2030年前,中国⼈的脚印肯定会踏在⽉球上去。⽉球某处,寂静⽆声。远处灰⽩⾊的⽉丘上⽅,蔚蓝⾊的地球低悬于漆⿊的天空。两名航天员缓步⾛下着陆器,在满是细腻⽉尘的⽉⾯上踩出清晰的脚印。插在⽉⾯上的五星红旗,在刺眼阳光的照耀下格外鲜艳。中国载⼈登⽉任务效果图由中国载⼈航天⼯程办公室提供。这⼀畅想中的场景,有可能会在7年内实现。
中国载⼈航天⼯程办公室披露,中国载⼈⽉球探测⼯程的登⽉阶段任务已经启动实施,总⽬标是:2030年前实现中国⼈⾸次登陆⽉球,开展⽉球科学考察及相关技术试验,突破掌握载⼈地⽉往返、⽉⾯短期驻留、⼈机联合探测等关键技术,完成“登、巡、采、研、回”等多重任务。通过这⼀⼯程,中国有望成为世界上少数能够独⽴进⾏载⼈⽉球探测的国家。这将是中国航天史上的⼀次重⼤突破,也将是⼈类探索⽉球的重要⾥程碑。
送航天员登⽉,分⼏步?7⽉12⽇,在武汉举办的第九届中国(国际)商业航天⾼峰论坛上,中国载⼈航天⼯程副总设计师张海联介绍了中国载⼈登⽉的初步⽅案。中国载⼈登⽉初步⽅式示意图由钱江晚报提供。第⼀步:发射两枚运载⽕箭,把⽉⾯着陆器和载⼈⻜船分别送往地⽉转移轨道;各⾃抵达环绕⽉球的轨道之后,载⼈⻜船与着陆器交会对接;航天员从载⼈⻜船进⼊⽉⾯着陆器中。
第⼆步:⽉⾯着陆器与⻜船分离后,下降着陆于⽉⾯预定区域;航天员踏上⽉球,开展科学考察与样品采集活动。第三步:完成⽉⾯既定任务后,航天员乘坐着陆器上升⾄环⽉轨道,再次与载⼈⻜船将会对接;航天员携带⽉球样品等转移⾄⻜船,与着陆器分离,进⾏⽉地转移返回地球。为了实现中国⼈的⾸次载⼈登⽉,科研⼈员正在研制⻓征⼗号运载⽕箭、新⼀代载⼈⻜船、⽉⾯着陆器、登⽉服和载⼈⽉球⻋等任务关键装备。
三个“胖五”那么粗为了将⽉⾯着陆器和载⼈⻜船送⼊地⽉转移轨道,我们需要运载能⼒更⼤的⽕箭,也就是⽬前正在研制的⻓征⼗号,⼜被称为新⼀代载⼈运载⽕箭。新⼀代载⼈⽕箭1:10模型由Shujianyang提供。别看⻓征⼗号⽕箭身材⾼挑,它的“腰围”实际上跟“胖五”(即现役中国推⼒最⼤的⻓征五号⽕箭)⼀样,都达到了5⽶。另外,它捆绑的助推级直径也是5⽶。所以,⻓征⼗号实际上有三个“胖五”那么粗!
