Question

從2004年起我國(guó)將啟動(dòng)“嫦娥奔月工程”．據(jù)介紹，“嫦娥奔月工程”分為“環(huán)繞、降落、返回”三個(gè)階段實(shí)施，第一階段，將發(fā)射月球探測(cè)衛(wèi)星環(huán)月飛行，進(jìn)行遙感探測(cè)；第二階段，探測(cè)器將在月球“軟著陸”，我國(guó)第一個(gè)高90cm質(zhì)量35kg的月球機(jī)器人--“喀嗎哆”將登落月球，安放炸彈實(shí)現(xiàn)月巖爆破；采集回收礦物質(zhì)標(biāo)本；尋找水或冰存在的證據(jù)等；第三階段，將超越神話中的嫦娥，不僅上得去，還要順利返回地面．請(qǐng)針對(duì)如何“軟著陸”的第二階段或如何“返回”的第三階段．提出并敘述你的一個(gè)從物理知識(shí)出發(fā)的設(shè)計(jì)方案．

Answer 1

分析：對(duì)于衛(wèi)星問題，構(gòu)建物理模型是關(guān)鍵，衛(wèi)星繞月或地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，萬有引力提供向心力．在月球表面發(fā)射返回艙時(shí)，由重力提供向心力，可由牛頓第二定律求解最小發(fā)射速度，由于月球的重力加速度只有地球的

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左右，故月球的第一宇宙速度遠(yuǎn)小地球的第一宇宙速度．

解答：解：1、“軟著陸”的第二階段：
    飛船接近月球時(shí)，飛船服務(wù)艙的主發(fā)動(dòng)機(jī)減速，使飛船進(jìn)入環(huán)月軌道．在實(shí)施軟著陸之前，探測(cè)器還將在近月點(diǎn)高度約15公里、遠(yuǎn)月點(diǎn)高度約100公里的橢圓形的環(huán)月軌道上繼續(xù)飛行．期間，將穩(wěn)定飛行姿態(tài)，對(duì)著陸敏感器、著陸數(shù)據(jù)等再次確認(rèn)，并對(duì)軟著陸的起始高度、速度、時(shí)間點(diǎn)做最后準(zhǔn)備．探測(cè)器將在近月點(diǎn)15公里處以拋物線下降，相對(duì)速度從每秒1.7公里逐漸降為零．整個(gè)過程大概需要十幾分鐘的時(shí)間．由于月球上沒有大氣，探測(cè)器無法依靠降落傘著陸，只能靠變推力發(fā)動(dòng)機(jī)，才能完成中途修正、近月制動(dòng)、動(dòng)力下降、懸停段等軟著陸任務(wù)．在距月面100米處時(shí)，探測(cè)器要進(jìn)行短暫的懸停，掃描月面地形，避開障礙物，尋找著陸點(diǎn)．之后，探測(cè)器在反推火箭的作用下繼續(xù)慢慢下降，直到離月面4米高時(shí)再度懸停．此時(shí)，關(guān)掉反沖發(fā)動(dòng)機(jī)，探測(cè)器自由下落．由于探測(cè)器具備著陸緩沖機(jī)構(gòu)，幾個(gè)腿都有彈性，落地時(shí)不至于摔壞．安全降落以后，探測(cè)器將打開太陽能電池板接收能量，攜帶的儀器經(jīng)過測(cè)試、調(diào)試后開始工作．
2、“返回”的第三階段：
    航天員控制上升發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，使上升艙段以下降艙段作發(fā)射臺(tái)發(fā)射起飛，飛行4分鐘進(jìn)入16～83公里的月球軌道，逐步接近指揮艙并最后完成和它的對(duì)接．航天員進(jìn)入指揮艙后，拋掉登月艙，并開動(dòng)服務(wù)艙發(fā)動(dòng)機(jī)使飛船獲每秒2.4公里的速度，脫離月球軌道，開始返回地球．離地球約640公里時(shí)，開制動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，離開軌道，飛向?yàn)R落區(qū)，拋掉服務(wù)艙，進(jìn)入稀薄大氣層，在太平洋上濺落，由航空母艦上的直升飛機(jī)進(jìn)行搜索打撈工作，或在沙漠無人區(qū)著落．

點(diǎn)評(píng)：登月艙和服務(wù)艙都應(yīng)該是有動(dòng)力的，但是月球的重力只是地球的

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，需要的燃料比地球上飛出去要少很多，何況只是登月艙著陸，而服務(wù)艙應(yīng)該比登月艙重，儲(chǔ)存著較大量的燃料，故還是留在軌道上，登月艙只需攜帶少量燃料就可以了，夠從月面飛到服務(wù)艙換月軌道即可．