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嫦娥六号正在待机:8天往返月球,走过美国阿波罗飞船的路线

作者:空天同学

为什么美国阿波罗11号登月飞船只用了8天零3小时,就完成了发射、登月、再返回地球的全过程,这个速度合理吗?

这两天很多很多朋友,都在评论区提出了质疑,觉得这个速度太快了,明显违反了“常识”,是美国登月造假的又一“力证”。

嫦娥六号正在待机:8天往返月球,走过美国阿波罗飞船的路线

这个问题很好,咱们来算一算就知道了。

地月距离有38万4千4百多公里,除掉他们在月球表面停留了21小时36分钟,真正留给他们在路上的时间只有174个小时,也就是要在7天多的时间里,把38万公里飞一个来回,平均时速4418公里,每秒要飞大约1227米,可能吗?

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比如这位老哥就吐槽“美国50年前就造出了超过3倍音速并且可以(在太空)持续飞96小时的载人飞行器”,他觉得不可思议,似乎违反了直觉。

我们都知道苏联的尤里·加加林是第一个飞上太空的人,但其实他还有一个头衔,就是当时世界上相对地球最快的男人。

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他有多快呢,大约每秒7.9公里,这就是第一宇宙速度,只有达到了第一宇宙速度,我们才能摆脱地球引力,绕着地球转圈。

好,我们打开初中物理课本,圆周运动定律告诉我们,这个时候飞船的发动机完全不需要启动,就可以维持绕地球的圆周运动,因为地球引力刚刚好提供了飞船的向心力。

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那如果我还要加速,会发生什么呢?你就会发现飞船开始甩出去了,飞行轨道变成了椭圆。

你速度越快,这个椭圆就越来越长,最远的那一端,离地球也会越来越远,等你的初始速度足够快,最远的那一端就变成了无限远,

你这个椭圆再也没法闭合了,这个速度就是你彻底飞出地球的逃逸速度,也就是第二宇宙速度,大约是每秒11.2公里。达到了这个速度,你就跟地球说再见了。

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但如果我只是要去月球,其实不需要达到地球的逃逸速度,我只需要让我这个椭圆轨道足够长,有多长呢,38万公里那么长,把月球刚好套进来,不就行了吗?

恭喜你,你发现了一条理论上的地月转移轨道,就是椭圆的这一条弧边。

注意,划重点了啊,你的初始速度只需要达到大约每秒10.9公里(以下速度都是相对地球坐标系而言),然后,咔,你就可以关掉发动机了,接下来只需要靠万有引力,你就可以滑行到月球了。这就是航天动力学最简化的一个状态。

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大陆长征五号火箭,就是把嫦娥六号加速到了每秒10.9公里的初始速度,进入了一个近地点200公里、远地点大约40万公里的椭圆轨道上,然后火箭就完成使命了,这个时候嫦娥六号完全是无动力飞行状态,只需要靠着火箭给它的每秒10.9公里的初始速度,就能“滑”到月球,这样就节省了大量燃料。

不过咱们刚才只考虑了地球引力,实际上还有月球、太阳引力以及其他的一些干扰误差,如果加上这些因素,中途就要稍微修正一下,这就是为什么嫦娥五号、六号中途都进行了两次轨道修正。

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注:本说法为仅考虑地球引力的简化模型,实际在距月球约6.6万公里时(拉格朗日点)之后,月球引力会占据主导,飞行轨迹会变成月球的椭圆,但原理相同。

那又有人要问了,如果我保持每秒10.9公里的速度,飞到月球了只需要10个小时就够了呀?

很好,接下来咱们划第二个重点,当嫦娥六号沿着这条椭圆轨道飞的时候,速度不是不变的,而是一直在减小的。

为什么呢?大家可以翻开咱们的高一物理课本,开普勒和他的三大定律。

开普勒第一定律,是椭圆定律,所有天体(行星)围绕中心天体(太阳)的运动轨道都是椭圆,嫦娥六号飞往月球的的轨道,就简化为椭圆的一部分,地球就是椭圆的其中一个焦点。

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开普勒第二定律,也就是面积定律,行星跟太阳的连线,在相等的时间内,扫过相等的面积。

也就是说,离焦点越近,连线越短,扫过的速度越快;离焦点越远,连线越长,扫过的速度越慢,这样单位时间扫过的面积才会相等。

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再换句话说,长五火箭把嫦娥六号送到近地点的时候,它的速度是最快的,刚才说了是10.9公里每秒;然后在“滑行”的状态下,速度一直在减小。当它到了远地点的时候,它的速度是最慢的,通过计算就可以得到,大概掉到了每秒2.7公里左右。

这里还有一个细节,如果到了月球不刹车,那么嫦娥六号就又会飞回来。因为月球的逃逸速度,是每秒2.4公里左右,嫦娥六号远地点的速度超过了这个值,月球拴不住它。

所以,5月8日嫦娥六号探测器进行了点火制动,把自己的速度相对月球减小了300多米每秒,这样就低于月球逃逸速度了,于是就绕着月球转了。

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好,现在大家对嫦娥六号是怎么飞到月球的,已经有了一个概念了,总结一下就是,火箭起飞加速,在近地点给了嫦娥六号一个每秒10.9公里的初速度,然后沿着椭圆轨道,越来越慢,最终飞到了月球,然后再踩一脚刹车,这个过程需要四天左右。

