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科普:别瞎吹!日本隼鸟2号探测器技术水平远不如嫦娥五号探测器
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2022.07.05 山东

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今日,日本隼鸟2号小行星探测器成功返回地球,而我国的嫦娥五号月球探测器也已经完成月球采样任务,即将返回地球。一时间,网络上关于“日本隼鸟号探测器和我国嫦娥五号探测器谁的技术含量更高”的讨论格外热烈。很多人说日本隼鸟号探测器飞行距离比地月距离远得多,认为日本隼鸟号探测器技术含量更高。实际上这个说法是完全是不经过思考的瞎吹!

长征5号运载火箭发射嫦娥五号月球探测器现场照片

说一千道一万,不如比比看。

一、隼鸟2号小行星探测器。

日本隼鸟2号小行星探测器

隼鸟2号参数介绍:

隼鸟2号的重量为609公斤,安装了四台遥感成像仪器。其中,光学导航相机(ONC)与我们一般概念中的摄像机的工作原理基本相似,在隼鸟2号飞行和着陆的过程中承担探测器“眼睛”的任务,用所拍摄的图像为飞船导航。而近红外光谱仪、热红外成像仪等科学仪器,则可以利用肉眼无法识别的红外信号,对龙宫小行星表面的物质成分和温度进行探测。此外,还有一台光学雷达,可以向小行星表面发射激光,通过测量激光反射回探测器所需的时间获取小行星的地形地貌数据。

隼鸟2号上携带的小行星巡视器并没有安装轮子,而是采用“跳跃”的方式运动,动力来自于其内部的飞轮产生的力矩,通过改变力矩的方向和大小可以控制跳跃的速度和方向。

值得一提的是隼鸟2号的登陆器是法德提供的,离子推进器则是美国提供的。实际上这台小行星探测器并不是真正的日本国产探测器。

隼鸟2号探测目标简要介绍:

释放2个着陆器到直径约900米的“龙宫”小行星表面上,并通过金属弹丸轰击小行星,并趁机收集轰击溅射的微量小行星物质,再返回地球做进一步研究。本身引力极小,电推发动机都足以摆脱它的引力束缚。

隼鸟2号技术难点:

1、深空测控、通讯技术,难度极大。

2、采样封存技术,难度很小。

3、再入大气层技术,难度较大。

点评:隼鸟2号最大的技术难点在于深空测控、通讯技术。如何实现超过3亿公里以上超远距离的精准测控、通讯是隼鸟2号本次探测任务的最大难点。

由于“龙宫”小行星实在是太小了,它表面的引力几乎可以忽略不计,着陆、起飞相当于在太空中和某个卫星对接、分离,可以理解为是发射一个航天器去和另一个在太阳轨道的"航天器"对接。

隼鸟2号探测器返回舱回收作业现场照片

至于长期20Km距离伴飞的小行星、两次自主下降、悬停、调整姿态、触地着陆采样、释放两个巡视器和1个着陆器、轰击小行星表面、溅射物质取样等步骤均属可以纳入深空测控、通讯技术范畴。试想一下,如果没有精准的测控、通讯技术,连隼鸟2号探测器飞到哪里都不知道,更不用说和小行星的精确距离。不夸张的说,实现这个功能对深空、测控技术的要求堪称史无前例,难度极高!

二、嫦娥五号月球探测器。

嫦娥五号着陆器和上升器。

嫦娥五号参数介绍:

嫦娥五号探测器总重8.2吨,由轨道器、返回器、着陆器、上升器四部分组成。后续在经历地月转移、近月制动、环月飞行后,着陆器和上升器组合体将与轨道器和返回器组合体分离,轨道器携带返回器留轨运行,着陆器承载上升器择机实施月球正面预选区域软着陆,按计划开展月面自动采样等后续工作。

嫦娥五号探测目标简要介绍:

