03.03 为啥不能直接飞到月球?而需要环绕变轨?

离枢


好吧,再给你演示一遍吧。

首先我们从地球发射,进入近地轨道环绕。

然后在此处加速,增加远地点高度,直到轨道接近月球。


利用月球引力减速,然后飞船减速进入绕月轨道。

继续减速在月球着陆。

返回时从月球起飞只需小号很少的燃料。所以月球是一个理想的太空中转站,将来会成为人类探索太空的新起点。从月球起飞,在表面很近就可以进入环绕月球轨道。然后在月背加速,提高轨道高度,靠近地球。

接近地球利用地球引力减速,并且自身也开启火箭发动机减速,准备再入。

这就是整个轨道以及各个主要节点的思路。


蛋科夫斯基


为啥不能直接飞到月球?而需要环绕变轨?

如果我们未来能发展出一种比冲堪比霍尔电推发动机,推重比超过100的火箭发动机的话(当然没有人用这种方式来标识火箭的参数,一般也就推力:**吨 循环方式:**循环 比冲:**S 干质量:**吨 这样的方式)大可不必如此操作,直接飞出大气层,然后进入月球后直接降落减速,完全么有问题!

嫦娥一号的飞行轨道示意图,为什么要一圈圈绕上去,完全是因为发动机的推力不够,用霍曼转移轨道一圈圈磨蹭,当年印度的火星探测器曼加里安转了半个多月才离开地球前往火星。进入目标轨道前,还需要引力弹弓来减速,以节省减速燃料消耗!

引力弹弓减速

从地球前往火星的探测器的轨迹也是绕了大半个太阳系,所以才会有如此复杂的轨道计算,如果未来发动机够NB了的话,计算就简单多了,如果10分钟到月球,几小时到火星的话,根本不用计算轨道和导航,目视直接出发前往月球、火星,然后直接减速降落即可!


星辰大海路上的种花家


一、直接飞到月球是可以的,但是这样做需要耗费更多的燃料。

地球一直在以29.8km/s的线速度、15°/h的角速度在自转,因为我们在地球上具有同样的速度,所以感觉不到。对于月球,其公转的角速度为 33′/h,即0.55°/h。



由此可以看出,地球自转速度是月球绕地球公转速度的27倍之多!如果地球上发射一颗月球探测器,由于惯性则此探测器自身就带有一个和地球自转一样的角速度。如此巨大的角速度,使探测器不得不呈现出一种螺旋式上升方式(椭圆轨道)。除非探测器使用反方向推力,降低自己的角速度和月球公转角速度一致,才能够和月球相对静止,然后直线飞过去。但是,这个过程需要探测器耗费巨量燃料降低角速度,并且还要探测器做足够的功才可以地球的引力势能,整个过程可以说是要耗费大量的燃料。



二、如果采取让探测器跟随地球自转的方式,就可以避免使用大量燃料:

月球公转很慢,几乎可以认为相对地球静止。探测器在围绕月球公转的时候,每次顺着地球公转方向只需要燃烧少许燃料,就可以使探测器获得更大的速度,做更大的椭圆轨道运动(下图)。当经过几次加速过程,探测器围绕地球转速已经够大了,这时候待探测器刚好转到地月背面时,只要再次少许加速一次,探测器就可以轻而易举地摆脱地球的引力势井,以一个更大椭圆的螺旋曲线奔向月球,然后到达月球时再减速就可以被月球的引力俘获从而围绕月球转。整个过程类似于一个引力弹弓,说白了就是探测器利用了地球自身的自转速度而已。


这种方式燃料耗费较少,只需要3次加速过程和减速过程。但是轨道的计算过程十分复杂,而直接飞就不用计算什么轨道,但是燃料耗费的却太多。以目前人类的探测器制造技术,还不能够携带较多的燃料,故而只能够采取第二种方式登月。


科学探秘频道


首先,你的想法确实是可以实现的,从地球赤道出发,两点一线,所耗费的时间和距离最少。

但是,你知道这样比环绕着陆耗费的燃料要多得多了。

先给你看嫦娥一号奔月的轨道示意图,嫦娥一号是在绕地3圈多之后才终于离开地球的怀抱,飞往月球。而在“登陆”(实际上是坠月)月球的过程,同样经历了3圈多的在轨运行。

嫦娥一号轨道示意图

阿波罗登月飞行轨迹

专业的术语和数据就不引用了,用人话来说,这样运用地球的引力加速,比人工的燃料加速要省力的多得很。

所谓的引力加速,又叫引力弹弓,就是利用行星的重力场来给太空探测船加速,将它甩向下一个目标,也就是把行星当作“引力助推器”。利用引力弹弓使我们能探测冥王星以内的所有行星,且能为人类节省大量的燃料。

还有一个原因,人类的探测器在飞出地球,在轨运行,进入月球轨道,月球着陆过程中,都需要相对漫长的时间,对飞行器上的所有器材进行细致的检查,毕竟稍有一点差池,一次探月任务就OVER了。

其三,月球虽然离我们很近,但是,我们对月球的了解还是有限的,所以,好近九牛二虎之力,发射一个航天器,就为了登陆月球,那未免有点奢侈了,很多飞行器在登陆之前,还会肩负很多在轨检测的任务,所以,这也是不选择直接降落的原因之一。

还有一点,在登月之前,目的地着陆点都是事先设定的,如果像你说的,直接着陆的话,那肯定做不到那么精确,在轨运行的好处就是可以不断的飞行器进行细微的矫正,从而让登月更加的顺利。

如上,希望你能满意!