至于嫦娥六号要花53天,那是整个任务时长,有四十多天都是在月球轨道待机,但从地球到月球这一段也就四天而已。

实际上,包括阿波罗飞船在内,大部分的月球航天器,都是沿着类似的轨道飞行的,只是由于地月转移窗口的不同、初始速度不同,轨道参数稍微有些区别,但是一般都要花三到五天。

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除了印度月船探测器,就是因为他们入轨速度不够,椭圆的边边远远套不到月球,所以就一圈一圈的绕啊,每绕地球一圈都稍微再加一点速度,花了几个月时间终于攒够了速度,这才踏上月球转移轨道。

而对于美国、苏联(俄罗斯)和中国来说,火箭的运载能力是足够的,所以一般去月球都是三到五天的转移轨道。区别就在于,航天器越重,火箭推力就需要越大,才能达到差不多的初始速度。咱们嫦娥三号探测器只有3.7吨,所以使用推力600吨的长三乙加强型就可以了。而嫦娥五号六号重量8吨,必须使用推力超过1000吨的长征五号来发射。

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阿波罗登月遗址照片

美国阿波罗11号飞船加上登月舱总重达到了78吨,但土星五号火箭的推力超过了3400吨,也是完全足够加速到每秒11公里左右的入轨速度,所以三天多就能到月球。决定地月飞行时间长短的,其实不光是火箭的技术,还有最关键的万有引力和牛顿定律。只要是走这条轨道,时间就都差不多。

那未来的飞船能不能更快一点?别说未来,现在其实就可以,只要你不走这条轨道,带一个大燃料罐上去,在路上也一直加速,过了中间点,然后再一直减速,以人类现有技术完全可以做到10个小时之内飞到月球。但是发动机一直开着,至少要把额外十倍甚至百倍重量的燃料发射到太空,成本上接受不了,所以没人这么干。别看六十多年过去了,技术发展了这么多,但从苏联发射第一颗人造卫星到今天,我们人类所有的航天技术,根基都还是三百多年前的万有引力定律、牛顿运动定律,

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(基础物理学决定了航天限制)

以及1897年提出来的齐奥尔科夫斯基的火箭公式,那时候大清都还没亡呢,但那个公式就是狠狠掐死了人类航天飞行的速度,几十年了一直没有数量级的突破。

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所以啊,八天飞个来回,是符合人类上世纪60年代末乃至到现在的技术水平的,不能作为“登月造假”的实锤证据。

其实有点质疑没什么不好,本文完全无意于证明美国载人登月的真伪,咱也可以借此机会科普一些航天知识。当然如果您觉得我是扯淡,是给美国人洗白,想骂我几句,那骂出来也没关系,发泄一下情绪也挺好。

我觉得吧,咱们前辈们奋斗牺牲,两弹一星搞上天,不就是为了咱们当代人能过上开心的日子嘛,能把文章看到这里就是一种缘分,您开心比什么都强。

咱们这个时代获取知识很容易,网络去中心化可以让大家很方便地查阅很多资料;但这个时代获取知识又很难,因为我们很容易焦虑,很容易沉浸在娱乐短视频带来的廉价情绪宣泄当中,丧失对信息污染的分辨能力。

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六次阿波罗登月痕迹

除了“不可能8天来回”,这样的“质疑”还有很多,比如很多朋友说“月球车和旗子怎么不在了”“巴基斯坦立方星没拍到”“那时候怎么有直播,还那么高清”……很多很多。

很多自媒体错把后来的登月纪录片当成是直播画面,其实当时的地月直播不仅有延迟,而且非常模糊,还是黑白画面,并不是“高清直播无延迟”。

如果您再去查一下就知道,美国早就公布了六次登月的精确坐标,就在NASA官网上放着。所谓“美国为什么不敢公布登月坐标”,也不过是自嗨的谣言罢了。

同样的谣言还有“美国丢失了全套登月资料”。事实上,那些资料并没有丢失,绝大部分都被NASA保存在微缩胶卷里存档。

还有这样的说法“如果美国当年真的载人登月,那为什么现在登不上去了呢?”这种说法逻辑更是有问题,一个人六十岁不行了,能证明他二十岁的时候也不行吗?英国海军发明了航母、弹射器,但现在他们再也造不出弹射器了,难道也是造假?苏联曾经进行了24次无人登月,俄罗斯却登不上去了,难道苏联当年也是造假吗?

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所以美国现在无人探月失败的原因很简单,因为他们现在不行了,衰落了,但证明不了当年是不是造假。

错误的依据本来就不可能得出正确的结论,如果我们用谣言去打击敌人,那不等于是骗自己吗?辟谣不是为了帮美国作证,而是因为我们的自信,不需要建立在对敌人的抹黑基础上,那样也是在贬低自己。

质疑需要有科学合理的依据,无论如何,实事求是都是第一位的。这才是我们发展至今的根本所在。而美国渐渐失去了实事求是的科学精神,这也是他们走向衰落、失去人心的核心原因。

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