文/劉進軍

太陽系中存在著這樣一顆星球，與其他行星相比，它的體積并不龐大，甚至有些不起眼，然而，它的存在對人類卻意義非凡，并與人類的生活有著密不可分的聯(lián)系。它就是地球的唯一天然衛(wèi)星——月球。正是由于地球與月球之間的特殊關(guān)系，人們對月球產(chǎn)生了強烈的探索興趣，飛上月球更成為人類千百年來的追求。

自2007 年“嫦娥一號”衛(wèi)星成功發(fā)射以來，我國探月工程的“繞、落、回”三期任務(wù)已圓滿完成，后續(xù)將進入更深層次、更高難度的“勘、研、建”階段?，F(xiàn)階段探月工程的成功開展為我國后續(xù)的登月計劃奠定了堅實的基礎(chǔ)。目前我國載人月球探測工程登月階段任務(wù)已啟動實施，計劃在2030 年前實現(xiàn)國人首次登陸月球，為此開展的各項研制建設(shè)工作已全面部署，正在按計劃有序開展。

我國的登月計劃可分為兩大部分，即地球部分和月球部分。地球部分的相關(guān)工作圍繞產(chǎn)品研制、基建開發(fā)和人員配備方面開展，具體包括研制新一代載人登月火箭 “長征十號”、新一代載人飛船、月面著陸器、登月服等飛行類產(chǎn)品，新建航天發(fā)射場和相關(guān)測試設(shè)施設(shè)備，選拔和培養(yǎng)登月航天員，等等。月球部分的工作仍以探索活動為主線，具體包括選擇登月著陸點，研發(fā)地月往返、月面短期駐留、人機聯(lián)合探測等關(guān)鍵技術(shù)，在月球上建設(shè)科考站和月球基本生活設(shè)施，等等。

勢不可當(dāng)——“長征十號”火箭

我國登月火箭選用由中國航天科技集團有限公司一院研制的新一代載人火箭—“長征十號”?！伴L征十號”屬于重型運載火箭，全長約88.5 米，起飛質(zhì)量約2187 噸，起飛推力2680 噸，近地轉(zhuǎn)移軌道運載能力不小于70 噸，地月轉(zhuǎn)移軌道運載能力不小于27 噸?！伴L征十號”火箭采用模塊化設(shè)計，將來還可以與“長征九號”聯(lián)合使用，以建造月球基地，實現(xiàn)月球可持續(xù)開發(fā)利用。

“長征十號”火箭在動力設(shè)計、燃料使用、發(fā)動機配置和運載能力方面，均顯示出作為新一代運載火箭的獨特優(yōu)勢。

首先，“長征十號”具有動力強大、火力威猛的特點。它采用了三級半構(gòu)型與一級并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，中間的主體部分是芯級火箭，兩邊各有一枚助推器。從外部來看，芯級火箭與助推器的形狀結(jié)構(gòu)相似，直徑約5 米。從內(nèi)部來看，芯級火箭和助推器各配備了7 臺130 噸級的液氧煤油發(fā)動機，總計21 臺，這將為“長征十號”的發(fā)射提供強大的動力保障。點火發(fā)射時，芯級火箭與助推器同時運行所產(chǎn)生的強大動力，可將“長征十號”成功送入太空。

其次，“長征十號”采用綠色清潔能源，發(fā)射成本大大降低，也更安全、節(jié)能和環(huán)保，這亦符合世界運載火箭的研發(fā)趨勢。以“長征二號F”火箭為例，它的芯級火箭和助推器使用的是四氧化二氮和偏二甲肼推進劑，上述兩種推進劑燃料具有毒性且用量巨大，發(fā)射一次“長征二號F”火箭，就需要耗費313 噸的四氧化二氮和偏二甲肼。四氧化二氮和偏二甲肼的價格昂貴，每噸四氧化二氮需耗資1萬至2萬元，而偏二甲肼的價格為每噸5萬至10萬元。相較之下，“長征十號”使用液氧、液氫和航空煤油等綠色清潔能源作為燃料，購買1 噸液氧只需800 至2000 元，使用成本大幅下降。

