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日本實(shí)力雄厚,為何不去月球采樣,卻發(fā)射隼鳥奔襲3.5億公里?

 星辰大海種花家 2021-01-11

隼鳥二號(hào)遠(yuǎn)3.5億千米外的龍宮小行星,花了6年時(shí)間帶回了5.4克樣品,而早在隼鳥二號(hào)之前的2010年,隼鳥一號(hào)早就已經(jīng)于2010年從“絲川”小行星上采樣返回了!當(dāng)然網(wǎng)上也出現(xiàn)了日本航天技術(shù)遠(yuǎn)超中國的聲音!

龍宮小行星

畢竟人家從數(shù)億千米外的小行星采樣返回了,而中國航天卻還在38萬千米外的家門口折騰,但事實(shí)上卻是日本在登月發(fā)動(dòng)機(jī)上一直無法突破,最終不得不放棄的結(jié)局,究竟過程如何,且看下文分解!

月球采樣和小行星采樣,到底哪個(gè)更容易些?

憑良心說,沒有一個(gè)容易,但哪個(gè)更難卻有答案,我們先給出答案,月球采樣更難!但各位朋友可能會(huì)有疑問,明明月球距離只有38.4萬千米,為什么月球更難呢?

小行星采樣和月球采樣的相同之處

首先第一點(diǎn)都必須達(dá)到第二宇宙速度(地球逃逸速度),小行星采樣遠(yuǎn)在數(shù)億千米外,而月球在38.4萬千米外,當(dāng)然地月系其實(shí)可以略小于逃逸速度,但兩者也差了不大,因此從逃逸速度上來看,兩者應(yīng)該沒啥差別!

測控技術(shù)差了也不大,都必須全球測控,因?yàn)榈厍蛟谧赞D(zhuǎn),所以要保證任何時(shí)候與探測器通信的話,那么必須在全球都有深空測控站,日本有NASA支持,這點(diǎn)要比中國有優(yōu)勢,而中國也有全球測控站,比如向陽紅系列測控船和阿根廷的內(nèi)烏肯測控站等,星鏈衛(wèi)星也能派上部分用處,因此兩者應(yīng)該是平分秋色。

定位精準(zhǔn)度差不多,深空探索,必須有定位技術(shù),而最精準(zhǔn)最有效的則是甚長基線測量技術(shù),這個(gè)在土星軌道范圍內(nèi)的測控仍然是非常精準(zhǔn)的,中國有新疆、云南、上海、佳木斯深空測控天線組成的跨度超過5000千米的甚長基線干涉陣列,日本也有跨度2300千米的VERA干涉陣列,當(dāng)然日本還能求助NASA,所以兩者半斤八兩。

兩者采樣的不同之處

本文撿些典型地說,如果不足各位請(qǐng)補(bǔ)充,說了差不多的再來說說不一樣的,發(fā)射小行星探測器和月球采樣返回探測器,火箭的載荷大小差別是比較大的,比如嫦娥五號(hào),地月轉(zhuǎn)移軌道必須要達(dá)到8噸左右的載荷等級(jí),才能到達(dá)月球!因?yàn)槠雌礈悳惖膹?fù)雜采樣結(jié)構(gòu),就達(dá)到8噸了,你想減少都不行!

小行星采樣返回的探測器,比如隼鳥二號(hào)只有609千克,因此發(fā)射它的火箭H-IIA 202型運(yùn)載火箭也無需太大運(yùn)載能力,H-IIA的近地軌道大約是15噸(嫦娥五號(hào)的運(yùn)載火箭長征五號(hào)的近地軌道載荷25噸以上),和長征七號(hào)的水平差不多!

