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10月31日,第七届载人航天学术大会在北京开幕。中国载人航天工程副总设计师兼月球探测工程总设计师王翔,进一步介绍了载人登月的实施思路。
简单来说,两枚火箭先后出发,三名航天员奔赴月球,两人降落月面,计划开展三天月面活动。2030年前实现中国人首次登陆月球,仍是明确的任务目标。
一、先3次无人任务,第4次任务开展载人登月
大会展示的一张规划图,列出了四次任务安排。第一次是2027年的火箭和载人飞船试验,第二次是2028年的无人月球着陆试验,第三次是2029年的无人全过程演练,第四次指向2030年前的载人登月。
其中最关键的是无人全过程演练。月球轨道上要做的事情,尽可能先在近地轨道验证。载人任务要完成的环节,尽可能先用无人飞行验证。长征十号近地版与梦舟近地版将先执行空间站任务,验证火箭基本技术和飞船再入返回等关键环节,再向登月任务推进。
揽月也要先去月球接受考验,下降时的月尘、月面的温度、设备在轨运行情况,都需要实测数据。之后的全过程演练,还要把环月交会、月面着陆、停留、起飞和再次交会等环节串联起来。
只有把前三次任务顺利完成,才能在第四次开展载人登月任务,确保航天员的安全。
二、为什么发射两次,却只完成一次登月?
中国选择的办法是让飞船和着陆器分别出发,到月球附近会合。先由一枚长征十号把揽月送往月球,待它进入环月轨道,再由另一枚长征十号发射搭载3名航天员的梦舟飞船。两个飞行器在环月轨道交会对接,2名航天员随后转移到揽月着陆器,并完成后续的登月任务。
这样的分工让梦舟飞船负责地球与环月轨道之间的往返运输,它要保障航天员长途飞行的生活与工作,还要负责最后穿越地球大气层,把人送回地面。
揽月则负责月球轨道与月面之间的往返,包括下降、着陆、月面停留,以及任务结束后的上升。它不用承担返回地球的全部任务,可以围绕月面作业需求进行设计。
如果让同一艘飞船既往返地月,又降落月面,许多只在部分航段使用的设备,也要跟着一起下降、再一起起飞。多带一份重量,就要为此准备相应的推进剂和运载能力。
把任务拆开可以让不同设备各尽其用,也让后续改进更有针对性。未来要增加月面活动能力,能够围绕着陆器和月面装备继续发展。
两次发射还使任务与我国正在建设的运载能力相匹配,长征十号地月转移轨道运载能力不小于27吨,将用于发射新一代载人飞船和月面着陆器。
三、3人奔月、2人着陆,3天月面活动要做什么?
按大会展示的首次载人登月方案,乘组由三人组成,其中两人乘揽月着陆,另一人留在环月飞行的梦舟中。抵达月球后,梦舟与揽月先完成第一次交会对接。两名航天员转入揽月,检查设备、完成准备,随后与梦舟分离,开始下降。
落月过程没有厚重大气帮助减速,也无法像地球返回那样靠降落伞着陆。揽月需要依靠动力控制降低速度,识别着陆区域,避开危险地形,最终平稳接触月面。
按照计划,首次载人登月任务规划三天月面活动,航天员每天都出舱。三天里,航天员需要兼顾设备检查、月面巡视、科学探测和样品采集,还要按计划整理样品、记录现场环境。每天出舱前后的准备与恢复,也会占用不少时间。
人在月面上的价值,体现在现场判断。看到一块与周围明显不同的岩石,可以根据地形与地质背景判断是否值得采集,发现新的线索,也能在任务允许的范围内调整观察重点。
三天活动结束后,两名航天员还要乘揽月从月面起飞,在环月轨道与梦舟完成第二次交会对接,把人员和样品转移回飞船。
留在梦舟的航天员,也承担着环月阶段的值守和相关操作任务。月面工作与轨道工作相互配合,才能完成最后的会合。接下来,梦舟带着三名航天员踏上归途,完成地月转移和地球再入。
四、中国登月任务目前进展到哪一步了?
中国载人航天工程办公室今年2月公布,梦舟零高度逃逸、揽月着陆起飞、长征十号系留点火,以及长征十号低空演示验证与梦舟最大动压逃逸飞行等大型试验,已陆续完成。
零高度逃逸,主要考验飞船在发射台附近出现紧急情况时,能否迅速带着返回舱脱离危险区域,这是航天员尚未远离地面时的一道重要保护。
最大动压逃逸面对的环境不同,火箭上升过程中,速度和空气密度共同作用,会形成气动压力较大的飞行阶段。飞船在这种条件下能否及时分离、稳定飞行并安全返回,需要专门验证。
揽月着陆起飞试验,则针对登月任务最直接的需要。系留点火可以在约束条件下检验火箭动力等系统,低空演示验证火箭飞行过程。
这些试验分别解决不同问题,不能相互替代。某一次成功,意味着对应环节取得了阶段性进展,后面仍要继续完成产品首飞和系统级验证。
此外,发射场、测控通信和着陆场也是登月工程的一部分,这些也都在稳步推进中。
五、从3天活动,到可以移动的月面实验室
此次大会还披露了月面移动实验室,按照展示的设想,它将继承揽月着陆器的相关成果,通过着陆与行驶一体化设计,具备长距离移动、过月夜和原位科学实验等能力,并与着陆器配合支持人员月面驻留。
它与首次登月任务中的月球车,承担的角色有所不同。月球车主要帮助航天员扩大活动范围,移动实验室还要为更长期、更广范围的探测提供工作条件。
首次登月先建立人员往返与月面作业能力,后续再提升驻留和移动能力,就有机会把着陆点周边的调查,逐步扩展为多个区域之间的联合勘察。更远期的设想,多个移动实验室先分散探测,再通过模块化组合,支持月面设施建设。
从地面试验到无人演练,从两人落月到移动月球实验室,乃至未来长期有人照料的月球基地,中国沿着既定探月目标在稳步推进。