本文参加百家号 #科学了不起# 系列征文赛。

本来计划在成功取样之前不会再写关于嫦娥五号的文章了，但是看到嫦娥五号被月球引力俘获这事忽然又觉得可以写写……因为在我的预计里，取样过程基本没有什么难点，所以没什么好写的，难点都在返回时，不过忽然发现其实关于引力俘获还是可以做做文章(^_^)。

2020年11月28日20:58，也就是我开始写这篇文章24小时前，嫦娥五号在月球轨道发动机点火启动反向推进减速，经过大约17分钟的减速后，嫦娥五号飞行速度降低到月球逃逸速度（约2.4km/s）以下，发动机关闭，嫦娥五号顺利被月球引力俘获进入绕月的椭圆轨道，轨道周期约为8个小时。

计划绕椭圆轨道公转3圈后在近心点（相当于近地点）再次启动发动机减速到环绕速度（约1.7km/s）后进入绕月圆轨道。轨道器将保持圆轨道环月飞行，着陆器则会选择合适时机分离并进行月面软着陆和原地取样。收到消息，在2020年11月29日20:23，嫦娥五号实行二次减速，并顺利进入环月圆轨道！

那么问题来了，嫦娥五号为什么需要减速才能被月球俘获？又是怎么实现从椭圆轨道切换到圆轨道？

从地球发射的嫦娥五号在与长征五号运载火箭分离时，其飞行速度接近地球的逃逸速度，即11.2km/s，然后在飞离地球奔向月球的过程中会被地球的引力逐渐减速，这有点像我们平常向天上抛石头，石头会因地球引力慢慢减速并停止上行后加速落回地面。虽然嫦娥五号的飞行速度已经超过了地球的逃逸速度，不会再落回地面，但是它依然会不可避免地被地球的引力减速，因此在飞离地球奔向月球的过程中速度慢慢降低，到达月球轨道的时候，速度大约只剩3.km/s多点。

然而月球的表面逃逸速度仅为2.4km/s左右，很明显，虽然已经被大大减速，嫦娥五号飞行速度依然远高于月球的逃逸速度，若不减速，它将从月球旁边飞掠而过，挥一挥衣袖…不带走一片云彩……这当然不行啊……所以嫦娥五号在到达月球附近时需要降低速度，方法很简单，轨道器上面是有发动机的，可以通过喷射为轨道器提供动力，这时只需要把轨道器的方向调转180°，让尾部转向前进方向然后点火，发动机将给嫦娥五号提供一个反向的推动力使嫦娥五号慢慢减速，大约经过17分钟的减速，嫦娥五号就被减速到小于月球的逃逸速度即2.4km/s以下，这时发动机就可以熄火，嫦娥五号会继续飞出一段距离后被月球的引力拉回，形成一个椭圆的轨道。

由于速度还极高，嫦娥五号此时只能沿偏心率较大的椭圆轨道飞行，但这样是非常不利于分离着陆器和取样之后与上升器对接的，因此需要把椭圆轨道调整为正圆轨道，方法依然是减速！这又是为什么呢？

因为第一次减速，是仅减至月球的逃逸速度以下，月球的逃逸速度是2.4km/s，也就是此时嫦娥五号的飞行速度依然在2km/s以上，而逃逸速度是环绕速度的√2倍（根号2倍），因此，月球环绕速度约为1.7km/s，而要绕正圆轨道运行就必须让嫦娥五号的切向速度（圆形轨道的切线方向）刚好等于环绕速度。这就是说嫦娥五号需要通过第二次减速把速度从2km/s以上降低到1.7km/s左右。方法同样是前面的发动机反向喷射减速。

减速段是在椭圆轨道的近心点附近，在近心点附近嫦娥五号的飞行速度将达到最大值，也就是2km/s左右，当在这个位置保持切向把其飞行速度降低到1.7km/s左右，嫦娥五号就自动切换到正圆轨道。

目前嫦娥五号已经顺利进入圆轨道，坐等分离着陆器进行软着陆，预祝嫦娥五号取样顺利，并顺利返回！