中国载人登月目标在神舟十九号载人飞行任务新闻发布会上一经公布,便引起了广泛的瞩目。2030 年前实现中国人登陆月球的目标犹如一颗璀璨的星辰,照亮了中国航天事业的前行之路。
目前,工程全线正全面推进各项研制建设工作。长征十号运载火箭、梦舟载人飞船、揽月月面着陆器、登月航天服、载人月球车等正按计划开展初样产品生产和相关地面试验。先后完成的飞船综合空投、着陆器两舱分离、火箭芯一级三级动力系统试车、YF - 75E 氢氧发动机高空模拟试车等大型试验,为后续的研制工作奠定了坚实的基础。保障上述生产试验的一批地面设施设备已建成并投入使用,进一步提高了研制工作的效率和质量。
载人前的飞行试验和首次载人登月任务的科学研究目标和配套载荷总体方案基本确定,发射场、测控通信、着陆场等地面系统正紧张有序地开展研制建设。这一系列的工作进展,充分展示了中国航天工程全线的高效执行力和强大的技术实力。工程全线大力弘扬 “两弹一星” 精神和载人航天精神,坚持自信自强、团结拼搏、接续奋斗,为早日实现中国人登上月球的梦想而不懈努力。
二、关键飞行器与技术进展(一)长征十号运载火箭长征十号运载火箭是中国载人月球探测工程的关键。它为三级半火箭,总长 92.5 米,起飞重量约 2189 吨,起飞推力约 2678 吨,地月转移轨道运载能力不小于 27 吨。未来将用于发射新一代载人飞船和月面着陆器,还设计了无助推器构型可执行空间站航天员及货物运输任务。
6 月 14 日,长征十号系列火箭成功完成一子级火箭动力系统试车,发动机正常启动、稳定工作、定时关机,各项参数测试正常。此次试验对一子级增压输送系统与发动机的匹配性、推进剂加注流程、多机并联传力和环境特性等技术进行了充分验证,标志着长征十号已全面转入开展大型地面试验研制的快车道。按照后续研制计划,将于近期再次开展第二次一子级动力系统试车工作,为载人月球探测工程的顺利实施奠定基础。长征十号运载火箭在载人登月任务中起着至关重要的作用,它将梦舟载人飞船和揽月月面着陆器送至地月转移轨道,是实现中国人登月目标的重要保障。
(二)梦舟载人飞船梦舟载人飞船在神舟飞船基础上全面升级研制,采用模块化设计,由返回舱和服务舱组成。具有高安全、高可靠、多任务支持、可重复使用的特点。登月任务可搭载 3 名航天员往返地面与环月轨道,近地轨道飞行任务可搭载 7 名航天员往返地面与空间站。
目前,梦舟载人飞船已完成方案阶段的各项研制工作,全面进入初样研制阶段。在未来的载人登月任务中,梦舟飞船将与揽月着陆器在环月轨道进行交会对接,航天员进入着陆器后由其送上月面开展科学考察和样品采集。完成任务后,航天员乘坐揽月着陆器上升到环月轨道,与梦舟飞船再次交会对接,将月球样品转移到飞船后返回地球。梦舟载人飞船在载人登月中起着关键的运输作用,是航天员往返月球的重要交通工具。
(三)揽月月面着陆器揽月月面着陆器是我国全新研制的地外天体载人下降与上升飞行器,由登月舱和推进舱组成。具有高安全、高可靠、落月精度高、适应月面环境能力强等特点。可搭载 2 名航天员往返,并可携带月球车和科学载荷,是航天员登陆月球后的月面生活中心、能源中心及数据中心,支持开展月面驻留和月面活动。
目前,揽月月面着陆器也已全面进入初样研制阶段。在载人登月任务中,揽月着陆器先由长征十号运载火箭送至地月转移轨道,与梦舟飞船交会对接后,将航天员送上月面。完成既定任务后,航天员乘坐其上升到环月轨道,再次与梦舟飞船交会对接。揽月月面着陆器在载人登月任务中起着关键的月面运输和保障作用,为航天员在月面的活动提供了坚实的基础。
三、载人登月面临的技术难题(一)重型运载火箭挑战实现载人登月对重型运载火箭有着极高的需求。将载人飞船和月面着陆器送入近地轨道,需要巨大的运载能力,大约 140 吨的近地轨道运载能力。若采用单次发射、环月组装的方案,需研制全新超重型运载火箭,其起飞重量约为 4000 吨,箭体直径约 10 米,这样的运载能力与美国阿波罗计划的土星五号火箭相当,能够将近地轨道运载能力提升至 140 吨,地月转移轨道运载能力达到 50 吨。但这样的方案研制难度极大,研发周期也较长。
