大約二十多天前,大洋彼岸的NASA召開了阿爾忒彌斯載人登月計劃的發布會,會上該局負責人比爾·納爾遜直截了當地表示,當前正在進行一場太空競賽,不希望其他國家率先載人登月。
NASA負責人比爾·納爾遜
但是,這事可由不得他們。
的確,NASA已經順利完成阿爾忒彌斯一號任務,成功實施了獵戶座飛船的無人繞月飛行任務,但要知道這項任務的曠日持久。依托一系列成熟技術用于發射獵戶座飛船的SLS太空發射系統研發了十一年才完成首飛,獵戶座飛船則更久,整整十七年。
返回地球后的獵戶座飛船返回艙
與之對比,我方旨在服務載人登月任務的新一代載人飛船試驗船從全面研制工作啟動到完成飛行試驗只用了不到四年時間,雖說這是一款試驗飛船,但也是由返回艙+推進艙的完整構型。兩相對比,效率差異顯而易見。
新一代載人飛船試驗船
返回地球后的我國新一代載人飛船試驗船返回艙
新一代載人飛船試驗船返回艙內部
近期關于我方載人登月的裝備研制進展喜訊也是接連不斷,比如,載人登月用新一代載人飛船15千牛再生冷卻軌控發動機通過了地面熱試車和高空模擬熱試車驗證,單次連續工作時間達到了1000秒。
15千牛再生冷卻軌控發動機
還有,早在去年,我們就已經實現新一代載人運載火箭用130噸級泵后擺液氧煤油發動機累積1萬秒整機熱試車考核。
130噸級泵后擺液氧煤油發動機
這些也僅僅是我們載人登月工程快速推進的一個局部,面對此情此景,NASA的壓力確實不小。
阿爾忒彌斯計劃目前最樂觀的載人登月時間是2026年,但這個時間節點是很難保證的,主要是因為作為月面著陸器的登月版星艦的新技術應用比例太高,而載人航天又是人命關天,新技術驗證需要大量的時間和資源投入。
當然了,我們從未表示要與NASA進行所謂的登月競賽,而是始終按照自己的節奏推進月球探測工程,如果最終得到一個無心插柳柳成蔭的結果,也是情理之中,因為夫唯不爭,故天下莫能與之爭。
七年,我們只需要再有七年時間就能實現載人登月,用時之短將創造新的人類紀錄,因為時間周期比昔日阿波羅登月計劃更短,他們用了九年時間。
繼今年上半年載人航天辦官宣載人登月階段任務已經啟動實施之后,近日,又宣布啟動載人月球探測任務新飛行器征名活動。
此次征名活動順帶發布了更為完整的載人登月宣傳視頻,使得我們可以對我國載人登月任務有更為準確的認知。
我國載人登月任務將采用兩次發射,環月軌道對接的任務實施方案:
第一步:使用一枚CZ-10貨運版火箭將月面著陸器送入地月轉移軌道,月面著陸器自行進入環月軌道繞飛等待。
CZ-10火箭
月面著陸器由推進艙、登月艙組成,發射質量約26噸。
月面著陸器
第二步:使用一枚CZ-10載人版火箭將新一代載人飛船送入地月轉移軌道,新一代載人飛船自行進入環月軌道。
新一代載人飛船是在新一代載人飛船試驗船基礎上升級改進而來,后者曾于三年前搭乘CZ-5B遙一火箭成功實施了首飛試驗任務。成功驗證了包括自主變軌、近第二宇宙速度再入熱流燒蝕、自適應預測校正制導、群傘減速、氣囊緩沖著陸等一系列新技術,為載人登月任務的實施奠定了堅實基礎。
新一代載人飛船由推進艙、返回艙組成,發射質量與月面著陸器一樣,也是約26噸。
新飛船返回艙內部可居住容積非常大,為世界各型現役飛船之最,甚至有供航天員就餐娛樂的位置設計,也有獨立的衛生間,內飾設計相較于神舟系列飛船也更具科技感現代感。
仿真模擬返回艙內飾
