韩国也要“探月”了!“赏月”号飞船竟要飞134天,怎么这么久?


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韩国也要“探月”了!“赏月”号飞船竟要飞134天,怎么这么久?


航天强国韩国也要“探月”了!2022年8月5日 , 韩国月球轨道器“赏月”(Danuri)搭乘“猎鹰9”火箭从美国佛罗里达州卡纳维拉尔角航天中心发射升空 , 开启它的环月之旅 , 届时韩国将成为全球第7个拥有月球探测器的国家 。 如果一切顺利 , “赏月”将在12月16日(世界时)到达月球轨道 , 前后历时达134天 。

韩国“赏月”轨道器想象图
有朋友表示好奇:记得我们的嫦娥5号月球着陆器是2020年11月24号发射 , 28号就进入了环月轨道飞行 , 总共只用时不到5天;同样是从地球飞月球 , 为什么韩国的探测器竟需要4个半月?它到底是怎么飞的?
猎鹰9号是许多航天迷心中的“梦想火箭” , 它运力强大 , 能将8.3吨的有效载荷推到地球同步轨道 , 它还可以“回收重复使用” 。 当然了 , 猎鹰9号在回收一级火箭时的GTO载荷只有5.8吨 。
相比之下 , 发射“嫦娥五号”月球探测器的长征五号火箭GTO运载能力达14吨 , 它不能回收 , 一些网友对此耿耿于怀 。

猎鹰9火箭发射“赏月”轨道器
但一个有趣的现象是:韩国“赏月”号轨道器总发射质量仅678千克 , 嫦娥五号重达8.2吨 , 是前者的12倍!为什么“大马拉小车”的猎鹰9火箭竟要花134天才把“赏月”送到月球?
从SpaceX公司发布的猎鹰9号火箭数据看 , 它能将大约4吨的载荷送去火星 , 按理说发射一个几百千克的探测器去月球应该绰绰有余 。 但“赏月”号升空后却走了一条非常奇怪的“8”字形路径 , 它最远竟飞到了距离地球150万公里的地方 , 远远超出了地球到月球38万公里的距离:

“赏月”在太空兜了个“8”字形的大圈
为什么“赏月”号要舍近求远多飞几百万公里 , 为此多耗100多天?既然美国猎鹰9火箭动力充沛 , 直接送它去月球不香吗?抑或“赏月”除了赏月之外还有别的探测任务?
包括中国嫦娥四号、嫦娥五号、美国月球勘测轨道器(LRO)以及阿波罗飞船在内 , 许多月球发射任务都采用“一箭直达”的方式:用火箭将探测器直接推送到月球 , 然后由探测器开启发动机减速 , 被月球引力捕获 , 再绕着月球飞行 , 这种地月转移轨道被称为“霍曼轨道” 。

美国LRO用时5天插入月球轨道
“霍曼轨道”的好处显而易见:速度最快 , 用时最短 。 特别对于载人登月而言 , 时间更是宝贵 , 宇航员在太空多呆一天就多一天的消耗 , 也多一分风险 。 同时它对飞船的要求也更高:我们需要更强大的飞船发动机来进行轨道机动 , 要携带更多推进剂 , 探测器因此更大更重;需要更精确的轨道计算和测控 , 发射窗口也得精确到秒 , 机会稍纵即逝 。
韩国显然不具备这些技术 。 “赏月”号总重678千克 , 干重(不包含推进剂的质量)550千克(其中有效载荷质量仅40千克) , 也就是说它仅携带了128千克的燃料 。 这些燃料需要用来进行多次变轨 , 还得支持其长时间的绕月轨道机动 。 采用“弹道式入轨” , 以时间来换取低能量轨道转移(LET) , 是不得已而为之的做法 。

走弹道式地月转移轨道需要数月时间
猎鹰9号火箭推力强大 , 它能给“赏月”一个很快的初速度 , 使它飞到距离地球约150万公里远的“地日拉格朗日L1点”附近 , 然后在地球的引力作用下 , “赏月”开始往回走、向着月球的方向运动 , 最终与月球轨道重合 , 并被月球引力捕获 。
这样做的好处除了节省飞船自身的燃料外 , 还可以“扩大”发射窗口 , 不需要像嫦娥五号那样把发射时间“卡到秒” 。 “弹道式入轨”技术含量更低 , 更保险 。

印度“月船2号”依靠地球重力一点点加速
与韩国借用猎鹰9号火箭发射不同 , 航天强国印度面临的却是另一个难题——火箭推力不足 。
2019年7月22日 , 印度用GSLV Mark III-M1火箭发射“月船2号” , 火箭推着飞船绕地球兜兜转转N多圈 , 利用地球重力一点一点地加速 , 最后花了29天时间才把“月船”送达环月轨道 , 比韩国快100多天 。

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