載人登月的中國智慧

朱國順

7月22日，中國用于載人登月的長征十號運(yùn)載火箭主發(fā)動機(jī)進(jìn)行了又一次點(diǎn)火試車，驗(yàn)證了火箭飛行任務(wù)對發(fā)動機(jī)的全部要求，為發(fā)動機(jī)技術(shù)狀態(tài)固化、產(chǎn)品技術(shù)基線確立、可靠性提升提供了有力支撐。

長征十號全長約88.5米，起飛質(zhì)量約2187噸，起飛推力約2678噸，地月轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力不小于27噸，將在中國最初的載人登月中擔(dān)當(dāng)主力。試車發(fā)動機(jī)由新一代運(yùn)載火箭使用的大推力液氧煤油發(fā)動機(jī)改進(jìn)迭代而來，推力達(dá)到130噸級，將用于長征十號芯一級和助推器。

中國2030年前實(shí)現(xiàn)載人登月的計(jì)劃公布后，采用什么方式到達(dá)月球成了各界關(guān)注焦點(diǎn)。根據(jù)載人登月的基本需求，需要將至少40噸以上的有效載荷發(fā)射到38萬公里外的繞月軌道，才能實(shí)現(xiàn)載人登月并返回地球。

人類最初對載人登月的嘗試，使用了土星五號火箭，由二戰(zhàn)中V2導(dǎo)彈設(shè)計(jì)者馮·布勞恩設(shè)計(jì)。由于蘇聯(lián)1957年率先發(fā)射了人造地球衛(wèi)星，美國不惜投入巨資要反超蘇聯(lián)，先于蘇聯(lián)登上月球就成了標(biāo)志性目標(biāo)。為此美國得到的二戰(zhàn)“戰(zhàn)利品”馮·布勞恩，設(shè)計(jì)了推力達(dá)3400噸的土星五號，由三大軍工巨頭波音、道格拉斯、北美人公司合伙制造。波音制造的第一級五臺F-1液氧煤油發(fā)動機(jī)，每臺推力達(dá)680噸，可以將45噸載荷送到環(huán)月軌道。

載人登月有三種方式可選。一是直接從地球起飛到達(dá)月球然后回來，二是在地球軌道交會集合往返月球，三是在月球軌道交會集合。美國人最初沒有考慮第三個方式，因?yàn)楫?dāng)時航天器地球軌道交會都沒有進(jìn)行，月球軌道難以想象。但形勢所迫，第一種直飛對火箭推力要求太高無法實(shí)現(xiàn)，成本也更為離譜；第二種地球軌道交會集合看上去會容易些，但之前同樣沒有經(jīng)驗(yàn)，實(shí)質(zhì)上對測控要求更高；最后想了半天，合適的還是去月球軌道交會算了。雖然中間不無波折，還是實(shí)現(xiàn)了6次載人登月和一次中途返回。

實(shí)踐證明，月球軌道交會集合是合理的。不過仔細(xì)研究的話，月球軌道集合，未必要像土星五號那樣，一次把全部載荷帶到月球軌道再釋放去月球。如果交會技術(shù)成熟，完全可以將載荷分別運(yùn)到地月轉(zhuǎn)移軌道交會去月球，這樣對每枚火箭推力的要求會降低，實(shí)現(xiàn)起來也相對合理容易。

那天晚上，我從新聞里看到，我國載人登月的初步方案是：采用兩枚運(yùn)載火箭分別將月面著陸器和載人飛船送至地月轉(zhuǎn)移軌道，飛船和著陸器在環(huán)月軌道交會對接，航天員從飛船進(jìn)入月面著陸器。其后月面著陸器下降著陸于月面預(yù)定區(qū)域，航天員登上月球開展科學(xué)考察與樣品采集。在完成既定任務(wù)后，航天員將乘坐著陸器上升至環(huán)月軌道與飛船交會對接，并攜帶樣品乘坐飛船返回地球。看到這個方案，我是拍案叫絕的，這是中國智慧才想得出來的絕頂聰明辦法。

承擔(dān)重任的運(yùn)載火箭，就是長征十號。這型火箭主發(fā)動機(jī)使用長征五號上已非常成熟的120噸級液氧煤油發(fā)動機(jī)，經(jīng)改進(jìn)迭代而來，推力達(dá)到130噸級，即7月22日又一次試車成功的發(fā)動機(jī)。長征十號芯一級和助推器都將使用這款發(fā)動機(jī)，通過將已經(jīng)成熟的火箭技術(shù)進(jìn)行綜合運(yùn)用，滿足我國載人登月的任務(wù)需求。

中國工程院院士、航天科技集團(tuán)一院長征系列火箭總師顧問龍樂豪，在接受中央電視臺采訪時介紹了長征十號的構(gòu)型。它的第一級由三個組合體并聯(lián)，每個組合體上有7臺發(fā)動機(jī)，每臺發(fā)動機(jī)推力達(dá)130噸，帶來總共2700噸左右推力。長征十號近地軌道運(yùn)載能力可達(dá)70噸左右，地月轉(zhuǎn)移軌道能力約27噸。按照這樣構(gòu)型，兩枚長征十號火箭將使我國載人登月環(huán)月軌道有效載荷達(dá)50多噸，遠(yuǎn)超土星五號的45噸。

去年11月，航天科技集團(tuán)六院研制的中國最大推力液體火箭發(fā)動機(jī)首次整機(jī)試車圓滿成功。該型發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)推力500噸級，是世界上推力最大雙推力室高壓補(bǔ)燃液氧煤油發(fā)動機(jī)。配用這型發(fā)動機(jī)的重型火箭，低軌道運(yùn)載能力可達(dá)150噸以上，地月轉(zhuǎn)移軌道的能力達(dá)到50噸以上。

單臺火箭推力，與土星五號相當(dāng)。但中國智慧加持，那是一片全新天地。