近日，航天科技集團(tuán)六院研制的我國(guó)載人登月火箭主力發(fā)動(dòng)機(jī)——130噸級(jí)泵后擺液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)完成上試車臺(tái)后的第六次試車，發(fā)動(dòng)機(jī)累計(jì)試車時(shí)長(zhǎng)達(dá)到3300秒，工作時(shí)長(zhǎng)超10余倍任務(wù)時(shí)間，驗(yàn)證了發(fā)動(dòng)機(jī)工作可靠性的同時(shí)，再次創(chuàng)造我國(guó)百噸級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)單臺(tái)試車新紀(jì)錄。

之前，神舟十六號(hào)載人飛行任務(wù)新聞發(fā)布會(huì)上，中國(guó)載人航天工程辦公室副主任林西強(qiáng)表示，我國(guó)載人月球探測(cè)工程登月階段任務(wù)已啟動(dòng)實(shí)施，計(jì)劃在2030年前實(shí)現(xiàn)中國(guó)人首次登陸月球。載人登月即使在今天也有巨大的難度，中國(guó)完成這樣一項(xiàng)空前的航天偉業(yè)需要突破和掌握哪些關(guān)鍵的核心技術(shù)呢？

珠海航展上展示的長(zhǎng)征十號(hào)火箭模型。 　 

載人登月也要“三步走”

中國(guó)載人登月計(jì)劃的論證由來(lái)已久。早在本世紀(jì)初嫦娥無(wú)人探月工程論證階段，以首任探月工程總指揮欒恩杰為首的科學(xué)家們就大膽地提出了“繞落回”和“探登駐”兩個(gè)三步走戰(zhàn)略規(guī)劃。“繞落回”指的是環(huán)繞月球、著陸月球和月球取樣返回的無(wú)人探測(cè)任務(wù)，2020年底嫦娥五號(hào)取樣返回探測(cè)器成功攜帶月球樣品返回地球，宣告著“繞落回”三步走規(guī)劃的圓滿完成。嫦娥五號(hào)探測(cè)器取回了1731克月球樣本，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了蘇聯(lián)三次無(wú)人取樣返回任務(wù)取回樣本質(zhì)量的總和，其奧妙就在于嫦娥五號(hào)是一種由軌道器、著陸器、上升器和返回器組成的復(fù)雜航天器，還使用了獨(dú)特的環(huán)月交會(huì)對(duì)接方案，從任務(wù)流程圖上看，嫦娥五號(hào)任務(wù)幾乎就是一次無(wú)人迷你版阿波羅任務(wù)。

嫦娥探月工程通過(guò)“繞、落、回”的無(wú)人探測(cè)，尤其是嫦娥五號(hào)取樣返回探測(cè)器的研制和成功，為中國(guó)載人登月計(jì)劃在技術(shù)上奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。從某種意義上說(shuō)，載人登月可以看作放大版的嫦娥五號(hào)任務(wù)，而且嫦娥五號(hào)的相關(guān)技術(shù)也廣泛應(yīng)用到載人登月計(jì)劃，比如嫦娥五號(hào)的7500牛變推力主發(fā)動(dòng)機(jī)YF-36也是載人月面著陸器的主發(fā)動(dòng)機(jī)。隨著“小三步走”戰(zhàn)略規(guī)劃的完成，“大三步走”即“探、登、駐”也自然而然地邁向了第二步：載人登月計(jì)劃。中國(guó)載人航天工程辦公室主任助理季啟明近日接受媒體采訪時(shí)表示：我國(guó)載人登月計(jì)劃，未來(lái)七年將分三步走，實(shí)現(xiàn)在2030年前中國(guó)航天員登陸月球的目標(biāo)。目前我國(guó)已經(jīng)完成了登月任務(wù)相關(guān)飛行器的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和方案研制，并完成了登月總體方案的論證。

嫦娥探月工程一步一個(gè)腳印，為中國(guó)載人登月計(jì)劃在技術(shù)上奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

