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嫦娥六号采用逆行轨道的原因

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#嫦娥六号# 月背取“宝”记:无惧挑战,最美“逆行”】
5月8日,经过近月制动,嫦娥六号顺利进入环月轨道飞行。与嫦娥五号任务相比,嫦娥六号的轨道设计面临着独有的难题。航天科技集团五院轨道设计团队基于嫦娥五号任务轨道方案的成功经验,围绕适应和匹配月球背面采样返回任务的特点与需求,对方案进行了大量的改进、优化和升级,形成了一套更为优化和完善的无人地月往返飞行任务轨道方案。
与嫦娥五号的环月轨道不同,嫦娥六号任务采用了环月逆行轨道方案,即探测器在环月轨道上的飞行方向与月球自转方向相反。选择逆行轨道方案并非为了标新立异,而是由嫦娥六号的任务特点所决定的。
由于太阳始终直射在月球赤道附近的区域,如果仍然采用原有的环月顺行轨道方案,探测器在月球南半球着陆时相比嫦娥五号任务会出现受晒面调转180°的情况,即:探测器本应朝阳的一侧处于阴影中,而应当处于阴影环境的一侧处于光照中,这会影响采样过程中的能源供给、采光等条件。针对这一难点,设计团队先后考虑了多种措施和方案,比如重新调整探测器的构型布局适应朝向需求,或是在下降过程中进行大幅度姿态调整,但这些措施要么会带来重大的技术状态调整,要么会增加在轨实施的风险。
经过充分分析研究,轨道设计师为嫦娥六号探测器巧妙设计了环月逆行轨道方案。该方案通过调转飞行轨道的方向,化解了因采样区域位置变化带来的朝向变化问题,同时也避免了构型布局和硬件产品的大幅度调整,顺利化解了因着陆点变化带来的朝向、姿态等问题。
探测器在近月制动时,处于月球背面的无测控区域。即便探测器具备在无测控条件下独立执行轨控的能力,为了保障重要轨道控制的安全性,设计团队决定由鹊桥二号中继星为近月制动轨道控制过程提供中继测控支持,这样就能确保变轨全程测控可见。
嫦娥六号任务不同于嫦娥五号任务的另一个显著特点是三次近月制动方案。这一方案的选择同样也是围绕着嫦娥六号任务自身特点所作出的轨道方案优化升级。
嫦娥六号任务将要着陆的月球背面地形崎岖不平,相比月球正面广阔的平原地形,月背可供安全着陆区域的数量和面积都大幅减少,这对于着陆精度提出了更高的要求。另外,嫦娥六号着陆过程也并非独立完成,需要与中继星协同配合,在规定时间和规定的轨道位置上实施着陆下降,是保障系统间良好协作的必要条件。因此,嫦娥六号探测器需要具备定时定点着陆的能力。
在通常的轨道设计中,定时定点着陆是通过对轨道面进行控制调整来实现的。而“逆向而行”的嫦娥六号,并未预留用于调整轨道面的推进剂,这就要求既要调整轨道面,又不能增加推进剂消耗,对轨道设计提出了新的挑战。针对这个问题,轨道设计师们再次提出了一个巧妙的方案,即利用不同周期环月椭圆轨道面的特性,确定轨道面调整量对应的停泊轨道飞行时间,充分利用从捕获到下降前的20多天飞行时间,在不额外消耗推进剂的前提下,实现对着陆点的高精度瞄准,做到借力打力、顺势而为。(中国空间技术研究院)



IP属地:广东来自Android客户端1楼2024-05-17 17:35回复
    简单讲就是嫦娥五号着陆在月球北半球,其太阳能板正好可以对着南边的太阳。假设嫦六完全不变并且也采用顺行轨道着陆南半球,太阳的位置就变成了在北边,太阳能电池板就晒不到了。


    IP属地:广东来自Android客户端3楼2024-05-17 18:19
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      嫦五嫦六的太阳能板都是歪的来着(


      IP属地:内蒙古来自Android客户端4楼2024-05-17 19:04
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        IP属地:内蒙古来自Android客户端5楼2024-05-17 19:08
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          因为太阳能板只能朝一边转


          IP属地:湖南来自Android客户端6楼2024-05-17 19:14
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            什么时候登月?


