登月登火，飛向深空

王煜

2022年9月17日17時47分，經(jīng)過約5小時的出艙活動，神舟十四號航天員陳冬、劉洋、蔡旭哲密切協(xié)同，完成出艙活動期間全部既定任務(wù)，航天員陳冬、航天員蔡旭哲已安全返回問天實(shí)驗(yàn)艙，出艙活動取得圓滿成功。

2022臨近年末，中國航天迎來關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)：神舟十五號飛船與中國空間站成功對接，中國航天員實(shí)現(xiàn)輪換，這意味著中國空間站完成在軌建造，進(jìn)入正式運(yùn)營階段。中國航天的下一個激動人心的最近目標(biāo)，就是載人登月，這已經(jīng)計(jì)劃在2030年左右完成，也就是只有不到十年時間。這樣的速度，完全與國際領(lǐng)先水平齊頭并進(jìn)。

當(dāng)然，月球只是深空探測的第一站?；鹦?、小行星、木星系、太陽……中國人的航天探索，正一步步扎實(shí)前行。

2022年12月4日，神舟十四號載人飛船返回艙在東風(fēng)著陸場成功著陸，航天員陳冬、劉洋、蔡旭哲落地后接力報(bào)告“感覺良好”，這標(biāo)志著持續(xù)半年的神舟十四號載人飛行任務(wù)圓滿成功。之前幾天的11月29日，神舟十五號飛船升空與中國空間站對接，搭載的費(fèi)俊龍、鄧清明、張陸三名航天員與在軌的三名同事會師并完成交接輪換。

在太空停留的183天中，神舟十四號乘組經(jīng)歷見證了中國空間站從“一”字構(gòu)型到“T”字構(gòu)型的組裝完成。3名航天員完成了5次交會對接、3次分離撤離、2次艙段轉(zhuǎn)位、3次出艙任務(wù)和1次天宮課堂活動，開展了多項(xiàng)空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)與技術(shù)試驗(yàn)。他們首次在空間站有人狀態(tài)下迎接大型空間站艙段、貨運(yùn)飛船、載人飛船的來訪與對接，同時順利實(shí)現(xiàn)了空間站的控制、能源、信息、環(huán)境各系統(tǒng)的正常運(yùn)行，積累了經(jīng)驗(yàn)。這些豐富的工作成果，標(biāo)志著中國空間站建造主要工作的完成。

簡單回顧一下這半年來，中國空間站建設(shè)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)：

2022年6月5日，神舟十四號載人飛船發(fā)射入軌，三名航天員成功進(jìn)駐空間站天和核心艙。此時空間站組合體由一艙、三船組成，即天和核心艙與分別對接在前向與后向的天舟三號、天舟四號貨運(yùn)飛船，還有對接在徑向的神舟十四號載人飛船。

7月17日，對接在前向的天舟三號貨運(yùn)飛船與空間站組合體分離，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)艙段的對接留出前向?qū)涌?。天舟三號與空間站分離后，并沒有立即再入大氣層，而是獨(dú)立飛行10天，開展了多項(xiàng)擴(kuò)展技術(shù)試驗(yàn)。其中比較關(guān)鍵的是“共軌飛行”技術(shù)驗(yàn)證，貨船與空間站在軌一前一后保持相對穩(wěn)定飛行，這將是后續(xù)CSST巡天空間望遠(yuǎn)鏡的運(yùn)行軌道。

7月24日，中國空間站的首個大型實(shí)驗(yàn)艙段問天實(shí)驗(yàn)艙，成功發(fā)射入軌。隨后，神舟十四號航天員成功開啟并進(jìn)入了問天實(shí)驗(yàn)艙，這是中國空間站的第二在軌工作艙和生活艙。中國空間站至此正式進(jìn)入多艙段運(yùn)行時代。

他們首次在空間站有人狀態(tài)下迎接大型空間站艙段、貨運(yùn)飛船、載人飛船的來訪與對接，同時順利實(shí)現(xiàn)了空間站的控制、能源、信息、環(huán)境各系統(tǒng)的正常運(yùn)行，積累了經(jīng)驗(yàn)。這些豐富的工作成果，標(biāo)志著中國空間站建造主要工作的完成。

