載人登月還須攻克的關(guān)鍵技術(shù)

嫦娥六號在人類歷史上首次實現(xiàn)月球背面采樣返回，成為我國建設(shè)航天強國、科技強國取得的又一標(biāo)志性成果。20年探月之路，嫦娥工程一步一個腳印、穩(wěn)扎穩(wěn)打、砥礪推進(jìn)，為中國載人登月計劃在技術(shù)上奠定了堅實的基礎(chǔ)。

嫦娥工程下一步無人探測的目標(biāo)是建立月球科研站，以推進(jìn)載人登月這一宏偉目標(biāo)。那么，載人登月還需要攻克哪些關(guān)鍵技術(shù)呢？中國載人航天工程辦公室在前期關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)及方案論證的基礎(chǔ)上，全面啟動了各項研制和建設(shè)工作，包括研制新一代載人運載火箭（長征十號）、新一代載人飛船、月面著陸器和登月服等飛行產(chǎn)品，以及新建發(fā)射場和相關(guān)測試發(fā)射設(shè)施設(shè)備等工作。

長征十號火箭

運載火箭的能力有多大，航天的舞臺就有多大。為了完成中國載人登月任務(wù)，必須掌握超大型運載火箭技術(shù)，我國正在研制新一代載人運載火箭，它是一種兼顧載人和貨運任務(wù)的超大型運載火箭，于2018年的第12屆珠海航展上首次正式公開亮相，后來被正式命名為長征十號火箭。

長征十號火箭已經(jīng)正式立項，它的總體方案為5米芯一級并聯(lián)7臺YF-100K發(fā)動機，第一級3個芯級并聯(lián)裝有21臺發(fā)動機，第二級兩臺高空型YF-100K發(fā)動機的方案，為了支持載人登月任務(wù)，第三級將使用三臺YF-75D液氧液氫發(fā)動機，提供足夠的速度增量。

長征十號火箭的近地軌道（LEO）運載能力可達(dá)70噸，奔月軌道（LTO）運載能力27噸，運力和美國SLS Block1火箭相當(dāng)，它是中國載人登月的基石。我國載人登月的任務(wù)規(guī)模和美國阿波羅載人登月任務(wù)也大致相當(dāng)，根據(jù)目前的方案規(guī)劃，一次載人登月任務(wù)將發(fā)射兩枚長征十號火箭，分別將載人飛船和月面登陸器送入奔月軌道，環(huán)月軌道對接后進(jìn)行登月。長征十號火箭繼承了長征五號火箭的5米直徑箭體，以及YF-75D發(fā)動機和YF-100發(fā)動機發(fā)展而來的泵后擺YF-100K發(fā)動機，通過類似“獵鷹重型”火箭的芯級并聯(lián)方式，實現(xiàn)了LEO70噸級/LTO27噸級的運載能力，其總體方案合理，技術(shù)成熟度高，各項研制工作正在有序快速推進(jìn)中，火箭計劃在2027年前后進(jìn)行首飛。

新一代載人飛船

我國此前發(fā)射的神舟十六號載人飛船，神舟飛船的可靠性和穩(wěn)定性毋庸置疑，不過對于載人登月來說，神舟飛船就力不從心了，尤其是服務(wù)艙提供的機動變軌能力太弱。載人登月需要突破掌握載人地月往返技術(shù)，除了研制新一代載人運載火箭，還需要研制滿足登月需求的新一代載人飛船。

新一代載人飛船是面向我國載人航天未來發(fā)展需求研制的新一代載人天地往返運輸飛行器。新一代載人飛船放棄了神舟飛船的三艙構(gòu)型，采用更簡單的返回艙加服務(wù)艙兩艙構(gòu)型，飛船全長約9米，最大發(fā)射重量約25噸，其中錐形返回艙重量約7噸，根據(jù)估算服務(wù)艙能提供2200米/秒以上的速度增量，滿足獨立進(jìn)出環(huán)月軌道的變軌機動需求。新一代載人飛船充分繼承了神舟飛船已有的技術(shù)基礎(chǔ)，又在飛船結(jié)構(gòu)、推進(jìn)、回收、能源、熱控、電子等方面應(yīng)用了大量先進(jìn)技術(shù)，使飛船具備可重復(fù)使用能力，也有更好的人機交互界面和更大的艙內(nèi)活動空間，乘組人員提高到4～7人。