根據(jù)載人航天工程辦公室的介紹，未來(lái)7年我國(guó)將分三個(gè)階段實(shí)現(xiàn)載人登月的目標(biāo)：第一階段要完成關(guān)鍵子系統(tǒng)的研制和建設(shè)任務(wù)，包括完成新一代載人運(yùn)載火箭、新一代載人飛船、月面著陸器以及登月服和載人月球車等飛行產(chǎn)品的研制，在文昌航天發(fā)射場(chǎng)建設(shè)長(zhǎng)征十號(hào)火箭的總裝發(fā)射設(shè)施，并完成測(cè)控通信著陸場(chǎng)等相關(guān)地面設(shè)備設(shè)施的建設(shè)；第二階段將使用新一代載人運(yùn)載火箭、新一代載人飛船和月面著陸器進(jìn)行無(wú)人飛行驗(yàn)證階段，通過(guò)實(shí)際飛行驗(yàn)證關(guān)鍵分系統(tǒng)的可靠性和總體方案的可行性；如果第二階段任務(wù)一切順利，隨后我國(guó)載人登月計(jì)劃將進(jìn)入到第三階段，也就是實(shí)施真正的載人登月飛行，在2030年前實(shí)現(xiàn)中國(guó)航天員登上月球的世紀(jì)夢(mèng)想。

2030年前實(shí)現(xiàn)載人登月并非中國(guó)載人月球工程的全部，這只是載人月球探測(cè)工程登月階段的任務(wù)而已。未來(lái)我國(guó)還將實(shí)現(xiàn)月球工程大三步走戰(zhàn)略的最后一步“駐月”，即在突破掌握載人登月關(guān)鍵技術(shù)，完成載人登月目標(biāo)的基礎(chǔ)上，建設(shè)以中國(guó)為主的、人機(jī)聯(lián)合探測(cè)的國(guó)際月球研究站（ILRS），形成獨(dú)立自主的載人月球探測(cè)能力，更遙遠(yuǎn)的未來(lái)我國(guó)將實(shí)現(xiàn)月面長(zhǎng)期駐留生活和月球資源的開發(fā)利用。

嫦娥工程下一步無(wú)人探測(cè)的目標(biāo)是建立月球科研站。

登月關(guān)鍵技術(shù)逐步被突破

林西強(qiáng)副主任在神舟十六號(hào)任務(wù)發(fā)布會(huì)上還表示，我國(guó)將開展月球科學(xué)考察及相關(guān)技術(shù)試驗(yàn)，突破掌握載人地月往返、月面短期駐留、人機(jī)聯(lián)合探測(cè)等關(guān)鍵技術(shù)，完成“登、巡、采、研、回”等多重任務(wù)，形成獨(dú)立自主的載人月球探測(cè)能力。

針對(duì)載人登月這一宏偉目標(biāo)，中國(guó)載人航天工程辦公室在前期關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)及方案論證的基礎(chǔ)上，已經(jīng)全面啟動(dòng)各項(xiàng)研制和建設(shè)工作，包括研制新一代載人運(yùn)載火箭（長(zhǎng)征十號(hào)）、新一代載人飛船、月面著陸器和登月服等飛行產(chǎn)品，以及新建發(fā)射場(chǎng)和相關(guān)測(cè)試發(fā)射設(shè)施設(shè)備等工作。

1、 長(zhǎng)征十號(hào)火箭

運(yùn)載火箭的能力有多大，航天的舞臺(tái)就有多大。為了完成中國(guó)載人登月任務(wù)，必須掌握超大型運(yùn)載火箭技術(shù)，我國(guó)正在研制新一代載人運(yùn)載火箭，它是一種兼顧載人和貨運(yùn)任務(wù)的超大型運(yùn)載火箭，于2018年的第12屆珠海航展上首次正式公開亮相，后來(lái)被正式命名為長(zhǎng)征十號(hào)火箭。

長(zhǎng)征十號(hào)火箭已經(jīng)正式立項(xiàng)，它的總體方案為5米芯一級(jí)并聯(lián)7臺(tái)YF-100K發(fā)動(dòng)機(jī)，第一級(jí)3個(gè)芯級(jí)并聯(lián)裝有21臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，第二級(jí)兩臺(tái)高空型YF-100K發(fā)動(dòng)機(jī)的方案，為了支持載人登月任務(wù)，第三級(jí)將使用三臺(tái)YF-75D液氧液氫發(fā)動(dòng)機(jī)，提供足夠的速度增量。

