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标题: 猜不到它工作原理！嫦娥7的天才设计：月球第一个自由飞行器 [打印本页]

作者: 王祟 时间: 2023-1-25 10:10
标题: 猜不到它工作原理！嫦娥7的天才设计：月球第一个自由飞行器
9月16日，中国国家航天局与阿联酋穆罕默德·本·拉希德航天中心签订月球探测体谅备忘录，意味着阿联酋“拉希德二号”月球车将搭乘嫦娥七号任务实行月球外貌巡视探测运动正式动身，未来双方将共享“拉希德二号”的探测结果。

嫦娥7号的任务清单：发现一个非常奇异的飞行器

本来是一个中阿合作的热点，却意外地披露了嫦娥7号探测任务的具体信息，大抵如下有几大项，大抵如下：

探测器构成：轨道器、着陆器、中国巡视器、阿联酋巡视器、飞跃探测器、中继星等六部分；
着陆地：月球南极，对月球极区地形地貌、物质身分、地质构造、空间环境、蕴藏资源等综合性探测；
技术验证：验证ILRS关键工程技术，极区精细勘查、高精度定点着陆、极端环境下月面探测器寿命及可靠性验证等。
中继星：运行轨道为300×8600km×54.8，轨道周期8小时，2/3时间在月球南极上空；
观测地球的磁场磁尾和等离子体层，测试基线达40万千米的月地VLBI测量系统；
飞越探测器：具备反复腾飞和着陆、月面飞行和爬行的功能，永昼区完成充电后，飞入月球南极撞击坑底部的永夜区探测坑中水冰和挥发性物质分布和丰度，完成后再返回到阳光下充电；

嫦娥7号是4号月面着陆器的升级版，从上文的清单中也可以看到，比4号带的东西那是多了去了，除了中国的巡视器以外，居然还和阿联酋合作携带了对方的一个巡视器，而且本来在2024年实行的筹划推迟到了2026年，体现阿联酋石油这巨佬这钱是给足了。

另一个值得一看的是中继星，上一次是2019年的嫦娥4号在月球反面着陆，为此还专门发射了一颗中继卫星“鹊桥”定位在了地月系L2点的光环轨道上，为月球反面的嫦娥四号与地球之间中继了通信。

这次在月球南极着陆却没有继续选择在L2的光环轨道，而是在一条8小时的大椭圆轨道，这条轨道有点像地球上的莫尼亚轨道，远月星下点位于月球南极，那么这条轨道上运行的卫星大部分时间对南极都是可见的，而到了近月点，由于速度很高，很快就会越过近月点，继续回到远月点为南极通信中继。

因此在这条轨道上中继的通信是会有中断的，固然这也没什么大题目，一天之内有2/3时间能保持通信已经充足使用了。
飞越探测器：最神奇的小玩意儿
各人最关心的话题来了，嫦娥七号上除了搭载中国和阿联酋的两台巡视车外，还搭载了一个飞越探测器，比较神奇的是这个飞越探测器是这样工作的：

可以重复腾飞和着陆、月面飞行和爬行的功能，永昼区完成充电后，飞入月球南极撞击坑底实行探测任务，完成后再飞回到阳光下充电

飞越探测器具体尺寸未知，但官方给出的飞越探测器载荷“月壤水分子分析仪”的功能指标要求中重量必须小于8.5千克，而根据整个探测器比例，这个飞越探测器大概到达了上百千克。其工作过程是：

永昼区充电-飞行到阴影区工作-电量告警时在飞返来充电-再飞归去工作

题目来了，月球外貌不像火星外貌的“机智号”那样可以使用螺旋桨作为动力，充电再飞行，到底是什么技术？

外媒推测嫦娥7号飞越探测器: 究竟是何技术?

小型飞越探测器的寿命为6个月，在寿命期内电池充电怎么也得上百次吧，假如使用火箭发动机的话，这飞来飞去耗能无数，到底用的是什么方式？这个消息在小蓝鸟上也有很多老外关注，比如有位老外就留言体现：EmDrive？

比较关注火箭以及驱动器引擎的朋友应该对这个名词不生疏，因为它在国内有一个超级响亮的名字“无工质电磁推进引擎”，这种引擎的工作原理大抵是这样的：

在一个射频腔体内引入高功率微波，这些微波在一个锥体射频腔内反射后会朝两个方向射出，两者的净辐射力之差就是净推力，似乎不难理解是吧，但它注入的却是用电产生的微波，尽管电磁波具有能量，但它却不属于牛三定律的范围，因为电磁波不是一种力！