新一代載人飛船繼承成熟可靠的神舟飛船技術(shù)，又應(yīng)用了大量新技術(shù)，整體設(shè)計上實現(xiàn)了高可靠性和高安全性，又通過重復(fù)使用實現(xiàn)了低成本。新一代載人飛船還采用模塊化設(shè)計，統(tǒng)一的返回艙搭配不同的服務(wù)艙模塊，提供相應(yīng)的變軌機動能力，適應(yīng)近地軌道飛行任務(wù)、載人月球探測任務(wù)，以及更遙遠(yuǎn)的載人小行星或火星探測等多種類型的載人飛行任務(wù)，是名副其實的多用途載人飛船。

地面支持系統(tǒng)

我國實施載人登月計劃不僅需要新一代運載火箭和載人飛船，發(fā)射新一代火箭的地面發(fā)射場，以及支持載人登月的測控、通信和著陸場等設(shè)施也必不可少。

我國即將在海南文昌發(fā)射場大興土木，為長征十號火箭建造新的總裝大樓和發(fā)射工位，以及配套的轉(zhuǎn)運發(fā)射平臺。長征五號火箭總長約57米，發(fā)射重量約880噸，已經(jīng)是一個龐然大物，而新一代長征十號火箭載人運載火箭總長約89米，發(fā)射重量超過2200噸，起飛推力約2700噸，火箭總體規(guī)模是長征五號的兩倍以上，現(xiàn)有發(fā)射長征五號的地面發(fā)射設(shè)施無法直接用于發(fā)射長征十號火箭，必須新建性能更強大的發(fā)射工位等配套設(shè)施，新一代載人運載火箭還將使用新三垂測發(fā)模式，簡化發(fā)射場和發(fā)射區(qū)的支持工作設(shè)施，具備快速發(fā)射能力，滿足未來載人登月任務(wù)中快速發(fā)射兩枚長征十號火箭的需求。

載人登月工程配套的地面設(shè)施除了新的發(fā)射工位，還要為登月任務(wù)更新或新建完善的測控通信網(wǎng)。自2004年正式實施嫦娥探月工程以來，中國深空測控系統(tǒng)從無到有，有力的支持了探月工程“繞落回”三步走的順利實施，并為首次火星探測任務(wù)作出重要貢獻(xiàn)。未來隨著探月工程四期、小行星探測以及載人登月任務(wù)的實施，中國深空測控系統(tǒng)還將進(jìn)一步發(fā)展壯大，現(xiàn)有三個深空站新建大型測控天線，更新后端設(shè)備，完善陣列接收能力，以及應(yīng)用諸如激光通信等大容量通信技術(shù)，保障未來載人登月任務(wù)的順利實施和圓滿完成。

月面著陸器

載人登月工程任務(wù)中，火箭飛船固然必不可少，但關(guān)鍵一步還是載人落月和返回，這就需要研制載人月面著陸器。2023年2月24日舉辦的中國載人航天工程三十年成就展上，載人航天工程辦公室首次展出了月面著陸器模型，為我們展示了著陸器的設(shè)計方案。

月面著陸器是往返于月球表面和月球軌道的運輸工具。美國阿波羅計劃的著陸器是一種包含下降級和上升級的二級結(jié)構(gòu)，而我國的月面著陸器采用獨特的推進(jìn)艙加登月艙的總體方案。綜合央視等媒體報道，中國載人登月著陸器推進(jìn)艙主動力為一臺80千牛推力的變推力液氧煤油發(fā)動機，這是一種具備多次啟動能力和深度節(jié)流能力的高壓補燃發(fā)動機，據(jù)稱真空比沖340秒到360秒，具備推力節(jié)流到10%的深度節(jié)流能力。推進(jìn)艙將負(fù)責(zé)地月之間的軌道修正，執(zhí)行近月制動減速，還覆蓋了大部分下降段飛行，承擔(dān)著陸過程所需的絕大部分減速任務(wù)。推進(jìn)艙燃料耗盡后分離，登月艙完成最后階段的著陸，并負(fù)責(zé)后續(xù)月面起飛到環(huán)月對接的飛行任務(wù)。

