2030：中国载人登月

龙海涛

载人月球探测是我国继空间站工程之后的又一重大航天工程。近日，我国载人月球探测工程登月阶段任务已启动实施，其总目标是：20300年前实现中国人首次登陆月球，开展月球科学考察及相关技术实验，突破掌握载人地月往返、月面短期驻留、人机联合探测等关键技术，完成“登、巡、采、研、回”等多重任务，形成独立自主的载人月球探测能力。

与空间站相比，载人登月的难度要大很多。我国将采用两枚运载火箭分别将月面着陆器和载人飞船送至环月轨道，月面着陆器与载人飞船在环月轨道交会对接后，航天员从载人飞船进入月面着陆器。之后，月面着陆器将单独下降并着陆于月面预定区域，航天员登上月球进行科学考察与样品采集。完成既定任务后，航天员将乘坐月面着陆器上升至环月轨道，月面着陆器与载人飞船交会对接。最后，航天员将携带样品乘坐载人飞船返回地球。

未来7年，我国将分3个阶段实现载人登月目标：第一阶段要完成关键子系统的研制和建设任务，包括研制新一代载人运载火箭、新一代载人飞船、月面着陆器、登月服和载人月球车等，在文昌航天发射场建设新一代载人运载火箭的总装发射设施，并完成测控通信着陆场等相关地面设备设施的建设；第二阶段将使用新一代载人运载火箭、新一代载人飞船和月面着陆器进行无人飞行验证，通过实际飞行验证关键分系统的可靠性和总体方案的可行性；如果第二阶段一切顺利，随后我国载人登月计划将进入到第三阶段，也就是实施真正的载人登月飞行，在2030年前实现中国航天员登上月球的梦想。

目前，我国科研人员正在研制新一代载人运载火箭、新一代载人飞船、月面着陆器、登月服以及载人月球车等装备。

新一代载人运载火箭

地球和月球之间的平均距离为38.44万千米，载人登月必须要有足够大的推力和运载能力的运载火箭才行。我国正在研制新一代载人运载火箭，它是一种兼顾载人和货运任务的运载火箭，已被正式命名为长征十号。

长征十号是我国自主研制的新一代中型液体运载火箭，采用无毒无污染的液氢、液氧和煤油推进剂，芯级直径5米，捆绑的是直径5米的助推器。长征十号火箭总长88.5米，起飞质量约2187吨，起飞推力约2678吨，可实现近地轨道70吨、奔月轨道27吨的运载能力。我国一次载人登月任务将发射两枚长征十号火箭，分别将载人飞船和月面着陆器送入环月轨道，在环月轨道对接后进行登月。

新一代载人飞船

载人登月需要突破掌握载人地月往返技术，除了研制新一代载人运载火箭，还需要研制满足登月需求的新一代载人飞船。我国刚刚发射了神舟十六号载人飞船，神舟飞船的可靠性和稳定性毋庸置疑，但对于载人登月来说，神舟飞船就有些力不从心了，尤其是服务舱提供的机动变轨能力太弱。

新一代载人飞船放弃了神舟飞船的三舱构型，采用更簡单的返回舱加服务舱两舱构型。飞船全长约9米，最大发射重量约25吨，其中锥形返回舱重量约7吨。根据估算，服务舱能提供2200米每秒以上的速度增量，满足独立进出环月轨道的变轨机动需求。

新一代载人飞船充分继承了神舟飞船已有的技术基础，又在飞船结构、推进、回收、能源、热控、电子等方面应用了大量先进技术，使飞船具备可重复使用能力，此外还有更好的人机交互界面和更大的舱内活动空间，乘组人员提高到4～7人。

新一代载人飞船还采用模块化设计，统一的返回舱可以搭配不同的服务舱模块，提供相应的变轨机动能力，适应近地轨道飞行任务、载人月球探测任务以及更遥远的载人小行星或火星探测等多种类型的载人飞行任务，是名副其实的多用途载人飞船。

月球上没有发射台，登月飞船如何返回

登月飞船如何从月面起飞确实是一个非常有趣的问题。我们知道，在地球出发的载人飞船需要有强大的火箭，还需要有完备的发射场，而在月球表面并没有大推力火箭，也没有发射场、发射台，那么，航天员如何从月球表面起飞返回地球？

虽然从地球表面起飞和从月球表面起飞都需要达到一定的速度才能摆脱地球、月球的引力，但是两者之间还是存在比较大的差异。首先，地球的质量比月球大得多，所以地球的引力比月球的引力更大，这也导致地球的逃逸速度比月球的逃逸速度大很多。其次，月球没有大气层，意味着没有空气阻力，这也是一个很关键的因素。最后，虽然月球表面没有发射台、火箭，但是登月舱本身就可以充当发射台、火箭。