            IP属地:上海来自Android客户端7楼2024-05-17 21:30
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              落月时用调姿发动机转180度不行么?


              IP属地:广西来自Android客户端8楼2024-05-17 23:16
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                不直接用姿控发动机调整转180度可能是考虑到会增加降落过程中的飞控复杂度,带来风险


                IP属地:广东来自Android客户端9楼2024-05-17 23:17
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                  好科普,顶起来。


                  IP属地:河北来自Android客户端10楼2024-05-17 23:18
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                    结合这个帖子,我讲一个在航天模拟游戏中验证过的观点:
                    近月制动实质上并非“制动”,而是“加速”。
                    霍曼转移轨道是一条以月球轨道为远地点的大椭圆轨道。因此在霍曼转移轨道远地点,航天器飞行速度(相对于地球)实际上远小于月球轨道速度(相对于地球)。这个差值可以通过开普勒方程计算得出。
                    也就是说,在月球附近,探月飞行器实际上是在相对于月球“倒退”。表现在对月飞行轨道来说,就是飞行方向朝向探月飞行器后方。
                    所谓“刹车”,其实质上是在临近月球轨道时,进而二次“加速”,将霍曼转移轨道近地点提升到接近月球够到程度,将飞行器与月球轨道速度差减小到“月球当地轨道第二宇宙速度以下”。
                    因此,“顺行”绕月轨道,霍曼转移远地点位于“略低于月球轨道”位置,也就是月球正面。而“逆行”绕月轨道,霍曼转移远地点则位于“略高于月球轨道位置”,也就是月球背面。


                    IP属地:河北来自Android客户端11楼2024-05-17 23:34
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                      科普贴,顶起。


                      IP属地:河北来自Android客户端12楼2024-05-17 23:42
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                        我顶科普贴。


                        IP属地:河北来自Android客户端13楼2024-05-17 23:44
                        收起回复
                          顶顶科普贴


                          IP属地:四川来自Android客户端14楼2024-05-28 15:03
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                            儿童节要落月了!


                            IP属地:广东15楼2024-05-28 16:36
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                              在探测器沿地月霍曼转移轨道奔月,实现月球捕获的时候,霍曼转移轨道远地点有两种设置方式。一种是放在月球公转轨道内侧,另一种是放在月球公转轨道外侧。
                              两者相比而言,放在内侧具有轨道远地点高度低、“近月制动”无通信遮挡的优点,一般优选这种飞行方式。
                              当探测器到达地月霍曼转移轨道远地点附近时,由于月球引力摄动,飞行轨迹会“拐”向月球方向,绕过月球转换一个方向飞离。这就是所谓的“引力弹弓”。
                              由于霍曼转移轨道远地点公转速度低于月球公转速度,所以探测器在月球附近相对于月球而言是以“负速度”飞行。也就是沿着探测器尾部方向飞行。而“近月制动”,或者叫“刹车”,实际上是探测器沿着公转轨道方向(实际上需要改变一定角度)继续提速,抬升近地点,增加绕地球公转速度,直到与公转月球速度差(绕月速度)小于月球第二宇宙速度。
                              所以从地球北极向下看去,沿逆时针霍曼转移轨道飞行的探测器,在到达月球公轨道内侧远地点附近时,轨道会变成逆时针绕月——与月球自转方向相同。因此,这条绕月轨道就被称为“顺行轨道”。
                              反之,嫦娥六号地月霍曼转移轨道远地点位于月球公转轨道之外,也就是月球背面。此时“倒行”方向就是顺时针绕月,与月球自转相反,被称为“逆行轨道”。
                              地月霍曼转移轨道周期大概为接近5天。载人登月为了减少飞行时间,耗费燃料在逆行轨道基础上,进一步太高地月转移轨道远地点高度(超霍曼转移)。这样利用椭圆轨道近地半周速度快的特点,可以将抵达月球时间缩短到3天。嗯,由于角动量大了,近月制动需要耗费的燃料会降低一些。但综合起来还是要多费燃料。并且这些燃料消耗还转嫁给了火箭(直送模式)。总的来说,3天,已经是燃料和效率的最佳平衡点了。


                              IP属地:河北来自Android客户端16楼2024-05-28 19:21
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