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43看书 > 科幻 > 彩云之上 > 第239章 地月转移的10条轨道

“你们说,月球上什么样子呢?”

“有仙气飘飘的嫦娥姐姐,有威武昂藏的吴刚伐木工,还有一只通体雪白的玉兔、一座巍峨壮丽的广寒宫……”

“你小子拼好饭吃傻了吧,哪来的嫦娥跟兔子,说正经的呢!”

“那就是月球上有一枚薛定谔的脚印,它的主人来自阿波罗11号的尼尔·阿姆斯特朗……”

钓鱼台的中央指挥厅里,李圳南和明毅讨论着月球的景色。

摆渡车1号顺利进入200x36000公里的同步转移轨道后,所有人轻松下来,接下来只需要让红色实际轨道、尽可能与绿色理论轨道重合即可。

除飞控计算机自行调整外,地面测控站也会不断收集数据,在适当的时候发送新的指令,进行大幅度的轨道修正。

预计在12小时后,摆渡车1号才能离开第一条霍曼(同步)转移轨道,进入第二条转移轨道。

第二条霍曼转移轨道的高度,是200x51000公里,即近地点不变,远地点的高度提升到51000公里。

漫长的十几个小时无所事事,李圳南打听道:

“秦总,为什么不让上面级火箭直接冲进地月轨道,而是要这么一点点挪过去呢?我观察了一下,这一连串霍曼轨道,至少有五条吧?”

秦宇正抱着肩闭目养神,回答说:

“确切来说,本次从地球前往月球的飞行路线,一共设计了10条轨道。”

“从起飞段开始,200x200公里的近地停泊轨道,是第一条。”

“随后,200x3.6万公里、200x5.1万公里、200x8.5万公里、200x13.5万公里,这是四条用于加速的霍曼转移轨道。”

“另外,还有第六条备用的轨道,用于在摆渡车1号加速未达标时,紧急启用的。一旦启用这条轨道,相当于我们之前为发射窗口做的努力白费了……”

“第七条,200x38万公里,这是一条正式的地月转移轨道,也是耗时最长的一段路。”

“第八、九、十条,都是以月球为圆心的:200x1.9万公里、200x1600公里、200x200公里。”

“最终在200x200公里的月球圆轨道上,依次释放天鸽系列01~03星,完成发射任务!”

李圳南和明毅对视一眼后,纷纷陷入迷茫。

明毅说:“这个过程也太复杂了……就不能直接从200x38万公里的地月转移轨道,飞过去吗?”

秦宇摇了摇头,“虽然我们很想这么简单粗暴的设计,但很遗憾,星火三号的推力无法做到。”

李圳南说:“星火三号不是已经把摆渡车1号,送上来了吗?”

“摆渡车1号最终能否顺利到达月球,更关键的点在于速度!”

秦宇给两人讲道:“根据万有引力定律,以及开普勒第二、第三定律,我们可以分别得出三个速度——第一宇宙速度、第二宇宙速度、第三宇宙速度。”

他指着全息投影的地球仪说:

“分别是环绕地球飞行、飞离地球引力、飞离太阳引力的航天器速度。”

“而从地球飞往月球,既不是环绕地球、也不是逃离地球,因此航天器的速度应该介于第一和第二宇宙速度之间,也就是7.9~11.2km/s。”

“那么速度范围有了,具体该取哪个数值呢?还是说只要速度在此之间,就一定能抵达月球?”

李圳南想了想道:“应该还要考虑月球的引力吧?”

秦宇打了个响指,赞赏道:

“没错,这就涉及到太阳、地球、月球之间的三体引力问题了,在这里我们姑且忽略太阳,只捡你们听得懂的讲。”

“还是万有引力+开普勒定律+能量守恒定律的法则,在月球同样适用,推导出月球的第一、第二、第三宇宙速度。”

“而我们只需绕月球做匀速圆周运动即可,因此航天器要达到月球的第一宇宙速度1.68km/s!”

