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事實與邏輯

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  • 2014-11-01 00:41

【太空】嫦娥5號T1順利返回地球

中共在2003年決定在“空間站”(即台灣所稱的“太空站”)計劃之外,另外開啟無人探月工程,又稱嫦娥工程,預定在20年内完成,並可視情况轉入載人登月工程。在細節上,整個探月計劃分為三個階段,即“”、“落”、“回”,共有七次發射任務。去年十二月運載玉兔號月球車降落月球表面的嫦娥三號,是第三次發射,也是“落”階段的第一步。在2014年十月24日,“回”階段正式開始,在第四次任務中發射了嫦娥5號T1(T代表探路,真正的嫦娥5號將在2017年升空)飛向月球,在繞月半周後,直接返回地球;這是因為嫦娥5號T1的任務是測試重返大氣層的過程,所以不須要在月球逗留。當然重返大氣層對太空任務來說是家常便飯,可是絶大多數的情況是從LEO(Low Earth Orbit,低繞地軌道)回來,飛行速度是所謂的第一宇宙速度(First Cosmic Velocity),約每秒7.8公里。而從月球回來的太空船則具有第二宇宙速度(Second Cosmic Velocity),即每秒10.9公里;因此有大約两倍的動能。如果直接使用一般的大氣層剎車,則空氣摩擦所產生的熱量亦將為從LEO重返大氣層的两倍,這就要求大幅增加隔熱層的厚度和抗熱能力,不但危険而且增加死重,在同様的任務酬載條件下,必須改用更大更昂貴的火箭,所以能避免就應該避免。

出發前的嫦娥5號T1返回艙,它是一個嫦娥5號返回艙的模型。

剛著陸的嫦娥5號T1返回艙。中共的太空飛行計劃始自空氣動力學大師銭學森,以致其飛行精度一向不在美蘇之下。内蒙的降落場要比俄國用的中亜草原和美國用的太平洋降落區小多了。

對這個問題,最好的解決方案是分两次剎車,也就是第一次進入大氣層時,角度瞄得淺些,在消耗了一部分動能之後,重新彈回太空,進入一個橢圓的低繞地軌道,在繞地球半周之後,再以平常的第一宇宙速度重返大氣層。當然氣動力學是完全非線性的現象學,大氣層剎車之後馬上要在自身動力非常有限的條件下,以特定速度和角度進入一個新的軌道,這說來容易,做來就難得多了。這是中共第一次嘗試大氣層剎車减速後重入軌道,所以特别用一次發射任務專門來檢驗這項技術。結果是圓滿成功,嫦娥5號T1的返回載具於十一月1日早晨按計劃在南大西洋上空首次進入大氣層,四分鍾之後重入太空,繞地球半周之後,順利降落在内蒙,

1960年代的阿波羅計劃原本也考慮過两次剎車的方案,後來因為没有把握達到所需的精度,選用了直接一次進入大氣層的方法;當然NASA為此研發了3000噸級的土星五號火箭,而蘇聯在試圖自製同級的N1火箭過程中,因連續數次爆炸,從登月競賽中敗下陣來。中共目前最大的火箭是400噸級的長征三型,預計在2017年用來發射嫦娥5號的長征五型也只有800噸,4000噸級的長征九型要到2030年才能服役。所以從這個觀點來看,中共在火箭引擎技術上落後美國不只50年。不過阿波羅計劃是美國的巔峰之作,從那裡開始美國工業實力一路走下坡,到現在連複製土星五號火箭的引擎都已經無能為力,目前在研的SLS(Space Launch System)重型火箭只有1000噸重,最早要到2021年才能服役;而2014年十月28日在發射台自毁爆炸的Antares火箭用的居然是翻修後的舊蘇聯N1火箭用的引擎。最有創意的Spaceship Two也只是個不能完全飛出大氣層的玩具,結果原型機在十月31日也墜毁了。讀《羅馬帝國衰亡史》(《The Decline and Fall of the Roman Empire》)的感覺和生活在今日的美國其實是很像的。四世紀的羅馬軍團頭盔和鎧甲還是一世紀羅馬全盛時期的設計,但是製程大幅簡化,做工粗糙,歷史學家一看就知道;未來的歷史學家大概對二十一世紀的美國也會有類似的評語。

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  • 作者:王孟源

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迴響(8)

# re: 【太空】嫦娥5号T1顺利返回地球
1:我不懂的是这种航天科技为什么还会发生倒退,或者说是严重倒退?为什么50年前还能有个3000吨级的土卫五号,现在反而不能了?这个对于我这个科技盲来说似乎有点反常的不可思议。里面决定倒退的最大原因是什么?财力?国家意志?科技的腐败?

