1969年7月20日，人類第一次踏上地球以外的天體月球，喊出了“我的一小步，是人類的一大步”這句名言。之后每年的7月20日被命名為“人類月球日”，以紀(jì)念這次人類歷史上的壯舉。2022年底，美國(guó)“阿爾忒彌斯計(jì)劃”完成第一階段測(cè)試任務(wù)；中國(guó)也在今年5月29日官宣“計(jì)劃在2030年前實(shí)現(xiàn)中國(guó)人首次登陸月球”……重返月球的大幕，徐徐拉啟。

時(shí)隔50余年，誰(shuí)會(huì)是下一個(gè)登上月球的人？為什么如此燒錢各國(guó)還是搶著登月？當(dāng)下航天產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展現(xiàn)狀如何？澎湃號(hào)·湃客科技特約優(yōu)質(zhì)創(chuàng)作者，推出《飛向月球》專題，帶你向月球發(fā)起探索。

本文為 澎湃號(hào)·湃客科技 × 果殼Guokr 聯(lián)合出品

作者 | Steed（果殼主筆，天文航天領(lǐng)域科普達(dá)人）

編輯 | Steed

系列策劃 | 王恒婷 許珈

月球某處，寂靜無聲。遠(yuǎn)處灰白色的月丘上方，蔚藍(lán)色的地球低懸于漆黑的天空。

兩名航天員緩步走下著陸器，在滿是細(xì)膩月塵的月面上踩出清晰的腳印。插在月面上的五星紅旗，在刺眼陽(yáng)光的照耀下格外鮮艷。

中國(guó)載人登月任務(wù)效果圖 | 中國(guó)載人航天工程辦公室

這一暢想中的場(chǎng)景，有可能會(huì)在7年內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

中國(guó)載人航天工程辦公室披露，中國(guó)載人月球探測(cè)工程的登月階段任務(wù)已經(jīng)啟動(dòng)實(shí)施，總目標(biāo)是：2030年前實(shí)現(xiàn)中國(guó)人首次登陸月球，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)。

通過這一工程，中國(guó)有望成為世界上少數(shù)能夠獨(dú)立進(jìn)行載人月球探測(cè)的國(guó)家。

這將是中國(guó)航天史上的一次重大突破，也將是人類探索月球的重要里程碑。

送航天員登月，分幾步？

7月12日，在武漢舉辦的第九屆中國(guó)（國(guó)際）商業(yè)航天高峰論壇上，中國(guó)載人航天工程副總設(shè)計(jì)師張海聯(lián)介紹了中國(guó)載人登月的初步方案。

中國(guó)載人登月初步方式示意圖 | 錢江晚報(bào)

第一步：發(fā)射兩枚運(yùn)載火箭，把月面著陸器和載人飛船分別送往地月轉(zhuǎn)移軌道；各自抵達(dá)環(huán)繞月球的軌道之后，載人飛船與著陸器交會(huì)對(duì)接；航天員從載人飛船進(jìn)入月面著陸器中。

第二步：月面著陸器與飛船分離后，下降著陸于月面預(yù)定區(qū)域；航天員踏上月球，開展科學(xué)考察與樣品采集活動(dòng)。

第三步：完成月面既定任務(wù)后，航天員乘坐著陸器上升至環(huán)月軌道，再次與載人飛船對(duì)接；航天員攜帶月球樣品等轉(zhuǎn)移至飛船，與著陸器分離，進(jìn)行月地轉(zhuǎn)移返回地球。

為了實(shí)現(xiàn)中國(guó)人的首次載人登月，科研人員正在研制長(zhǎng)征十號(hào)運(yùn)載火箭、新一代載人飛船、月面著陸器、登月服和載人月球車等任務(wù)關(guān)鍵裝備。

三個(gè)“胖五”那么粗

為了將月面著陸器和載人飛船送入地月轉(zhuǎn)移軌道，我們需要運(yùn)載能力更大的火箭，也就是目前正在研制的長(zhǎng)征十號(hào)，又被稱為新一代載人運(yùn)載火箭。

新一代載人火箭1:10模型 | Shujianyang

別看長(zhǎng)征十號(hào)火箭身材高挑，它的“腰圍”實(shí)際上跟“胖五”（即現(xiàn)役中國(guó)推力最大的長(zhǎng)征五號(hào)火箭）一樣，都達(dá)到了5米。另外，它捆綁的助推級(jí)直徑也是5米。

所以，長(zhǎng)征十號(hào)實(shí)際上有三個(gè)“胖五”那么粗！

長(zhǎng)征十號(hào)運(yùn)載火箭簡(jiǎn)介 | CMS

長(zhǎng)征十號(hào)運(yùn)載火箭使用液氧和煤油作為推進(jìn)劑，相比于長(zhǎng)征五號(hào)使用的液氫液氧，具有密度高、成本低、儲(chǔ)存簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

長(zhǎng)征十號(hào)運(yùn)載火箭的基本型由助推器、芯一級(jí)、芯二級(jí)、芯三級(jí)、逃逸塔及整流罩組成，共有三級(jí)半。

其中，助推器和芯一級(jí)將各安裝7臺(tái)YF-100K火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，芯二級(jí)將安裝2臺(tái)YF-100M發(fā)動(dòng)機(jī)，芯三級(jí)則安裝3臺(tái)YF-75E發(fā)動(dòng)機(jī)。

