Question

從2004年起我國將啟動“嫦娥奔月工程”．據介紹，“嫦娥奔月工程”分為“環繞、降落、返回”三個階段實施，第一階段，將發射月球探測衛星環月飛行，進行遙感探測；第二階段，探測器將在月球“軟著陸”，我國第一個高90cm質量35kg的月球機器人--“喀嗎哆”將登落月球，安放炸彈實現月巖爆破；采集回收礦物質標本；尋找水或冰存在的證據等；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．請針對如何“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從物理知識出發的設計方案．

Answer 1

分析：對于衛星問題，構建物理模型是關鍵，衛星繞月或地球做勻速圓周運動，萬有引力提供向心力．在月球表面發射返回艙時，由重力提供向心力，可由牛頓第二定律求解最小發射速度，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，飛船服務艙的主發動機減速，使飛船進入環月軌道．在實施軟著陸之前，探測器還將在近月點高度約15公里、遠月點高度約100公里的橢圓形的環月軌道上繼續飛行．期間，將穩定飛行姿態，對著陸敏感器、著陸數據等再次確認，并對軟著陸的起始高度、速度、時間點做最后準備．探測器將在近月點15公里處以拋物線下降，相對速度從每秒1.7公里逐漸降為零．整個過程大概需要十幾分鐘的時間．由于月球上沒有大氣，探測器無法依靠降落傘著陸，只能靠變推力發動機，才能完成中途修正、近月制動、動力下降、懸停段等軟著陸任務．在距月面100米處時，探測器要進行短暫的懸停，掃描月面地形，避開障礙物，尋找著陸點．之后，探測器在反推火箭的作用下繼續慢慢下降，直到離月面4米高時再度懸停．此時，關掉反沖發動機，探測器自由下落．由于探測器具備著陸緩沖機構，幾個腿都有彈性，落地時不至于摔壞．安全降落以后，探測器將打開太陽能電池板接收能量，攜帶的儀器經過測試、調試后開始工作．
2、“返回”的第三階段：
    航天員控制上升發動機點火，使上升艙段以下降艙段作發射臺發射起飛，飛行4分鐘進入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接．航天員進入指揮艙后，拋掉登月艙，并開動服務艙發動機使飛船獲每秒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，開制動發動機，離開軌道，飛向濺落區，拋掉服務艙，進入稀薄大氣層，在太平洋上濺落，由航空母艦上的直升飛機進行搜索打撈工作，或在沙漠無人區著落．

點評：登月艙和服務艙都應該是有動力的，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，而服務艙應該比登月艙重，儲存著較大量的燃料，故還是留在軌道上，登月艙只需攜帶少量燃料就可以了，夠從月面飛到服務艙換月軌道即可．