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日本實力雄厚,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!

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!

H-IIA火箭

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!

1990年發(fā)射的飛天羽衣號

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:

2010年10月1日發(fā)射了嫦娥二號

2013年12月2日發(fā)射的嫦娥三號在虹灣登陸成功

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

2018年12月7日發(fā)射的嫦娥四號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)射的嫦娥五號在月球風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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