然而它就是诡异的产生推力了，尽管推力很单薄，但仍旧在可以测量的范围，在没有氛围阻力的太空这种推力不可小觑，因为它特殊适合在宇宙空间中飞行，缘故原由很简朴，发射电磁波不会消耗自己，它产生推力时无需排挤“工质”，也就是这台发动机不须要搭载燃料，只要有电就行，而电源在太阳系的木星轨道范围内，只须要几片太阳能电池即可。

幸亏它只“违反”了动量守恒定律，但却没有违反能量守恒！这种发动机最早是Robert Shawyer在2001年设计的，当时没有人相信这种发动机，险些就无人关注，2008年时西安西北工业大学(NWPU)的杨娟传授的研究团队对这种引擎做了比较深入的研究，体现无法测得可测量的推力。

不外2016年NASA的高级推进物理实验室的Harold White小组测试体现测到了微小的推力，同年中国空间技术研究院通信卫星处陈岳体现将在轨测试，但后来没有更进一步的消息。不外德累斯顿科技大学的Martin Tajmar小组于2015年开始测试原型，2021年时得出结论称是误报。

因此到目前为止这种发动机到底有没有推力照旧个未知数，因此不太大概应用到飞越探测器上，而且EmDrive的推力是千瓦/微牛级别，根本无法推动云云大的探测器从月面腾飞。
究竟是什么发动机：霍尔电推照旧化学发动机？
除了有人推测EmDrive外，还有朋友推测更接近现实的霍尔推进，这种驱动器的原理是用电场加速电离后的工质，得到极高的排气速度，从而到达很高的比冲，基本上霍尔电推可达1500s以上（离子电推可达3000s以上，但推力比较低）。

比冲从另一个角度可以理解为单位质量燃料的利用率，简朴的说就是产生同样的推力比冲高的更“省油”，而用化学燃料发动机，就算最高的氢氧机也达不到500s，假如使用霍尔电推进，确实有大概坚持那么久，但霍尔电推的千瓦/几十毫牛级，比EmDrive是高不少，但仍旧可怜巴巴的，根本就没发用这种推进器在月面上腾飞，不外在轨航天器维持轨道照旧可以的。

最有大概的照旧化学火箭发动机
化学火箭发动机是氧化剂和燃料在燃烧室做功后从喷口排挤形成推力，一般多次点火的火箭发动机燃料大都用偏二甲肼而四氧化二氮，这种发动机比较轻易多次点火，技术要求也比较低，可靠性更高。

不外在小型探测器上配置一套化学能发动机（估计也只能上挤压循环），还必须有姿控发动机，这个复杂度就高了，尽管技术上并非不能实现，只是复杂度不是一般的高，会增加整个系统故障率。

另一个则是高压氮气罐，这个不轻易出错，但从理论上看，高压氮气罐的比冲更低，一个几十公斤的高压氮气罐也用不了多久，这要在6个月寿命期内腾飞降落多次难度着实太大。

别的对作业过程的形貌有个月面的爬行的功能，不知道说的是向蜘蛛类的爬行照旧轻轻挪动，因为从机构的来看似乎看不到履带也没有轮子，只有四个撑脚，而在撑脚上方似乎有举措机构，居然还真能爬，真是天才设计，只是不知道它爬行的范围到底有多大？

这个6只长脚的机构比履带式的地形顺应本事显着要高很多，如果遭遇障碍物可以跨越，不像履带式只能绕行，而且如果遭遇复杂地形，履带式只能眼睁睁的看着没法举措，而这种像帝王蟹脚这样的机构，地形顺应本事要高得多！谁说中国工程师没有创造力，这个笔者看来就比NASA的工程师脑筋好使多了。

那么基本上可以推测这个电池重要是为在阴影区探测时保温、以及爬动和搭载的月壤水分子分析仪以及通信等供电了，不知道电池是多大容量的，假设一次充电能供给使用一周以上，那么在6个月周期内须要腾飞降落48次以上，就算间隔不远这个能耗也黑白常可观的！

从这个角度来分析，似乎化学能火箭真的很难完成云云大量的工作能耗！不外中国的科学家已经提出了这个筹划，那么肯定是已经想到了解决办法，只是目前还没有公布！如果这个飞行器乐成，那么它将成为第一个在月球自由飞行的飞行器（迄今为止，在月球的飞行器不是腾飞就是降落，没有所谓的自由飞行）！

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