在航天器登月和返航过程中如何设计轨道易懂些可以说说具体的轨迹方程吗?比如,在月球表面着陆,月球表面没有大气层.

Question

在航天器登月和返航过程中如何设计轨道
易懂些
可以说说具体的轨迹方程吗?比如,在月球表面着陆,月球表面没有大气层.

Answer 1

载人飞船要发射到月球上,必须按登月轨道飞行.因为月球没有大气层,飞船飞抵月球后,必须用发动机减速,才能实现软着陆.登月轨道从理论上说,可以有直接登月、环地登月、环月登月3种.
(l)直接登月轨道
直接登月轨道是一种最简单的登月轨道.因为月球与地球之间的距离为38万公里,还在地球引力场范围之内.假设月球是个没有引力的几何体,选择适当的发射窗口,使飞船的运行轨道与月球相交,飞船就能到达月球.直接登月轨道从理论上说,可以是直线、椭圆、抛物线、双曲线.
椭圆轨道和月球相交有3种方式：一是在远地点处相交(与月球运行轨道相切).二是在到达远地点以前相交.三是过了远地点后相交,该下降型轨道能够到达月球背面.美国和苏联都曾用过直接登月轨道发射直接击中月球的探测器.但因为这条轨道需要大推力运载火箭,并需有十分精确的计算,否则航天器会飞越月球而去(苏联发射的第一颗月球探测器就是如此),而且不容易控制软着陆,所以载人飞船不用直接登月轨道.
(2)环地登月轨道
这种轨道由停泊轨道、过渡轨道和月面着陆段组成.飞船首先进入环地运行的停泊轨道,然后再选择最有利时机,由地面飞行控制中心遥控飞船启动变轨发动机点火,使飞船脱离停泊轨道,进入与月球相遇的过渡轨道.当飞船飞离地球37万公里的两球作用力分界面后,飞船主要受月球引力作用,登月速度高达2.5公里／秒.所以,这条轨道也是硬着陆轨道.飞船若用此轨道登月,难以控制软着陆.但早期月球探测器多采用这种登月轨道.
(3)环月登月轨道
环月登月轨道是飞船选用的登月轨道.这条轨道由环地飞行的停泊轨道、飞向月球的过渡轨道、环绕月球飞行的月球轨道、降落于月面的下降着陆段组成.美国阿波罗飞船和苏联发射的月球探测器均采用这种方式.
飞船从停泊轨道实现登月着陆,一般需经过3次变轨.当飞船进入停泊轨道后,地面飞行控制中心根据计算出的最佳路线和最有利的出发点,遥控运载火箭末级发动机把飞船送入大椭圆过渡轨道,实现第1次变轨.当飞船进入月球引力场后,其相对于月球的速度已超过月球的逃逸速度,如果不控制减速,飞船会沿双曲线飞越月球,或与月球相撞.因此,需进行第2次变轨,启动飞船上的发动机减速,使飞船进入环月飞行轨道.为使登月舱进入着陆段,还需进行第3次变轨.登月舱进入下降着陆段后,先后启动制动火箭、小推力发动机、缓冲着陆装置,才能最终顺利实现软着陆.