近日，第一屆中國空間科學大會在廈門召開，載人航天工程副總師陳善廣表示，我國已經就載人月球探測方案進行了多輪深化論證，相關工作正在穩步推進。與此同時，兩張新載人火箭的圖片悍然出現在網際網路上，顯示我國支撐載人登月的新載人火箭預研取得了紮實的成果，中國載人登月距離我們並不遙遠。
美國新世紀的載人登月計劃
所謂「他山之石，可以攻玉」，我們先來看看美國人是怎麼做的。
美國阿波羅計劃是目前唯一成功的載人登月計劃，它使用近地軌道運力百噸級的超重型火箭土星五號，實現將登月艙和飛船送入月球軌道的目標。土星五號這樣的超級火箭重量大、運力大技術高，需要高性能的大推力火箭發動機，研製和使用成本極其昂貴，號稱一次發射等於造一艘航空母艦。
進入新世紀，美國重返月球的星座計劃，以及迭代後現行的阿爾忒彌斯計劃，分別使用戰神五號和SLS超重型火箭。這兩款火箭同樣存在研製和使用成本過高的問題，戰神五已被放棄，現行的SLS火箭研製費用則早就超過了100億美元，同時預計單枚火箭發射價格已經飆升到20-25億美元，對財大氣粗的美國來說也存在用不起的壓力。
圖：土星五號超重型火箭的造價非常高，一次登月發射，相當於燒掉一艘10萬噸的超級航母。
圖：現在的SLS火箭研製進度慢，價格同樣昂貴。
傳統超重型火箭研製使用成本太高，而由風險投資孕育的太空探索技術公司（SpaceX）的獵鷹重型火箭闖出了一條新路。獵鷹重型火箭是獵鷹九號火箭芯級並聯的產物，依託成熟可靠廉價的獵鷹九號火箭，研製成本僅有5億美元，即使一級火箭不重複使用，單枚火箭發射價也僅有1.5億美元，不到SLS火箭發射價的1/10！
獵鷹重型火箭價格雖然低，但運力可毫不含糊，一次性使用時它的近地軌道運力可達63.8噸，火星轉移軌道運力也有16.8噸，地月轉移軌道運力超過20噸；而SLS Block 1火箭發射價格那麼貴，但地月轉移軌道運力也只是略大於26噸，除了能發射老搭檔獵戶座載人飛船，幹別的都太奢侈了。
現在美國阿爾忒彌斯計劃中，無論是月球門戶站的艙段和貨運飛船，還是登月艙的轉移段、下降段和上升段，都將交給商業火箭發射。然而很搞笑的是，就算獵鷹重型火箭成本優勢那麼明顯，美國老航天州如阿拉巴馬州的參議員謝爾比這些人，卻極力支持SLS火箭，保護當地就業，以保護自己的選票。當美國航空航天局（NASA）想終止SLS火箭EUS上面級的研製時，美國國會卻硬塞過來一大筆錢，要求NASA必須研製EUS上面級，美國的體制問題真是不一般的嚴重。
獵鷹重型火箭雖然政治上阻力不小，但毋庸置疑它的多發並聯、重複使用以及一級通用芯級模塊（CBC）設計方案，要比SLS這種傳統重型火箭設計更物美價廉，是當下載人登月計劃的最佳技術選擇。
圖：2018年重型獵鷹火箭首飛成功，它的研製成本和發射成本都相當低廉。
中國版重型獵鷹初露崢嶸
讓我們把目光回到中國，自2012年以來，長徵九號超重型火箭就已經進入公眾視野。
長徵九號超重型火箭擬使用500噸級單泵雙室高壓補燃液氧煤油發動機，還有220噸級高壓補燃液氧液氫發動機，以及25噸級膨脹循環液氧液氫發動機。這三種發動機的指標都很高，研製難度與美國搞SLS火箭是一樣的。
這兩年長徵五號火箭50噸級的YF-77液氧液氫發動機都出現可靠性問題，這還是最簡單的燃氣發生器循環設計。將來高壓補燃循環、比衝媲美國太空梭主發動機的220噸級液氧液氫發動機，研製難度更是大得多，能否保質保量完成研製實在是個未知數，25噸級膨脹循環液氧液氫發動機也是世界頂級方案，研製難度也很高。