長(zhǎng)征十號(hào)火箭的近地軌道（LEO）運(yùn)載能力可達(dá)70噸，奔月軌道(LTO)運(yùn)載能力27噸，運(yùn)力和美國(guó)SLS Block1火箭相當(dāng)，它是中國(guó)載人登月的基石。我國(guó)載人登月的任務(wù)規(guī)模和美國(guó)阿波羅載人登月任務(wù)也大致相當(dāng)，根據(jù)目前的方案規(guī)劃，一次載人登月任務(wù)將發(fā)射兩枚長(zhǎng)征十號(hào)火箭，分別將載人飛船和月面登陸器送入奔月軌道，環(huán)月軌道對(duì)接后進(jìn)行登月。長(zhǎng)征十號(hào)火箭繼承了長(zhǎng)征五號(hào)火箭的5米直徑箭體，以及YF-75D發(fā)動(dòng)機(jī)和YF-100發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展而來(lái)的泵后擺YF-100K發(fā)動(dòng)機(jī)，通過(guò)類似“獵鷹重型”火箭的芯級(jí)并聯(lián)方式，實(shí)現(xiàn)了LEO70噸級(jí)/LTO27噸級(jí)的運(yùn)載能力，其總體方案合理，技術(shù)成熟度高，各項(xiàng)研制工作正在有序快速推進(jìn)中，火箭計(jì)劃在2027年前后進(jìn)行首飛。

長(zhǎng)征十號(hào)火箭的第一級(jí)3個(gè)芯級(jí)并聯(lián)裝有21臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)。

2、新一代載人飛船

我國(guó)剛剛發(fā)射了神舟十六號(hào)載人飛船，神舟飛船的可靠性和穩(wěn)定性毋庸置疑，不過(guò)對(duì)于載人登月來(lái)說(shuō)，神舟飛船就力不從心了，尤其是服務(wù)艙提供的機(jī)動(dòng)變軌能力太弱。載人登月需要突破掌握載人地月往返技術(shù)，除了研制新一代載人運(yùn)載火箭，還需要研制滿足登月需求的新一代載人飛船。

根據(jù)官方消息，新一代載人飛船是面向我國(guó)載人航天未來(lái)發(fā)展需求研制的新一代載人天地往返運(yùn)輸飛行器。新一代載人飛船放棄了神舟飛船的三艙構(gòu)型，采用更簡(jiǎn)單的返回艙加服務(wù)艙兩艙構(gòu)型，飛船全長(zhǎng)約9米，最大發(fā)射重量約25噸，其中錐形返回艙重量約7噸，根據(jù)估算服務(wù)艙能提供2200米/秒以上的速度增量，滿足獨(dú)立進(jìn)出環(huán)月軌道的變軌機(jī)動(dòng)需求。新一代載人飛船充分繼承了神舟飛船已有的技術(shù)基礎(chǔ)，又在飛船結(jié)構(gòu)、推進(jìn)、回收、能源、熱控、電子等方面應(yīng)用了大量先進(jìn)技術(shù)，使飛船具備可重復(fù)使用能力，也有更好的人機(jī)交互界面和更大的艙內(nèi)活動(dòng)空間，乘組人員提高到4~7人。

新一代載人飛船繼承成熟可靠的神舟飛船技術(shù)，又應(yīng)用了大量新技術(shù)，整體設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)了高可靠性和高安全性，又通過(guò)重復(fù)使用實(shí)現(xiàn)了低成本。新一代載人飛船還采用模塊化設(shè)計(jì)，統(tǒng)一的返回艙搭配不同的服務(wù)艙模塊，提供相應(yīng)的變軌機(jī)動(dòng)能力，適應(yīng)近地軌道飛行任務(wù)、載人月球探測(cè)任務(wù)，以及更遙遠(yuǎn)的載人小行星或火星探測(cè)等多種類型的載人飛行任務(wù)，是名副其實(shí)的多用途載人飛船。

新一代載人飛船的試驗(yàn)船已經(jīng)發(fā)射成功。

3、地面支持系統(tǒng)

