以我們的日常常識(shí)知道，飛行器想要飛離地球，飛向月球，一般都是用火箭發(fā)射的。因?yàn)轱w行器飛離地球，必須要達(dá)到第一宇宙速度，第一宇宙速度的別稱是飛行器最小發(fā)射速度。根據(jù)力學(xué)理論，飛行器繞地球飛行所受的向心力由飛行器受到的地球引力提供，即mv^2/r=GMm/r^2，其中M是地球的質(zhì)量，飛行器繞地飛行半徑取地球半徑，可得出飛行器脫離地球發(fā)射的最小速度需達(dá)到7.9km/s。所以飛行器飛往月球的話，速度必須大于第一宇宙速度。一般發(fā)射登月艙的火箭具有兩級(jí)助推，火箭點(diǎn)火產(chǎn)生推力飛離地球，一級(jí)火箭燃盡后調(diào)整方向，啟動(dòng)二級(jí)火箭助推，到達(dá)月球引力范圍后登月艙脫離并逐漸減速，最終實(shí)現(xiàn)登月。例如美國(guó)實(shí)現(xiàn)登月計(jì)劃的“土星5號(hào)”火箭，發(fā)射時(shí)高度達(dá)到110米，起飛重量達(dá)到3000噸，近地軌道運(yùn)載能力為118噸。

這時(shí)候，探月器是到了月球了，可是火箭沒了，探測(cè)器想要回來怎么辦？沒關(guān)系的。因?yàn)轱w行器從月球飛離的速度遠(yuǎn)小于飛離地球的速度。按照上文的說明，飛離月球同樣需要達(dá)到一個(gè)最小發(fā)射速度，計(jì)算方法同樣為mv^2/r=GMm/r^2，然而，此時(shí)的M已經(jīng)是月球的質(zhì)量了，半徑r也相應(yīng)換成月球半徑。地球的質(zhì)量是月球的81倍，地球半徑是月球的3.67倍，計(jì)算出的脫離速度約為1.7km/s。當(dāng)然了，這只是最簡(jiǎn)單的一個(gè)速度的保證。為了保證探測(cè)器上升器準(zhǔn)確入軌，必須預(yù)先進(jìn)行大量計(jì)算，設(shè)計(jì)多套方案和上升軌道，并根據(jù)上升器狀態(tài)等數(shù)據(jù)隨時(shí)對(duì)飛行軌跡進(jìn)行調(diào)整。如果起飛順利，上升器將會(huì)回到月球軌道與預(yù)先“等”在那里的軌道器、返回器進(jìn)行交會(huì)對(duì)接。此時(shí)航天器距地球的距離將超過38萬千米，因此月球探測(cè)器的交會(huì)對(duì)接比一般載人航天器在300千米的地球軌道進(jìn)行交會(huì)對(duì)接要復(fù)雜得多。

地球和月球的重量不同，引力也就不同，月球上的重力只有地球的六分之一，引力也只有六分之一。地球上不光有引力還有大氣層的阻力，月球上引力小，還沒有大氣層。2者的區(qū)別，明白了吧，還有補(bǔ)充的，從地球上發(fā)射火箭，就是算整個(gè)火箭的重量，包括火箭本身的重量，返回艙，登陸艙，來回的燃料，這些重量就很重，比如在地球上把100噸的物體送上天，當(dāng)然要很大的推力。到了月球，登陸艙可能就20噸，月球引力又小，又沒有大氣層阻力，又不用帶那么多燃料，從月球飛到月球軌道和返回艙對(duì)接就可以了。所以在月球不用那么大的推力升空。

阿波羅飛船并非是靠登月艙發(fā)動(dòng)機(jī)直接飛回地球的。返回的過程分幾步。1，登月艙上升段起飛進(jìn)入月球低軌道，與在月球低軌道待命的指令服務(wù)返回艙匯合。2，服務(wù)艙主發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，指令服務(wù)返回艙變軌至地月轉(zhuǎn)移軌道。3，靠近地球后釋放返回艙再入大氣層。登月艙發(fā)動(dòng)機(jī)只需要將十幾噸的登月艙加速進(jìn)入月球20公里的低軌道，這個(gè)過程由于月球1/6g的重力以及真空環(huán)境只需要數(shù)噸燃料就夠了。相比之下土星5號(hào)發(fā)射時(shí)有3000噸。另外飛船上的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)并非一直工作，僅在發(fā)射時(shí)和變軌時(shí)工作時(shí)間只有幾十秒，因?yàn)檎婵窄h(huán)境即使沒有持續(xù)推力也不會(huì)很快降低速度。這里有一個(gè)特例阿波羅13號(hào)，由于在地月轉(zhuǎn)移軌道服務(wù)艙主發(fā)動(dòng)機(jī)液氧箱爆炸，最終是靠登月艙發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火完成返回地球的變軌機(jī)動(dòng)的。

第一速度是環(huán)繞速度，第二速度才是逃逸速度。逃逸速度說的是以星球中心為最高重力勢(shì)能點(diǎn)，無窮遠(yuǎn)處為零勢(shì)能點(diǎn)。因此，逃逸速度的計(jì)算公式是物體以動(dòng)能克服勢(shì)能離開星球的最小速度，即0.5MV2＝MGR 達(dá)不到這個(gè)速度就會(huì)永遠(yuǎn)成為星球的衛(wèi)星。繞著他作不損失能量的，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的環(huán)繞運(yùn)動(dòng)。理論上月球沒有空氣，所需的發(fā)動(dòng)機(jī)推力不需要很大，因?yàn)橥屏π∫部梢赃_(dá)到逃逸速度。只要發(fā)動(dòng)機(jī)做工動(dòng)能和勢(shì)能都會(huì)增加。所做的功無非是克服引力做工成為勢(shì)能，消耗發(fā)動(dòng)機(jī)功率增加動(dòng)能。月球逃逸速度為地球的1/5，2.4公里每秒。所要消耗能量為1/2MV2＝0.5M×（2.4×103）2＝2.88×1000000M焦耳（M為質(zhì)量，單位千克）一度電的能量為3600×1000焦耳?？吹竭@里，你還可以關(guān)注我們最長(zhǎng)名字的微信公眾號(hào)：‘非凡視野之看見看不見知道不知道’，了解探討更多你不知道的奧秘！

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