“長征十號”火箭

『YF-100K』發(fā)動機

再次，“長征十號”的發(fā)動機配置更為科學(xué)?！伴L征十號”的芯一級火箭需安裝7 臺“YF-100K/L”發(fā)動機，其中3 臺“YF-100K”發(fā)動機為泵后雙向搖擺，其余4 臺“YF-100L”發(fā)動機則無全向擺動功能。芯一級火箭和2個助推器同時點火，起飛推力可達到2680 噸。芯二級火箭安裝2 臺可雙向擺動的“YF-100M”發(fā)動機，而芯三級火箭安裝3 臺可雙向擺動的“YF-75E”氫氧發(fā)動機?！伴L征十號”三級火箭均采用輔助動力完成滑行段的姿態(tài)控制、推進劑管理和有效載荷分離前模修與調(diào)姿。

值得注意的是，“長征十號”在設(shè)計研發(fā)過程中首次應(yīng)用了八通蓄壓器。八通蓄壓器作為新一代載人運載火箭通用芯一級氧輸送系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，具有結(jié)構(gòu)新、直徑大、焊縫密集、適應(yīng)惡劣服役工況等特點，這一技術(shù)在“長征十號”中的實際應(yīng)用亦顯示出我國航天事業(yè)發(fā)展的強勁勢頭。

最后，“長征十號”擁有超強的運載能力，且具備垂直起降、重復(fù)使用等功能。按照運載任務(wù)，研發(fā)人員將“長征十號”火箭分為兩種構(gòu)型，即登月火箭和近地火箭?！伴L征十號”登月火箭的運載負(fù)荷目標(biāo)為近地軌道的運載能力至少達到70 噸，而地月轉(zhuǎn)移軌道運載能力至少達到27 噸，這才能保證它可以將25 噸的登月飛船和25 噸的月球著陸器成功送入地月轉(zhuǎn)移軌道?！伴L征十號”近地火箭全長約67 米，起飛質(zhì)量約748 噸，起飛推力約873 噸，近地軌道運載能力不小于14 噸，可執(zhí)行空間站航天員以及貨物的運輸任務(wù)。

地月往返——新一代載人飛船

新一代載人飛船是我國的下一代天地往返載人運載工具，可分為登月飛船和近地飛船兩種。其中登月飛船是地月往返載人飛船，而近地飛船則承擔(dān)空間站人員天地往返的運載任務(wù)。以新一代載人飛船試驗船為例，它全長8.8 米，最大直徑約4.5 米，發(fā)射質(zhì)量約21.6 噸；由推進艙和返回艙兩級艙體構(gòu)成，內(nèi)部可容納空間更大，最多可乘坐7 名航天員。新一代載人飛船試驗船具備高安全、高可靠、適應(yīng)多任務(wù)和模塊化設(shè)計的特點，不僅可以往返于地球與空間站，還能執(zhí)行載人登月任務(wù)，可將3 名航天員送入環(huán)月軌道，并返回地球。

“長征十號”火箭模型

“神舟號”飛船與新一代載人飛船數(shù)據(jù)相較圖

新一代載人飛船模型

“神舟號”飛船是我國目前主要的載人飛船，在新一代載人飛船服役之后，這兩型飛船將并行使用。通過兩者的對比，我們將能更好地了解新一代載人飛船的特點與優(yōu)勢。在外觀設(shè)計方面，“神舟號”飛船返回艙呈鐘型，而新一代載人飛船返回艙呈倒錐形。這一改變是考慮到了倒錐形結(jié)構(gòu)空氣升力更大，更符合空氣動力學(xué)的原理，使飛船能在以接近第二宇宙速度高速返回時，依靠空氣阻力減速，更加平穩(wěn)、精準(zhǔn)地降落，提升飛行的安全性與舒適性。在內(nèi)部空間容量方面，新一代載人飛船比“神舟號”飛船要大得多，“神舟號”飛船僅能容納3 人，而新一代載人飛船至多可搭載7 人，還能裝載更多物資，這有利于今后擴大載人航天活動規(guī)模、加強開展國際合作，以及開辟新的載人領(lǐng)域。而且，新一代載人飛船中，登月飛船的體積比近地飛船更大，這是因為月球與地球之間的距離要比空間站與地球之間的距離遠(yuǎn)得多，來回一次可能需要10 天左右，攜帶的燃料和航天員生活用品須相應(yīng)增加。

可搭載7 人的我國新一代載人飛船

此外，考慮到載人飛船的返回艙返程時須重新進入大氣層，在巨大摩擦力的作用下產(chǎn)生的熱量可能會對航天員的健康和生命產(chǎn)生威脅，新一代載人飛船返回艙使用了新型金屬材料和耐灼燒的新型輕質(zhì)防熱材料，制成隔熱、防熱效果更好的防熱層。該防熱層可拆卸重復(fù)使用，降低了使用成本，兼具安全性與實用性。