科学重口味


最主要的原因是为了节省燃料,这样少用一点燃料,就少携带一些燃料,其实吧,最根本的原因就是推力不足,如果有科幻电影中那种级别的飞行器,需要啥子转移轨道、绕月轨道,直接看准月亮,用肉眼导航即可,然后,“油门”一踩,“推背”感极强,飞似的向月球冲去,然后直接减速,也不需要多么麻烦的制动,悬停降落在月球表面。

当然,这说的有可能是500年后的人类航天器技术,现在的话,只能这么做,先绕地球转几圈,获得了第二宇宙速度之后,进入月球转移轨道,即地月轨道,向月球进发,到了月球背面时,主火箭开始制动减速,使飞船进入月球环绕轨道,然后释放登月舱,宇航员开始登月活动。

当年的阿波罗11号登月活动就是如此,绕了地球一圈半,加速至接近第二宇宙速度,进入转移轨道,抵达月球背面,制动减速,进入环月轨道,开始登陆活动。

下图是当初嫦娥一号探月的轨道示意图:

由图可知,嫦娥一号在绕地球飞行时,共三次轨道机动,使轨道变得越来越椭圆,速度也越来越快,其实,也是借助了地球引力的因素,最终将嫦娥一号“甩”了出去。

抵达月球时,可见图中的绕月轨道正好与此前绕地轨道顺序相反,先是进入大椭圆轨道,然后慢慢的制动减速进入较小的绕月轨道,进行探测活动。

所以,发射月球探测卫星时,既要算好发射时间、发射角度,还要算好发射窗口期,因为,其中任何一个环节出现了误差,比如地球上天气出现了变化,都可能导致任务失败。

就和我之前说的那样,还是人类的技术太低,你看科幻电影中的飞船多么的厉害呀,直接一飞冲天,直奔月球,相信人类以后的科技会实现的。


科学船坞


答:从地球直飞月球距离和时间都可以是最短的,但是现在的人类科技不支持这种形式;另一方面即使拥有这样的技术,但是消耗的能量比变相飞向月球要多的多,如果有这样的空间去装载燃料,何不如多加点探测设备在上边。


虽然自古以来就有嫦娥奔月的故事,但是至少100年前,这些都还是奢望遥不可及。虽然现在各种卫星、探测器飞上了太空,但是这过程并没有我们想象中那么简单。要想把探测器送上天,当然质量越轻越好,但是发射一次又会消耗巨大的人力物力。所以每一次探测就需要做得更多,燃料等消耗品够量足以,尽可能的搭载上各种探测设施,整个系统的质量都会精之又精的计算。

通过运载火箭进入地球轨道,并且通过多次脱离加速,使绕行轨道接近月球。当速度超过第二宇宙速度,飞出地球通过月球的引力,进入月球的轨道,并减速探测器直到实现月球上的软着陆。这个过称中有诸多难点,什么时候加速加速到多少,都需要地面控制台的精确计算与指挥。

而像题主所说的直飞月球,一定会消耗出巨大的能量,运载火箭需要一直加速到第二宇宙速度才能飞出地球,并且这是要持续的消耗燃料施加能量,在找准月球方向的时候还需要减速缓冲。这个过程中除了硬件上的技术支持,还需考虑各种情况进行大量的计算,现在的技术根本控制不了。而通过变轨引力弹射原理进行发射探测器,多借助于引力的作用,会省很多的能量。并不是说能量消耗不起,而是带上天去的能量成本很大。


以上就是我的答案,想要拍砖的不要吝啬。


科学黑洞


我来回答一下这个问题,不足之处还请大家指正。

第一,发射探月飞船,火箭是目前唯一的运载工具。众所周知火箭在地球大气层内会消耗绝大部分燃料,飞出大气层把飞船送入预定轨道后运载火箭也就完成任务了,飞船后期轨道维持和变轨只需要很少的能量。那么我们为什么不能直飞月球呢?举一个简单的例子,一辆汽车爬山如果取最短路径直线到达山顶,为了克服上山阻力需要汽车发动机大功率持续输出。持续高功率输出汽车发动机是受不了的,盘山公路解决了这个问题。从山底到山顶总耗能量几乎相等,延长路径会降低发动机时时功率,使它可以保持在发动机可以忍受的范围内。火箭也是一样,不过它不仅考虑发动机输出功率的问题,还要考虑燃料分配问题。如果火箭和飞船平分燃料,就会降低火箭的有效载荷。绕地轨道,当飞船到达远地点后,飞船就会点火加速抬升轨道高度进入地月转移轨道。到达环月轨道后就要减速,以保证飞船能够被月球捕获。如果飞船质量过大,抬升轨道和减速进入环月轨道耗能就会增加。通过实践,环绕变轨比直飞更经济。

