8日凌晨两点半,跨越万里来到月球后,嫦娥四号不能着急着陆,它绕月飞行的时间比嫦娥三号要多十几天(27天)。为什么呢?

据报道,经精准计算后,嫦娥四号定在月球背面的上午着陆。工作人员在第一次近月制动后,轨道面到着陆区上方时,正好是着陆区晚上。而为了探测器落一到月球上就有充分的太阳光能,以便展开工作,就需要在月球白天着陆,由于月球的自转周期刚好是28天。也就是说在月球上的一天,相当于地球上的一个月,所以月球黑夜绕月飞行的嫦娥四号探测器,就要等上大约半个月才能让它赶在月球的白天实施着陆。

嫦娥四号升空时间和着陆时间都经过精确的计算和设计,以保证这次月背软着陆圆满成功。


弄潮科学


嫦娥四号探测器今日凌晨成功发射,预计将会30天后在月球背面实现软着陆。地月距离大约是38万公里,嫦娥四号奔月过程并不是简单的从A点到B点的过程。

其实无论是发射时间还是登月时间都是精确到分秒的。中间要考虑很多的问题,例如着陆的时间要选在月球的白天,这样可以保证充足的太阳光照用以月球车工作。我们知道月球的自转周期大约是28天,而嫦娥四号进入绕月轨道是月球的黑天,所以需要不断的轨道调整大约需要半个月的时间到白天才可实现着陆。

嫦娥三号的奔月轨道远日点达到38万公里,而嫦娥四号的奔月轨道远日点达到了42万公里,相对来说嫦娥四号要走一条较远的奔月路线,这条轨道按飞行顺序分为绕地飞行的停泊轨道,飞向月球的过渡轨道,绕月飞行的月球卫星轨道和在月面降落的下降着陆段。


这个过程是不断加速,变轨,制动减速,再综合考虑登月时间(白天)最终精确计算出的奔月轨道,最大程度利用引力作用减少燃料消耗,再严谨一点可能多一分钟少一分钟都不行。


以上是我的简单回答,这里是科学黑洞,感谢你们的关注与点评。


科学黑洞


在关于嫦娥四号的前期报道中,其实我们已经得知,她的这次空间飞行任务分为2个部分,一是绕月轨道飞行,一个是月球背面的科研探测。题目所说的27天,其实就是绕月轨道飞行的过程。

具体而言,嫦娥四号的绕月轨道远日点为42万公里,按飞行顺序来分又能区分为“绕地飞行停泊轨道”,“奔月过渡轨道”,“月球卫星轨道”,完成了这三个阶段的太空机动之后,嫦娥四号才会进入在月面着陆前的下降段,最后实现月面软着陆,开始月面的天文、物理、化学和生物学等多项研究。

大家都知道,上一次搭载玉兔的嫦娥三号航天器的绕月轨道远日点行程是38万公里,这次是42万公里。为什么会多出4万公里呢?因为上一次是在月球正面软着陆,这一次是在背面,一正一背就差了4万公里。不过,这4万公里的距离,对于空间技术相对成熟的中国而言并非难题,就像是开汽车错过最短距离转弯路口,换成在下一个路口再转是一个美日。

在这42万公里的行程中,嫦娥四号还要按需调整飞行速度和轨道机动参数,而且在接近月球的过程中,也不是完全意义上的走道,还会有相应的科研测试项目,也就是说,嫦娥在太空的每一步,都不会白走。嫦娥四号在月球背面软着陆也有专门的程序控制,控制指令由先期发射的“鹊桥”号中继卫星中转,并保证着陆时间是在月球背面的太阳光照时段,便于以月球车展开工作。


军林天下



嫦娥四号作为嫦娥三号的备份星,在嫦娥三号任务成功后就担任了登陆月球背面的使命,今天凌晨两点二十三发射的嫦娥四号是人类历史上第一颗着陆月球背面的探测器,嫦娥四号将为我国的月球事业做出重大贡献。

虽然月球是距离地球最近的天体,平均距离只有38万公里,但是航天器登陆月球并不是简简单单的飞到月球然后降落就行了,而是需要进行复杂的变轨和时间调整,从而保证合理利用每一份燃料和每一秒时间。


嫦娥四号的月面活动主要能源是太阳能电池板,因而必须要在月球背面朝向太阳的时候才能降落,而月球的自转周期是28天,所以嫦娥四号必须要不断调整轨道并且等待月球背面的白天。

嫦娥四号的奔月轨道要比嫦娥三号长一点,中间要经历绕地球飞行的停泊轨道,前往月球的过渡轨道以及绕月球公转轨道,最后才是下降到月球背面。

以上这些变轨都是需要很长时间来进行的,这是充分考虑到时间和燃料等因素的结果,各方面原因综合起来就使得嫦娥四号的登月之旅长达近一个月。



其实归根结底还是因为人类的科学技术太过于落后,不得不慢慢的靠变轨来登陆月球,相信几十年之后,当我国建立自己的月球基地之后,往返月球的时间肯定会大大缩短。


宇宙探索未解之迷


答:我国嫦娥四号总设计师孙泽洲,在央视第四套节目中解释过这个问题,原因和月球公转时间有关(为了让嫦娥四号在月球白天登陆),也为嫦娥四号在月球轨道提供足够时间实施变轨工作。


月相知识

要解答这个问题,我们先来了解一点必要的天文知识:

(1)月球始终一面朝着地球,月球公转周期等于自转周期,一个周期是27.32天;

(2)月球跟着地球绕着太阳旋转,于是月相周期滞后于月球公转周期;

(3)月相周期是29.5天(既阴历的一个月),导致月球上的一个白天或者一个夜晚,就是地球的14.75天;

(4)农历月初,从新月开始,历经上弦月、满月、下弦月;2018年12月8日是冬月初二,月相处于新月到上弦月的过渡;

