“2030 年前,中国人的脚印肯定会踏在月球上”

2023-10-18 01:24:12Steed
中国科技教育 2023年9期
关键词:月面返回舱着陆器

Steed

月球某处,寂静无声。远处灰白色的月丘上方,蔚蓝色的地球低悬于漆黑的天空。

两名航天员缓步走下着陆器,在满是细腻月尘的月面上踩出清晰的脚印。插在月面上的五星红旗,在刺眼阳光的照耀下格外鲜艳。

这一畅想中的场景,有可能会在7 年内实现。

中国载人航天工程办公室披露,中国载人月球探测工程的登月阶段任务已经启动实施,总目标是:2030 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试验,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。

通过这一工程,中国有望成为世界上少数能够独立进行载人月球探测的国家之一。

这将是中国航天史上的一次重大突破,也将是人类探索月球的重要里程碑。

送航天员登月,分几步?

7 月12 日,在武汉举办的第九届中国(国际)商业航天高峰论坛上,中国载人航天工程副总设计师张海联介绍了中国载人登月的初步方案。

第一步:发射两枚运载火箭,把月面着陆器和载人飞船分别送往地月转移轨道;各自抵达环绕月球的轨道之后,载人飞船与着陆器交会对接;航天员从载人飞船进入月面着陆器中。

第二步:月面着陆器与飞船分离后,下降着陆于月面预定区域;航天员踏上月球,开展科学考察与样品采集活动。

第三步:完成月面既定任务后,航天员乘坐着陆器上升至环月轨道,再次与载人飞船对接;航天员携带月球样品等转移至飞船,与着陆器分离,进行月地转移返回地球。

为了实现中国人的首次载人登月,科研人员正在研制长征十号运载火箭、新一代载人飞船、月面着陆器、登月服和载人月球车等任务关键装备。

三个“胖五”那么粗

为了将月面着陆器和载人飞船送入地月转移轨道,我们需要运载能力更大的火箭,也就是目前正在研制的长征十号,又被称为新一代载人运载火箭。

别看长征十号火箭身材高挑,它的“腰围”实际上跟“胖五”(即现役中国推力最大的长征五号火箭)一样,都达到了5 米。另外,它捆绑的助推级直径也是5 米。

所以,长征十号实际上有三个“胖五”那么粗!

长征十号运载火箭使用液氧和煤油作为推进剂,相比于长征五号使用的液氢液氧,具有密度高、成本低、储存简单等优点。

长征十号运载火箭的基本型由助推器、芯一级、芯二级、芯三级、逃逸塔及整流罩组成,共有三级半。

其中,助推器和芯一级将各安装7 台YF-100K 火箭发动机,芯二级将安装2 台YF-100M 发动机,芯三级则安装3 台YF-75E 发动机。

这种构型的长征十号火箭高约92 米,起飞质量约2 200吨,近地轨道运载能力约70 吨,奔月轨道的运载能力为27吨,比长征五号提高了3 倍还多。

长征十号运载火箭在首次执行载人任务之前,会经过几次无人飞行验证,预计在2027 年具备首飞条件。

比神舟飞船大一圈

与长征十号火箭配合,把航天员送上太空的,将是新一代载人飞船。

新一代载人飞船全长8.8 米,发射质量21.6 吨,生活空间13 立方米,具备高安全、高可靠、模块化、多任务、可重复使用等特点,可将3 名航天员送往月球轨道,往返近地轨道则可乘坐4 ~ 7 名航天员。

与现役的神舟载人飞船三舱结构不同,新一代载人飞船采用了两舱结构,由返回舱和服务舱构成。

返回舱是航天员的座舱和控制中枢,为乘员或有效载荷提供生存环境和保护屏障,是飞船上能够安全返回地面的部分。按照设计,新一代载人飞船的返回舱可以重复使用。

返回舱采用圆锥形设计,外壳由复合材料制成,内部设有乘员座椅、控制台、生命保障系统等设备。它具有高速再入大气层和高温防护能力,可以承受3 000 摄氏度以上的温度。在着陆前会弹出3 个降落傘,并利用气囊缓冲着陆冲击。

服务舱则是为返回舱提供动力、姿态控制、通信等支持服务的部分,根据不同任务需求可以更换不同类型和尺寸的服务舱,以适应近地空间和月球探测任务。服务舱在完成任务后会与返回舱分离,并在大气层中烧毁。

发射阶段,新一代载人飞船还将配备逃逸塔。一旦火箭出现故障,逃逸塔可以快速点火,把返回舱及时带离故障火箭,保证航天员的安全。

新一代载人飞船已经完成了2 次技术验证任务,分别是2016 年的多用途飞船缩比返回舱试验和2020 年的新一代载人飞船试验船试验。

往返月面,以及月球飚车

当新一代载人飞船抵达环绕月球的轨道后,负责运送航天员往返月面的,是由另一枚长征十号火箭发射至此的月面着陆器。

正在研制中的月面着陆器,重约26 吨,由登月舱和推进舱组成,主要负责把航天员从环月轨道下降着陆月面并返回环月轨道。

其中,推进舱是为了实现从环月轨道到月面的下降过程而设计的,主要由1 台8 吨级常规发动机(YF-58)和一甲基肼/ 四氧化二氮推进剂系统组成。

推进舱不仅是近月制动轨道控制的动力舱段,在登月下降过程中也将承担动力减速任务,在距离月面较近处才会与登月舱分离,尽可能为后者节省燃料。

登月舱是为了实现从月面到环月轨道的上升过程,以及在月面进行驻留和探测而设计的,安装有4 台改进型7 5 0 0 N 变推力发动机(YF-36), 具备一定的动力冗余功能保证航天员的安全,也具有自主控制飞行能力。

登月舱是航天员的座舱,可以携带月球车和少量科学载荷,并将2 名航天员送达月面。航天员登陆月球后,登月舱也将成为他们的月面生活中心、能源中心及数据中心。

其中,载人月球车重约200 千克,可以支持2 名航天员乘坐,在着陆地点周边约10 千米范围内,开展月球采样及相应的月面实验。目前,载人月球车研制方案正面向全社会公开征集。

正在研制的登月服则采用半硬式构型,单次工作时间不少于8 小时,具备支持航天员月面出舱活动所需的作业、行走、攀爬、下蹲、驾车、人机协同等工作能力。

完成月面任务后,航天员及采集的月球样本,将乘坐登月舱从月面点火起飞,返回环绕月球的轨道,与在那里待命的新一代载人飞船交会对接。

之后,航天员携带月面样品乘坐新一代载人飞船返回地球,完成中国首次载人登月任务。

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