以美国当年载人登月的阿波罗飞船为例，整艘阿波罗飞船由轨道舱、服务舱、登月舱3大部分组成。其中登月舱包括下降级、上升级两个部分，登月舱的下降级其实就相当于发射台，上升级就相当于火箭。在登陆月球时，航天员乘登月舱着陆到月球的表面，而轨道舱、服务舱组合体则留在月球轨道飞行。当航天员完成任务以后，就会进入飞船登月舱的上升级，启动上升级的发动机获得上升的推力，然后从月球表面起飞，进入月球轨道后与轨道舱、服务舱组合体进行交会对接，然后乘坐飞船返回地球。

也许你会问：“从地球起飞需要有类似土星五号那么强大的运载火箭才能实现载人登月，登月舱上升级的推力那么小，为什么能从月球表面起飞呢？”原因其实很简单。整艘阿波罗载人登月飞船总质量高达40多吨，加上土星五号火箭的质量，飞船、火箭组合体总质量达到3000吨。从月球表面起飞的登月舱上升级就没那么重了，再加上月球引力很小，没有空气阻力，登月舱上升级发动机达到一定的推力就能从月球表面起飞了。由于月球的逃逸速度比地球小很多，所以飞船不需要消耗太多推进剂就能进入月球轨道，然后返回地球。

地面支持系统

我国实施载人登月计划不仅需要新一代运载火箭和载人飞船，发射新一代运载火箭的地面发射场以及支持载人登月的测控、通信和着陆场等设施也必不可少。长征十号火箭总体规模是长征五号火箭的两倍以上，现有发射长征五号的地面发射设施无法直接使用，必须新建性能更强大的发射工位等配套设施。我国即将在海南文昌发射场大兴土木，为长征十号火箭建造新的总装大楼、发射工位以及配套的转运发射平台。

月面着陆器

载人登月工程任务中，要实现载人登月和返回，就必须研制载人月面着陆器。

月面着陆器是往返于月球表面和月球轨道的运输工具。美国阿波罗载人登月的着陆器是一种包含下降级和上升级的二级结构，而我国的月面着陆器将采用独特的推进舱加登月舱的总体方案。我国月面着陆器推进舱主动力为一台80千牛推力的变推力液氧煤油发动机，这是一种具备多次启动能力和深度节流能力的高压补燃发动机，具备推力节流到10%的深度节流能力。推进舱将负责地月之间的轨道修正，执行近月制动减速，还覆盖了大部分下降段飞行，承担着陆过程所需的绝大部分减速任务。推进舱燃料耗尽后分离，登月舱完成最后阶段的着陆，并负责后续从月面起飞到环月对接的飞行任务。

登月服·载人月球车

登月航天服与一般航天服大不相同，主要原因是月球上昼夜温差在300℃以上，此外极易吸附上来的月尘对航天员和各种设备威胁很大，因此需要研制专门的登月航天服。

按照我国载人登月的初步方案，载人月球车将具备载人驾乘、月面移动、定位支持、安全辅助等功能，可为航天员提供移动、通信、探测辅助等保障。未来将有两名航天员驾驶着我国自主研发的载人月球车，在月球表面开展科考活动，这个成就极有可能创造人类航天史上的新纪录。

多国载人登月计划

近年来，随着太空探索热潮的兴起，月球重新受到外界关注，目前多国都公布了各自的载人登月计划，其中最受关注的是美国旨在重返月球的阿尔忒弥斯计划。根据美国国家航空航天局（NASA）公布的计划，最早将于2025年在阿尔忒弥斯3号任务中真正实现载人登月。根据计划，4名航天员将搭载猎户座飞船，其中两人搭乘SpaceX公司研制的载人着陆系统降落在月球表面，另两人则留在飞船上沿月球轨道飞行。登月航天员将在月球表面停留6.5天，相当于阿波罗计划中航天员最长逗留时间的两倍。

2018年，俄罗斯公布了载人登月计划，包括在国际空间站和月球轨道上测试一系列新技术，尝试组建绕月空间实验室，探索着陆月球新方式，争取在2035年左右建成月球基地等。按最初规划，俄罗斯将在月面或月球轨道上建立模块化实验研究设施，支持不同时长的载人科研任务，并实施地月之间往返。不过，随着形势变化，俄罗斯载人登月计划的前景面临着较大的不确定性。

此外，欧洲空间局、日本、印度都提出了载人登月计划，与重型火箭“直达”月球轨道这种传统模式大不相同。虽然这些计划未必能如期执行，但是體现了新时代载人登月路径的不同选择。

在2030年前实现载人登月并非中国载人月球探测工程的全部，这只是中国载人月球探测工程登月阶段的任务而已。未来我国还将实现探月工程“探、登、驻”三步战略的最后一步—“驻月”，即在突破掌握载人登月关键技术、完成载人登月目标的基础上，建设以中国为主的、人机联合探测的国际月球研究站（ILRS），形成独立自主的载人月球探测能力。展望更遥远的未来，我国将实现人员在月面长期驻留生活和月球资源的开发利用。

【责任编辑】蒲 晖