H-IIA火箭

降落和起飛過程不一樣

小行星質(zhì)量太小,逃逸速度可以忽略不計(jì),但月球不行,它的環(huán)繞速度大約1.68千米/秒,逃逸速度至少得2.4千米/秒,因此在小行星上降落和起飛,幾乎就不需要考慮太多(當(dāng)然測控技術(shù)還是有難度的),而在月球上起飛,那需要考慮的實(shí)在是太多了,比如降落火箭減速,起飛火箭加速,以及兩者在月球上的發(fā)射平臺(tái)等等。

樣品采樣以及轉(zhuǎn)換樣品方式,月球采樣和小行星采樣差別很大,只能說兩者各有特色,但月球采樣不一樣,需要對(duì)接后將上升器中的樣品轉(zhuǎn)換到返回艙中,這個(gè)月球軌道對(duì)接難度相當(dāng)高,而樣品轉(zhuǎn)換則更難,所以從月球采樣難度是相當(dāng)大的。

離子發(fā)動(dòng)機(jī)

日本的兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)都是用了離子發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)和化學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù),兩次數(shù)年的穩(wěn)定工作,使得日本的離子發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)經(jīng)受住了考驗(yàn),盡管隼鳥號(hào)的四個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)掛了三個(gè)半,而最后一個(gè)能用的發(fā)動(dòng)機(jī)是兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)能用的部件湊合出來的!

盡管磕磕碰碰,但日本取得了大量的經(jīng)驗(yàn),從這一點(diǎn)來看,日本離子發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)是領(lǐng)先的,不過中國未來的空間站核心艙用的就是霍爾電推離子發(fā)動(dòng)機(jī),技術(shù)起點(diǎn)極高。

日本的登月發(fā)動(dòng)機(jī)無法突破,到底是怎么回事?

上文中我們說了登月時(shí)的減速和起飛過程,這個(gè)兩個(gè)過程中,降落更難,因?yàn)樵谔綔y器降落月球的過程中,需要逐漸降低速度,最后選定地點(diǎn)降落時(shí)還得懸停,最后再降落,因此需要一臺(tái)無級(jí)調(diào)節(jié)推力的變推力發(fā)動(dòng)機(jī),嫦娥五號(hào)用的是7500牛頓的變推力發(fā)動(dòng)機(jī)!

日本曾經(jīng)在九十年代就提出要和阿波羅計(jì)劃一樣,登月并采樣返回,再不濟(jì)也要向蘇聯(lián)一樣從月球上無人采樣返回,因?yàn)?990年日本就向月球發(fā)射了探測器,這是繼美蘇之后的第三個(gè)向月球發(fā)射探測器的國家!

1990年發(fā)射的飛天羽衣號(hào)

似乎事情正朝著一帆風(fēng)順的方向發(fā)展,但此后到2007年日本才發(fā)射了第二個(gè)月球探測器月亮女神,比中國嫦娥一號(hào)還早那么一個(gè)多月,而此后中國則是:

2010年10月1日發(fā)射了嫦娥二號(hào)

2013年12月2日發(fā)射的嫦娥三號(hào)在虹灣登陸成功

2014年10月24日嫦娥五號(hào)T1飛行器以水漂彈道從月球軌道返回成功在內(nèi)蒙古成功著陸

2018年12月7日發(fā)射的嫦娥四號(hào)在月球南極艾肯特盆地馮卡門撞擊坑著陸成功

2020年11月23日發(fā)射的嫦娥五號(hào)在月球風(fēng)暴洋北部的呂姆克火山附近采樣并成功返回地球!

一連串的成功讓大家覺得中國探月計(jì)劃成功是天經(jīng)地義的,似乎人人都能成功!而日本則再無后續(xù)探月計(jì)劃,而真正背后的原因則是日本的登月變推力發(fā)動(dòng)機(jī)一直不成熟,直到最后放棄!

當(dāng)然一個(gè)落月技術(shù)無法突破,日本在登月技術(shù)上就會(huì)落下很多,比如自主著陸技術(shù),月面起飛技術(shù),水漂彈道返回技術(shù),而中國在月球探測上突破后,2021年天問一號(hào)將在火星登陸,未來的2028年將會(huì)執(zhí)行火星登陸并采樣返回,基本上中國的航天技術(shù)和中美俄差別并不是特別大,但日本已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)被拋在身后了!

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