《校场》2020-11-26：嫦娥五号发射成功后，我国离载人登月还有多远

源济

校场：嫦娥五号发射成功后，我国离载人登月还有多远
新浪军事  2020年11月26日 09:40

11月24日凌晨4时30分，我国嫦娥五号月球探测器成功在文昌航天发射场发射升空。目前，探测器已经被长征五号遥五运载火箭运送至预定轨道。嫦娥5号的整个任务时间约为23天，共计11个阶段。如果这次任务取得圆满成功，将意味着我国成为了继美苏之后第三个在月球上带回土壤样本的国家。




我国的探月工程，也称“嫦娥工程”共分为三大步，即“探”、“登”、“驻”。三大步表示的意思分别是无人的月球探测，载人登月和在月球建立永久性的科研基地。到目前为止，我国发射的所有月球探测器还都属于“探”的范畴。再具体而言，我国又把“探”这第一大步分为了“绕”、“落”、“回”三小步。其中“绕”是指月球探测器的绕月飞行，这一小步已经由嫦娥一号和嫦娥二号完成。在完成了自己的使命后，嫦娥一号于2009年3月1日在控制中心的控制下撞落在了月球的丰富海内，成为了月球表面第一个中国制造的物体；嫦娥二号则离开了月球轨道，成为了一颗像美国旅行者1/2号一样的深空天体。




“落”指的是在月球表面进行软着陆，并释放探测器携带的月球巡视车进行月面巡视。这一步已经由嫦娥三号/玉兔号和嫦娥四号/玉兔二号完成。其中嫦娥四号/玉兔二号更是人类航天器首次在月球背面和首次在月球高纬度进行软着陆。这也体现出了我国的探月工程并不只是跟在美苏的身后蹒跚学步而已。




“回”指的就是这次嫦娥五号和未来嫦娥六号将要完成的步骤。这次的嫦娥五号月球探测器共分为4个执行不同功能的部分，从上到下分别为上升器、着陆器、返回器和轨道器。在进入月球轨道后，探测器将分为上升器+着陆器和返回器+轨道器两大部分，随后着陆器将带着上升器在月面进行软着陆，而返回器和轨道器将继续在月球轨道巡航。抵达月球表面后，着陆器将采集共计2公斤的月表土壤和钻探后采集的月球深层土壤，将其封装并转移给上升器。随后上升器将与着陆器分离，自行带着月球土壤样本飞向月球轨道，并与返回器进行对接。在顺利对接后，上升器将把月球土壤样本转移给返回器并与返回器脱离。之后，轨道器将带着返回器脱离月球轨道进入地月转移轨道并返回地球。




事实上，嫦娥五号的任务阶段与载人登月已经基本一致，可以视为“不载人的载人登月”。因此，除了带回月球土壤进行科研以外，更重要的意义是为今后探月工程的第二大步——“登”进行技术探索和技术验证。




不过，即使按照最乐观的估计，我国的载人登月工程也要等到2030年代才会开始实施。从嫦娥一号2007年的首射到2030年代的载人登月，时间跨度长达20~30年。反观美国，从1958年8月第一颗月球探测卫星先驱者0号发射失败到1969年7月阿波罗11号首次成功实现载人登月，时间跨度仅不到11年。这里面固然有冷战时期美苏“较劲式”科研竞赛的影响，也有当时美苏两国愿意不计投入，不计损失的参与月球科研的因素。




目前，除了中国之外美国、欧盟、日本、俄罗斯、印度等也都在积极实施自己的登月计划。其中有明确时间表且技术最成熟的是美国主导，多国联合参与的阿尔忒弥斯计划。其中阿尔忒弥斯是希腊神话中的狩猎女神和月亮女神，同时也是宙斯和勒托的女儿、阿波罗的孪生姐姐。美国方面为新的登月计划取这个名字，显然有借阿波罗计划“好运”的意味。此外，在几乎所有版本的希腊神话中女神阿尔忒弥斯都与俄里翁（猎户座的来源）有一段说不清道不明的爱情故事。因此，阿尔忒弥斯计划的航天器就将被叫做俄里翁。同时这两项命名也与计划中预计“将一男一女两个宇航员送上月球”有一定的联系。




日本曾于1990年成功发射了飞天号月球探测器，于2007年发射了辉夜号。现在日本正在计划发射辉夜二号探测器。根据原本的计划，辉夜二号将和我国的嫦娥三号一样，完成月球软着陆和月球探索。之后的辉夜三号则将像我国的嫦娥五号一样完成月球返回。不过由于预算限制，这项计划很可能改为一台探测器同时首次完成月球软着陆和带回月球土壤样本的工作。




老牌航天强国俄罗斯的“月球计划”（luna-glob）延续自前苏联的“月亮计划”（luna）。前苏联总共发射过40颗名为月球X号的月球探测器。其中的最后一颗是在1976年发射的月球24号。之所以40颗探测器只有24个有正式编号，是因为发射失败的基本上全部没有正式命名。俄罗斯计划于2021年9月发射月球25号月球探测器，该项目的最终目的为在月球建立一个永久的无人科考基地，并为未来可能的载人登月计划打下基础。




除了上述几国的探月项目以外，欧盟主要致力于火星探测，因此月球探测项目主要挂靠在美国的阿尔忒弥斯计划上。印度雄心勃勃的在展开自己的月船计划，但2019年7月22日月船2号月球探测器的着陆失败迫使印度推迟了后续的计划。总体来看，在月球探测方面，除了已经有相当成熟经验和雄厚技术积累的美国以外，我国是目前为止走得最远的一个国家。




而在探月工程方面走在了前列的我国之所以要把“载人登月”的时间表定到如此保守，最主要的问题——其实也是困扰其他国家的最大问题，就是火箭。目前我国运载能力最强的长征五号运载火箭直径为5米，4个助推器和芯一级的推力综合为10620千牛。相比之下，当年美国用于载人登月项目的土星5号火箭直径为10.1米，起飞推力35100千牛。两者有明显的量级上的差距。而目前美国用于阿尔忒弥斯项目的主力运载火箭SLS直径为8.4米，芯一级和2个固体助推器的总推力为36640千牛。




而就算是这个不算太先进的长征五号，本身的发展也遭遇了很多波折。2016年11月3日长征五号运载火箭首飞就遇到了火箭二级发动机遇到故障提前关机的问题。后来通过上面级“爆种”延长燃烧时间才成功把卫星运送进入指定轨道；后来2017年7月2日，长征五号遥二火箭更是遇到了发动机停车，推力不足最终导致入轨失败的问题。长征5号发动机可靠性的问题，直到两年多以后的2019年底才最终解决。




可想而知，当我国从执行无人探月、无人探火任务的长征五号迈向载人登月任务的长征九号时，新火箭的研发之路也未必会一帆风顺，我们还有可能会面临很多问题。但这也是所有国家在这一领域都会遇到的问题。比如美国的土星五号就曾在阿波罗6号，阿波罗13号的任务中出现故障。因此，在“太空科研竞赛”已经落幕，航天多以纯科研或商业模式运作的今天，我们也完全可以，完全应该按照科研的一般规律，一步一个脚印的走好未来的航天之路，而不必过于在意达成某个阶段性成果的时间点。