10月31日，第二個大型實(shí)驗(yàn)艙段夢天實(shí)驗(yàn)艙，發(fā)射入軌并與空間站對接，這是中國空間站的第三在軌工作艙和生活艙。至此，中國空間三艙“T”字構(gòu)型基本結(jié)構(gòu)建造完成。

11月9日，天舟四號貨運(yùn)飛船完成全部既定任務(wù)，撤離空間站組合體，進(jìn)入獨(dú)立飛行狀態(tài)。3天后，它的“繼任者”天舟五號貨運(yùn)飛船來到空間站，共攜帶了約5噸貨物和1.4噸補(bǔ)加推進(jìn)劑。天舟五號入軌后，使用了更快速度的交會對接模式，從入軌至交會對接完成，總計(jì)歷時1小時57分31秒，這創(chuàng)造了中國空間站來訪航天器交會對接的速度紀(jì)錄。

11月29日，神舟十四號和神舟十五號航天員實(shí)現(xiàn)“太空會師”。這是中國航天員首次在軌輪換，中國空間站進(jìn)入長期有人駐留模式。

神舟十四號在軌的這半年中，中國載人航天實(shí)現(xiàn)了至今單次任務(wù)中的最多空間站構(gòu)型變換，迎來了最多的航天器加入，見證了中國空間站組裝建造的完成。中國空間站最多可以實(shí)現(xiàn)“三艙三船”同時在軌，呈現(xiàn)優(yōu)美的對稱形態(tài)，這是中國人的太空之家。

后續(xù)，經(jīng)過三艙組合體在軌評估后，中國空間站將轉(zhuǎn)入為期十余年的正式運(yùn)營階段，它的工作重點(diǎn)將從之前的工程建造逐步轉(zhuǎn)為空間科學(xué)應(yīng)用。

“我們建設(shè)空間站不是只為了讓人上去走一遭，而是要打造國家級的太空科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，是要派上實(shí)際用處的?！辟Y深航天專家、上海宇航系統(tǒng)工程研究所研究員陶建中告訴《新民周刊》記者。他表示，無論哪一組航天員，在空間站都有一項(xiàng)重要的任務(wù)，就是開展空間科學(xué)與技術(shù)實(shí)（試）驗(yàn)。

將在空間站開展的有九大類實(shí)（試）驗(yàn)，其中很受關(guān)注的一類是生命科學(xué)領(lǐng)域的研究，因?yàn)檫@直接關(guān)系到人類在太空環(huán)境的生存。

無論是在空間站還是將來在月球甚至火星，人類要想長期生存，全靠從地球運(yùn)輸過去的物資是不現(xiàn)實(shí)的，一要解決水、氧氣等維持生命的基本物質(zhì)的循環(huán)利用，二要實(shí)現(xiàn)在地球之外的環(huán)境生產(chǎn)食物。陶建中表示，目前各國對太空生命維持系統(tǒng)都在研究，并且已經(jīng)有了一些成果，比如中國也實(shí)現(xiàn)了“在空間站種菜”，這次神舟十四號就帶回了在太空經(jīng)歷了120天全生命周期、“從種子到種子”的水稻和擬南芥。接下來，可能需要攻關(guān)在太空生產(chǎn)“人造蛋白”“人造脂肪”。

12月4日，神舟十四號載人飛船返回艙在東風(fēng)著陸場成功著陸。這是航天員陳冬（中）、劉洋（右）、蔡旭哲安全順利出艙。

此外，還有如何應(yīng)對“太空病”。在太空的特殊環(huán)境下，已經(jīng)適應(yīng)了長期地球生活的人的身體總會產(chǎn)生一些癥狀，這也是為什么我們安排航天員在軌駐留不超過半年，每次出艙操作也有時間限制。這些，都是在空間站的生命科學(xué)研究要解決的關(guān)鍵問題。

空間站里的科研在逐步開展，地球上航天人的努力也從未停歇。此前，中國的載人登月節(jié)點(diǎn)一直被放在“2030年前后”，最近，更為細(xì)致的計(jì)劃公布。2022年11月21日，聯(lián)合國/中國空間探索與創(chuàng)新全球伙伴關(guān)系研討會上，中國探月工程總設(shè)計(jì)師吳偉仁院士接受媒體采訪時表示：中國將在月球先建設(shè)國際科研站的基本型，在這個基礎(chǔ)上擴(kuò)展成國際月球科研站?！?028年左右，月球科研站基本型就建起來了?！彼硎荆谶@之后，就是中國載人登月的實(shí)現(xiàn)。

