前不久,央视在一个对话(hua)航天人的节目中有这样一段交流,空间(jian)技术研究院的一位年轻人(ren)说,梦想是看着中国的空间站和月球的(de)空间站共同在太空中稳(wen)定运行。另一位航天人则说,载人(ren)登月可能是一个小目标,在我(wo)们有生之年,能够看(kan)到我们中国的航(hang)天员在火星上着陆。
独拥一座空间站还不(bu)满足,载人登月(yue)也只是小目标,为(wei)什么我们的航天人如今可以如此凡尔(er)赛?
因(yin)为中国航天也从必然王国(guo)进入到了自由王国。航空领域的J-20战斗机总师杨伟说,所谓“必然王国(guo)”就是别人干啥,我们跟着(zhe)干,那个时候我们跟(gen)着就很起劲,而现在“自由王国”,对不起,是我们想怎么干,我们怎么(me)干。
我国航天在必然王国时代,只用了(le)先发国家一半的时间便独立建成(cheng)了近百吨级具有(you)世界先进水平的大型载人空(kong)间站,与之配套的有载人/载(zai)货天地往返运输系(xi)统、具备连续覆盖能力的(de)大型地基/天基测控系统,以及服务空(kong)间站建设与运营(ying)的各类基础设施,还有庞大的人才队伍。
在深空探测领(ling)域,以探月工程为代表,不仅实现了(le)月球探测的绕落回,还代(dai)表人类首次拓荒月背探测,目前玉兔二号月球车与(yu)嫦娥四号着陆器已经在月球(qiu)背面稳定运行超过四(si)年时间,该工程首创的基于机器视觉(jue)理念的高可靠高安全(quan)登月技术也应用在了我国首次火星登陆(lu)任务中,助力天问一号完(wan)美实现火星探测的绕落巡。
实际上,嫦娥四号与(yu)天问一号就已经展现出了(le)航天自由王国的气息。
接下来,进入自由王国阶段(duan)的我国航天还有很多事要(yao)做,近百吨级的(de)空间站对照旺盛的空间(jian)实验需求而言,还是有(you)些不够用,怎么办?
正在国博(bo)开展的载人航天工程三十年成(cheng)就展给出了新答案(an),我们计划发射一个拥有6个对接口的(de)大型多功能节点舱,该舱与空间站对接(jie)后可提供5个对接口用于对接来访航(hang)天器,网友们期待的干字形100构型(xing)有望梦想照进现实,届时空间站在(zai)轨支持能力将直接增大一倍。
com除了持续扩(kuo)大规模,航天人还创造性地提出了(le)多个伴飞舱的设计方案。
伴飞舱平时(shi)可以单独自主进行(xing)科学实验工作,需要补加(jia)燃料或者维护维修时(shi),再自主对接到空间站上去。这就(jiu)避免了必须常态化对接在一个组合体(ti)上而导致的各舱段之间的干涉(she)问题,比如光照遮挡。伴飞舱段第(di)一个案例就是巡天光学舱,未来这种(zhong)运行模式的舱段可以有N个。
载人登月(yue)在过去看来是多么(me)高不可攀的终极目标,但就像(xiang)那位航天人说的(de)那样,这只是我们的一个小目标。
我们(men)并不把载人登月作为(wei)终极目标,因为这项任务(wu)所解决的问题是“载人地月空间往返”,就是航天员如(ru)何去月球,又如何从月球返回的能(neng)力问题,如同我们发展神舟飞船,是为(wei)了解决人员在空间站(zhan)与地面之间的往返需求。
掌(zhang)握地月空间载人(ren)往返能力后,接下来就是解决人员在(zai)月球表面长期驻留的能力问题,目前(qian)我们正在对这一需求进行科研攻关(guan)。
就(jiu)像那位青年航天人描绘的那样,我(wo)们并不满足于只拥有一座近地轨道(dao)载人空间站,我们的目标应(ying)当是同时拥有近地轨道空间站(zhan)与38万公里外的月球轨道空(kong)间站,后者可以作为月面(mian)航天员的中转与(yu)保障基地,也是可重复使用月面(mian)着陆器的燃料补给站,从(cong)而保障航天员长驻(zhu)月球目标的实现。
将来具备重复使用(yong)功能的月面着陆器可往返于月轨(gui)空间站与月面科研站,只需补加燃料(liao)即可重复使用,这样一来就不(bu)需要像阿波罗飞船(chuan)那样,每次发射都要带(dai)上成本高昂的一次性(xing)月面着陆器。
载人月球探测工程(cheng)运营成本大幅降低是(shi)人类技术进步的(de)必然。
“载人登月只是一个小目标(biao)”,这是大话吗?当然(ran)不是,应该说这是“水到渠成”。
将近三年前,CZ-5B遥一火箭就成功发射了旨(zhi)在服务载人登月(yue)任务的“新一代载人飞船(chuan)试验船”,该飞船返回舱最终成功抵御(yu)近第二宇宙速度再入地球大气(qi)层的热流烧蚀,并以无(wu)损状态垂直着陆于(yu)预定着陆场,着陆(lu)精度按照参试人(ren)员的评价,那是比命(ming)中十环靶心还要高(gao)的“10.8环”。