我國(guó)實(shí)施載人登月計(jì)劃不僅需要新一代運(yùn)載火箭和載人飛船，發(fā)射新一代火箭的地面發(fā)射場(chǎng)，以及支持載人登月的測(cè)控、通信和著陸場(chǎng)等設(shè)施也必不可少。

我國(guó)即將在海南文昌發(fā)射場(chǎng)大興土木，為長(zhǎng)征十號(hào)火箭建造新的總裝大樓和發(fā)射工位，以及配套的轉(zhuǎn)運(yùn)發(fā)射平臺(tái)。長(zhǎng)征五號(hào)火箭總長(zhǎng)約57米，發(fā)射重量約880噸，已經(jīng)是一個(gè)龐然大物，而新一代長(zhǎng)征十號(hào)火箭載人運(yùn)載火箭總長(zhǎng)約89米，發(fā)射重量超過(guò)2200噸，起飛推力約2700噸，火箭總體規(guī)模是長(zhǎng)征五號(hào)的兩倍以上，現(xiàn)有發(fā)射長(zhǎng)征五號(hào)的地面發(fā)射設(shè)施無(wú)法直接用于發(fā)射長(zhǎng)征十號(hào)火箭，必須新建性能更強(qiáng)大的發(fā)射工位等配套設(shè)施，新一代載人運(yùn)載火箭還將使用新三垂測(cè)發(fā)模式，簡(jiǎn)化發(fā)射場(chǎng)和發(fā)射區(qū)的支持工作設(shè)施，具備快速發(fā)射能力，滿足未來(lái)載人登月任務(wù)中快速發(fā)射兩枚長(zhǎng)征十號(hào)火箭的需求。

載人登月工程配套的地面設(shè)施除了新的發(fā)射工位，還要為登月任務(wù)更新或新建完善的測(cè)控通信網(wǎng)。自2004年正式實(shí)施嫦娥探月工程以來(lái)，中國(guó)深空測(cè)控系統(tǒng)從無(wú)到有，有力的支持了探月工程“繞落回”三步走的順利實(shí)施，并為首次火星探測(cè)任務(wù)作出重要貢獻(xiàn)。未來(lái)隨著探月工程四期、小行星探測(cè)以及載人登月任務(wù)的實(shí)施，中國(guó)深空測(cè)控系統(tǒng)還將進(jìn)一步發(fā)展壯大，現(xiàn)有三個(gè)深空站新建大型測(cè)控天線，更新后端設(shè)備，完善陣列接收能力，以及應(yīng)用諸如激光通信等大容量通信技術(shù)，保障未來(lái)載人登月任務(wù)的順利實(shí)施和圓滿完成。

月面著陸器是往返于月球表面和月球軌道的運(yùn)輸工具。

4、月面著陸器

載人登月工程任務(wù)中，火箭飛船固然必不可少，但關(guān)鍵一步還是載人落月和返回，這就需要研制載人月面著陸器。今年2月24日舉辦的中國(guó)載人航天工程三十年成就展上，載人航天工程辦公室首次展出了月面著陸器模型，為我們展示了著陸器的設(shè)計(jì)方案。

月面著陸器是往返于月球表面和月球軌道的運(yùn)輸工具。美國(guó)阿波羅計(jì)劃的著陸器是一種包含下降級(jí)和上升級(jí)的二級(jí)結(jié)構(gòu)，而我國(guó)的月面著陸器采用獨(dú)特的推進(jìn)艙加登月艙的總體方案。綜合央視等媒體報(bào)道，中國(guó)載人登月著陸器推進(jìn)艙主動(dòng)力為一臺(tái)80千牛推力的變推力液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，這是一種具備多次啟動(dòng)能力和深度節(jié)流能力的高壓補(bǔ)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，據(jù)稱真空比沖340秒到360秒，具備推力節(jié)流到10%的深度節(jié)流能力。推進(jìn)艙將負(fù)責(zé)地月之間的軌道修正，執(zhí)行近月制動(dòng)減速，還覆蓋了大部分下降段飛行，承擔(dān)著陸過(guò)程所需的絕大部分減速任務(wù)。推進(jìn)艙燃料耗盡后分離，登月艙完成最后階段的著陸，并負(fù)責(zé)后續(xù)月面起飛到環(huán)月對(duì)接的飛行任務(wù)。

