嫦娥五號任務圓滿完成,中國離載人登月還有多遠?

2020-12-26 讀創

12月17日,嫦娥五號探測器的返回器攜帶月壤樣品成果在內蒙古四子王旗著陸場著陸,嫦娥五號任務獲得圓滿成功。

此次嫦娥五號探測任務實現了多個首次,其中多個首次還為載人登月技術發展積累了相關工程經驗和技術基礎,比如首次上升器月面起飛、上升器與軌返組合體月球軌道首次對接。

國家航天局探月與航天工程中心主管劉然接受媒體採訪時表示,這次對接,包括之前的著陸起飛,後續的降落返回,都是基本勾勒載人登月的主要環節,也是為後續的深空探測和載人登月奠定了技術基礎。

吳偉仁院士,現任中國探月工程總設計師在嫦娥五號發射後也透露,「如果只是為了完成採樣返回任務,嫦娥五號的系統可以做得簡單很多。但考慮到未來的載人登月需求,我們確定了目前的方案,目的在於進行更多的技術驗證。」

隨著嫦娥五號任務的圓滿成功,隨著載人登月論證工作的推進和相關技術的積累,中國離實現載人登月的目標越來越近。登月模式有多種,選擇適合國情的模式非常重要。

登月模式有多種,選擇適合國情的模式非常重要。

載人登月不會太遙遠

載人登月是大國地位的象徵,是一個國家綜合國力的體現,載人登月的實施將極大促進材料、通信、遙測、系統工程和生命工程等諸多技術的發展,不僅可以進一步深

人類對月球的認識,還可全面帶動一國經濟、社會和文化的發展。

美國從1969年「阿波羅」11號首次成功載人登月到1972年,共成功進行6次載人登月任務,先後有12人次踏上月球表面。對於美國來說,「阿波羅」登月計劃的成功不僅有巨大的科學意義,還有重大的經濟和社會意義。

雖然「阿波羅」計劃耗資巨大,其直接科學成果與花費相比要少,但是考慮到各種間接效益,阿波羅計劃取得的收益是巨大的。宏觀經濟學研究表明,「阿波羅」計劃技術研發的花費對估定產出(經濟效益)的影響是:投入產出比從過去的1:7變為1:14。在「阿波羅」計劃結束後的20年內,「阿波羅」計劃仍然對經濟發展有推動作用,估計產出比是1:9。

美國蔡司公司提交的報告指出,阿波羅計劃使美國經濟增長率提高了2%,物價指數下降了2%,創造了80萬個就業指標。蔡司報告還認為,美國1958年的國民收入為4062億美元,1968年則達到8640億美元,1970年又增至9046億美元,10年間翻了一番,這也是「阿波羅」計劃刺激的結果。「阿波羅」計劃獲得的新技術廣泛應用於社會,結果使美國國民收入到1978年又翻了一番,達到19414美元。

在嫦娥五號之前,中國已經成功發射嫦娥一號、嫦娥二號、嫦娥三號和嫦娥四號,不僅對月球進行了環繞探測,還對月球正面和背面進行軟著陸探測,本次嫦娥五號成功採樣返回,將大幅提升中國對月球的認識,而且還可以為未來實施載人登月奠定了一些技術基礎和積累不少工程經驗。因此,嫦娥五號任務成功後可以考慮適時正式立項載人登月項目,早日實現中國人的登月夢。珠海航展上展示的新一代載人運載火箭。

珠海航展上展示的新一代載人運載火箭。

在登月模式中,「阿波羅」計劃一次發射將載人飛船和登月艙送入軌道是程序相對簡單的模式,但這種直接登月模式需要有近地軌道100噸以上的重型運載火箭。進入新世紀,不少國家提出了非一次發射直接登月模式,一般是分別發射載人飛船和登月艙,有些還藉助空間站,在太空對接後進行登月。這種模式對火箭運載能力要求相對較低,近地軌道運載能力25噸以上也可以滿足需求。由於不需要研製重型運載火箭,其所需研發的難度相對較小,最大化利用了現有技術與資源,但同時,發射次數的增加使得此方案可靠性也隨之降低。

根據相關資料,從2011年開始,按工程可實現、科學上有貢獻、經濟上能承受、體現國家水平、經得起歷史檢驗的原則,我國開展了多輪載人月球探測論證工作,逐步形成了共識。目前,正持續開展載人月球探測方案深化論證。目前,新一代載人運載火箭環月軌道對接飛行模式已經受到青睞,運載火箭和飛行器包括新一代載人運載火箭、新一代載人飛船和月面著陸器。相對於依靠長徵九號重型運載火箭,新的模式可以讓載人登月更快實現,技術難度也相對小些。

新一代載人運載火箭此前在2018年珠海航展上首次公開亮相。據官方報導,新一代載人火箭總體雛形箭長約87米,起飛重量約2200噸,起飛推力接近2700噸,地月轉移軌道運載能力不低於25噸。2019年10月,中國航天科技集團有限公司一院「5米直徑模塊新一代載人火箭總體技術與工程應用」項目,順利通過中國載人航天工程辦公室組織的驗收評審。評審專家一致認為,該預先研究項目的成果可用於中國新一代載人運載火箭工程研製。

