為什麼從地球起飛需要長征五號,從月球起飛乙個小小的上公升器就可以?

時間 2021-05-30 21:44:11

1樓:Mr.Dong

這跟月球的質量和重力勢有關係

我們先看一下地月軌道,為了簡便計算,我們假設沒有地月相對運動

登月器軌道(無地月相對運動)

現實中的軌道會更加複雜,因為月球還有繞著地球公轉,不過登月器的軌道大體上就是這種8字形的軌道。無論是從那裡發射,最終都進入這個軌道。登月器的軌道並不是一條直線,所有並不需要發射地點面對著月球或者直接瞄準月球發射,因此在那裡發射都無所謂

接下裡我們計算一下到達從月球到達地球到底需要什麼條件

地月勢能圖

為了從地球到達月球,火箭需要給與乙個動能使其抵消掉上圖中的最高點和地球表面上的勢能差,之後僅憑月球的重力場就可以抵達月球表面。

從月球到地球,推進器只需要給與乙個動能使其抵消掉上圖中的最高點和月球表面上的勢能差,從圖中就可以看出(並非按比例),月球表面和最高點的勢能差比地球表面和最高點的勢能差要小得多。

用重力勢的公式可以算出最高點時離地心的距離

乙個物體的重力勢能等於 ,(公式 僅僅在離地表特別近,並且相差較小時成立)(因為在無窮遠處的勢能為0,所以重力勢能的公式為乙個負值)

勢能最高點的距離

其中為地心到勢能最高點的距離, 為月心到勢能最高點的距離, , , 分別為地球質量(5.972 × 10^24 kg),月球質量(7.348 × 10^22 kg), 地月平均距離(384,400 km)

之後通過能量守恆可以求出需要的速度(動能)

也就是說,如果可以讓火箭需要讓登月器達到11km/s的速度,它就可到達月球,當然,實際情況還需考慮阻力,月球的公轉,以及月球近地點和遠地點等等。

再來看一下月球到地球所需要的速度

之後通過能量守恆可以求出需要的速度(動能)

其中 為月球半徑(1,737.1 km)

也就是說,上公升器只需要達到1.9km/s的速度,它就可到達地球。

除了速度以外,質量也是非常重要的因素,在地球上發射的嫦娥五號探測器總重8.2噸,還要算上多級火箭的重量,上公升器才僅僅300-400kg,所需要的燃料肯定會少很多

2樓:鋼隼

題外話:這就是月球作為「跳板」存在的意義。

月球表面的低重力以及沒有空氣阻力的環境可以讓比地球上重的多的物體更加輕鬆的入軌,而且還不需要整流罩,這就意味著可以在月球表面工廠建造大型行星際飛船,然後發射到太空,或是在月面製造分段,然後發射到月軌組裝。到時候大型飛船只需要承擔在行星際之間的航行,而不需要考慮在星球表面整體登陸或者起飛的問題,地球上的人只需要想辦法把人和貨物送上低軌和飛船對接就行。

至於建造用的材料,月球上別的可能沒有,但鐵和鈦有的是。

甚至在我看來不考慮礦物問題的話月球都不是最好的跳板,火星的那兩顆超小號衛星才是完美的跳板。

3樓:XLHY

這個問題可以從幾個方面考慮:速度增量,阻力,有效載荷。

長征五號地月轉移軌道速度11.2公里/秒,上公升器要達到的月球環繞速度1.68公里/秒,速度增量差距是6.7倍

阻力包括重力和空氣阻力,地球重力是月球重力6倍,地球有稠密大氣,月球沒有大氣,阻力差距預估9倍以上

長征五號載荷達到8.2噸,嫦娥五號上公升器有效載荷小,只需兩公斤月壤以及若干公斤的容器和對接傳送裝置。

正因為月球上有這麼多有利起飛的條件,所以大家不用擔心嫦娥五號上公升器了。

4樓:火星總署

火箭的目的是克服重力使物體上公升。重力加速度的大小取決於星球的質量、直徑等因素,重力大小還與物體質量有關。

根據牛頓第二定律,質量變小,加速度不變的情況下,所需要的力就比較小。

眾所周知,長征五號及其載荷的總質量遠大於嫦娥五號上公升器的質量,所以需要的推力也比較小。

5樓:於小小然

因為月球在繞地軌道上。

從地球到月球本質上是克服地球引力,獲得勢能。

從月球到地球本質上是釋放(相對於地球的)勢能。

模擬一下,從地球登月相當於人從平地跳到桌子上,返回相當於跳下來,都需要跳一下,但需要的力差很多。

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