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亞洲雙花:嫦娥5號和隼鳥2號同期采樣返回,誰更技高壹籌?

近期兩個人類的探測器將分別攜帶不同的小行星質地樣本返回地球。

日本隼鳥2號已完成6年任務並且於12月6日淩晨降落在澳大利亞南部沙漠;而#嫦娥5號#也早已挖土成功,預計將於12月15日-16日在內蒙古四子王旗著陸,並按原計劃將2千克月球土特產帶回地球。

在此之前,日本的隼鳥2號已經飛行了3億公裏,堅持6年之才成功取樣返回地球。 日本此番飛行距離如此之遠,深空測控技術難度如此之大,那對比我們的嫦娥5號又如何呢?

到底是嫦娥5號的采樣難度大,還是日本的隼鳥采樣難度大,今天本文就做壹個全面的詳細對比。

日本作為亞洲航空強國,其能力不容小覷。

日本隼鳥2號是人類第壹個成功采集小行星地下物質樣本的國家,其實小行星采樣並非第壹次,第壹次還是日本,那時是隼鳥壹號探測器。只是這次的采樣難度更高,通過撞擊獲取了地下物質。

日本此次采樣的小行星“龍宮”1999JU3距離地球3億公裏,盡管“龍宮”的直徑只有1公裏,但是它卻被廣泛認為含有水和有機物,與46億年前的地球類似,這也就是日本探測器去采樣的目的,這對於研究地球的發展和太陽系演變具有重要意義。

而我國嫦娥5號此次采集月球土壤,除了驗證載人登月技術外,還對月球的起源、月壤的成分以及月球的水和以後組建月球基地都起到了非常重要的意義。

隼鳥2號由日本的H-IIA火箭發射升空,不過“隼鳥2號”探測器的質量只有609千克,單獨用H-IIA發射有點浪費,所以當時H-IIA除了攜帶“隼鳥2號”,還帶有另外3顆衛星。

在我國長征5號出現以前,日本壹直占據著亞洲火箭技術的領先地位,比如H-IIB(近地軌道運載能力為19噸)、H-IIA(近地軌道運載能力為15噸),其中發射“隼鳥2號”的火箭就是H-IIA。

我國嫦娥5號由四個部分組成,分別是:著陸器、軌道器、上升器和返回艙,總重8.2噸,由長征5號攜帶升空。

長征5號系列為中國第壹個從總體到分系統均采用最新技術的大型液體運載火箭系列,是中國目前研制規模和技術跨度最大的航天運輸系統工程,新技術比例達95%以上。目前是中國現役起飛質量最大、芯級直徑最粗、運載能力最強的火箭,也是亞洲能力最強的火箭。

長征5號是新壹代五米直徑低溫液體捆綁式重型運載火箭系列。其到達近地軌道的最大理論載荷為32~33噸,而到達同步轉移軌道的最大有效載荷能力為14.4噸。

隼鳥2號的深空測控由NASA深空網絡支持完成,由於地球的自轉,有些時候測控站轉到地球背後就無法持續對探測器進行測控,所以在深空測控這壹塊上,無論是日本、還是我國,都需要跟全球測控站進行合作,以達到持續不間斷測控的目標。

但隼鳥2號的測控還面臨壹個巨大的問題,由於它到訪的小行星距離太遠,有時候會因為太陽系的自轉,導致探測器被太陽或其它行星遮擋,從而導致測控難度大增。

我國嫦娥5號的測控由歐空局(ESA)協助我國完成,但無論是距離、還是測控難度,顯然都遠不如日本的隼鳥2號。

隼鳥2號的姿態控制吸取了1號的經驗,增加了2個高增益天線、1個測星儀、1個著陸器(MASCOT)和3個巡視器,隼鳥1號在探測“絲川(Itokawa)”小行星時,兩次“觸碰”小行星都出現問題,高度不正確、收集裝置不能正常工作等,其中最大的壹次事故就是因為姿態失控失聯了近2個月。

另外隼鳥2號升級了自動和自主控制系統,所以此次任務才得以圓滿完成。

嫦娥5號由於要降落在月球表面,而且是“軟著陸”,所以對測控、姿態控制以及自主控制、避障系統都提出相當高的要求,其難度遠遠大於隼鳥2號。

嫦娥五號探測器在探測月球時,需要利用反推器反推,為了實現安全著陸,嫦娥五號在月球軌道附近實現了兩次“剎車”。第壹次剎車是在月球附近時,嫦娥五號點燃3000牛頓推力的火箭發動機進行反推減速,經過17分鐘減速後,嫦娥五號的速度才能降低到被月球引力捕獲的程度,之後月球進入到環月軌道。