第二,测控要求。探月工程离不开航天测控,有效测控点越多,测控精度就越高。航天测控是一门复杂的工程,只有高精度的测控数据才能保证探月工程的顺利实施。比如前期的入轨精度,真可谓差之毫厘谬之千里。飞船进入环地轨道,离开远地点后,飞船发动机什么时候点火加速抬升轨道高度准备进入地月转移轨道,点火多长时间?脱离地月转移轨道进入环月轨道,调整飞船姿态减速,发动机何时点火,点火多长时间都需要测控部门的紧密配合,以便地面控制中心精准控制。如果直飞月球,测控点会减少很多,测控精度必然下降,地面控制中心很难控制飞船转轨和变轨精度。正是由于测控技术的限制,飞船在环月轨道停留的时间要比环地轨道停留的时间大很多。

第三,发射窗口。根据星球的不同轨道位置,发射窗口有短有长。探测火星工程的发射窗口要比探月工程发射窗口少的多,窗口期时长也更短。探月工程发射窗口比较多,有效窗口期也长。对于远距离探测任务,最佳发射窗口有可能长达几年,几十年一遇,窗口时长甚至会短到几秒。直飞探测虽然可以充分利用发射窗口,但是同时又会使发射窗口变窄。令人遗憾的是,现有的火箭和飞船制造技术有限,现有测控技术不能满足苛刻的发射窗口,所以航天科学家们往往望窗口兴叹,眼高手低绝对是不成的。

不足之处还望相关专业人士科普一下,在此万分感谢。


雨默天边


答案不是不行,而是不太经济,首先地球到月球的平均距离,大概有38万公里左右,如果是直线飞过去,当然是最快,也是最短的路线了,但现实当中是不能这么飞的,因为这样飞太耗燃料了,如果是载人登月的话,可能飞过去就耗尽燃料了,然后那些登陆月球的宇航员,只能有去无回,在月球上等死。

所以现代的太空飞船,都要尽可能的节省燃料,那么最好的办法,就是利用地球的引力,我们都知道某个物体离开地面,并且抵达一定的高度的时候,就会围绕地球旋转,不会再掉下来,那么太空飞船也是一样的,当它们达到一定的高度的时候,就会围绕地球进行旋转。

太空飞船在旋转的时候,需要慢慢从低轨道变轨到高轨道,在变轨的过程当中,飞船消耗的燃料其实非常的少,最起码比直接飞过去要少,所以虽然多花了点时间,但却节省了飞船的燃料,毕竟就现阶段而言,太空飞船携带的燃料是有限的,而人类的时间却是无限的。

最好还有一点,人类探索月球的目的,无非就是了解月球,然后获取更多的数据和资料,但这些都需要宇宙飞船来进行支持,而宇宙飞船携带的燃料毕竟是有限的,那么在有限的燃料下,我们必须发挥这些燃料的最大价值,那么既然可以利用地球的引力来节省燃料,人类自然不会犯傻,所以直线飞行是不现实的......


种植恒星


生活中的(小)例子:

(1)从重庆坐船去武汉,来到“长江三峡大坝”,由于大坝两侧的水位高低不同(落差百米)。故,船不能直航闯坝(后果严重),需进坝(升)降位,“同位航行”。

(2)阿Q是单身男人;祥林嫂是单身女人,男生追女生,无可厚非。错在阿Q见到祥林嫂开口说了一句话:“我想和你睡觉”!后果是相当的严重(你知道)。[ 成年人都知道:“门当户对” “体温相近”;预温前戏,两情相悦。]

在宇域众星中,“月球”和“地球”虽然位置相近,但“体量”不同,(产生的)“引力波”不同。故需要“多次变轨”才能“亲密接触”。否则,代价很大 (相当的大)。

万事『和合自然』,方能『百战不殆』。[中和悟道]。(网络图片)





中和先生326


不是不能,而是太不经济。火箭当然可以直接从地球飞向月球,然后着陆月球,而无需进行变轨。但这样做,需要火箭拥有强大的推力和足够多的燃料,而这是非常不经济的,所以太空飞船一般都是通过多次变换轨道来飞向月球。

在2007年,我国第一颗探月卫星——嫦娥一号在奔赴月球之前,先是环绕地球飞行不断调整轨道,然后使它飞入地月转移轨道,这是飞到月球所需能量最少的轨道。在接近月球时,嫦娥一号需要进行制动减速飞出入地月转移轨道,然后它被月球引力俘获。再之后,通过多次变轨调整成绕月飞行的圆形轨道。当年的阿波罗载人登月飞船也是通过类似的方式飞向月球,并最终在月球上着陆。

到了嫦娥三号,有了前两次经验之后,这次是直接飞入地月转移轨道,然后减速进入绕月轨道。此后,再继续调整嫦娥三号的轨道,通过制动使得嫦娥三号能够携带着玉兔号月球车成功降落月球表面。


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