神秘會議一錘定音,中國載人登月「路線之爭」塵埃落定

2020年9月18日上午10：00，2020年中國航天大會在福建·福州海峽國際會展中心正式拉開帷幕，這是繼2018年和2019年之後召開的第3次大會，主題為「弘揚航天精神，擁抱星辰大海」。

和一些航天工程舉國關注不同，從市面上的消息和討論來看，這次會議作為一次業內活動，外界知道的人不多，關注的人更少。

但是，其重要意義不可小覷。從主辦方來看，國家航天局、中國科學技術協會、福建省人民政府是指導單位，中國宇航學會和中國航天基金會是主辦方，航天科技和航天科工集團參與，基本上囊括了中國航天業的主要力量。

另外，從時間點上看，2020年也是原先制定的「三步走」計劃中，建成大型空間站的最終時間。雖然目前計劃有所推遲(傳言稱2022年建成)，但整體上看，這一時間點依然是中國航天進入下個階段的關鍵節點。

所以，儘管吃瓜的普通人什麼都不知道，但是航天愛好者圈子還是非常關注的。

而這場會議也沒有辜負粉絲們的期待，曝出來了「大料」：作為中國航天工程「皇冠上的明珠」——載人登月工程此前一直存在的「路線之爭」終於塵埃落定。

本世紀以來，中國航天工程沿著美蘇曾經的腳步穩步推進。載人航天在過去被視為難以超越的障礙，隨著2003年秋神舟五號將楊利偉送上太空被打開了口子。

隨後的2005年，神舟六號上2名航天員實現多天太空飛行，2008年神舟七號上的翟志剛出艙行走，2013年聶海勝操控神舟十號和天宮一號對接，標誌著中國載人航天的技術逐漸趨近成熟。

在這個過程中，很多人開始將目光瞄向下一個目標，也是2個超級大國過去競賽的最高榮譽——登月。

2007年10月24日，嫦娥一號在西昌衛星發射中心發射升空，並在2009年3月1日成功撞擊月球。次年，有記者就載人登月一事採訪航天業專家，當時中國繞月工程首席科學家歐陽自遠表示，當時還沒有時間表，要先完成無人探測，再實施載人登月。

而隨著2013年嫦娥三號軟著陸月球，放出玉兔號探測器探測月球，嫦娥三號總指揮葉培建透露，中國已開始載人登月工程關鍵技術的攻關。

於是，長徵九號應運而生。

從百度百科上看，長徵九號和長徵五號系列、長徵六號系列、長徵七號系列等都被歸入第四代長徵系列運載火箭當中。

不過翻過往新聞，在2008年左右首先出現我國「無毒、無汙染、高性能和低成本」的「新一代運載火箭」的報導時，內容還只有「直徑5米的基礎模塊、3.35米的助推器模塊、2.25米的助推器模塊，以及直徑5米和3.35米的上面級模塊」等。

而我們現在知道，長徵九號是一款芯級直徑達到9.5米、LEO運載能力130噸級的重型火箭(按國際標準是超重型火箭)。也就是說，長徵九號並不在一開始的第四代火箭家族裡。

事實上，長徵九號是和載人登月計劃同步進行，從一開始就為登月「量身定做」的火箭。

在2013年我國啟動載人登月技術攻關的同時，我國也以載人登月為目標進行了重型火箭的論證，並最早提出了研製600噸級液氧煤油發動機作為主推的設想。

大多數人聽到這個消息，第一反應是吃驚。

600噸級液氧煤油發動機!

600噸級發動機是什麼水平?美國登月火箭土星5號上的F-1發動機，推力也才150萬磅(約680.39噸)，中國如何可以從全球航天第二梯隊一下晉升至幾乎追上航天霸主冷戰巔峰的水平了?而且還有可能和美國SLS爭一爭現役火箭全球第1?