为实现 2030 年前首次载人登月的目标,我国选择了研制长征十号运载火箭,采用两次发射、环月组装方案,降低了研制难度。长征十号火箭长度约为 88.5 米,最大起飞推力达到 2678 吨,其近地轨道运载能力约为 70 吨,与美国的太空发射系统(SLS 火箭)相当。在地月转移轨道,长征十号火箭的运载能力达到 27 吨。预计长征十号火箭将在 2027 年前后完成首次飞行。
长征十号火箭采用模块化组装方案,并继承了长征五号的五米直径箭体结构和 120 吨推力的液氧煤油发动机。火箭的一级采用三个 5 米直径模块并联,每个模块装备 7 个 120 吨推力的液氧煤油发动机,这样的设计解决了重型火箭研制中的一系列难题。
(二)新一代载人飞船难题新一代载人飞船从月球返回地球面临着诸多技术难题,其中耐热问题尤为突出。从月球返回地球、冲入大气时速度比近地轨道工作的神舟飞船更大,接近第二宇宙速度,约 11 公里 / 秒。这意味着更剧烈的摩擦,必须提高飞船耐热能力。
新载人飞船相较神舟飞船,在耐热能力提升了 3 - 4 倍。此外,新一代载人飞船在神舟飞船技术基础上,在飞船结构、推进、回收、能源、热控、电子等方面应用了大量先进技术,飞船具备可重复使用能力,乘组人员提高到 4 - 7 人,其试验船已经在 2020 年发射成功。
(三)月面着陆器挑战月面着陆器在着陆和返回任务中面临着巨大挑战。月球表面地形复杂,有着众多陨石坑等,这给着陆带来了高风险。尤其是返回时,着陆器需要再次起飞,这需要高度可靠的技术保障。
根据月面着陆器展出的模型初步方案,该着陆器由两部分组成:一个是 “登月舱”,另一个是 “推进舱”。推进舱不仅是组合体在接近月球时进行制动和轨道控制的动力舱段,还在登月的下降过程中承担动力减速任务。直到距离月面较近时,登月舱才会分离出来,这样的设计目的是为登月舱节省燃料。
登月舱不仅在着陆时充当着陆器的一部分,同时也充当登月航天员离开月面的上升器。这样的设计方案使得月面着陆器更加灵活,对于载人登月任务的成功实施至关重要。
(四)总体设计与飞行测试挑战载人登月总体方案在三个阶段实施过程中面临着诸多技术难题和挑战。在第一阶段,要完成关键子系统的研制和建设任务,包括新一代载人运载火箭、新一代载人飞船、月面着陆器以及登月服和载人月球车等飞行产品的研发。同时,在文昌航天发射场建设长征十号火箭的总装发射设施,并完成测控通信着陆场等相关地面设备设施的建设。
第二阶段是无人飞行验证,利用新一代载人运载火箭、新一代载人飞船和月面着陆器进行测试,验证关键子系统的可靠性和总体方案的可行性。这一阶段地球与巡视器间的通信延时大大增长,从指令发出到行动图像传回,至少有数分钟的延迟,对于巡视器的移动和机构活动有较明显的影响。为此,设计人员计算并设定了巡视器每项行动的最大耗时,连同每次行动指令一同发送,同时赋予巡视器一定的自主功能,以便有效应对可能的突发状况。
第三阶段是实施真正的载人登月飞行。在 2030 年之前,让中国航天员登上月球,实现中国航天史上的世纪梦想。总体而言,我国载人登月计划是一项宏伟而具有挑战性的目标,需要克服重重困难,通过科研人员和机构的共同努力,迈向更加广阔的航天探索之路。
四、展望未来中国载人登月计划如同一场壮丽的太空长征,尽管面临着诸多技术难题和巨大挑战,但每一个难关都是迈向成功的阶梯。
从重型运载火箭的研制到新一代载人飞船的创新,从月面着陆器的复杂设计到总体方案的精细规划与飞行测试,每一个环节都凝聚着无数科研人员的智慧和汗水。然而,正是这些挑战激发了中国航天人的斗志和创造力。
回顾历史,中国航天事业从无到有,从弱到强,每一次突破都是对困难的勇敢挑战。从 “东方红一号” 的成功发射到如今载人登月计划的稳步推进,中国航天人始终秉持着 “两弹一星” 精神和载人航天精神,不断攀登科技高峰。
展望未来,中国载人登月计划的成功将为人类航天探索做出重大贡献。它不仅将加深我们对月球的认识,为地球资源短缺问题提供新的解决方案,还将激发民族自豪感和创新精神,吸引更多年轻人投身航天事业。
当中国航天员踏上月球的那一刻,将是人类航天史上的又一辉煌篇章。中国将与世界各国分享登月的成果和经验,共同推动人类对宇宙的探索。
中国载人登月计划虽道阻且长,但行则将至。通过不懈的努力和奋斗,我们坚信,中国航天人必将实现这一宏伟目标,为人类的太空探索事业书写更加灿烂的篇章。