月球引力小,但是也要动力才能飞出月球,那么登月宇航员怎么返回地球的?
一,月球引力小,但是也要动力才能飞出月球,那么登月宇航员怎么返回地球的?
如下图所示,我们用第一次登月的土星五号和阿波罗11号来说明一下。巨大的土星五号火箭大家可能不陌生,但是火箭头部的登月舱/指挥舱可能大家不太熟悉。
下图就是指挥舱和登月舱的放大图。登月的宇航员们就是在这些地方生活、登月和返回地球的。大家看到其中的圆柱状、圆球状的罐子了吗?这些罐子里面满满当当装载的都是燃料,而喇叭状的喷口就是燃料喷口,所以宇航员们乘坐的并不是一个大铁疙瘩,而是有动力的飞船。
而且我们只要计算一下重量就可以知道,整个指挥舱+登月舱的重量在45吨左右,但是这些设备上携带的燃料重量居然高达30吨,所以宇航员完全就是跟一个燃料库生活在一起,宇航员们就是凭借着这些燃料在太空中改变轨道、登陆月球、返回地球的。
下图就是登月舱登陆到月球之后的样子,其实这个登陆舱并不是一个整体,而是由上下两部分组成。
如下图所示,就是整个登月模块的两个部分,其中上面的那个部分就是所谓的“上升级”,当宇航员在月球表面执行完任务之后,就会挤到这个小小的上升级中,然后在火箭助推的作用下返回月球轨道。
要知道,上升级的重量已经很轻了,只有4.7吨左右,而这4.7吨的重量中,有高达2.3吨的燃料。同时,月球的引力很小,月球表面也没有空气、不会产生阻力,所以可以很容易把宇航员送回到月球轨道上。如下图所示,就是上升级在火箭助推作用下起飞的过程。
那么上升级携带的燃料也不多呀,飞到月球轨道上的上升级怎么回地球呢?答案是,你们忘掉了月球轨道上还飞行着另外一架飞船:指挥舱了吗?上升级会在月球轨道上跟指挥舱重新连到一起,然后凭借指挥舱中留下的十几吨燃料助推回归地球。如下图所示,就是整个阿波罗计划的全过程。
这就是登陆到月球的宇航员回归地球的过程,这下你明白了吗?迄今为止,人类先后共计载人登月了六次,均由美国人完成,也就是广为人知的“阿波罗计划”。
对于登月方式,阿波罗计划提出过两种预选方案,一种是“地球轨道交会”,一种是“月球轨道交会”。
由于成本、技术难度等综合原因,地球轨道交会被放弃了。
阿波罗计划选用的是月球轨道交会,其登月设备的结构如下:可从上图可以看见,在阿波罗计划中,登月设备的主体由勤务舱、指令舱、登月舱三大部分构成。
登月任务由3名宇航员共同执行,在进入月球轨道后,“登月舱”会脱离主体,携带2名宇航员登陆月球;指令\勤务舱则继续在月球轨道上环行,由另1名宇航员来“照顾”。
登月舱也由两大部分组成,分别为“上升段”和“下降段”。如上图所示,登月舱上方的舱室是“上升段”;下方被聚酰亚胺薄膜包裹得严严实实的部分,全部属于“下降段”。聚酰亚胺薄膜能起到保温、防撞、反射粒子、抗辐射等保护作用。
下降段的四条支架能起到缓冲及平衡的作用,但下降段绝不仅仅只是支架,还包括月球车、下降引擎、月面摄像机等设施,以及食品、水、氧气、燃料等资源的储存。
最重要的是,下降段是一个简易发射架,在任务结束后,能将上升段发射到月球轨道。
也就是说,任务结束后,下降段以及它携带的所有物资都会被遗留在月球表面,而宇航员会乘坐上升段离开月球,在轨道中重新与指令\勤务舱对接。
这也是下降段会被聚酰亚胺薄膜完全包裹起来的主要原因——它和它携带的所有物资会长期暴露在没有大气层防御的宇宙环境中。而这些物资是可以反复利用的。
整个对接的过程比较繁杂,限于篇幅就不赘述了。
总而言之,当上升段和指令\勤务舱成功对接后,宇航员回到指令舱中,再经过一系列的变速、变轨、脱离,最终绝大部分都会被遗弃在月球表面或太空中,唯一带着宇航员返回的地球的就只有指令舱。
也就是下面这一坨▼
因此,在阿波罗载人登月计划中(准确地说,是采用月球轨道交会的方式),整个任务的过程如下:
运载火箭将登月主体抛射到月球轨道,自身残骸掉回地面;
登月舱脱离指令\勤务舱,带着宇航员下降到月球表面;
下降段将上升段发射回月球轨道,自身被遗留在月球;
上升段将宇航员送回指令\勤务舱;自身再次脱离,被遗弃在太空;
勤务舱将指令舱送入地球轨道,然后自身脱离,被遗留在太空(或残骸掉回地球)。
指令舱将宇航员回到地球,自身被大气层烧破相。
可见在整个任务过程中,除了宇航员是全程安全的,几乎所有设备都会在完成自身使命后被抛弃或损毁。
而这还是目前成本最低的一种登月方式。
真的假的,等我们上去能否回来就真相大白了
谢谢"悟空小秘书"邀答!
我们知道逃离一个星球的速度和该星球的引力大小有关!
