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航天強國韓國也要“探月”了！2022年8月5日，韓國月球軌道器“賞月”(Danuri)搭乘“獵鷹9”火箭從美國佛羅里達州卡納維拉爾角航天中心發(fā)射升空，開啟它的環(huán)月之旅，屆時韓國將成為全球第7個擁有月球探測器的國家。如果一切順利，“賞月”將在12月16日（世界時）到達月球軌道，前后歷時達134天。

韓國“賞月”軌道器想象圖

有朋友表示好奇：記得我們的嫦娥5號月球著陸器是2020年11月24號發(fā)射，28號就進入了環(huán)月軌道飛行，總共只用時不到5天；同樣是從地球飛到月球，為什么韓國的探測器竟需要4個半月？它到底是怎么飛的？

獵鷹9號是許多航天迷心中的“夢想火箭”，它運力強大，能將8.3噸的有效載荷推到地球同步軌道，它還可以“回收重復使用”。當然了，獵鷹9號在回收一級火箭時的GTO載荷只有5.8噸。

相比之下，發(fā)射“嫦娥五號”月球探測器的長征五號火箭GTO運載能力達14噸，它不能回收，一些網(wǎng)友對此耿耿于懷。

獵鷹9火箭發(fā)射“賞月”軌道器

但一個有趣的現(xiàn)象是：韓國“賞月”號軌道器總發(fā)射質量僅678千克，嫦娥五號重達8.2噸，是前者的12倍！為什么“大馬拉小車”的獵鷹9火箭竟要花134天才把“賞月”送到月球？

從SpaceX公司發(fā)布的獵鷹9號火箭數(shù)據(jù)看，它能將大約4噸的載荷送去火星，按理說發(fā)射一個幾百千克的探測器去月球應該綽綽有余。但“賞月”號升空后卻走了一條非常奇怪的“8”字形路徑，它最遠竟飛到了距離地球150萬公里的地方，遠遠超出了地球到月球38萬公里的距離：

“賞月”在太空兜了個“8”字形的大圈

為什么“賞月”號要舍近求遠多飛幾百萬公里，為此多耗100多天？既然美國獵鷹9火箭動力充沛，直接送它去月球不香嗎？抑或“賞月”除了賞月之外還有別的探測任務？

包括中國嫦娥四號、嫦娥五號、美國月球勘測軌道器（LRO）以及阿波羅飛船在內(nèi)，許多月球發(fā)射任務都采用“一箭直達”的方式：用火箭將探測器直接推送到月球，然后由探測器開啟發(fā)動機減速，被月球引力捕獲，再繞著月球飛行，這種地月轉移軌道被稱為“霍曼軌道”。

美國LRO用時5天插入月球軌道

“霍曼軌道”的好處顯而易見：速度最快，用時最短。特別對于載人登月而言，時間更是寶貴，宇航員在太空多呆一天就多一天的消耗，也多一分風險。同時它對飛船的要求也更高：我們需要更強大的飛船發(fā)動機來進行軌道機動，要攜帶更多推進劑，探測器因此更大更重；需要更精確的軌道計算和測控，發(fā)射窗口也得精確到秒，機會稍縱即逝。

韓國顯然不具備這些技術。“賞月”號總重678千克，干重（不包含推進劑的質量）550千克（其中有效載荷質量僅40千克），也就是說它僅攜帶了128千克的燃料。這些燃料需要用來進行多次變軌，還得支持其長時間的繞月軌道機動。采用“彈道式入軌”，以時間來換取低能量軌道轉移（LET），是不得已而為之的做法。

走彈道式地月轉移軌道需要數(shù)月時間

獵鷹9號火箭推力強大，它能給“賞月”一個很快的初速度，使它飛到距離地球約150萬公里遠的“地日拉格朗日L1點”附近，然后在地球的引力作用下，“賞月”開始往回走、向著月球的方向運動，最終與月球軌道重合，并被月球引力捕獲。

這樣做的好處除了節(jié)省飛船自身的燃料外，還可以“擴大”發(fā)射窗口，不需要像嫦娥五號那樣把發(fā)射時間“卡到秒”。“彈道式入軌”技術含量更低，更保險。

印度“月船2號”依靠地球重力一點點加速

與韓國借用獵鷹9號火箭發(fā)射不同，航天強國印度面臨的卻是另一個難題——火箭推力不足。

2019年7月22日，印度用GSLV Mark III-M1火箭發(fā)射“月船2號”，火箭推著飛船繞地球兜兜轉轉N多圈，利用地球重力一點一點地加速，最后花了29天時間才把“月船”送達環(huán)月軌道，比韓國快100多天。

“月船2號”著陸器“維克拉姆”最終以零件形式登陸月球，取得了95%的成功。

印度演示月球飛船

“道路千萬條，安全第一條”，向月球發(fā)射探測器不僅需要強大而穩(wěn)定的火箭，需要有強大而穩(wěn)定的飛船，還需要有極精確的遙測和遙控技術加持。

火箭強勁、飛船動力不足，就得兜兜轉轉，花大量時間來彌補；若火箭不行，也需要耗費許多時間一點點變軌，才能把飛船送到位。只有各方面的技術都到位了，才能飛出完美的霍曼轉移軌道，用最短的時間將探測器送到月球。

航天強國講的是科學，單靠吹肯定是不夠的。

參考資料及圖片來源：

快懂百科：嫦娥五號探測器，長征五號系列運載火箭

維基百科：Ballistic capture，Trans-lunar injection，獵鷹9，獵鷹9發(fā)射列表，Danuri，Chandrayaan-2，

今日宇宙：“韓國的第一個月球軌道任務正在進行中”