⻓征⼗号运载⽕箭简介由CMS提供。⻓征⼗号运载⽕箭使⽤液氧和煤油作为推进剂,相⽐于⻓征五号使⽤的液氢液氧,具有密度⾼、成本低、储存简单等优点。⻓征⼗号运载⽕箭的基本型由助推器、芯⼀级、芯⼆级、芯三级、逃逸塔及整流罩组成,共有三级半。其中,助推器和芯⼀级将各安装7台YF-100K⽕箭发动机,芯⼆级将安装2台YF-100M发动机,芯三级则安装3台YF-75E发动机。
这种构型的⻓征⼗号⽕箭⾼约92⽶,起⻜质量约2200吨,近地轨道运载能⼒约70吨,奔⽉轨道的运载能⼒为27吨,⽐⻓征五号提⾼了3倍还多。⻓征⼗号⽕箭的两种构型由中国航天提供。此外,⻓征⼗号还有另外⼀种⽆助推的构型,⼀级⽕箭将按照可重复使⽤进⾏设计,执⾏中国空间站航天员及货物运输任务,从⽽优化空间站运营阶段的运营成本。
⻓征⼗号运载⽕箭在⾸次执⾏载⼈任务之前,会经过⼏次⽆⼈⻜⾏的验证,预计在2027年具备⾸⻜条件。来源:央视新闻⽐神⾈⻜船⼤⼀圈与⻓征⼗号⽕箭配合,把航天员送上太空的,将是新⼀代载⼈⻜船。新⼀代载⼈⻜船全⻓8.8⽶,发射质量21.6吨,⽣活空间13⽴⽅⽶,具备⾼安全、⾼可靠、模块化、多任务、可重复使⽤等特点,可将3名航天员送往⽉球轨道,往返近地轨道则可乘坐4-7名航天员。
新⼀代载⼈⻜船模型,上半部分为返回舱,下半部分为服务舱由Shujianyang提供。与现役的神⾈载⼈⻜船的三舱结构不同,新⼀代载⼈⻜船采⽤了两舱结构,由返回舱和服务舱构成。返回舱是航天员的座舱和控制中枢,为乘员或有效载荷提供⽣存环境和保护屏障,是⻜船上能够安全返回地⾯的部分。按照设计,新⼀代载⼈⻜船的返回舱可以重复使⽤。
返回舱采⽤圆锥形设计,外壳由复合材料制成,内部设有乘员座椅、控制台、⽣命保障系统等设备。它具有⾼速再⼊⼤⽓层和⾼温防护能⼒,可以承受3000摄⽒度以上的温度。在着陆前会弹出3个降落伞,并利⽤⽓囊缓冲着陆冲击。服务舱则是为返回舱提供动⼒、姿态控制、通信等⽀持服务的部分,根据不同任务需求可以更换不同类型和尺⼨的服务舱,来适应近地空间和⽉球探测任务。服务舱在完成任务后会与返回舱分离,并在⼤⽓层中烧毁。
发射阶段,新⼀代载⼈⻜船还将配备逃逸塔。⼀旦⽕箭出现故障,逃逸塔可以快速点⽕,把返回舱及时带离故障⽕箭,保证航天员的安全。新⼀代载⼈⻜船简介由CMS提供。新⼀代载⼈⻜船已经完成了两次技术验证任务,分别是2016年的多⽤途⻜船缩⽐返回舱试验和2020年的新⼀代载⼈⻜船试验船试验。这两次试验都成功实现了天地往返、⾼轨道机动⻜⾏以及⾼速再⼊⼤⽓层试验,验证了新⼀代载⼈⻜船的关键技术和性能。
2020年返回地⾯的新⼀代载⼈⻜船试验船返回舱由中国航天报提供。未来,新⼀代载⼈⻜船还将进⾏更多的试验和改进,以期早⽇实现载⼈⻜⾏。往返⽉⾯,以及⽉球飚⻋当新⼀代载⼈⻜船抵达环绕⽉球的轨道之后,负责运送航天员往返⽉⾯的,将是由另⼀枚⻓征⼗号发射⾄此的⽉⾯着陆器。正在研制中的⽉⾯着陆器,重约26吨,由登⽉舱和推进舱组成,主要负责把航天员从环⽉轨道下降着陆⽉⾯并返回环⽉轨道。