值得一提的是，新一代載人飛船的內(nèi)置系統(tǒng)十分智能且靈敏。它不僅能及時掌握當(dāng)前所處位置的信息，還能根據(jù)目的地自主規(guī)劃最安全便捷的軌道路線。同時，新一代載人飛船的記憶系統(tǒng)也做了升級和優(yōu)化，飛行數(shù)據(jù)可實時保存在黑匣子中，以便為飛船的后續(xù)活動提供數(shù)據(jù)參考。

自由與理想——月球著陸器

月球著陸器的結(jié)構(gòu)分為上下兩部分，即負(fù)責(zé)將航天員送到月球上的下降器和負(fù)責(zé)將航天員從月球飛升到月球軌道上的上升器。月球著陸器的質(zhì)量共計約25 噸。根據(jù)力的作用原理，下降器的底部安裝了1 個較大的反推發(fā)動機，用于控制下降速度；而上升器的底部安裝了4個反推發(fā)動機，用于產(chǎn)生所需推力。月球著陸器可搭載2名航天員登陸月球，開展科學(xué)探測活動，并安全返回地球。

月球著陸器負(fù)責(zé)讓航天員能夠順利到達月球表面，而登月后開展一系列活動則需要配備月球車。我國的月球車外觀形似小汽車，由電力驅(qū)動，安裝有太陽能充電板，配置了天線和通信系統(tǒng)，可搭載2 名航天員。由于月球天氣條件惡劣，月球車的輪胎被設(shè)計成由記憶鋼絲編制的空心輪胎，可承受月球上-160℃到130℃的極端溫度。

我國的月球車具備載人駕乘、月面移動、導(dǎo)航定位、安全輔助等功能，能為航天員提供移動、通信、探測輔助等保障支持。借助月球車，航天員可拓展在月面的探索范圍，從而提高科學(xué)探索活動的效率。相較美國的“巡行者號”月球車，我國的月球車更先進、更完美，行駛速度也更快。

月球著陸器模型

美國“巡行者號”月球車

登上月球——我國的載人登月計劃

我國計劃在2030 年前實現(xiàn)載人登陸月球并開展相關(guān)的科學(xué)探索活動。按照計劃，將先后發(fā)射兩枚運載火箭，其中一枚火箭負(fù)責(zé)運送月球軌道艙和月球著陸器，另一枚則用于運送載人飛船和航天員。載人飛船和月球著陸器由運載火箭送至月球軌道后，將進行交會對接。

航天員將乘坐載人飛船從地球出發(fā)。載人飛船與著陸器在月球軌道實現(xiàn)對接后，航天員需從載人飛船緩緩進入月球著陸器。月球著陸器下降至月面的同時，載人飛船仍然環(huán)繞月球飛行。航天員乘坐月球著陸器到達月面并完成任務(wù)后，上升器的4 臺反推發(fā)動機將同時啟動，飛行至月球軌道，與載人飛船對接。航天員回到載人飛船后，將返回地球。

根據(jù)目前公布的消息，我國的登月計劃將由3 名航天員執(zhí)行，其中2 名航天員將登陸月球，駕駛月球車在月表奔馳，開展科考活動。首次登月計劃將帶回部分月壤、月巖和月球隕石等樣品，供科學(xué)家研究。月球車或由“長征十號”火箭發(fā)射月球著陸器時一并發(fā)送，且隨月球著陸器一同降落至月表，或在之前的無人模擬階段就發(fā)射至月表。

為順利實現(xiàn)登月計劃，我國將開展一系列相關(guān)技術(shù)試驗，突破掌握載人地月往返、月面短期駐留、人機聯(lián)合探測等關(guān)鍵技術(shù)，完成“登、巡、采、研、回”等多重任務(wù)。載人登月不僅是一項具有重大科學(xué)意義和技術(shù)挑戰(zhàn)的任務(wù)，而且也是一項需要傾注巨大精力和心血的事業(yè)。盡管未來面臨著許多艱難險阻，但中國航天人一定能實現(xiàn)這一登月夢想，以嶄新的姿態(tài)在太空領(lǐng)域展現(xiàn)出更加輝煌的成就，為全球科技進步和人類文明的發(fā)展做出重要貢獻。

我國登月時序圖