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為啥不能直接飛到月球?而需要環繞變軌?


一、直接飛到月球是可以的,但是這樣做需要耗費更多的燃料。

地球一直在以29.8km/s的線速度、15°/h的角速度在自轉,因為我們在地球上具有同樣的速度,所以感覺不到。對於月球,其公轉的角速度為 33′/h,即0.55°/h。

由此可以看出,地球自轉速度是月球繞地球公轉速度的27倍之多!如果地球上發射一顆月球探測器,由於慣性則此探測器自身就帶有一個和地球自轉一樣的角速度。如此巨大的角速度,使探測器不得不呈現出一種螺旋式上升方式(橢圓軌道)。除非探測器使用反方向推力,降低自己的角速度和月球公轉角速度一致,才能夠和月球相對靜止,然後直線飛過去。但是,這個過程需要探測器耗費巨量燃料降低角速度,並且還要探測器做足夠的功才可以地球的引力勢能,整個過程可以說是要耗費大量的燃料。

二、如果採取讓探測器跟隨地球自轉的方式,就可以避免使用大量燃料:

月球公轉很慢,幾乎可以認為相對地球靜止。探測器在圍繞月球公轉的時候,每次順著地球公轉方向只需要燃燒少許燃料,就可以使探測器獲得更大的速度,做更大的橢圓軌道運動(下圖)。當經過幾次加速過程,探測器圍繞地球轉速已經夠大了,這時候待探測器剛好轉到地月背面時,只要再次少許加速一次,探測器就可以輕而易舉地擺脫地球的引力勢井,以一個更大橢圓的螺旋曲線奔向月球,然後到達月球時再減速就可以被月球的引力俘獲從而圍繞月球轉。整個過程類似於一個引力彈弓,說白了就是探測器利用了地球自身的自轉速度而已。

這種方式燃料耗費較少,只需要3次加速過程和減速過程。但是軌道的計算過程十分複雜,而直接飛就不用計算什麼軌道,但是燃料耗費的卻太多。以目前人類的探測器製造技術,還不能夠攜帶較多的燃料,故而只能夠採取第二種方式登月。


最主要的原因是為了節省燃料,這樣少用一點燃料,就少攜帶一些燃料,其實吧,最根本的原因就是推力不足,如果有科幻電影中那種級別的飛行器,需要啥子轉移軌道、繞月軌道,直接看準月亮,用肉眼導航即可,然後,「油門」一踩,「推背」感極強,飛似的向月球衝去,然後直接減速,也不需要多麼麻煩的制動,懸停降落在月球表面。

當然,這說的有可能是500年後的人類航天器技術,現在的話,只能這麼做,先繞地球轉幾圈,獲得了第二宇宙速度之後,進入月球轉移軌道,即地月軌道,向月球進發,到了月球背面時,主火箭開始制動減速,使飛船進入月球環繞軌道,然後釋放登月艙,宇航員開始登月活動。

當年的阿波羅11號登月活動就是如此,繞了地球一圈半,加速至接近第二宇宙速度,進入轉移軌道,抵達月球背面,制動減速,進入環月軌道,開始登陸活動。

下圖是當初嫦娥一號探月的軌道示意圖:

由圖可知,嫦娥一號在繞地球飛行時,共三次軌道機動,使軌道變得越來越橢圓,速度也越來越快,其實,也是藉助了地球引力的因素,最終將嫦娥一號「甩」了出去。

抵達月球時,可見圖中的繞月軌道正好與此前繞地軌道順序相反,先是進入大橢圓軌道,然後慢慢的制動減速進入較小的繞月軌道,進行探測活動。

所以,發射月球探測衛星時,既要算好發射時間、發射角度,還要算好發射窗口期,因為,其中任何一個環節出現了誤差,比如地球上天氣出現了變化,都可能導致任務失敗。

就和我之前說的那樣,還是人類的技術太低,你看科幻電影中的飛船多麼的厲害呀,直接一飛衝天,直奔月球,相信人類以後的科技會實現的。


好吧,再給你演示一遍吧。

首先我們從地球發射,進入近地軌道環繞。

然後在此處加速,增加遠地點高度,直到軌道接近月球。

利用月球引力減速,然後飛船減速進入繞月軌道。

繼續減速在月球著陸。

返回時從月球起飛只需小號很少的燃料。所以月球是一個理想的太空中轉站,將來會成為人類探索太空的新起點。從月球起飛,在表面很近就可以進入環繞月球軌道。然後在月背加速,提高軌道高度,靠近地球。

