根據規劃,我國將在2030年前實現中國人首次登陸月球。
自立項以來,我國載人登月任務各項研製工作總體進展順利。新一代載人飛船“夢舟”零高度逃逸飛行試驗順利完成,攬月月面着陸器着陸起飛綜合驗證試驗取得圓滿成功,目前,各系統研製建設都在按計劃有序推進。中國人登月的夢想正在一步步照進現實。
載人登月,要過幾道關?記者採訪了有關專家。
我國在酒泉衛星發射中心成功組織實施“夢舟”載人飛船零高度逃逸飛行試驗。
新華社發
第一道關——飛向月球
飛到38萬公里之外的月球,火箭得大,飛船也需要擁有更強的軌道機動能力
“小時不識月,呼作白玉盤。”仰望夜空,這輪皎潔明月是地球唯一一顆天然衛星,地月平均距離大約為38萬公里。
月球的獨特性在於與地球關係密切,揭示月球奧秘對研究地球自身和宇宙起源有極大幫助。月球上沒有大氣層、磁場微弱、沒有光污染,也是進行外太空科學觀測的天然“實驗室”,更是探索火星等更遠星球的最佳中轉站。
重大航天工程能夠充分激發科學創新,有效牽引技術進步,造福國計民生。有人測算過,航天工程投入産出比是1:15,投入1元,産出15元。不論是中國空間站建設還是探月工程、北斗工程等,都帶動了大量尖端工藝、先進材料、智能製造等産業崛起,成果廣泛應用於各行各業。
人類飛出地球、奔赴月球,“遠”是首要挑戰。選擇什麼路線飛、分哪幾個階段飛,考驗着勇氣與智慧。
我國載人登月的主要飛行過程是:
採用兩枚運載火箭分別將月面着陸器和載人飛船送至地月轉移軌道;
飛船和月面着陸器在環月軌道交會對接,航天員從飛船進入月面着陸器;
月面着陸器將制動下降並着陸於月面預定區域,航天員登陸月球開展科學考察與樣品採集;
完成既定任務後,航天員將乘坐著陸器上升至環月軌道與飛船交會對接,並攜帶樣品乘坐飛船返回地球。
目標明確,路線清晰,充滿挑戰。
首先,運載能力得強,火箭得大。
就像駕駛汽車行駛到不同地點,因為距離不同,消耗的燃料不同。飛到400公里的近地軌道和飛到38萬公里的月球相比,火箭的動力系統截然不同。經科學論證,瞄準地月轉移軌道,我國火箭發射載荷的能力應不小於27噸。
盤點我國現役主力火箭家族,雖功勳卓著,卻難以擔此重任。即便是現役最大推力火箭,其地月轉移軌道運載能力約8噸,距離載人登月所需的27噸級能力,仍存在差距。研製具備大質量深空軌道投送能力的全新火箭&&成為必然選擇。
長征十號系列運載火箭應運而生。
“這型火箭不僅運載能力大,還具有高可靠、高安全、智慧化的特徵。”中國航天科技集團錢航説,載人登月任務周期長、環境極端、不可逆環節多。確保登月航天員生命安全和任務成功,要求火箭具備遠高於一般火箭的可靠性與故障應對能力。同時,兩枚長征十號運載火箭需按設計時序先後發射,將各自載荷精準送入預定的地月轉移軌道,確保後續環月交會對接的可行性與效率,這就要求火箭具備極高的入軌精度和發射窗口靈活性。
此外,還要兼顧多任務構型適應性。火箭研製不易,為實現“一型多用”,長征十號運載火箭實行兩種構型設計,既有登月型,也有近地型。
據了解,長征十號運載火箭研製計劃正在穩步推進中,新的“天梯”即將搭建。
火箭變了,飛船也得變。
既要承受住新一代火箭的巨大推力、擁有更強的軌道機動能力,又要提供更大更舒適的艙內環境、更全面的生命保障能力,新一代載人飛船“夢舟”被寄予厚望。
中國航天科技集團田林告訴記者,“夢舟”載人飛船可搭載最多7名航天員進入近地軌道,既能支撐載人登月任務,也能支撐近地空間站任務。“與神舟飛船發射中‘火箭負責逃逸、飛船負責救生’的模式不同,‘夢舟’接到火箭逃逸指令後自己負責逃逸和救生,承擔逃逸系統抓總職能。一旦發生緊急故障,‘夢舟’能將載有航天員的飛船返回艙及時帶離危險區域,並確保航天員安全返回地面。”
今年6月,我國在酒泉衛星發射中心成功組織實施“夢舟”載人飛船零高度逃逸飛行試驗,為載人登月任務的安全再增添一層保障。
第二道關——登陸月球
面對月球極端高低溫、高真空和複雜地形環境,航天員面臨許多未知的挑戰
新一代載人飛船命名為“夢舟”,月面着陸器命名為“攬月”,登月服取名為“望宇”,載人月球車被稱作“探索”,中國載人登月任務命名體現了傳統文化與航天精神的融合。