明毅听得有点晕头转向,“一会儿7.9~11.2km/s,一会儿1.68km/s,到底该飞多快……”

秦宇很喜欢这种好为人师的感觉,尤其是给两位亿万大亨当老师,他一丝不苟的说道:

“所以说,航天工程是一门很复杂的学科。首先我们要确保摆渡车1号能离开地球、并且还能在抵达月球时满足第一宇宙速度,从而被月球引力捕获。”

“根据开普勒第二、第三定律,或者能量守恒定律,近地点势能小、动能大,远地点势能大、动能小——推断出,近地点速度快、远地点速度慢。”

“这个原理不复杂,能听明白吧?”

李圳南若有所思的在笔记本上画了几笔,点点头,能量守恒定律他还是可以理解的。

秦宇继续道:“同样根据这个定律,在200x38万公里的大椭圆轨道上,近地点的速度是7.9km/s时,随着距离地球越来越远,当摆渡车1号抵达远地点即月球时,速度会降到1.02km/s。”

明毅立即领悟了,“1.02km/s的速度,远低于月球的第一宇宙速度1.68km/s,虽然能被月球引力捕获,但是摆渡车1号会坠机!”

“对的,因此近地点的初始速度不能是7.9km/s,需要再大一些!”

李圳南脱口而出这句话后,也想明白了,“所以摆渡车1号在地球附近的几条霍曼转移轨道,不断兜圈子,就是为了加速?”

秦宇微微颔首,虽然这样兜圈子的实际用义还有很多,但对李圳南和明毅两个小白同志来说,仅需明白‘加速’即可。

明毅奇怪道:“既然如此,干嘛不直接让火箭发射进200x38万公里的椭圆呢,过程越简单、步骤越少,不就意味着出错的可能性越低吗?”

道理是这样没错,火箭发射的程序越少、出错的地方也就越少,尽管即刻飞行很想这么操作,可惜星三的运力不允许。

秦宇耸了耸眉,拿起手边一个矿泉水瓶比划着,

“假设这是今天发射的星三火箭,它的固定推力就是250吨,那么搭载150公斤的有效载荷、跟搭载15公斤的有效载荷,你觉得哪个加速度更快?”

明毅说:“自然是重量更轻的那个吧……”

秦宇点点头,直接捏着矿泉水瓶的下半截道:

“没错,一枚火箭的加速主要分为两段,一级火箭消耗七八成的燃料,一边克服地心引力和稠密大气层的阻力,一边进行加速。”

“另外一段,就是靠着二级火箭、摆渡车1号在真空中的惯性,通过消耗极少燃料实现大幅度的提速。”

“如果想省事、省时间,最简单的办法,就是减轻有效载荷的重量,把燃料的推力尽可能用在火箭加速上。”

“当消耗的燃料足够多时,火箭进入轨道的初速度就足够大,那么它便能直接进入200x38万公里的轨道!”

“这种方式就像大炮打蚊子,费那么多功夫,就为了运输15公斤载荷到月球的话……投入和回报严重失衡,除非万不得已,否则是不建议用的。”

“况且就这次发射而言,天鸽系列01~03星重量是确定的、一级火箭推力是确定的,因此火箭抵达冯·卡门线时的速度,基本可以推算出来,大约在1.8km/s。”

“那么从1.8km/s→7.9km/s的过程,就得依赖二级火箭、摆渡车1号来加速了。”

“你肯定又会问,既然剩余燃料是足够的,一鼓作气加速进地月转移轨道不行吗?”

李圳南点点头,确实有这个疑问。

明毅也不太明白,反正不管怎么兜圈子,最终都是消耗这些燃料,干嘛不一步到位呢?

秦宇向二人提了个简单的问题:“你们爬过山吗?很高的那种,比如说泰山。”

李圳南嗯了声,“爬过啊,不过这跟现在的讨论有什么关联吗?”

秦宇说:“同样从山脚爬到山顶,你觉得是一气呵成的沿着直线爬上去省劲,还是走‘之’字型路线省劲……”

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