以地球为例,逃离地球的速度可以分为三种。
第一宇宙速度7.9km/s,这是火箭发射时候的最小速度,也是最大的环绕地球速度。简单的来说,要想摆脱地球的引力,使其环绕地球轨道运行,那么火箭理论上最低的发射速度是7.9km/s。
第二宇宙速度,对于人类来说,要想摆脱地球的引力,完全分离出去,最小的发射速度是11.2km/s。这也是登月或者登陆火星的最低发射速度。
第三宇宙速度则是要求火箭摆脱太阳的引力束缚,也就是达到这一速度后,飞船就可以脱离太阳系进入宇宙空间了(16.7km/s),比如旅行者一号!
首先是火箭飞行的基本公式——齐奥尔科夫斯基公式,非常简单——假设理想情况下(不考虑任何其他外力),有一质量为m的火箭,初始速度为0,喷气速度恒定为V0,那么,
动量守恒有:m*dv=v0*dm(火箭本体获得的动量增量=喷出气体的动量),
一积分就可以得到:v=v0*ln(m/m0),
左边是火箭的末速度,右边是喷气速度乘以质量比的对数。
质量比就是火箭的初末质量之比,即(载荷+燃料)/载荷
然后就是高中的公式——环绕速度,
由于万有引力提供向心力,
GMm/rr=mvv/r,
环绕速度v=sqrt(GM/r)。
只需要这两个公式,我们就可以估计分别从地球和月球发射火箭到各自的近地轨道需要多大的质量比。很容易能计算出地月的环绕速度分别为7.9km/s和1.7km/s。
登月舱上升段火箭发动机喷气速度大约为2.2km/s,假设从地球发射的火箭发动机也为这一水平,代到第一个公式里面,就能得到各自质量比,分别是36.27和2.16。
当然这是理想情况,没有考虑地球上的空气阻力和各自星球的引力做功,但是这些都是可以作为修正量的小量可以暂不考虑。
【同样发射1千克物体,地球需要35千克燃料,月球只需要1kg】——这就是问题所在——大部分人认为月球重力是地球的1/6,那么发射火箭起码也得是1/6,但实际上由于对数关系的存在,燃料与环绕速度的关系是完全非线性的,不能简单的用“日常思维”去套。
阿波罗飞船由三大部份组成。
一是指令舱,做绕月飞行,负责登月舱与地光球之间的通信中继,登月结束后,带宇航员返回地球;
二是登月舱,主要用途是把宇航员送到月球上;
三是返回舱,也就是登月舱上面的那一部份,主要负责把登月的宇航员和月岩样品带回绕月轨道,与指令舱对接,然后一同返回地球。
月球第一宇宙速度为1.6KM/S,这是绕月飞行的最低速度,低于这个速度飞船就会向月球下降,超过这个速度,飞船的轨道就会越来越高,越来越扁;月球的第二宇宙速度为2.38KM/S,超过这个速度,飞船就将突破月球引力束缚,飞向太空;返回舱要与指令舱会合,速度必需要达到1.6KM/S。
当初登月舱和返回舱与指令舱分离时,总重量大约为16T,下降到月球,耗掉了大量燃料,加上抛掉的登月舱的自重,返回舱返回时,其起始重量只有4-6T的样子,返回舱有四台发动机,有足够的燃料,返回舱就可以克服月球重力,回到绕月轨道的指令舱。
以上为个人观点,仅供提问者和头条上有需要的阅读者们参考,希望对大家有一点帮助。
不管引力是大还是小,总是有数据的,比如地球的引力环境下,第一宇宙速度就是7.9千米/秒,物体达到这个速度就可以进入轨道。第二宇宙速度就是11.2千米/秒,达到这个速度就可以离开近地轨道,飞向月球。
同样,我们也可以根据月球的质量计算出月球的第一宇宙速度是1.6千米/秒,第二宇宙速度是2.4千米/秒。
有了这个数据我们就可以计算出多大质量的物体需要多少燃料可以达到这个速度了,所以,这并不难啊。既然我们的理论可以让飞船离开地球,那么同样也可以让飞船离开月球。
再来看看登月舱的结构,登月舱纷飞上升和下降两部分,上升部分就是离开月球时的火箭,而下降部分就是离开月球时的发射架。因为月球引力小,又没有大气层,所以并需要像地球那样巨大的发射架。不理解的同学可以自己去学学航天知识,不要不懂就想当然认为一定要有巨大发射架才能发射。
上升部分总质量约4670千克,其中燃料2353千克,推力15.6kN,发动机比冲: 3.05 kN·s/kg。另外还有16个调整姿态用的小发动机。有了这些燃料,完全可以让上升部分的速度达到1.6千米/秒,这样就可以到达月球轨道上。
在这里,有指令舱和服务舱等候,对接后,会把上升部分扔掉。剩余指令舱个服务舱继续在轨道上运行。服务舱就是返回地球时的火箭,这里的燃料足够将飞船加速到2.4千米/米,然后进入返回轨道。返回时间约60个小时,期间还需要几次调整姿态。最终,服务舱将宇航员送回地球轨道上,然后服务舱进入大气层烧毁,指令舱进入着陆轨道。
总结:以上内容就是宝宝游戏提供的月球引力小,但是也要动力才能飞出月球,那么登月宇航员怎么返回地球的?详细介绍,大家可以参考一下。
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