以上就是月相知识,我们知道,月球距离地球38万公里,而一般宇宙飞船从地球出发,大概一周左右就能到达月球。


需要在月球的白天登陆

嫦娥四号的能源供给方式,主要是太阳能发电和同位素温差发电(核电池),月球白天温度可达150℃,夜晚温度会下降到-170℃,夜晚时同位素热源会给设备加热,以保证设备的正常运行。

据我国嫦娥四号总设计师孙泽洲说,为了保证嫦娥四号登月后就能得到充分的太阳光能,以便探测器展开工作,就需要选在月球背面的白天着陆。


嫦娥四号日程推算

然后我们来估算一下,嫦娥四号的日程时间:

(1)12月8日发射时,此时月球背面正好完全处于白天;

(2)12月15日左右到达月球,此时月球背面有一半处于白天,另外一半处于黑夜,而且月球背面即将全部变为黑夜;

(3)12月22日左右,月球绕到地球阴影一面(满月),此时月球背面完全黑暗下来;

(4)2019年1月6日左右,月球背面重新转变为白天;

于是,根据嫦娥四号的登陆位置(艾特肯盆地的冯卡门撞击坑),科学家们会选择在适当时候进行登月;艾伯菌预计在2019年1月3日~1月9日之间。


另外,嫦娥四号到达月球附近后,还需要绕月飞行20天左右,在这段时间里,嫦娥四号也有充分的时间进行变轨调整,使得自身处于最佳的降落轨道。


好啦!我的答案就到这里,喜欢我们答案的读者朋友,记得点击关注我们——艾伯史密斯!


艾伯史密斯


这就是天体物理学的范畴了。看过模拟的星系运行动画吗?

我们过去在书籍里看到的太阳系图,就是一个平面的圆形,从里到外挨次序排列着太阳,金星,水星,地球,木星等等,其实不是这样的。现在的电脑动画制作,已经能够十分清晰地显示出来。

太阳在茫茫宇宙傲游着,地球等这些行星则追随着它,环绕着它。因此,各行星之间的距离是瞬息变化着的。

人类要想飞出地球,飞向太空,首先必须要计算出到达目的地的最合理经济的运行軌道。《超级计算机的诞生,首先是因为宇航事业的迫切需要,至于将超算用于模拟气象模式、模拟核试验则是后来第二步的事了。如果计算时间太慢,延误了发射窗口时间点,整个宇航计划行程则毫无意义了。》

所谓发射窗口,就是指本次宇航火箭的发射时间,一定要在几月几号甚至几点!因为只有在这发射场、这时间点,火箭发射的宇宙飞船才能够用最佳的軌道角度,最少的加减速次数,(每一次加减速、变軌、都意味着要消耗宝贵的能源燃料!)最佳的借用其它行星引力的程度,安全经济地到达目标处着陆或者围绕考察。《飞船的燃料载荷重量是必须包括在地面火箭发射承载能力之内的,不可能要带多少就带多少,所以我一直说经济经济。就是这个重要原因。》

宇宙航行可不是地球上的越洋飞行,目的机场就等在那儿!都是在相对运动軌道上飞驰的星体。

当然,到月球的航程要稍微轻松一点,毕竟它是地球的卫星,基本上与地球同步。但仍然不是38万公里的直线飞行。月亮的軌道也并不是飞船每一分钟都能轻而易举地接近的。同地球一样,与黄道有一定的夹角。这就需要经过精确地计算,在什么时间点,需要绕行几圈才能最轻松地进入月球引力范围,接近到预定的月面登陆点。而且这次嫦娥四号是要做人类破天荒的第一次在月背登陆,其难度可想而知。

所以说,嫦娥四号到达月球的时间,不是简单地将38万公里除以飞船速度再除以24小时!

以上是我尽量地用通俗的语言解释了一下问题,希望能帮助到您对宇宙飞行有一个大概了解。

让我们在新年里祝嫦娥四号顺利着陆!








手机用户崔永方


2018年12月8日2点23分,嫦娥四号在西昌卫星发射中心成功发射,将于27天太空飞行之后着陆于月球背面,开启了新一轮的探月之旅。虽说嫦娥四号是嫦娥三号的备份卫星,但这次嫦娥四号科学意义和嫦娥三号截然不同,嫦娥四号将尝试人类首次登陆月球背面的壮举,对月球背面进行一些列科学和工程研究。



很多人可能有点疑惑,不是说发射成功了吗?为何嫦娥四号还要经过27天太空飞行才能够登月呢?

其实,登陆月球看似简单,但真正实施起来过程是非常复杂的,特别是登月轨道的和登月时间的选择,都是需要经过大量的计算才能够得出的。而登月的路线已不是一个直线,是分步骤分阶段一点一点地飞往月球,然后再调整轨道降落在背面。下面是一张常用的登月轨道模拟图:

从途中我们可以看出,嫦娥四号发射后并不是立马奔向月球的,而是先绕地球几圈,等到得到的速度足够大,再利用地球的引力弹弓效应进入奔月轨道,向月球飞去。等到了月球的引力范围后,嫦娥四号还需要再次降低自己的速度和高度,保证能够安全登陆月球,这中间就要花费不少的时间。

另外一方面,月球自转一次需要28天,也就是说,月球的一个昼夜要28天时间。而目前月球背面处于黑夜,所以嫦娥四号还需要等到月球背面刚好时候白天的时候才能够登月。因为嫦娥四号在月球夜晚不仅获取不到太阳光,而且温度还极低,会极大增加登月风险。



图:嫦娥四号登月过程总结图

所以,零零总总的时间算下来,嫦娥四号得在太空中飞行27天才能够得到一个极佳的登月时间,实现月球背面软着陆。


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