對於當時還依靠75噸級YF20系列發動機送長徵二、三、四家族火箭上天的我國航天業來說，這是一個遠到不知道什麼地方的目標。

但一眾航天迷心裡隱隱還是有些期待，一旦做成了，且不說爭不爭第1，穩穩甩開航天第二梯隊的國家一大截，不成問題。

2016年，長徵九號運載火箭的先期關鍵技術攻關、方案深化論證階段正式批覆立項，開展總體方案深化論證和以「重型運載火箭總體技術」「大推力液氧煤油發動機技術」「大推力液氫液氧發動機技術」和「大直徑箭體結構設計、製造及試驗技術」為代表的12項重大關鍵技術攻關。

此後長徵九號的方案一直處於論證當中，並產生了諸多爭論。

最初的爭論集中在火箭本身，最開始是「全煤油構型還是固推+液氫構型」。

液氧煤油便宜好用，技術儲備也相對足一點;固推+液氫則既可以享受到固推的大推力，又可以擁有液氫的高比衝。權衡利弊，最後航天人員選擇了便宜的液氧煤油方案。

之後，推力指標又變了，從原來的600噸變成了500噸或480噸，芯二級也提出了220噸級液氫液氧發動機的設想。最終確定了一級480噸級液氧煤油發動機+二級22噸級液氫液氧發動機的方案。

這個方案確定後，又一輪爭論爆發。這次的爭論更大，且並不局限於長徵九號本身。

爭論起源於長徵九號深化論證開始2年後的2018年。當時網上流傳出的一些「內部信息」裡，忽然出現了一款新型火箭的影子。

早期消息稱，這款新火箭是中國載人航天工程辦公室」(CMSA)負責研製的。這個機構起源於1992年9月21日政府正式批准實施的載人航天「921工程」。因此，這枚火箭也被網友稱作「921火箭」。

從這款火箭出現以後，原先還算順利的長徵九號研發忽然陷於停滯，儘管關鍵技術攻關及方案深化階段研製工作已圓滿結束，但直到今天，火箭本身都沒有正式立項。當然，其配套的各種子項目子技術還是在繼續發展的。

921火箭的進展倒是非常快。就在當年的珠海航展上，其實體模型已經和長徵九號一起公開擺在了展臺上，隨後在越來越多場合出現，並被官方賦予「新一代載人運載火箭」的正式稱號。

於是，要長徵九號還是要新火箭，中國載人登月項目出現了短暫的技術路線之爭。

先來看看2款火箭的具體情況。

長徵九號高93米(相當於28層樓房高度，比長徵五號整整高出36米)，芯級最大直徑10米，是三級半構型火箭。

科普一個基本概念：所謂「三級半」，指的是火箭的分段。1903年，在人類連飛機都沒造出來的時候，人類「火箭之父」、俄國航天天才齊奧爾科夫斯基就推導出了火箭在發動機工作期間獲得速度增量的公式，即著名的齊奧爾科夫斯基公式：V=ωLn（Mo/Mk）

公式中，v是速度增量，ω為噴流相對火箭的速度，m0和mk分別為發動機工作開始和結束時的火箭質量。

可以看出，在噴流速度一定的情況下，當m0/mk越大，也就是火箭最終質量越小，其獲得的速度增量就越大。因此，現在的火箭都製造成幾段，1段就是1「級」，從底部到頂部分別是一級、二級、三級……

「三級半」中的那「半」級則指的是助推器。如果帶有助推器，則將火箭主體稱為「芯」級。

這樣，火箭在飛行過程中就可以不斷拋去燃料耗盡的一段，減少自身質量，獲得更大的速度增量。當然，火箭級數也不能太多，因為級與級之間的連接結構，以及各級各自配備發動機、貯底箱等本身會導致初始重量增加。

長徵九號起飛級由芯一級與4枚助推器組成，共12臺480噸級YF-130液氧煤油發動機提供5873噸推力，起飛質量4137噸。

芯二級配置2臺220噸級YF-90氫氧發動機。

芯三級配置4臺50噸級YF-79膨脹循環氫氧發動機。

在這種配置下，長徵九號有著恐怖的運力。其近地軌道(LEO)運力140噸、地球同步轉移軌道(GTO)運力66噸、地月轉移軌道(LTO)運力50噸、地火轉移軌道(MTO)運力67噸，運力指標全面超越土星5號。