接近地球利用地球引力減速,並且自身也開啟火箭發動機減速,準備再入。

這就是整個軌道以及各個主要節點的思路。


首先,你的想法確實是可以實現的,從地球赤道出發,兩點一線,所耗費的時間和距離最少。

但是,你知道這樣比環繞著陸耗費的燃料要多得多了。

先給你看嫦娥一號奔月的軌道示意圖,嫦娥一號是在繞地3圈多之後才終於離開地球的懷抱,飛往月球。而在「登陸」(實際上是墜月)月球的過程,同樣經歷了3圈多的在軌運行。

嫦娥一號軌道示意圖

阿波羅登月飛行軌跡

專業的術語和數據就不引用了,用人話來說,這樣運用地球的引力加速,比人工的燃料加速要省力的多得很。

所謂的引力加速,又叫引力彈弓,就是利用行星的重力場來給太空探測船加速,將它甩向下一個目標,也就是把行星當作「引力助推器」。利用引力彈弓使我們能探測冥王星以內的所有行星,且能為人類節省大量的燃料。

還有一個原因,人類的探測器在飛出地球,在軌運行,進入月球軌道,月球著陸過程中,都需要相對漫長的時間,對飛行器上的所有器材進行細緻的檢查,畢竟稍有一點差池,一次探月任務就OVER了。

其三,月球雖然離我們很近,但是,我們對月球的了解還是有限的,所以,好近九牛二虎之力,發射一個航天器,就為了登陸月球,那未免有點奢侈了,很多飛行器在登陸之前,還會肩負很多在軌檢測的任務,所以,這也是不選擇直接降落的原因之一。

還有一點,在登月之前,目的地著陸點都是事先設定的,如果像你說的,直接著陸的話,那肯定做不到那麼精確,在軌運行的好處就是可以不斷的飛行器進行細微的矯正,從而讓登月更加的順利。

如上,希望你能滿意!


直接飛到月球可能是最快的方式,可以大大縮減飛行長度,但是目前的人類科技做不到,飛船需要經過數次變軌才能進入月球軌道。

目前的方案是首先進入地球軌道,加速至第二宇宙速度,然後點燃三級火箭將飛船推入地月轉移軌道,飛船與三級火箭脫離,依靠月球的引力飛向月球,適時減速進入月球軌道,在月球背面依靠宇航員的操作使登陸艙與指令艙分離,登陸艙點火下降,最後依靠推進器軟著陸在月球上。這樣利用地球、月球引力不斷加速變軌的措施,可以使飛船節省大量燃料,更利於登月艙著陸。

美國阿波羅登月採用的這種方式,計劃中的登月大概還是會採用這種方式。地球引力對於人類飛行器還是大了一點,火箭在起飛和進入地球軌道的過程中,飛行軌跡本就是弧形,又因為地球和月球的相對運動,使得飛船需要在地球軌道上等待,當飛行到合適的位置時啟動發動機,推動飛船進入月球轉移軌道。


謝邀。

生活中的(小)例子:

(1)從重慶坐船去武漢,來到「長江三峽大壩」,由於大壩兩側的水位高低不同(落差百米)。故,船不能直航闖壩(後果嚴重),需進壩(升)降位,「同位航行」。

(2)阿Q是單身男人;祥林嫂是單身女人,男生追女生,無可厚非。錯在阿Q見到祥林嫂開口說了一句話:「我想和你睡覺」!後果是相當的嚴重(你知道)。[ 成年人都知道:「門當戶對」 「體溫相近」;預溫前戲,兩情相悅。]

在宇域眾星中,「月球」和「地球」雖然位置相近,但「體量」不同,(產生的)「引力波」不同。故需要「多次變軌」才能「親密接觸」。否則,代價很大 (相當的大)。

萬事『和合自然』,方能『百戰不殆』。[中和悟道]。(網路圖片)


不是不能,而是太不經濟。火箭當然可以直接從地球飛向月球,然後著陸月球,而無需進行變軌。但這樣做,需要火箭擁有強大的推力和足夠多的燃料,而這是非常不經濟的,所以太空飛船一般都是通過多次變換軌道來飛向月球。

在2007年,我國第一顆探月衛星——嫦娥一號在奔赴月球之前,先是環繞地球飛行不斷調整軌道,然後使它飛入地月轉移軌道,這是飛到月球所需能量最少的軌道。在接近月球時,嫦娥一號需要進行制動減速飛出入地月轉移軌道,然後它被月球引力俘獲。再之後,通過多次變軌調整成繞月飛行的圓形軌道。當年的阿波羅載人登月飛船也是通過類似的方式飛向月球,並最終在月球上著陸。

到了嫦娥三號,有了前兩次經驗之後,這次是直接飛入地月轉移軌道,然後減速進入繞月軌道。此後,再繼續調整嫦娥三號的軌道,通過制動使得嫦娥三號能夠攜帶著玉兔號月球車成功降落月球表面。