按計劃,當“夢舟”載人飛船和攬月月面着陸器交會對接後,兩名航天員進入“攬月”,準備登月着陸;另外一名航天員則留守“夢舟”,沿環月軌道飛行,以備接應。
接下來的重點,就是“攬月”如何順利降落月面。
田林説:“‘攬月’攜帶探索月球車和科學載荷,是航天員登陸月球後的月面生活中心、能源中心及數據中心,能支持開展月面駐留和月面活動。它的月面下降着陸過程,以及月面任務完成從月面起飛回到環月軌道的過程,可以説是登月最關鍵的環節。”
今年8月6日,在河北省懷來縣的地外天體着陸試驗場,攬月月面着陸器着陸起飛綜合驗證試驗圓滿完成,主要驗證的就是這“一下一上”的關鍵核心技術。
中國航天科技集團孫興亮介紹,在試驗中,攬月月面着陸器需要模擬着陸過程,利用先進的設備,憑藉自主避障算法實時感知月面隕石和月坑,靈活調整下降軌跡,確保安全着陸。“尤其,試驗場的塔架和隨動圓盤以及多根鋼纜通過相互配合,可以模擬月球的低重力環境,並能精確跟蹤着陸器的飛行軌跡。地面還鋪設了特殊材料,形成坑或坡的形狀,用於模擬月表環境。”
當“攬月”穩穩着陸,一切準備就緒,身着“望宇”登月服的航天員,將從“攬月”下來,邁出登陸月球的第一步。
田林告訴記者,通常,航天員在月球上有兩種移動方式。“步行或者乘坐載人月球車,在到達預定的作業點後,停留、採樣、放置探測儀器等。”
儘管會在地面模擬的月球環境開展大量試驗,驗證“月球漫步”的安全,但面對月球極端高低溫、高真空和複雜地形環境,航天員面臨許多未知的挑戰。比如,月表月壤實際厚度不均,可能藏有絆倒人的暗坑;月塵揚起,可能阻礙前行視線;月球缺乏大氣保護層,隨時可能面臨微流星的襲擊。
“我們將窮盡一切技術手段,提前做好應急預案,保護航天員的安全,走得出去,更要回得來。”田林説。
目前,“望宇”登月服、探索載人月球車等都在緊鑼密鼓地開展研製試驗。
第三道關——返回地球
從月球返回、高速飛行的飛船想要精準降落地球,需經歷太空“打水漂”
安全登月,更要安全返回地球。
按照設計方案,當完成登月任務,兩名航天員返回“攬月”,從月面上升至環月軌道,與搭載另外一名航天員飛行等待的“夢舟”實現第二次交會對接。“攬月”裏的兩名航天員進入“夢舟”,三名航天員搭載“夢舟”與“攬月”分離後,返回地球。
接下來,就是充滿挑戰的“回家”路。
航天員攜帶月球樣品、乘坐“夢舟”實現月球加速,脫離環月軌道,進入月地轉移軌道,瞄準飛入地球的最佳時機。
高速再入中的熱防護,是一重考驗。當返回艙穿越地球大氣層時,因高速飛行,會和大氣産生劇烈摩擦,從而産生大量的熱。從月球返回地球,由於初始再入速度更快,將會産生更加劇烈的高溫。
“科研人員始終堅持一個信念,要做好飛船的熱防護,航天員的生命安全永遠放在第一位。”田林説。
精準飛行,是更嚴峻的考驗。載人登月任務中,從月球返回、高速飛行的“夢舟”,精準降落地球,也要經歷像嫦娥六號返回地球經歷的“打水漂”過程。
所謂“打水漂”,就是返回途中,“夢舟”第一次進入地球大氣層,實施初次氣動減速,下降至預定高度後跳出大氣層,到達最高點後開始滑行下降。之後,“夢舟”再次進入大氣層,實施二次氣動減速。這一過程俗稱“太空打水漂”,標準術語為“半彈道跳躍式返回”。
為何要“太空打水漂”式返回?
科研人員介紹,“夢舟”從月球飛向地球速度非常快,返回過程必須減速。這樣設計,目的是充分利用長達數千公里航程中的大氣層阻力逐步消耗“夢舟”的初始能量,使其再次穿出大氣層時速度顯著下降,不再具備環繞地球飛行的條件,從而第二次進入大氣層。
為實現這一目標,科研人員正在抓緊開展模擬飛行倣真,研製更加智慧的制導導航和控制系統,確保“夢舟”飛行收放自如、平穩安全。
中國載人登月的大幕已經拉開。提升對月球認知,積累技術經驗,探月工程前期成果為載人登月提供有力支撐。一系列關鍵技術陸續突破,為我國2030年前實現載人登月奠定了堅實基礎。
載人登月將開啟中國新的航天探索旅程。後續,我國還將探索建造月球科研試驗設施,開展系統、連續的月球探測和相關技術試驗驗證。
夢圓登月,值得期待。
(記者 劉詩瑤)