通過調整助推器數量，長徵九號還衍生出配有2枚助推器的長徵九號甲(長徵-9A)和沒有助推器的長徵九號乙(長徵-9B)，靈活調整運力和成本，適配更多樣的任務。

再看看921火箭。

這款火箭整體上比長徵九號小一些，火箭長度85米，芯級和助推器直徑均為5米，同樣採用三級半構型。

這枚火箭起飛級有2個特點，一是國內首次採用CBC構型，二是發動機多。

CBC構型是指直接採用芯一級火箭作為助推器，比如說921火箭，其起飛級包括芯一級和2枚助推器，但實際上可以說是由3枚芯一級火箭構成。這樣，在研發火箭時，就能少研發一款助推器，同時在製造火箭時也能靠規模效應分攤成本。

921火箭的發動機非常多。芯一級和每枚助推器各並聯7臺130噸級YF-100K液氧煤油發動機，一共有足足21臺發動機，使其具備2200噸的起飛質量。

芯二級配備2臺YF-100K的高空改進型YF-100M液氧煤油發動機，現已知真空推力為146噸。

芯三級配備3臺9噸級YF-75D氫氧發動機。

921火箭LEO運力為70噸，LTO運力為28噸。

從火箭大小和具體運力指標上來看，長徵九號和921火箭實際上是2個級別完全不同的火箭，理論上不存在競爭關係，完全可以2條路一起走，這有什麼可爭論的嗎?這裡涉及到理念和實際、成本和時間的問題。

首先來說說長徵九號的優點。

首先是載重大。按照最新流傳的消息，經過進一步改進的長徵九號可以達到180噸LEO運力、75噸的LTO運力和50噸的MTO運力，如果真能達到這個水平，那麼就是絕對的世界第1。即便是按照現在PPT上的方案，運力水平也足以競爭一下這個位置了。

在航天世界中，載重越大，實用性越強。從一開始，長徵九號就瞄準了一個冷戰巔峰時期世界兩大強國都未實現的目標：除了載人登月以外，還要建立月球基地，並建設「地月空間經濟帶」。

目前，921火箭28噸的LTO運力，確實可以通過分次發射環月軌道站、載人飛船、登月艙，並在近地軌道組裝完成，實現登月。上世紀60年代美國「阿波羅計劃」就曾論證過這個方案，但是NASA以環節過多導致風險和成本增加將其否決。

如果使用運力和土星五號相當的長徵九號，就可以1次將載人飛船和登月艙發射上去，減少發射次數和爭搶發射窗口的壓力。

而要發射構建月球基地所需的大型設備，那就非至少50噸LTO運力的長徵九號不能行了。

但是，載人登月還不是長徵九號這把好刀的「刀刃」，其最大的作用，可能在於未來的火星探索上。要實現載人登陸火星，921火箭是無能為力的，至少要37噸MTO運力的長徵九號來做。

而如果長徵九號的MTO運力真能達到傳說中的50噸運力，那麼就可以將登火艙和載人飛船送到MTO軌道上。考慮到火星發射任務每隔26個月才有1個窗口，其節省發射次數的意義巨大。

其次，這次長徵九號設計採用的發動機，無論是480噸級液氧煤油機，還是220噸級氫氧發動機，還是25噸級膨脹循環氫氧發動機，放眼全世界都是頂尖水平。

如果480噸級分級燃燒液氧煤油機研製成功，其性能將僅次於前蘇聯傳奇的RD-170發動機，中國在這個領域一下子就跨步到了世界第2;而220噸級氫氧發動機如果研製成功，那也同樣成為世界第2，僅次於美國的RS68，比歐洲、日本100多噸的設備高一大截。