在月球表面实现软着陆,通过无人采样机构钻取月球表面2米深的月岩或月壤以及抓取月球表面土壤,封装后通过上升器上升至月球轨道和轨道器交会对接,将返回舱转移到轨道器,再携带样品返回地球做进一步研究。月球是一颗直径为3476.28千米的地球卫星,表面引力为地球表面引力的六分之一左右,最低环月速度为1.68Km/s,地月轨道最低转移速度为1.8Km/s。

嫦娥五号技术难点:

1、深空测控、通讯技术,难度中等。

2、月球表面软着陆技术,难度极大。

3、无人取样、封装技术,难度较大。

4、太空交汇对接技术,难度很大。

5、无依托火箭发射技术,难度较大。

6、再入大气层技术,难度较大。

点评:嫦娥五号由四个部分组成,每个部分都是一个复杂的系统工程,每个部分都要进行复杂的自动化操控,这就要求每个部分都必须携带大量用于姿态调整的不同推力等级发动机,并且每台发动机都必须能做到精准调控控制。据报道,嫦娥五号月球探测器总计携带77台不同型号的发动机!数量之多简直令人咋舌!可见嫦娥五号月球探测器有多么复杂!

据统计,在美、苏合计25次成功进入环月飞行的软着陆探测器中,有7次着陆失败。其中苏联共尝试软着陆12次,失败5次。美国共尝试软着陆13次,失败2次。如果排除有人操纵的阿波罗飞船,美国共尝试“勘探者”无人探测器着陆7次,失败2次。总体来说,美苏合计的无人探测器软着陆成功率只有63.5%。只有我国三次软着陆均成功,说明我国的行星表面软着陆技术已经很成熟。但这项技术并不简单,对其他国家来说,月球表面软着陆仍然是一项难度很大的技术。

据报道,2019年4月和9月,以色列和印度两个国家曾分别往月球发射过着陆探测器,最终都因为探测器的姿态控制失衡导致任务失败。

至于太空交汇对接技术,目前仅有美、俄、中三个国家掌握这项高难度技术。由此可见,这项技术难度有多大。无依托火箭发射技术同样是一项技术难度很大的技术,有兴趣各位可以自行了解。

嫦娥五号月球探测器无人取样返回全过程示意图

当年美国的阿波罗登月飞船一样是由轨道器、返回器、着陆器、上升器四部分组成的,只是缺少嫦娥五号的2套无人取样机构、1套封装机构、1套转移机构,技术复杂度更低。实际上,如果将嫦娥五号放大,将返回舱换成载人返回舱,这就是一个完整的中国版“阿波罗”登月飞船。虽然现阶段我国缺少土星五号这种级别的重型运载火箭,无法一次性发射载人登月飞船,但若真的有必要,我国可以采取多次发射,利用太空交汇对接技术组成一个完整的载人登月飞船。因此,理论上来说,嫦娥五号探测任务成功以后就标志着我国已经具备载人登月的各项技术能力!

总结:

日本隼鸟2号小行星探测器从技术复杂度来说,远远不如我国发射的嫦娥五号月球探测器。值得肯定的是,隼鸟2号小行星探测器所需的深空测控、通讯技术难度堪称史无前例,技术含金量很高。然而这项技术并非日本自己研发的,而是依靠美国的。当然,此次任务也体现了日本自动化控制技术具有很高的水平。

我国的嫦娥五号月球探测器,所有关键技术均为自主研制。虽然本次任务所需的深空测控、通讯技术难度远不如日本隼鸟2号小行星探测器,但全套测控、通讯系统均为自主研制。此外,我国已经发射了火星探测器,这就意味着我国已经具备3亿公里以上的深空测控、通讯技术。整体深空测控、通讯技术和美国即使有差距,也不会有非常大的差距。

天问一号火星探测器

最后,预祝我国嫦娥五号返回舱成功在内蒙古预定地点着陆!预祝我国的“天问一号”火星探测器任务取得圆满成功!

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