我來回答一下這個問題,不足之處還請大家指正。

第一,發射探月飛船,火箭是目前唯一的運載工具。眾所周知火箭在地球大氣層內會消耗絕大部分燃料,飛出大氣層把飛船送入預定軌道後運載火箭也就完成任務了,飛船後期軌道維持和變軌只需要很少的能量。那麼我們為什麼不能直飛月球呢?舉一個簡單的例子,一輛汽車爬山如果取最短路徑直線到達山頂,為了克服上山阻力需要汽車發動機大功率持續輸出。持續高功率輸出汽車發動機是受不了的,盤山公路解決了這個問題。從山底到山頂總耗能量幾乎相等,延長路徑會降低發動機時時功率,使它可以保持在發動機可以忍受的範圍內。火箭也是一樣,不過它不僅考慮發動機輸出功率的問題,還要考慮燃料分配問題。如果火箭和飛船平分燃料,就會降低火箭的有效載荷。繞地軌道,當飛船到達遠地點後,飛船就會點火加速抬升軌道高度進入地月轉移軌道。到達環月軌道後就要減速,以保證飛船能夠被月球捕獲。如果飛船質量過大,抬升軌道和減速進入環月軌道耗能就會增加。通過實踐,環繞變軌比直飛更經濟。

第二,測控要求。探月工程離不開航天測控,有效測控點越多,測控精度就越高。航天測控是一門複雜的工程,只有高精度的測控數據才能保證探月工程的順利實施。比如前期的入軌精度,真可謂差之毫厘謬之千里。飛船進入環地軌道,離開遠地點後,飛船發動機什麼時候點火加速抬升軌道高度準備進入地月轉移軌道,點火多長時間?脫離地月轉移軌道進入環月軌道,調整飛船姿態減速,發動機何時點火,點火多長時間都需要測控部門的緊密配合,以便地面控制中心精準控制。如果直飛月球,測控點會減少很多,測控精度必然下降,地面控制中心很難控制飛船轉軌和變軌精度。正是由於測控技術的限制,飛船在環月軌道停留的時間要比環地軌道停留的時間大很多。

第三,發射窗口。根據星球的不同軌道位置,發射窗口有短有長。探測火星工程的發射窗口要比探月工程發射窗口少的多,窗口期時長也更短。探月工程發射窗口比較多,有效窗口期也長。對於遠距離探測任務,最佳發射窗口有可能長達幾年,幾十年一遇,窗口時長甚至會短到幾秒。直飛探測雖然可以充分利用發射窗口,但是同時又會使發射窗口變窄。令人遺憾的是,現有的火箭和飛船製造技術有限,現有測控技術不能滿足苛刻的發射窗口,所以航天科學家們往往望窗口興嘆,眼高手低絕對是不成的。

不足之處還望相關專業人士科普一下,在此萬分感謝。


為啥不能直接飛到月球?而需要環繞變軌?

如果我們未來能發展出一種比沖堪比霍爾電推發動機,推重比超過100的火箭發動機的話(當然沒有人用這種方式來標識火箭的參數,一般也就推力:**噸 循環方式:**循環 比沖:**S 干質量:**噸 這樣的方式)大可不必如此操作,直接飛出大氣層,然後進入月球後直接降落減速,完全么有問題!

嫦娥一號的飛行軌道示意圖,為什麼要一圈圈繞上去,完全是因為發動機的推力不夠,用霍曼轉移軌道一圈圈磨蹭,當年印度的火星探測器曼加里安轉了半個多月才離開地球前往火星。進入目標軌道前,還需要引力彈弓來減速,以節省減速燃料消耗!

引力彈弓減速

從地球前往火星的探測器的軌跡也是繞了大半個太陽系,所以才會有如此複雜的軌道計算,如果未來發動機夠NB了的話,計算就簡單多了,如果10分鐘到月球,幾小時到火星的話,根本不用計算軌道和導航,目視直接出發前往月球、火星,然後直接減速降落即可!


答案不是不行,而是不太經濟,首先地球到月球的平均距離,大概有38萬公里左右,如果是直線飛過去,當然是最快,也是最短的路線了,但現實當中是不能這麼飛的,因為這樣飛太耗燃料了,如果是載人登月的話,可能飛過去就耗盡燃料了,然後那些登陸月球的宇航員,只能有去無回,在月球上等死。

所以現代的太空飛船,都要儘可能的節省燃料,那麼最好的辦法,就是利用地球的引力,我們都知道某個物體離開地面,並且抵達一定的高度的時候,就會圍繞地球旋轉,不會再掉下來,那麼太空飛船也是一樣的,當它們達到一定的高度的時候,就會圍繞地球進行旋轉。

太空飛船在旋轉的時候,需要慢慢從低軌道變軌到高軌道,在變軌的過程當中,飛船消耗的燃料其實非常的少,最起碼比直接飛過去要少,所以雖然多花了點時間,但卻節省了飛船的燃料,畢竟就現階段而言,太空飛船攜帶的燃料是有限的,而人類的時間卻是無限的。

最好還有一點,人類探索月球的目的,無非就是了解月球,然後獲取更多的數據和資料,但這些都需要宇宙飛船來進行支持,而宇宙飛船攜帶的燃料畢竟是有限的,那麼在有限的燃料下,我們必須發揮這些燃料的最大價值,那麼既然可以利用地球的引力來節省燃料,人類自然不會犯傻,所以直線飛行是不現實的......


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