隼鳥二號遠3.5億千米外的龍宮小行星,花了6年時間帶回了5.4克樣品,而早在隼鳥二號之前的2010年,隼鳥一號早就已經(jīng)于2010年從“絲川”小行星上采樣返回了!當然網(wǎng)上也出現(xiàn)了日本航天技術遠超中國的聲音! 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,但事實上卻是日本在登月發(fā)動機上一直無法突破,最終不得不放棄的結局,究竟過程如何,且看下文分解! 月球采樣和小行星采樣,到底哪個更容易些? 憑良心說,沒有一個容易,但哪個更難卻有答案,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 首先第一點都必須達到第二宇宙速度(地球逃逸速度),小行星采樣遠在數(shù)億千米外,而月球在38.4萬千米外,當然地月系其實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,兩者應該沒啥差別! 測控技術差了也不大,都必須全球測控,因為地球在自轉,所以要保證任何時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烏肯測控站等,星鏈衛(wèi)星也能派上部分用處,因此兩者應該是平分秋色。 定位精準度差不多,深空探索,必須有定位技術,而最精準最有效的則是甚長基線測量技術,這個在土星軌道范圍內的測控仍然是非常精準的,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,如果不足各位請補充,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,地月轉移軌道必須要達到8噸左右的載荷等級,才能到達月球!因為拼拼湊湊的復雜采樣結構,就達到8噸了,你想減少都不行! 小行星采樣返回的探測器,比如隼鳥二號只有609千克,因此發(fā)射它的火箭H-IIA 202型運載火箭也無需太大運載能力,H-IIA的近地軌道大約是15噸(嫦娥五號的運載火箭長征五號的近地軌道載荷25噸以上),和長征七號的水平差不多! 降落和起飛過程不一樣 小行星質量太小,逃逸速度可以忽略不計,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(當然測控技術還是有難度的),而在月球上起飛,那需要考慮的實在是太多了,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)射平臺等等。 樣品采樣以及轉換樣品方式,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,需要對接后將上升器中的樣品轉換到返回艙中,這個月球軌道對接難度相當高,而樣品轉換則更難,所以從月球采樣難度是相當大的。 離子發(fā)動機 日本的兩個發(fā)動機都是用了離子發(fā)動機技術和化學發(fā)動機技術,兩次數(shù)年的穩(wěn)定工作,使得日本的離子發(fā)動機技術經(jīng)受住了考驗,盡管隼鳥號的四個發(fā)動機掛了三個半,而最后一個能用的發(fā)動機是兩個發(fā)動機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,從這一點來看,日本離子發(fā)動機技術是領先的,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)動機,技術起點極高。 日本的登月發(fā)動機無法突破,到底是怎么回事? 上文中我們說了登月時的減速和起飛過程,這個兩個過程中,降落更難,因為在探測器降落月球的過程中,需要逐漸降低速度,最后選定地點降落時還得懸停,最后再降落,因此需要一臺無級調節(jié)推力的變推力發(fā)動機,嫦娥五號用的是7500牛頓的變推力發(fā)動機! 日本曾經(jīng)在九十年代就提出要和阿波羅計劃一樣,登月并采樣返回,再不濟也要向蘇聯(lián)一樣從月球上無人采樣返回,因為1990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向月球發(fā)射探測器的國家! 似乎事情正朝著一帆風順的方向發(fā)展,但此后到2007年日本才發(fā)射了第二個月球探測器月亮女神,比中國嫦娥一號還早那么一個多月,而此后中國則是:
一連串的成功讓大家覺得中國探月計劃成功是天經(jīng)地義的,似乎人人都能成功!而日本則再無后續(xù)探月計劃,而真正背后的原因則是日本的登月變推力發(fā)動機一直不成熟,直到最后放棄! 當然一個落月技術無法突破,日本在登月技術上就會落下很多,比如自主著陸技術,月面起飛技術,水漂彈道返回技術,而中國在月球探測上突破后,2021年天問一號將在火星登陸,未來的2028年將會執(zhí)行火星登陸并采樣返回,基本上中國的航天技術和中美俄差別并不是特別大,但日本已經(jīng)遠遠被拋在身后了! |
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