如此大的進步，無怪乎消息剛剛傳出時，大多數人都持不相信的態度。但是只要實現了，就足以奠定中國航天強國的地位。

此外，在480噸級分級燃燒液氧煤油機研製成功後，將雙燃燒室拆開，可以簡單改造成240噸級發動機，替代現在使用的YF-100發動機。這款發動機使用場景很多，包括長徵五號的助推器。經過改進，長徵五號的運力也能趕上921火箭，後者就失去了研製的必要。

與此同時，作為「工業皇冠上的一顆明珠」，如此高目標項目的制定和進行，必然給配套產業帶來巨大的動力(或者說壓力)，推動高、中、低端產業加快升級。

第三，除開技術和實用性原因，航天作為製造業的尖端，體現的是一個國家的綜合國力，大型航天工程有著非同一般的宣傳效應，給人帶來巨大的心理衝擊。

比如說，1958年蘇聯發射了世界上第1顆人造衛星「斯普特尼克」，給以全球霸主自居的美國上下造成了極大震動，美國人還專門造了一個詞「斯普特尼克時刻」，形容感覺受到威脅和挑戰的時刻。

美國在1969年率先登上月球，牢固了自己全球科技霸主的地位。而其中土星五號這個巨大的圓柱體在漫天火光和煙塵緩緩升起的場景，以及總設計師馮布勞恩站在F1發動機巨型噴口前的照片已經成了傳世經典，至今讓人驚嘆。

無疑，如果中國也來這麼一套超級工程，既能對外秀一秀肌肉，也能對內提振國民信心。此外，除了國與國之間的競爭，衝出地球、探索宇宙本質上還是一項屬於全人類的事業，如果成功，相當於為全人類的未來做了貢獻，對於國家地位的提升極為有利。

然而，研究這麼一款火箭也有缺點。

最大的問題在於，長徵九號配套的3款世界頂級發動機，雖然技術水平極高，但這也意味著難度、風險極大，項目延遲的可能性很高。

尤其是氫氧發動機的研製，此前長徵五號就是因為YF-77氫氧發動機的研發問題，另長徵五號遙二火箭失敗後，整體研發凍結了2年，拖累了整個航天計劃。

除發動機以外，新火箭還有諸多技術難關。當年官方宣稱長徵五號使用了90%的新技術，長徵九號預計也不會差太多。

其次，新技術多意味著研製時間長。中國載人登月計劃已經一拖再拖，從早前的2025年前後已經推遲到了2030年前後。而在當前國際社會形勢詭譎、暗流湧動的情況下，登月的時間已經不容再拖。如果落後太多，對國際形象和國民信心都有影響。

另外還有很重要的一點是，雖然長徵九號在技術上先進，但是在理念上顯得有些落後。從當前的設計方案看，設計師並沒有考慮到回收復用的情況，也幾乎沒有改進的可能。

而在當前，馬斯克的SpaceX已經在航天領域掀起了低成本、可回收復用火箭的風潮，如果不考慮這一點，研發出來的火箭常常被視作「落後」的，這也是很多人不看好長徵九號的原因。

在這種情況下，921火箭就是長徵九號的最好替代品。

首先，它的技術風險很低。上面說到，以中國航天的技術水平，要研發480噸級液氧煤油發動機、220噸級液氫液氧發動機這樣級別的性能怪獸，還是挺讓人不放心的。

而新火箭基本上都採用成熟技術，比如YF-100K就是已經非常成熟的120噸級液氧煤油發動機YF-100的泵後擺改進版本。後者目前已經服役50多臺，沒有1臺出錯。

在利用成熟技術的情況下，921火箭的研製可以非常快。NASA已經宣布要在2024年將一男一女送上月球，採用921火箭的話，中國在時間上不會落後太多。當然，考慮到波音這十幾年在航天領域的「拉胯」表現，中國反超也不是不可能的。

另外，從設計上看，921火箭從一開始就考慮到了未來回收復用的事。多發並聯設計是火箭回收的前提。引擎數量越多，推力控制就越靈活，在複雜的回收下落階段就控制得越好。以目前引擎的節流能力，3臺以下數量的引擎並聯幾乎不可能做到一級回收，最多只能回收引擎。

921火箭通過加裝著陸腿和格柵舵，調整分離時間，就能實現一級助推整體回收，降低發射成本。

當然，這款火箭也不是沒有缺點。其最大的缺點就是前面說到的，有很多長徵九號能做的事它做不了，還有很多事，比它更小的長徵五號也能做，而且上文也說了，經過改進後的長徵五號也有全面替代它的能力。總體上看，921火箭有點「高不成低不就」的意思，只能作為「登月專用艦」使用。

而為了載人登月這1項任務專門研製火箭，有沒有這個必要呢?