吳偉仁說：以后肯定月球上有人，短時間上去工作一段時間然后回來，回來過一段時間再上去。我們目前主要需要攻克的包括：能源問題、交通問題、通信問題、人的生命保障系統(tǒng)等。

其中，地月之間的“大交通”是要解決的第一步。早在2020年5月，中國的新一代載人飛船試驗(yàn)船已經(jīng)進(jìn)行了首次發(fā)射試驗(yàn)并取得成功，這款飛船主要就是為了載人登月和載人登火準(zhǔn)備的。

另外就是大推力火箭的科研攻關(guān)，它之前被官方稱為“新一代載人火箭”。2021年6月24日，中國工程院院士龍樂豪在公開講座中展示，這款火箭的名字為“CZ-5DY”，“DY”正是“登月”一詞的拼音首字母。CZ-5DY火箭的發(fā)動機(jī)總推力可達(dá)2680噸，近地軌道運(yùn)載能力為70噸，地月轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)力為27噸，完全可以滿足載人登月的需要。

陶建中透露：目前中國載人登月火箭的發(fā)動機(jī)等核心部件已經(jīng)研制成功，接下來要進(jìn)行安全性可靠性的認(rèn)證、調(diào)試等。“載人登月的各個分項(xiàng)目已經(jīng)在中國航天各個科研院所落地立項(xiàng)，進(jìn)入實(shí)操階段?！?/p>

中國奮力實(shí)現(xiàn)載人登月的同時，美國也在推進(jìn)“重返月球”的“阿爾忒彌斯計(jì)劃”。它的目標(biāo)是將航天員送往月球并返回，建立常態(tài)化駐留機(jī)制，為未來的火星載人登陸任務(wù)打下基礎(chǔ)。

在數(shù)次延遲后，2022年11月16日，“阿爾忒彌斯1號”的獵戶座飛船終于成功發(fā)射，進(jìn)行不載人繞月飛行，計(jì)劃于12月11日返回地球?！鞍栠瘡浰?號”預(yù)計(jì)2024年搭載航天員繞月飛行，2025年的“阿爾忒彌斯3號”預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)載人登月。

2022年7月24日14時22分，搭載問天實(shí)驗(yàn)艙的長征五號B遙三運(yùn)載火箭，在中國文昌航天發(fā)射場準(zhǔn)時點(diǎn)火發(fā)射，約495秒后，問天實(shí)驗(yàn)艙與火箭成功分離并進(jìn)入預(yù)定軌道，發(fā)射取得圓滿成功。

無論是美國過去的阿波羅計(jì)劃還是后來的國際空間站建設(shè)，耗費(fèi)財(cái)力都在千億美元級別。如今要重返月球，美國無法再靠一己之力實(shí)現(xiàn)。因此，阿爾忒彌斯計(jì)劃由美國國家航空航天局（NASA）主導(dǎo)，同時有多家美國商業(yè)航天企業(yè)及國際合作伙伴參與，其中包括歐空局以及日本、加拿大、意大利、澳大利亞、英國、阿聯(lián)酋等國的航天局。

中俄已聯(lián)合發(fā)布國際月球科研站路線圖和國際合作伙伴指南，面向所有感興趣的國家和國際伙伴開放，推進(jìn)全人類和平探索利用太空。

中國的載人登月同樣是開放的國際合作項(xiàng)目。2021年3月9日，中俄兩國簽署了《關(guān)于合作建設(shè)國際月球科研站的諒解備忘錄》。中俄已聯(lián)合發(fā)布國際月球科研站路線圖和國際合作伙伴指南，面向所有感興趣的國家和國際伙伴開放，推進(jìn)全人類和平探索利用太空。

載人登月很自然地與探測火星互相促進(jìn)，當(dāng)人類可以比較自如地在月球工作生活時，就可以把那里當(dāng)作飛向火星的前哨站。當(dāng)然，對中國的火星探測而言，在“天問一號”圓滿地一次完成了“繞、落、巡”三大目標(biāo)后，下一個要實(shí)現(xiàn)的突破就是火星的采樣返回。

