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我国鹊桥号位于拉格朗日点L1!

作者:佚名    文章来源:本站原创    点击数:    更新时间:2019-01-15

随着嫦娥四号的发射,读者对探月工程越来越感兴趣。我们知道,嫦娥四号计划中比以往都复杂,其中重要的原因就是软着陆月球背面带来的通信问题。由于月面的阻挡,地球上的指令就不能直接控制到月球背面的探测器上,也无法接收到嫦娥四号探测器传送的信息,所以必须先发射一颗信号中继卫星,也就是鹊桥号。

但是鹊桥号并不是围绕月球旋转,而是月球背面空间上的一个点

这个点可不是随随便便的,它可是大名鼎鼎的拉格朗日点。在以后的太空争霸中,拉格朗日点极其重要!大家对这方面关注不多,希望这篇文章引起大家的重视。

在未来一个世纪的太空探索中,人类主要还是围绕太阳系展开。 不管是航天器还是飞船,在地外空间至少会受到两个天体的引力束缚。

比如鹊桥中继卫星,不仅受到地球引力,还受到月球引力,当然也包括太阳。

但是在地月系统中,太阳对鹊桥号的引力干扰相对来说小得多。我们通俗理解时,可以将其忽略。

我现在问你一个问题,鹊桥号不仅受到地球的引力,还受到月球的引力。在两个力的共同作用下,如何才能让鹊桥号保持相对静止?

其实这是一个比较简单的物理问题。

数学家欧拉曾经列出公式求解,算出来三个解。也就是说:第三个物体处于这三个解的空间点上,会和两个大天体保持相对静止的状态。后来法国数学家拉格朗日又找到了两个解。现在有五个解可以满足第三个物体与两个天体保持相对静止的状态,也就是空间上的五个点。图中已经列出L1~L5。

为什么非要把航天器发到这五个点上呢?难道不可以随便发吗?

当然了,理论上鹊桥号中继卫星可以随便绕月球的一个点旋转。但造成的结果就是:相对地月位置不稳定,且又耗能。

如果中继卫星绕拉格朗日点旋转,基本就费不了多少能耗,很省电的。这就意味着光伏板收集到的太阳能就足以维系中继卫星的运动所需。

如果随便绕一点,那么费的能量可大了去了,弄不好还得给中继卫星装个核动力电池,这一来费用就老高了。

以上还都不是关键点。最重要的是:绕拉格朗日点旋转的中继卫星可以与地球和月球保持相对静止,这样信号传送就极其稳定。探月器可以稳定的把信息传给中继卫星,中继卫星也可以稳定的把信息传到地球。

如果不是在拉格朗日点上,那信号就不稳定,甚至断断续续,最糟糕的结果就是失联。

地月系统的拉格朗日点

地月拉格朗日点是五个,既然要探测月球背面,当然选择L2点最合适。因为只有L2点完全在月球背面。

你可能会质疑:为什么要绕L2旋转呢?静止停在L2点上不行吗?

肯定不行,中继卫星在惯性情况下要么匀速直线运动,要么静止。如果你不启动引擎,要么鹊桥号就远离月球直线运动了,要么你就只能在一个时刻相对于月球固定一点静止。但这根本不可能,因为鹊桥号还受到月球的引力施加的加速度,所以别想着关闭引擎。月球总是在运动,中继卫星必须每时每刻都得相对于月球某点静止,那么鹊桥号就必须运动起来。反正在拉格朗日点附近运动也不怎么消耗能量。 (其实文中的相对静止只是粗略地静止,肯定有浮动变化,但这浮动相对于地月距离来说就算不了什么)

该怎么运动呢?直线运动肯定不行!那就绕L2点旋转呗。

三维非规则曲线

但要注意:中继卫星绕L2旋转可不是简单的圆周或者椭圆轨道,而是三维非规则曲线,因为这是根据地月的引力微变而做出的应对性微调!

现在可以想象,如果我们要探测火星,探测太阳。是不是也需要这样的拉格朗日点呢?

火星—太阳系统的拉格朗日点

在两体系统只有五个拉格朗日点,在以后的太空争霸中,谁先占先得。即便一个拉格朗日点可以发射多个航天器,但数量也是极其有限的,毕竟绕一点旋转,也就只有那几个轨道最省能耗。所以未来各国的太空计划中,围绕着拉格朗日点将是激烈的太空资源争夺战。

如果我们要探测太阳,就需要找到地日系统最合适的拉格朗日点

地日系统的拉格朗日点

而地日最合适的点就是图中的L1,航天器在这个点上距离地球最近,也是地日直线上的一点。L3就在太阳后面了,通信是个大问题;L2点就忽略了,因为你要探测太阳,却躲在地球背后,那还探测什么;L4和L5点距离地球和太阳都太远了,就失去意义了。目前地日系统的L1点已经被美国的SOHO日光层探测器占领。当然,以后我国还是可以挤一挤的。

​​ 中国曾经也计划发射太阳探测器,也就是“夸父计划”,本来都计划好在2014年发射,但是该计划目前被搁浅了。

不过还好,我国已经率先抢占了地月系统的L2点了。

本文仅是部分版!获取文章完整版,关注同名wx公众号:科学认识论。

Tags:天文知识,拉格朗日点  
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