Question

从2004年起我国将启动“嫦娥奔月工程”．据介绍，“嫦娥奔月工程”分为“环绕、降落、返回”三个阶段实施，第一阶段，将发射月球探测卫星环月飞行，进行遥感探测；第二阶段，探测器将在月球“软着陆”，我国第一个高90cm质量35kg的月球机器人--“喀吗哆”将登落月球，安放炸弹实现月岩爆破；采集回收矿物质标本；寻找水或冰存在的证据等；第三阶段，将超越神话中的嫦娥，不仅上得去，还要顺利返回地面．请针对如何“软着陆”的第二阶段或如何“返回”的第三阶段．提出并叙述你的一个从物理知识出发的设计方案．

Answer 1

分析：对于卫星问题，构建物理模型是关键，卫星绕月或地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力．在月球表面发射返回舱时，由重力提供向心力，可由牛顿第二定律求解最小发射速度，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远小地球的第一宇宙速度．

解答：解：1、“软着陆”的第二阶段：
    飞船接近月球时，飞船服务舱的主发动机减速，使飞船进入环月轨道．在实施软着陆之前，探测器还将在近月点高度约15公里、远月点高度约100公里的椭圆形的环月轨道上继续飞行．期间，将稳定飞行姿态，对着陆敏感器、着陆数据等再次确认，并对软着陆的起始高度、速度、时间点做最后准备．探测器将在近月点15公里处以抛物线下降，相对速度从每秒1.7公里逐渐降为零．整个过程大概需要十几分钟的时间．由于月球上没有大气，探测器无法依靠降落伞着陆，只能靠变推力发动机，才能完成中途修正、近月制动、动力下降、悬停段等软着陆任务．在距月面100米处时，探测器要进行短暂的悬停，扫描月面地形，避开障碍物，寻找着陆点．之后，探测器在反推火箭的作用下继续慢慢下降，直到离月面4米高时再度悬停．此时，关掉反冲发动机，探测器自由下落．由于探测器具备着陆缓冲机构，几个腿都有弹性，落地时不至于摔坏．安全降落以后，探测器将打开太阳能电池板接收能量，携带的仪器经过测试、调试后开始工作．
2、“返回”的第三阶段：
    航天员控制上升发动机点火，使上升舱段以下降舱段作发射台发射起飞，飞行4分钟进入16～83公里的月球轨道，逐步接近指挥舱并最后完成和它的对接．航天员进入指挥舱后，抛掉登月舱，并开动服务舱发动机使飞船获每秒2.4公里的速度，脱离月球轨道，开始返回地球．离地球约640公里时，开制动发动机，离开轨道，飞向溅落区，抛掉服务舱，进入稀薄大气层，在太平洋上溅落，由航空母舰上的直升飞机进行搜索打捞工作，或在沙漠无人区着落．

点评：登月舱和服务舱都应该是有动力的，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飞出去要少很多，何况只是登月舱着陆，而服务舱应该比登月舱重，储存着较大量的燃料，故还是留在轨道上，登月舱只需携带少量燃料就可以了，够从月面飞到服务舱换月轨道即可．