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，成為我國建設航天強國、科技強國取得的又一標志性成果。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，為中國載人登月計劃在技術(shù)上奠定了堅實的基礎。

嫦娥工程下一步無人探測的目標是建立月球科研站，以推進載人登月這一宏偉目標。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)及方案論證的基礎上，全面啟動了各項研制和建設工作，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)射設施設備等工作。

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，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，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70噸，奔月軌道（LTO）運載能力27噸，運力和美國SLS Block1火箭相當，它是中國載人登月的基石。我國載人登月的任務規(guī)模和美國阿波羅載人登月任務也大致相當，根據(jù)目前的方案規(guī)劃，一次載人登月任務將發(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中，火箭計劃在2027年前后進行首飛。

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)估算服務艙能提供2200米/秒以上的速度增量，滿足獨立進出環(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，又在飛船結(jié)構(gòu)、推進、回收、能源、熱控、電子等方面應用了大量先進技術(shù)，使飛船具備可重復使用能力，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)，又應用了大量新技術(shù)，整體設計上實現(xiàn)了高可靠性和高安全性，又通過重復使用實現(xiàn)了低成本。新一代載人飛船還采用模塊化設計，統(tǒng)一的返回艙搭配不同的服務艙模塊，提供相應的變軌機動能力，適應近地軌道飛行任務、載人月球探測任務，以及更遙遠的載人小行星或火星探測等多種類型的載人飛行任務，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)的支持工作設施，具備快速發(fā)射能力，滿足未來載人登月任務中快速發(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施除了新的發(fā)射工位，還要為登月任務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作出重要貢獻。未來隨著探月工程四期、小行星探測以及載人登月任務的實施，中國深空測控系統(tǒng)還將進一步發(fā)展壯大，現(xiàn)有三個深空站新建大型測控天線，更新后端設備，完善陣列接收能力，以及應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的順利實施和圓滿完成。

月面著陸器

載人登月工程任務中，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。推進艙將負責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，承擔著陸過程所需的絕大部分減速任務。推進艙燃料耗盡后分離，登月艙完成最后階段的著陸，并負責后續(xù)月面起飛到環(huán)月對接的飛行任務。

我國月面著陸器方案和美國阿波羅計劃以及新世紀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上面級負責地月軌道修正、近月制動和大部分下降段飛行，而LK著陸器負責最后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)復用。我國選擇這種總體方案有利于降低技術(shù)風險，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，進行較為復雜的月球科考，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，對航天員和各種設備威脅很大，而鋒利的巖石也容易劃傷航天服。為了應對苛刻的月面環(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，為了適應月面嚴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預算申請報告，美國直到阿爾忒彌斯V任務中，才會將一輛LTV月球車送上月球。阿爾忒彌斯V任務最順利也要等到2029年9月，而我國首次登月預定在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)預研的基礎上已啟動了載人登月任務，預定在2030年前首次登陸月球。載人登月建設地面支持系統(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。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)）