我國月面著陸器方案和美國阿波羅計劃以及新世紀(jì)的阿爾忒彌斯計劃的著陸器都不同，與蘇聯(lián)載人登月著陸器方案非常相似。蘇聯(lián)N1火箭Block D上面級負(fù)責(zé)地月軌道修正、近月制動和大部分下降段飛行，而LK著陸器負(fù)責(zé)最后4千米高度的降落和上升返回月球軌道。雖然蘇聯(lián)N1-L3登月計劃失敗了，但這種著陸器方案相當(dāng)緊湊，能最大限度利用火箭的運載能力，還有利于后續(xù)實現(xiàn)復(fù)用。我國選擇這種總體方案有利于降低技術(shù)風(fēng)險，多快好省地完成登月。

航天服和月球車

我們中國人的載人登月計劃中，航天員登上月球還要開展人機聯(lián)合探測任務(wù)，進(jìn)行較為復(fù)雜的月球科考，對航天員的月面活動能力提出了很高的要求，而月球苛刻的自然環(huán)境，需要為此研制專門的配套設(shè)備，尤其是登月航天服和月球漫游車。

月球表面只是低重力，重力加速度為地面的約1/6，而我國空間站上使用的飛天二代艙外航天服，重量約100千克，如果直接用于登月就太重了。另外月球表面溫度高溫差大，還有極易吸附上來的月塵，對航天員和各種設(shè)備威脅很大，而鋒利的巖石也容易劃傷航天服。為了應(yīng)對苛刻的月面環(huán)境，載人登月需要研制專門的航天服，需要具備更輕的重量，以及更好的移動靈活性，并做好防塵設(shè)計，避免吸入月塵污染生命支持系統(tǒng)。

美國阿波羅計劃6次登月，只有最后3次才帶上了月球車，為了最大限度降低發(fā)射質(zhì)量和占用空間，阿波羅的月球車是一種折疊式的兩座四輪電動車，重量只有約210千克，為了適應(yīng)月面嚴(yán)峻的地形和極端的溫度，輪胎還使用手工編織的鋼絲網(wǎng)。載人航天工程三十年成就展上，我國月面著陸器也將攜帶了四輪月球車，根據(jù)載人航天工程辦公室招標(biāo)信息，2030年前我國首次登月中，兩名航天員就將駕駛月球車開展科考活動，它將具備載人駕乘、月面移動、定位支持、安全輔助等功能，為航天員提供移動、通信、探測輔助等保障支持。

有趣的是，根據(jù)2024財年NASA預(yù)算申請報告，美國直到阿爾忒彌斯V任務(wù)中，才會將一輛LTV月球車送上月球。阿爾忒彌斯V任務(wù)最順利也要等到2029年9月，而我國首次登月預(yù)定在2030年前，屆時中美月球車誰先登月，還真不好說。

我國在前期充分的方案論證和技術(shù)預(yù)研的基礎(chǔ)上已啟動了載人登月任務(wù)，預(yù)定在2030年前首次登陸月球。載人登月建設(shè)地面支持系統(tǒng)，掌握與大運力運載火箭、載人登月飛船、載人月面著陸器到月面支持設(shè)備等諸多關(guān)鍵技術(shù)，目前這些相關(guān)子系統(tǒng)的研制工作已經(jīng)全面展開推進(jìn)。如果一切順利的話，2030年前我們將看到中國人首次踏上月球表面，實現(xiàn)中國人的千年登月夢。

（本文有刪改。來源：新華網(wǎng)）