圖：長徵九號火箭是模仿土星五號和能源號的產物，同樣存在價格高不可攀的問題。
長徵九號芯級使用四臺500噸級液氧煤油發動機，4個助推器各裝有一臺500噸級液氧煤油發動機，芯二級是兩臺220噸級液氧液氫發動機，芯三級是四臺25噸級膨脹循環液氧液氫發動機，三級半的設計構型理論上說性能應該相當不錯，至少肯定應該比三級火箭設計的土星五號強。
然而，由於設計不太合理外加技術應用保守等多方面因素，長徵九號火箭運載能力即使在航天迷看來都很不滿意。長徵九號火箭長度103米，起飛重量4137噸，起飛推力5873噸，但地月轉移軌道運力才達到50噸；而美國當年土星五號火箭才3000噸出頭，地月轉移軌道運力就有48噸了。長徵九號火箭用了三種遠超土星五號火箭的發動機，起飛重量高了1000噸，地月轉移軌道運力卻只是大致相當，這種表現實在令人無法滿意，2018年獵鷹重型火箭的成功，恰到好處為中國航天提供了新的視野和思路。
圖：長徵九號火箭使用了世界頂級發動機，但運載係數卻不高，設計多被詬病。
2018年10月底，西安召開的第五屆載人航天國際學術大會上，載人航天總體研究論證中心張海聯主任提到了新一代載人火箭的多種技術方案，中國新一代載人火箭正式浮出水面，這種火箭深受獵鷹重型火箭的影響，完全可以稱之為中國的重型獵鷹。
新載人火箭長度約87米，起飛重量約2200噸，它繼承了現有長徵五號火箭的5米直徑箭體結構基礎，使用現有YF-100發動機改進而來的YF-100K發動機和高空型YF-100M發動機，採用多發並聯設計還具有動力冗餘能力；新載人火箭還使用模塊化設計，一級通用芯級模塊（CBC），單芯級和三芯級模塊滿足不同的運載能力需求；新載人火箭追求箭體輕型化設計，降低箭體結構係數提高火箭運載效率。
當然，新載人火箭並不是簡單地模仿，基於中國的航天工業技術和基礎，它還增加了使用YF-75D液氧液氫發動機的第三級，提高了火箭的高軌道運載能力。而美國氫氧發動機技術掌握在波音、洛馬兩大巨頭手裡，SpaceX公司無緣使用。
總而言之，新載人火箭使用了輕質結構設計和製造技術、火箭動力冗餘和飛控重構技術等多項先進技術，顯著提高了火箭的性能。張海聯主任透露，新載人火箭初步方案中對於近地空間站任務，近地軌道運載能力10-20噸級；對於載人航天后續任務，地月轉移軌道運載能力不小於25噸！
圖：2018年底新載人火箭公開，它仿效獵鷹重型火箭設計，並使用成熟技術。
圖：新載人火箭第一級使用7臺YF-100K發動機，多發並聯具備動力冗餘，未來能垂直回收復用。
綜合各方面報導，新載人火箭是為發射我國新一代載人飛船研製的高可靠性和高安全性的載人火箭，它的第一級直徑5米，並了聯7臺單發推力128噸的YF-100K發動機，YF-100K發動機改用泵後搖擺減輕了發動機重量；第二級直徑也是5米，安裝兩臺YF-100M發動機，YF-100M是YF-100K換用大噴口可在高空啟動的高空版發動機，具有更高的比衝；第三級直徑5米，安裝三臺YF-75D發動機，利用液氧液氫發動機的高比衝獲得更大的運載能力，新載人火箭還在芯級多發並聯布局的基礎上，模仿獵鷹火箭研究垂直起降和重複使用技術，為將來進一步降低發射成本做好準備。