我國(guó)月面著陸器方案和美國(guó)阿波羅計(jì)劃以及新世紀(jì)的阿爾忒彌斯計(jì)劃的著陸器都不同，與蘇聯(lián)載人登月著陸器方案非常相似。蘇聯(lián)N1火箭Block D上面級(jí)負(fù)責(zé)地月軌道修正、近月制動(dòng)和大部分下降段飛行，而LK著陸器負(fù)責(zé)最后4千米高度的降落和上升返回月球軌道。雖然蘇聯(lián)N1-L3登月計(jì)劃失敗了，但這種著陸器方案相當(dāng)緊湊，能最大限度利用火箭的運(yùn)載能力，還有利于后續(xù)實(shí)現(xiàn)復(fù)用。我國(guó)選擇這種總體方案有利于降低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，多快好省地完成登月。

月球車可擴(kuò)展航天員在月面的活動(dòng)范圍。

5、航天服和月球車

我們中國(guó)人的載人登月計(jì)劃中，航天員登上月球還要開展人機(jī)聯(lián)合探測(cè)任務(wù)，進(jìn)行較為復(fù)雜的月球科考，對(duì)航天員的月面活動(dòng)能力提出了很高的要求，而月球苛刻的自然環(huán)境，需要為此研制專門的配套設(shè)備，尤其是登月航天服和月球漫游車。

月球表面只是低重力，重力加速度為地面的約1/6，而我國(guó)空間站上使用的飛天二代艙外航天服，重量約100千克，如果直接用于登月就太重了。另外月球表面溫度高溫差大，還有極易吸附上來(lái)的月塵，對(duì)航天員和各種設(shè)備威脅很大，而鋒利的巖石也容易劃傷航天服。為了應(yīng)對(duì)苛刻的月面環(huán)境，載人登月需要研制專門的航天服，需要具備更輕的重量，以及更好的移動(dòng)靈活性，并做好防塵設(shè)計(jì)，避免吸入月塵污染生命支持系統(tǒng)。

美國(guó)阿波羅計(jì)劃6次登月，只有最后3次才帶上了月球車，為了最大限度降低發(fā)射質(zhì)量和占用空間，阿波羅的月球車是一種折疊式的兩座四輪電動(dòng)車，重量只有約210千克，為了適應(yīng)月面嚴(yán)峻的地形和極端的溫度，輪胎還使用手工編織的鋼絲網(wǎng)。載人航天工程三十年成就展上，我國(guó)月面著陸器也將攜帶了四輪月球車，根據(jù)載人航天工程辦公室招標(biāo)信息，2030年前我國(guó)首次登月中，兩名航天員就將駕駛月球車開展科考活動(dòng)，它將具備載人駕乘、月面移動(dòng)、定位支持、安全輔助等功能，為航天員提供移動(dòng)、通信、探測(cè)輔助等保障支持。

有趣的是，根據(jù)2024財(cái)年NASA預(yù)算申請(qǐng)報(bào)告，美國(guó)直到阿爾忒彌斯V任務(wù)中，才會(huì)將一輛LTV月球車送上月球。阿爾忒彌斯V任務(wù)最順利也要等到2029年9月，而我國(guó)首次登月預(yù)定在2030年前，屆時(shí)中美月球車誰(shuí)先登月，還真不好說(shuō)。

結(jié)語(yǔ)

我國(guó)在前期充分的方案論證和技術(shù)預(yù)研的基礎(chǔ)上已啟動(dòng)了載人登月任務(wù)，預(yù)定在2030年前首次登陸月球。載人登月建設(shè)地面支持系統(tǒng)，掌握大運(yùn)力運(yùn)載火箭、載人登月飛船、載人月面著陸器到月面支持設(shè)備等諸多關(guān)鍵技術(shù)，目前這些相關(guān)子系統(tǒng)的研制工作已經(jīng)全面展開推進(jìn)。如果一切順利的話，2030年前我們將看到中國(guó)人首次踏上月球表面，實(shí)現(xiàn)中國(guó)人的千年登月夢(mèng)。