
想象一下,2030年前,中國航天員將首次踏上月球!這不是科幻電影,而是正在緊鑼密鼓準備的超級計劃。但要完成這場38萬千米的太空遠征,需要連闖三道驚險關卡。下面,我們就來看看吧!
飛到38萬千米之外的月球,火箭得大,飛船也需要擁有更強的軌道機動能力。
人類飛出地球、奔赴月球,“遠”是首要挑戰。選擇什么路線飛、分哪幾個階段飛,考驗著勇氣與智慧。

就像駕駛汽車行駛到不同地點,因為距離不同,消耗的燃料不同。飛到400千米的近地軌道和飛到38萬千米的月球相比,火箭的動力系統截然不同。要進入地月轉移軌道,火箭發射載荷能力應不小于27噸。
然而,我國現役最大推力火箭的地月轉移軌道運載能力也不過8噸左右,距離載人登月所需的27噸級能力,還有很大差距——長征十號系列運載火箭,就是在這種情況下誕生的。
載人登月任務周期長、環境極端、不可逆環節多。確保登月航天員生命安全和任務成功,要求火箭具備遠高于一般火箭的可靠性與故障應對能力。同時,兩枚長征十號運載火箭需按設計時序先后發射,分別將月面著陸器和載人飛船送至地月轉移軌道,這就要求火箭具備極高的入軌精度和發射窗口靈活性。

此外,還要兼顧對多種任務的適應性。火箭研制不易,為實現“一型多用”,長征十號運載火箭實行兩種構型設計:既有登月型,也有近地型。
小鏈接:飛船為什么也要變身?
火箭變了,飛船也得變。既要承受住新一代火箭的巨大推力、擁有更強的軌道機動能力,又要提供更大更舒適的艙內環境、更全面的生命保障能力,新一代載人飛船“夢舟”被寄予厚望。“夢舟”載人飛船可搭載最多7名航天員進入近地軌道,既能支撐載人登月任務,也能支撐近地空間站任務。而且,一旦發生緊急故障,“夢舟”能將載有航天員的飛船返回艙及時帶離危險區域,并確保航天員安全返回地面。
今年6月,我國在酒泉衛星發射中心成功組織實施“夢舟”載人飛船零高度逃逸飛行試驗,為載人登月任務的安全再增添一層保障。
新一代載人飛船命名為“夢舟”,月面著陸器命名為“攬月”,登月服取名為“望宇”,載人月球車被稱作“探索”,中國載人登月任務命名體現了傳統文化與航天精神的融合。
按計劃,當“夢舟”載人飛船和“ 攬月”月面著陸器交會對接后,兩名航天員進入“攬月”,準備登月著陸;另外一名航天員則留守“夢舟”,沿環月軌道飛行,以備接應。

接下來的重點,就是“攬月”如何順利降落月面。
“攬月”攜帶“探索”月球車和科學載荷,是航天員登陸月球后的月面生活中心、能源中心及數據中心,能支持開展月面駐留和月面活動。它的月面下降著陸過程,以及從月面起飛回到環月軌道的過程,可以說是登月最關鍵的環節。
今年8月6日,在河北省懷來縣的地外天體著陸試驗場,“攬月”月面著陸器著陸起飛綜合驗證試驗圓滿完成,主要驗證的就是這“一下一上”的關鍵核心技術。

在試驗中,“攬月”月面著陸器需要模擬著陸過程,利用先進的設備,憑借自主避障算法實時感知月面隕石和月坑,靈活調整下降軌跡,確保安全著陸。尤其是,試驗場的塔架和隨動圓盤以及多根鋼纜通過相互配合,可以模擬月球的低重力環境,并能精確跟蹤著陸器的飛行軌跡。地面還鋪設了特殊材料,形成坑或坡的形狀,用于模擬月表環境。
當“攬月”穩穩著陸,一切準備就緒,身著“望宇”登月服的航天員,將從“攬月”下來,邁出登陸月球的第一步。
小鏈接:航天員在月球上如何移動?面臨哪些困難?
通常有兩種移動方式:步行或者乘坐載人月球車。在到達預定的作業點后,停留、采樣、放置探測儀器等。
盡管會在地面模擬的月球環境開展大量試驗,驗證“月球漫步”的安全,但面對月球極端高低溫、高真空和復雜地形環境,航天員面臨許多未知的挑戰。比如,月表月壤實際厚度不均,可能藏有絆倒人的暗坑;月塵揚起,可能阻礙前行視線;月球缺乏大氣保護層,隨時可能面臨微流星的襲擊。
目前,“望宇”登月服、“探索”載人月球車等都在緊鑼密鼓地開展研制試驗。
從月球返回、高速飛行的飛船想要精準降落地球,需經歷太空“打水漂”。
按照設計方案,當完成登月任務,兩名航天員返回“攬月”,從月面上升至環月軌道,與搭載另外一名航天員(正在飛行等待)的“夢舟”實現第二次交會對接。“攬月”里的兩名航天員進入“夢舟”,三名航天員搭載“夢舟”與“攬月”分離后,返回地球。
接下來,就是充滿挑戰的“回家”路。

航天員攜帶月球樣品、乘坐“夢舟”實現月球加速,脫離環月軌道,進入月地轉移軌道,瞄準飛入地球的最佳時機。
高速再入中的熱防護,是一重考驗。當返回艙穿越地球大氣層時,因高速飛行,會和大氣產生劇烈摩擦,從而產生大量的熱。從月球返回地球,由于初始再入速度更快,將會產生更加劇烈的高溫。

精準飛行是更嚴峻的考驗。載人登月任務中,從月球返回、高速飛行的“ 夢舟”,精準降落地球,也要經歷像嫦娥六號返回地球經歷的“打水漂”過程。
所謂“ 打水漂”,就是返回途中,“ 夢舟”第一次進入地球大氣層,實施初次氣動減速,下降至預定高度后跳出大氣層,到達最高點后開始滑行下降。之后,“夢舟”再次進入大氣層,實施二次氣動減速。這一過程俗稱“太空打水漂”,標準術語為“半彈道跳躍式返回”。



為何要“太空打水漂”式返回?
因為“夢舟”從月球飛向地球速度非常快,返回過程必須減速。這樣設計,目的是充分利用長達數千千米航程中的大氣層阻力來逐步消耗“夢舟”的初始能量,使其再次穿出大氣層時速度顯著下降,不再具備環繞地球飛行的條件,從而第二次進入大氣層。
為實現這一目標,科研人員正在抓緊開展模擬飛行仿真,研制更加智慧的制導導航和控制系統,確保“夢舟”飛行收放自如、平穩安全。
中國載人登月的大幕已經拉開。一系列關鍵技術陸續突破,為我國2030年前實現載人登月奠定了堅實基礎。讓我們期待這一天早點到來吧!