在月球表面降落時,又會利用到發動機反推,才能使得嫦娥五號安然無恙地在月球表面著陸。

單獨值得拿出來壹說的就是嫦娥的自主避障系統,這跟我國發往火星的天問壹號壹樣,都采用了自主避障系統,通過接近地面壹定高度時減速至“懸停”,然後利用光學相機和激光以及雷達尋找安全的區域進行降落,這可是比美國還先進的姿態控制方式,全球獨壹份。

可能很多網友會誤以為隼鳥2號先降落在小行星才采的樣,所以對隼鳥2號贊賞有加,但這裏要說的是:隼鳥哦2號並未降落在小行星上,而是在采樣過程中與小行星壹起“伴飛”。

日本此次取樣的“龍宮”小行星直徑不到1公裏,引力幹擾可以說微乎其微。隼鳥2號采用的取樣方式是逐漸接近小行星,在小行星表面精確控制減速到跟小行星同速,相當於“懸停”在小行星上空,然後通過發射重量為5克的鉭質子彈擊中小行星表面,爆炸濺起的塵埃狀物質或碎片被隼鳥2號的取樣機械臂收集到樣本容器裏,接下來換地方總***收集3次。

應該說日本這個采樣方式是很有創新性的,“龍宮”小行星由堅硬的巖石組成,為了收集到小行星地下的物質,隼鳥2號采取了撞擊的方式,這樣可以把巖石底下的物質給撞出來,不過缺點就是只能收集到小顆粒粉塵和碎片,而且質量只有100毫克。

嫦娥5號由於月球的巨大引力,有地球的1/6,在采樣前就必須精確地軟著陸月球,不同於隼鳥2號的精確減速,嫦娥5號所需的反推和精確控制能力要遠遠大於隼鳥,才能克服月球的引力。

嫦娥采取了“表取”+“鉆取”兩種取樣方式,利用機械臂對月球表面土壤進行鏟、掘等方式,還能夠利用打孔的方式獲取月球內部的土壤或者巖石,取樣的標本更為豐富,樣本更多。不過就難度和創新性而言,這個環節還是日本的隼鳥難度要更大些。

隼鳥2號由於沒有降落,同時由於采樣的小行星質量過於小,引力影響微乎其微,所以只需稍微點火加力即可離開,不存在什麽技術難度。

重點要說的是嫦娥5號,嫦娥5號由於要先克服月球的引力,所以需要在月球表面進行“無依托”起飛,對自身位置定位、推力大小、交匯軌道的時間和交匯點計算等都提出非常嚴苛的要求。

上升器飛升至月球軌道時還要和軌道器對接,把月壤樣品轉移給返回艙,然後在軌道器的助力下,借助引力彈弓返回地球,從而把返回艙送回地球。

隼鳥2號在接近地球大氣層時把直徑不到40CM的返回艙卸下,直接丟回大氣層,由於體積和質量不大,所以直接用降落傘就順利回收了,難度並不大。

嫦娥5號的返回艙質量遠大於隼鳥2號返回艙,所以在返回時需要利用“桑格爾/錢學森”彈道進行“水漂彈道”減速,最後利用降落傘才能安全降落。

日本的航天領域實力不容小覷,在長征5號其運載火箭壹直是亞洲領先。 不過日本依靠在美國這顆大樹上,既受益同時也受到制約。

所以日本展開的大多是“小而精”、“低成本”、“創新性強”的深空探測任務,很多關鍵技術還是仰仗美國提供。

但我國不同, 我國歷來走的都是“獨立自主”的道路 ,在航空航天領域也是如此,既是逼出來的,也是自己創出來的。所以我國的航天技術都比較全面,從發動機到火箭上的壹個小零件都是自主研制,綜合實力要遠遠大於日本。

日本此次的隼鳥2號探測任務有亮點,有難度,但綜合來說只是部分技術上的突破,正所謂 “壹枝獨秀不是春”

我國嫦娥5號的探測任務綜合性和全面性比較強,更像是 “百花齊放春滿園”