該型飛船可以搭載3名航天員至環月軌道,在執行近地軌道空間站天地往返運輸任務時可搭載7名航天員,可以滿足后續空間站二期擴建的航天員天地往返運輸需求。
從宣傳畫面中可以看到,新飛船推進艙配置有二次展開設計的太陽能電池翼,如此設計可以減小太陽翼收攏狀態下的尺寸,以適應運載火箭整流罩的包絡,也可以保證有較大的展開尺寸,布置的太陽能電池數量更多,據推測,該太陽翼將采用高光電轉換效率的三結砷化鎵太陽能電池,以滿足新飛船的電力需求。
第三步:新一代載人飛船與月面著陸器在環月軌道交會對接,屆時兩個航天器對接后將形成近50噸的組合體,為什么是近50噸,而不是超過50噸?因為要考慮到月面著陸器與新飛船在進入繞月軌道時皆需要執行近月制動減速任務,會消耗大量的燃料,重量自然也就降低了。
形成組合體后,新飛船3名航天員中的2名航天員進入月面著陸器登月艙,并執行登月任務,1名航天員留守新飛船。
待確認月面著陸器狀態、登月時間窗口等條件具備后,新飛船與月面著陸器分離,后者開始執行登月任務。
可以看到,新一代載人飛船與月面著陸器配置的太陽翼構型完全不同,前者是二次展開設計的剛性太陽翼,后者則是呈扇形展開的柔性太陽翼,這是因為后者對于重量更為敏感,有強烈的減重需求,有更輕的重量就可以降低登月艙月面著陸、月面起飛階段的燃料消耗。
月面著陸器的減重需求是全方位的,除了太陽翼,還有艙體結構,比如科研人員曾在央視這樣說道,我們用一年多的時間,完成了上百次的迭代和相關的實驗,我們現在整個艙壁的厚度已經達到了一毫米左右,還要保證航天員在月面上的工作安全,還要設置里面艙內的環境,所以它的難度是非常大的。
月面著陸器分離后在進入登月下降程序之前還將收攏太陽翼,進入下降程序后就輕車熟路了。
截至目前,我們已經成功實施嫦娥三號、嫦娥四號、嫦娥五號三次登月任務,成功率高達100%,在實施載人登月任務之前還將實施若干次無人登月任務,登月技術的可靠性將再上一個新臺階。
雖說有無人登月技術為依托,但載人登月任務的工程約束條件與無人登月畢竟不同,其中一個最大的不同點就在于著陸重量的約束,為了在保障航天員安全的基礎上盡可能降低著陸重量,科研人員為月面著陸器設計了全新的登月方案。
從環月軌道到月面通常有這么幾個階段:主減速段、快速調整段、接近段、懸停段、避障段、緩速下降段,月面軟著陸的一個主要目標就是將著陸器的飛行速度從六千多公里每小時降至零。
不同于登陸火星的探測器可以利用火星大氣進行氣動減速,登月探測器需要完全依靠自主動力進行動力減速,因此主減速段將消耗大量的燃料,同時在完成動力減速段后著陸器也基本接近了著陸區上空。
如果按照嫦娥五號的模式,由著陸器承擔月面著陸任務,再由上升器承擔月面起飛任務,那么月面著陸器從地球出發的發射質量將超過27噸,這就超過了CZ-10火箭的運力,為此月面著陸器獨辟蹊徑,將下降登月過程中的主減速段任務交由推進艙負責。
推進艙完成主減速段任務后與著陸器分離,著陸器在4臺7500N變推力發動機及姿控發動機配合下完成后續階段的調姿、減速、避障等任務,獨自軟著陸于月球表面。
推進艙負責主減速段的動力減速任務
整個登月過程將主要由基于機器視覺的自動駕駛系統負責,同時航天員手控著陸為備份,如同載人航天器交會對接任務中的自動交會對接與手控交會對接一樣,人機互為備份,增強系統可靠性安全性。
相信載人登月艙也會應用嫦娥系列著陸器的激光三維成像精避障技術
載人登月艙著陸月面
著陸器著陸月面后,艙內兩名航天員將身著月面艙外服出艙,出艙后還將展開由著陸器攜帶的載人月球車。