2:美国像衰落的罗马,我有听一个美国哲学教授也有这样说过。不过地理优势在哪里,再衰弱再腐败也不用太过于担心,只要在中国周边挑拨离间就还能维持很久,中国自己还得赶个30年才能科技上超越,其他几个比较有可能的印度和巴西,其实压根就不可能,美国最大的问题我个人认为还是内部问题。而当年罗马就在亚欧大陆的中间偏西,四面的“蛮族”看他不行了都能冲洗劫一番过去,也没有什么抵扣天堑。封建时代也是中国文明也在某种程度上享有连绵不绝的也是享用者地理的福。我想30年后如果没有什么新的地理大发现,国内不发生新的革命,美国也不会衰弱到2流国家,。

3:作为一个外行,我还想请博主谈谈你认为美国人是否真的有载人登月过,而在今日载人登月的最大意义又是什么?
1. 主要是管理上受民主制度先天的缺失,沒有長期的策略性考慮,換一個總統就換一個戰略方向,完全不顧培養團隊人才。當初做土星五號的工程師現在早已退休,期間40多年沒有研究或生產那麼大推力的火箭引擎,等到又需要了,連圖紙都找不全了,只好把博物館裡的樣本拆開來研究。

2. 我也覺得美國的問題遠沒有歐洲嚴重,再怎麼衰退也仍然會是國際上的重量級人物。

3. 美國當初登月純屬宣傳性的噱頭,沒有什麼科學上的意義。中國若是登月也一樣只有象徵性的意義,所以不應該花大錢急著做。
# re: 【太空】嫦娥5号T1顺利返回地球
博主你好,太空小白今天看到中国要搞“嫦娥四号任务确定 将实现人类首次登陆月球背面”。

不知道这个人类首次到底有着什么样的真实价值。会不会是没意义的玩意跑去搞个人类首次忽悠小白呢?
這倒也不一定。在月球背面登陸當然有工程上的挑戰(不能和地面通訊站直接聯繫),但是在科學上也有可能有些意義。首先月球背面是人類唯一能到達的不受人造電磁波污染的所在,未來可能會建立無線電天文望遠鏡。其次,月球背面靠南極處有一個很大的隕石坑,頗有探測的必要。
# re: 【太空】嫦娥5号T1顺利返回地球
我是觉得似乎那么多年美国对火星的兴趣要远远大于对月球的兴趣,但是在这一点上,中美两国的战略似乎不太一样。

美国为什么会放弃对近邻月球的进一步开发而跑去研究远的多的火星呢?其中是否能说明月球在先前的开发之中其实并没有太多的价值?还是有着其他的阴谋论成分?

或者说中国在太空探索方面的技术还是太远,比如还在20年以上,得先把美国的路先走把基础打牢了再说?
美國對火星的偏愛來自三方面:首先人都已經上過月球了,再怎麼研究也覺得是退步。其次,火星是否曾經有生命對基督教徒來說很重要。最後是探測火星要比月球困難,可以炫耀自己的技術能力。追根究底,三者都是公關的考慮,這是因為NASA永遠都在擔心下一年國會的撥款,所以每個任務都必須有取悅群眾的效果。

中國走自己的路,以一個固定的團隊,進行穩定的工作,不是為了浮面的成就而時緊時鬆,這樣很好,長期來看是最有投資效率的。
# re: 【太空】嫦娥5號T1順利返回地球
我隱約覺得對於 NASA 來說,火星探測會比登月計畫容易要得經費。中國方面,是否有技術問題,我不清楚。但是我覺得中國方面的考量是,現階段搞登月計畫,其附帶產出比較有價值。
其實登月和探測火星的科學價值和附帶產出都不高,專家們一向誇大以便拿經費。這些項目都有不少虛榮成分在裡面。中國的步驟走得不快,投資也不大,相對於整體國力是合理的。
# re: 【太空】嫦娥5號T1順利返回地球
先生說 "登月和探測火星的科學價值和附帶產出都不高",但是對中國來說,難道登月所需的軌道和精密控制,不算是一個寶貴經驗嗎?
但是它沒有實際經濟上的應用。

人類的科技並不是把同等難度的進步做齊平發展的,而是受到經濟需求的強烈制約,有用的就突破到很難很細的地步,沒用的就沒人管。

深太空軌道的控制技術只能用在深太空,所以有沒有用,基本取決於未來會有多少深太空探測計劃,而至少50年內這些計劃除了滿足基礎科學的好奇心之外,只有虛榮性的貢獻,完全沒有回饋經濟成長的可能。
# re: 【太空】嫦娥5號T1順利返回地球
just read this news item earlier on today, sorry i have forgotten about the detail already...anyway it's about a China born /US educated then became American citizen) leading scientist in U.S. Mars project he "mysteriously" disappeared then quits his job in U.S. during his home visit in China...FBI stopped his wife on her way returnning to China, fbi claimed the harddrive she carried was with lots of highly sensative/classified information re national security...really? how does knowledge in Mars affect US national security?
well this maybe also tells that PRC is highly interested in further away Mars,not just the back side of Moon...
I read the story too. It seems to me that the guy just wants to go back to a teaching job in China. The US government is being paranoid.

It has been like this since the Wen-Ho Lee incident. This will have a large chilling effect on any Chinese scientist working in the US.
# re: 【太空】嫦娥5號T1順利返回地球
oh maybe the continuous investment in space science will also bring some commercial value as many rich people are happy to pay millions to be on spacecraft to visit moon or elsewhere (?)...
but they don't want to die for it unless it's absolutely safe...anyway space tourism is not that far away from reality...i maybe get on one before I die if it has become very cheap in a decade or two, haha!
I'm afraid not. Space travel is and will remain expensive, dangerous and largely a state affair.

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