⽉⾯着陆器模型,上半部分为登⽉舱,下半部分为推进舱由Shujianyang提供。其中,推进舱是为了实现从环⽉轨道到⽉⾯的下降过程⽽设计的部分,主要由⼀台8吨级常规发动机(YF-58)和⼀甲基肼/四氧化⼆氮推进剂系统组成。推进舱不仅是近⽉制动轨道控制的动⼒舱段,在登⽉下降过程中也将承担动⼒减速任务,在距离⽉⾯较近处才会与登⽉舱分离,尽可能为后者节省燃料。⽉⾯着陆器简介由CMS提供。
登⽉舱是为了实现从⽉⾯到环⽉轨道的上升过程以及在⽉⾯进⾏驻留和探测⽽设计的部分,安装有4台改进型7500N变推⼒发动机(YF-36),具备⼀定的动⼒冗余功能来保证航天员的安全,也具有⾃主控制⻜⾏能⼒。登⽉舱是航天员的座舱,可以携带⽉球⻋和少量的科学载荷,并将两名航天员送达⽉⾯。航天员登陆⽉球后,登⽉舱也将成为他们的⽉⾯⽣活中⼼、能源中⼼以及数据中⼼。⽉球⻋概念图由CMS提供。
其中,载⼈⽉球⻋重约200公⽄,可以⽀持两名航天员乘坐,在着陆地点周边约10公⾥范围内,开展⽉球采样以及相应的⽉⾯实验。⽬前,载⼈⽉球⻋研制⽅案正⾯向全社会公开征集。正在研制的登⽉服则采⽤半硬式构型,单次⼯作时间不少于8⼩时,具备⽀持航天员⽉⾯出舱活动所需的作业、⾏⾛、攀爬、下蹲、驾⻋、⼈机协同等⼯作能⼒。
完成⽉⾯任务之后,航天员以及他们采集的⽉球样本,将乘坐登⽉舱从⽉⾯点⽕起⻜,返回环绕⽉球的轨道,与在那⾥待命的新⼀代载⼈⻜船交会对接。之后,航天员携带⽉⾯样品乘坐新⼀代载⼈⻜船返回地球,完成中国⾸次载⼈登⽉任务。中国探⽉⼯程总设计师吴伟仁谈载⼈登⽉由央视新闻提供。
嫦娥四期,打造国际⽉球科研站除了在2030年前完成中国载⼈登⽉任务以外,已经步⼊四期的嫦娥探⽉⼯程也在同步推进,将对⽉球南极展开综合探测,为此后多国⼀同建⽴⽉球科研基地验证部分技术。来源:央视新闻嫦娥六号任务将于2024年5⽉发射,将从⽉球南极附近采集⼤约2公⽄的⽉壤样本返回地球。嫦娥七号任务计划于2026年前后发射,由着陆器、⻜跃器、中继星组成,将对⽉球南极的环境与资源展开综合探测。
嫦娥⼋号任务计划于2028年前后发射,由着陆器、⻜跃器、巡视器和⽉⾯作业机器⼈组成,着陆在嫦娥七号附近,并与其构成⽉球科研站基本型,验证⽉球原位资源利⽤技术。国际⽉球科学站概念图由CNSA提供。在此基础之上,中国将牵头打造国际⽉球科研站。⽬前,俄罗斯、巴基斯坦、阿联酋和亚太空间合作组织等已签约加⼊国际⽉球科研站,还有⼗余个国家和组织正在协议谈判中。
最终的⽬标,是要在本世纪40年代建成实⽤的多功能⽉球基地,具备进⾏⻓期载⼈⽉球探测活动的能⼒,并验证载⼈⽕星探测任务的技术和能⼒。嫦娥五号着陆器在⽉球背⾯展开的五星红旗(实拍)由CNSA/CLEP提供。回到本⽂开头,两名中国航天员在⽉⾯竖起五星红旗的场景,将不再是遥不可及的梦想。我们有可能在7年内,亲眼⻅证这⼀历史性的时刻。⽽这,只是中国载⼈深空探索的开始。
载⼈登⽉任务将推动中国的载⼈航天技术实现由近地⾛向深空的跨越式发展。这意味着中国的载⼈航天技术将从主要针对近地轨道的活动,发展到能够进⾏更远距离的太空探索。在接下来的20年⾥,我们将看到中国牵头在⽉球上建⽴实⽤的多功能⽉球基地,展开⻓期载⼈⽉球探测,并验证载⼈⽕星探测任务的技术和能⼒,为未来的⽕星探测任务作好准备。这是⼀个充满挑战和机遇的新时代,中国正在向更深的宇宙进发。
这⼀次,我们的⽬标,真的是星⾠⼤海!