畫面中登月艙右側掛載的便是月球車
載人月球車的作用是擴大航天員在月面的活動范圍,實現在更廣大月面區域內的采樣科考任務,該月球車重約200公斤,可搭乘兩名航天員在半徑10公里范圍內活動。
兩名航天員完成月面作業后,進入著陸器,此時著陸器將承擔上升器的功能,自月面點火發射起飛,此前在登月階段推進艙承擔了主減速段任務,為著陸器節省了大量的燃料,這部分節省的燃料就是用來執行月面起飛任務。
當著陸器自月面起飛進入環月軌道后,再與在環月軌道等待的新一代載人飛船對接,完成對接后兩名登月航天員進入飛船返回艙,并將月面采集的樣品、實驗載荷等物品轉移至返回艙,隨后月面著陸器與新一代載人飛船分離,后者獨自經月地轉移軌道返回地球。
載人登月艙與新一代載人飛船環月軌道對接
新一代載人飛船月地返回
在實施正式的載人登月任務之前,預計還將有若干次飛行試驗,比如新一代載人飛船無人繞月飛行、新一代載人飛船有人繞月飛行、新一代載人飛船+月面著陸器的全流程無人登月演示飛行。
新一代載人飛船+月面著陸器的全流程無人登月演示飛行是前所未有的,此項任務將在無人狀態下全面檢驗載人登月的全流程環節所用到的幾乎全部關鍵技術。昔日阿波羅載人登月計劃就沒有實施此項飛行試驗的條件,因為當時的人類并沒有掌握著陸末段的懸停避障技術,只能依賴航天員的手控著陸避障,以實現高可靠的安全登月。
阿波羅10號是阿波羅11號載人登月前唯一一次將登月艙帶至環月軌道的飛行試驗,其與月面最近距離15.6公里。
話說,我們的第一次載人登月會降落在哪里呢?月球正面區域是大概率的,甚至月球極區都可能不會選擇,首次載人登月最核心的指標仍然是安全,因為載人航天人命關天,確保高可靠的測控通信是確保安全的基礎,也只有月球正面非極區月面的登月活動可以不需要中繼衛星。
月球正面
如果為了突出科學價值,那么可以在廣大的月球正面區域仔細遴選人類未曾觸及的著陸區,但如果要突出工程技術能力,還可以選擇降落在嫦娥三號旁邊。
近十年前,玉兔號月球車的故障一直也是一個遺憾,由于不能實地考察,該月球車的故障全貌也未能100%完全定位,如果借著首次載人登月的機會,以嫦娥三號著陸區為目標實施定點落月,不僅可以體現我們的高精度控制能力,也可以去看看我們的老朋友“玉兔號月球車”,是技術與情懷的結合,此項任務也曾是嫦娥四號的任務選項。
玉兔號月球車
嫦娥三號著陸器
要實現定點落月,就必須掌握地形相對導航技術,而此項技術正好會在正式實施載人登月任務之前的嫦娥七號無人探月任務中進行驗證并實現。
我國載人登月任務并不是為了載人登月而載人登月,而是將載人登月視為載人往返于地月空間的交通能力,正如同神舟系列飛船之于空間站一樣,當年我們是“載人為建站,建站為應用”,如今我們也是“載人登月為月面建站,月面建站為應用”。
與載人登月任務同步實施的還有以嫦娥七號、嫦娥八號兩個大規模無人月球探測任務,這兩個任務將構建起月面科研站的基本型,并為后續更大規模的月面科研站建設選址。
要不了太久,我們的航天員不僅可以登上月球,還能造訪我們的月面科研站,從而構建起面向長遠未來的可持續發展的載人月球探測體系。
特別聲明:以上內容(如有圖片或視頻亦包括在內)為自媒體平臺“網易號”用戶上傳并發布,本平臺僅提供信息存儲服務。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.