在可運用於深空探測的新一代載人飛船研製方面,今年5月,新一代載人飛船試驗船發射成功,在軌飛行2天19小時後,著陸艙成功再入返回地球,試驗取得圓滿成功。航天五院新一代載人飛船試驗船技術負責人楊雷向媒體,相比於神舟系列飛船,新一代載人飛船的體積更大,內部空間更加充裕,堪稱「太空巴士」,可以用於近地軌道運輸,支撐我國空間站建設,還將肩負起載人登月等更遙遠的深空探測重任。

通過嫦娥探月工程、921載人航天工程,我國在進入空間與返回地球、高效軌道轉移、地外星體著陸與上升等核心方面實現重大突破和跨越,這些都為未來載人登月奠定了技術基礎。新一代載人火箭基於現有的YF-100液氧煤油發動機和5米直徑火箭模塊,技術跨度比長徵九號小,在2025年實現首飛的可能性很大,比長徵九號預計的2030年提前約5年。這樣載人登月在2028年前後實施的可能性也很大,但具體時間如何規劃,有待深化論證完成之後才知道,但可以比較確定的是,會比原先規劃的2035年提前不少。新一代載人飛船返回艙。

新一代載人飛船返回艙。

值得期待的嫦娥六號、七號和八號

根據官方信息,嫦娥五號探測器之後我國還將發射多顆無人月球探測器。11月25日,為期3天的2020文昌國際航空航天論壇在海口進行。中國國家航天局秘書長許洪亮在論壇上表示,後續中國將陸續實施嫦娥六號、七號、八號等任務,同時還規劃建設國際月球科研站。

不出意外,嫦娥五號任務結束後將發射其備份探測器——嫦娥六號。就像嫦娥三號備份探測器嫦娥四號一樣,它的任務也不會簡單重複嫦娥三號的任務。中國探月工程嫦娥六號任務的主要任務目標是實現無人自動採樣返回。據報導,嫦娥六號計劃在月球南極進行採樣返回,但具體在月背還是正面,要根據嫦娥五號的採樣情況確定。

嫦娥六號探測器由軌道器、返回器、著陸器和上升器四部分組成。軌道器完成地月轉移、環月飛行和月地轉移,著陸器和上升器從環月軌道降落至月面並完成樣品採集,上升器攜帶採集到的樣品從月面送至環月軌道並轉移至返回器,返回器隨軌道器負責將採集到的月壤樣品帶回地球。

為什麼選擇月球南極,這是因為在月球的南極地區的月坑中,存在大量的水冰物質。在月球上開發水冰物質,既可以解決飲用水的問題,還能通過分解水得到氧氣和氫氣,作為燃料,對這一區域加強探測,可深化這一區域資源的認識。目前,印度、俄羅斯、美國都規劃了月球南極探測。印度2019年發射的「月船二號」探測器計劃著陸月球南極進行探測,但最後未獲成功。美國提出2024年載人登月的「阿爾忒彌斯」計劃的登陸地點也是選擇月球南極。俄羅斯計劃明年發射的「月球」-25著陸地點也是選擇月球南極。嫦娥五號之後,中國後續將陸續實施嫦娥六號、七號、八號等任務。

嫦娥五號之後,中國後續將陸續實施嫦娥六號、七號、八號等任務。

嫦娥六號還計劃展開國際合作。去年4月,中國國家航天局發布了嫦娥六號任務國際載荷搭載合作機遇公告,將在嫦娥六號的軌道器和著陸器上為國際合作夥伴提供10千克的載荷。在嫦娥四號任務的順利實施凝聚著諸多參與國的貢獻。除探測器上的德國和瑞典載荷外,中繼星上配置了荷蘭低頻射電探測儀;俄羅斯合作的同位素熱源將保障嫦娥四號安全度過月夜;中國在南美建設的阿根廷深空站參加測控任務,也發揮了重要作用;歐洲空間局測控站也將發揮支持保障作用;美國國家航空航天局月球勘探軌道器-LRO團隊與嫦娥四號團隊也進行了溝通合作。

嫦娥六號之後應該是嫦娥七號。規劃中的嫦娥七號任務是準備開展月球南極著陸與巡視探測,具體的探測計劃細節還並未公布。目前掌握的信息是嫦娥七號重約8噸,整個探測器由軌道器、著陸器、巡視器、中繼衛星、飛躍探測器組成,也是一個非常複雜的太空飛行器。緊隨其後的「嫦娥八號」,除了和「嫦娥六號」和「嫦娥七號」一樣進行科學探測之外,還會進行一些關鍵技術的月面實驗,比如測試3D列印技術,月球科研實驗室建設等等。

隨著嫦娥五號任務的圓滿成功,嫦娥探月工程之後還會有工程四期逐漸出現在我們的視野,會有越來越多的驚喜等著我們,因為我們的徵途是星辰大海。

來源:澎湃新聞

審讀:孫世建

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