该飞船返回舱为了回收(shou)复用价值最大化,将原本置(zhi)于推进舱的高价(jia)值设备尽可能地集成在了返(fan)回舱;针对月地再入返回的高热流烧蚀(shi)问题,又应用了具(ju)有国际领先水平的轻质碳基微烧蚀防热(re)材料;为了进一步(bu)提高着陆精度,又创(chuang)新了自适应预测(ce)校正制导技术,该技术还应用(yong)在了天问一号的火星登陆任务(wu)中;为了降低着陆缓冲的冲击力以实(shi)现重复使用,开(kai)发了群伞+气囊缓冲(chong)的着陆装备。
集成如此众多高新技术的返回舱内部(bu)可居住空间还相当(dang)大,达到了13立方米,是(shi)目前全球范围内已经进入太空的一系(xi)列新飞船中,内部可居住空间最大的飞(fei)船返回舱。
但是,我(wo)们还没有满足,并正在持续优化设计方(fang)案。
载人航天工程三十年成就展亮相的(de)新一代载人飞船模型表明(ming),优化设计后返(fan)回舱最大直径数据进一步放大(da),内部可居住空间有望进一步扩大(da)。这样一来就更利于航天员(yuan)的长时间太空旅行。在返回舱里,不仅有独立卫生间,甚至(zhi)还有专门用于就餐娱乐的专属区域(yu)。
与“新一(yi)代载人飞船”同步亮(liang)相的还有首次亮相的“月(yue)面着陆器”,而(er)这款着陆器预示着我们已经(jing)形成具有我国特(te)色的载人登月方案。
月面着陆器由推进舱与(yu)登月舱两部分组成,这与阿波罗登(deng)月舱的上升级与下降级结构完全不(bu)同。
“月面着陆器”与“新一代载人飞船(chuan)”是分开各自独立发射,前(qian)者也需要近月制(zhi)动从而进入环月轨道(dao),推进舱就承担了(le)这部分任务,但这(zhe)并不是任务的全部。
月面(mian)着陆器与新一代(dai)载人飞船在月球轨道对(dui)接会和后,航天员从飞船转移至月(yue)面着陆器,之后分(fen)离,执行登月任务,月面着陆器(qi)的推进舱在登月过程(cheng)中还将充分利用自身携带的(de)大量燃料承担大部分的动(dong)力减速任务,在(zai)速度大幅消减之(zhi)后推进舱再与登月舱分离,登(deng)月舱独自进行月面软着陆,该舱配置的(de)下降动力正是久(jiu)经战阵的4台7500N变推力(li)发动机,该型动力及其衍生型号(hao)已经成功执行嫦娥三号(hao)、嫦娥四号、嫦(chang)娥五号、天问一号总计4次地外(wai)天体软着陆任务。
登月(yue)舱既是下降级,也是上升级,推进舱承(cheng)担大部分动力减速任(ren)务就是为登月舱在下降过程中节省(sheng)燃料,以保障登月舱在月面起飞上升(sheng)过程中有充足的燃料(liao)。该登月舱也可以为(wei)日后发展具备重复使用功能的月(yue)面着陆器探路。
为了(le)降低发射质量,登月(yue)舱配置的是轻质圆形太阳(yang)翼,另外还有一辆折叠(die)式载人月球车,可以帮助航(hang)天员扩大在月面的探(tan)测作业半径。
目前(qian),配套新一代载人飞(fei)船与月面着陆器的“CZ-10运载火箭”也进入到了全面研制(zhi)的新阶段,预计到2027年可具备首(shou)飞条件,相信我(wo)们不会浪费该火箭(jian)首飞搭载机会,就如同CZ-5B遥一火箭那样。
届时就可以发(fa)射不载人但具备(bei)载人条件的新一代载人飞船至月球轨(gui)道,进一步验证载人登月任务能力(li)。这次任务一旦完成,距(ju)离真正的载人登月也就只有一步之遥了(le)。
CZ-10运载火箭也可以(yi)用于部署月球轨道空间(jian)站舱段,在这款火(huo)箭的支持下,比天和一号核心舱更大(da)更重的舱段都可以直接进入地月转移(yi)轨道。
加上月球轨道空间站(zhan),我们事实上未来将(jiang)有至少三座空间(jian)站,分别是近地轨道(dao)载人空间站、月球轨道空间站、月面(mian)科研站。
月面科研站基本(ben)型目前已经确定实施,就是嫦(chang)娥六号、嫦娥七号、嫦娥八号,尤其(qi)是后两个任务,将拓(tuo)展定点登月能力(li),这与此前登月任务主要解决成功(gong)率需求不同,届时我们可以在月球(qiu)表面实现指哪落哪,这对于建立多(duo)个航天器集合的月面(mian)科研站而言是至关重要(yao)的一项技术能力。
除此之外我们还(hai)将获得分辨率更高的全月(yue)图、矿物分布图等遥感数据产(chan)品,有望在月球南极原位探测水冰资源(yuan),对于月球探测,乃至整(zheng)个深空探测而言,这一资源的发现(xian)与开发将是具有战略(lue)价值的。
载(zai)人月球探测为什么是水到(dao)渠成?说白了,这就是“载人航天”与“嫦娥探月”两大工程持续向纵深(shen)推进在月面表面的大会师。
在可预(yu)见的未来,我们(men)将同步实施近地轨道与月(yue)球的载人探测,而在更(geng)长远的未来,预计我们将同步实施“月(yue)球”与“火星”两个(ge)地外天体的载人探(tan)测任务,“多星球物种”这个(ge)名字听起来挺不错,就看谁可以将其付诸实践(jian)。