新技術、新工藝以及新材料的使用，使新載人火箭的運載係數有了很大提高，新載人火箭起飛重量約2200噸，起飛推力接近2700噸，近地軌道運力約70噸，運載係數達到了空前的3.2%左右，甚至比使用液氧液氫芯級的長徵五號B火箭還略勝一籌。對於登月而言，它的地月轉移軌道運載能力超過25噸（論證中提到27.5噸），與美國現在的SLS火箭運力相當，但研製和使用成本就便宜太多了。
新載人火箭支持載人登月！
中國空間站即將上天，同時我國還在謀劃載人航天的後續發展，後續目標就是進行載人月球探測，支撐地月空間開發，新載人火箭就是對這種需求的回應。2018年11月舉辦的珠海航展上新載人火箭和新載人飛船共同亮相，航天科技一院長徵七號總指揮王小軍表示，新載人火箭按照載人飛行的最高安全標準設計，在近期支撐載人月球探測的環月和繞月等飛行演示驗證任務，推動我國運載火箭技術和進入空間能力的重大跨越。
圖：未來新載人火箭將兼顧近地空間站和載人登月任務。
王小軍指揮對新載人火箭保持低調，事實上它不僅能用於載人繞月等飛行演示任務，還能支持載人登月任務！我國新一代載人飛船長度9米重量達23噸，是一種適應近地軌道飛行、載人月球探測和載人深空探測等多種任務的多用途飛船。
不同於美國的獵戶座飛船，我國新一代載人飛船返回艙較小而推進艙較大，具有很高的速度增量（ΔV），具備進出近月軌道，自行返回地球的能力。正在研製的新載人火箭又能將新載人飛船直接送入地月轉移軌道，再加上正在研製的20噸級載人登月艙，中國很快就將具備實現載人登月的能力。隨著新載人火箭的出現，中華民族的千年登月夢想，有望在不遠的將來成為現實！
圖：我國新一代載人飛船堅持了返回艙比推進艙小的風格，具有很強的自持變軌能力，可以直接用於向位於近月軌道的載人登月艙輸送人員的任務。
圖：新載人火箭將支持未來的載人月球探測工程，從環月、繞月到載人登月！
我們中國選擇了性價比更高的路線，向著載人登月的目標大步狂奔，而美國卻深陷體制問題，國會老爺們對NASA指手畫腳，要求必須使用SLS火箭和獵戶座飛船。SpaceX公司的獵鷹重型火箭起了個大早，卻只能靠邊站拿不到發射合同，更不要說成為美國載人登月的主力火箭了，牆裡開花牆外香，這不能不說是極為諷刺的。
很多人人云亦云指責中國航天體制問題和保守落後，但事實證明中國航天緊隨技術新潮流，反應是全球航天大國中最快的。如果美國人再不加把勁，21世紀第一個登月的很有可能就是我們中國人了。
技術鬼才埃隆·馬斯克
最後必須提一下，美國的技術鬼才埃隆·馬斯克（Elon Musk），他在創辦特斯拉公司、太空探索技術公司（SpaceX）時，都找準了技術關鍵點，以及技術與風險、經濟的平衡點。特斯拉電動車，在解決關鍵的電池管理技術後，成功將純電汽車實用化，短短幾年內，就在美國豪車市場攀上亞軍位置。
SpaceX公司的獵鷹火箭更是顛覆航天科技傳統的傳奇。1、不追求最先進的發動機以大幅降低成本、提高可靠性；2、大膽採用新的輕質箭體技術，彌補發動機性能下降缺陷，使整箭運載能力保持在一流水平；3、研發火箭第一級復用技術，以求未來革命性地降低航天發射費用。我國新載人火箭選擇參考獵鷹火箭的思路，是非常明智的。（文/張雪松）
圖：馬斯克的獵鷹重型火箭在2018年2月6日首次發射時並沒有得到NASA的項目支持，只好將一輛自家的特斯拉Roadster跑車作為搭載物送上太空了。
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