再次登陸火星之前，我們先去一顆小行星那里“試試身手”。2022年4月24日第七個“中國航天日”時，中國首次火星探測任務(wù)工程總設(shè)計(jì)師張榮橋透露：經(jīng)過兩年多的研制，天問二號已經(jīng)進(jìn)入初樣的研制，現(xiàn)在電性產(chǎn)品已經(jīng)在進(jìn)行綜合測試，預(yù)期在2025年實(shí)施發(fā)射。它的任務(wù)是對近地小行星2016HO3開展伴飛探測并取樣返回。天問三號就要挑戰(zhàn)火星的采樣返回，預(yù)計(jì)在2028年實(shí)施。后續(xù)的天問四號，則將飛往木星系。

在行星探測之外，中國航天也把目光投向了我們身邊最耀眼的星球——太陽。

2021年10月14日、2022年10月9日，“羲和號”與“夸父一號”分別發(fā)射升空，這是中國最早的兩顆太陽探測衛(wèi)星。

“我們的太陽探測起步比較遲，但很有特色。之前其他各國的太陽探測衛(wèi)星已經(jīng)發(fā)射了很多顆，我們在數(shù)量上不占優(yōu)勢，但在探測質(zhì)量上有自信?！碧战ㄖ邢颉缎旅裰芸酚浾弑硎?。

例如，羲和號的最大特點(diǎn)是“雙超”設(shè)計(jì)，即超高指向精度、超高穩(wěn)定度；它探測的太陽譜線為H-α譜線，這也是國際首次。

夸父一號的任務(wù)是探測太陽的“一磁兩暴”，“一磁”是太陽磁場，“兩暴”是太陽耀斑爆發(fā)和日冕物質(zhì)拋射。據(jù)預(yù)測，2024年到2025年左右，將是太陽活動的第25周峰年，是太陽活動最劇烈的時候。選擇在此之前發(fā)射“夸父一號”，就是為了基本覆蓋太陽峰年的極大期 。

“通過夸父一號探測的幫助，我們希望能實(shí)現(xiàn)在太陽爆發(fā)發(fā)生前至少40小時做出準(zhǔn)確預(yù)測，以讓地球上的人們做好應(yīng)對?！碧战ㄖ姓f。

他介紹，1859年9月1日早晨發(fā)生了“卡靈頓事件”，即太陽耀斑爆發(fā)。幾分鐘內(nèi)，英國格林尼治天文臺和基烏天文臺都測量到了地磁場強(qiáng)度的劇烈變動。各地電報(bào)局的操作員說他們的機(jī)器在閃火花，甚至電線也熔化了。高緯度地區(qū)的人們都能看到天空中五顏六色的北極光，午夜時分不用點(diǎn)燈都能看報(bào)紙。事件造成了長達(dá)8天的惡劣空間天氣。

“當(dāng)時的世界主要依靠蒸汽機(jī)和人工，太陽爆發(fā)并未帶來很大災(zāi)難。但是，‘卡靈頓事件’如果發(fā)生在今天，全球的人造衛(wèi)星、無線電通信、電力傳輸網(wǎng)絡(luò)和各種電器，將遭受毀滅性破壞，后果不堪設(shè)想。我們對太陽開展探測的目的之一，就是嘗試弄清楚太陽爆發(fā)的規(guī)律，保護(hù)好自己?！?/p>

既然叫“夸父一號”，那么后續(xù)的“夸父”也正在逐日的準(zhǔn)備中。目前，我國的太陽物理學(xué)界與相關(guān)工程部門正開展規(guī)劃論證，中國探日準(zhǔn)備實(shí)施“三步走”計(jì)劃，從不同方向和距離觀測太陽，以解決一系列重大科學(xué)和應(yīng)用問題。計(jì)劃中的有“夸父二號”日地L5點(diǎn)太陽立體觀測衛(wèi)星、“夸父三號”太陽極軌探測器、“夸父四號”太陽抵近探測器。

逐日巡天，中國航天的足跡正越來越多地踏向更廣闊的深空。