另外一個對921火箭的質疑，出自其「多發並聯」的設計。原因無他，上世紀前蘇聯用來對標土星五號的N-1火箭連續4次在空中爆炸，使其登月美夢粉碎的經歷，在人們心中留下了巨大的陰影。

N-1火箭發射機配備了30臺Nk-15液氧煤油發動機，其比衝值領先於當時絕大多數煤油液氧發動機，甚至碾壓了土星5號第一級的F-1引擎，在當時是「神器」一般的存在，按理說登月綽綽有餘，然而最終卻失敗了。

作為那個年代2項聲勢最浩大的「形象工程」，用5臺發動機的土星五號成功，用30臺發動機的N-1失敗，這使得「多發並聯不靠譜」成為很多的刻板印象。

多發並聯方案雖然帶來了推力控制上的靈活性，但首先你得有控制能力。毫無疑問，發動機越多，控制起來就越複雜，飛行控制系統研發就越困難，蘇聯在電子工業上的羸弱在這個問題上一覽無遺。N-1火箭發射4次失敗，有3次和飛控電腦KORD錯誤控制有關。

此外，多發並聯還涉及到振動問題。液體火箭存在一個叫做「縱向耦合振動」的問題，也就是其結構與推進系統相互作用而產生的不穩定振動。簡單說就是火箭本身的振動和裡面液體燃料振動頻率接近或一致引發振動幅度不斷的問題。

通常，這個問題要通過調整燃料輸送來解決，當發動機越多時，這種調整就越複雜。

此外，縱向耦合振動會使整個火箭出現不穩定狀態，振動量級超過設計允許值時會影響火箭上儀器、設備的工作可靠性。火箭發動機越多，配套的管線之類也越多，為了控制重量，其結構強度也會受限，應對振動的能力也有限。

N-1火箭最後一次發射，就是在遭遇縱向耦合振動後，發動機供給管道爆裂，使已經飛到40公裡高空的火箭爆炸。

不過，這些質疑隨著SpaceX獵鷹九號以及重型獵鷹火箭的出現，逐漸被打消。獵鷹九號採用9臺梅林發動機並聯的方式，取得了良好效果。重型獵鷹火箭更是使用3*9臺梅林發動機的方式，也成功試射。

從技術上說，以我國目前的電子工業水平，相信是不存在研發控制系統方面的瓶頸的。至於說共振問題，這裡不得不提出現在之前引發熱議的《限制出口技術目錄》上的大型振動平臺。

中國目前已經造出50噸級振動平臺，70噸級也早在2013年就研製成功，而國外由於需求停滯，在這方面一直止步不前，目前振動臺最大推力停留35噸。這為中國解決超大型火箭的振動問題打下了良好的基礎

對於長徵九號和921火箭的爭論，就集中在以上內容中。

不過，這個爭論只是民間爭論，在官方層面上，這個選擇似乎已經做出了。

在今年的航天大會展出的PPT上，登月方案中已經沒有了長徵九號的身影，只剩下新一代載人運載火箭。

同時，中國載人航天工程副總設計師周雁飛也在會上提到，正在深化論證的方案中，負責將載人飛船、月面著陸器送入地月轉移軌道的是新一代載人運載火箭。根據周雁飛的描述，火箭「繼承了現有發動機及箭體結構成果和研製條件」無疑也排除了長徵九號的可能。

顯然，中國載人登月火箭的「路線之爭」，已經塵埃落定。

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