這種構(gòu)型的長(zhǎng)征十號(hào)火箭高約92米，起飛質(zhì)量約2200噸，近地軌道運(yùn)載能力約70噸，奔月軌道的運(yùn)載能力為27噸，比長(zhǎng)征五號(hào)提高了3倍還多。

長(zhǎng)征十號(hào)火箭的兩種構(gòu)型 | 中國(guó)航天

此外，長(zhǎng)征十號(hào)還有另外一種無助推的構(gòu)型，一級(jí)火箭將按照可重復(fù)使用進(jìn)行設(shè)計(jì)，執(zhí)行中國(guó)空間站航天員及貨物運(yùn)輸任務(wù)，從而優(yōu)化空間站運(yùn)營(yíng)階段的運(yùn)營(yíng)成本。

長(zhǎng)征十號(hào)運(yùn)載火箭在首次執(zhí)行載人任務(wù)之前，會(huì)經(jīng)過幾次無人飛行的驗(yàn)證，預(yù)計(jì)在2027年具備首飛條件。

來源：央視新聞

比神舟飛船大一圈

與長(zhǎng)征十號(hào)火箭配合，把航天員送上太空的，將是新一代載人飛船。

新一代載人飛船全長(zhǎng)8.8米，發(fā)射質(zhì)量21.6噸，生活空間13立方米，具備高安全、高可靠、模塊化、多任務(wù)、可重復(fù)使用等特點(diǎn)，可將3名航天員送往月球軌道，往返近地軌道則可乘坐4-7名航天員。

新一代載人飛船模型，上半部分為返回艙，下半部分為服務(wù)艙 | Shujianyang

與現(xiàn)役的神舟載人飛船的三艙結(jié)構(gòu)不同，新一代載人飛船采用了兩艙結(jié)構(gòu)，由返回艙和服務(wù)艙構(gòu)成。

返回艙是航天員的座艙和控制中樞，為乘員或有效載荷提供生存環(huán)境和保護(hù)屏障，是飛船上能夠安全返回地面的部分。按照設(shè)計(jì)，新一代載人飛船的返回艙可以重復(fù)使用。

返回艙采用圓錐形設(shè)計(jì)，外殼由復(fù)合材料制成，內(nèi)部設(shè)有乘員座椅、控制臺(tái)、生命保障系統(tǒng)等設(shè)備。它具有高速再入大氣層和高溫防護(hù)能力，可以承受3000攝氏度以上的溫度。在著陸前會(huì)彈出3個(gè)降落傘，并利用氣囊緩沖著陸沖擊。

服務(wù)艙則是為返回艙提供動(dòng)力、姿態(tài)控制、通信等支持服務(wù)的部分，根據(jù)不同任務(wù)需求可以更換不同類型和尺寸的服務(wù)艙，來適應(yīng)近地空間和月球探測(cè)任務(wù)。服務(wù)艙在完成任務(wù)后會(huì)與返回艙分離，并在大氣層中燒毀。

發(fā)射階段，新一代載人飛船還將配備逃逸塔。一旦火箭出現(xiàn)故障，逃逸塔可以快速點(diǎn)火，把返回艙及時(shí)帶離故障火箭，保證航天員的安全。

新一代載人飛船簡(jiǎn)介 | CMS

新一代載人飛船已經(jīng)完成了兩次技術(shù)驗(yàn)證任務(wù)，分別是2016年的多用途飛船縮比返回艙試驗(yàn)和2020年的新一代載人飛船試驗(yàn)船試驗(yàn)。

這兩次試驗(yàn)都成功實(shí)現(xiàn)了天地往返、高軌道機(jī)動(dòng)飛行以及高速再入大氣層試驗(yàn)，驗(yàn)證了新一代載人飛船的關(guān)鍵技術(shù)和性能。

2020年返回地面的新一代載人飛船試驗(yàn)船返回艙 | 中國(guó)航天報(bào)

未來，新一代載人飛船還將進(jìn)行更多的試驗(yàn)和改進(jìn)，以期早日實(shí)現(xiàn)載人飛行。

往返月面，以及月球飆車

當(dāng)新一代載人飛船抵達(dá)環(huán)繞月球的軌道之后，負(fù)責(zé)運(yùn)送航天員往返月面的，將是另一枚長(zhǎng)征十號(hào)發(fā)射至此的月面著陸器。

正在研制中的月面著陸器，重約26噸，由登月艙和推進(jìn)艙組成，主要負(fù)責(zé)把航天員從環(huán)月軌道下降著陸月面并返回環(huán)月軌道。

月面著陸器模型，上半部分為登月艙，下半部分為推進(jìn)艙 | Shujianyang 

其中，推進(jìn)艙是為了實(shí)現(xiàn)從環(huán)月軌道到月面的下降過程而設(shè)計(jì)的部分，主要由一臺(tái)8噸級(jí)常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)（YF-58）和一甲基肼/四氧化二氮推進(jìn)劑系統(tǒng)組成。

推進(jìn)艙不僅是近月制動(dòng)軌道控制的動(dòng)力艙段，在登月下降過程中也將承擔(dān)動(dòng)力減速任務(wù)，在距離月面較近處才會(huì)與登月艙分離，盡可能為后者節(jié)省燃料。

月面著陸器簡(jiǎn)介 | CMS

登月艙是為了實(shí)現(xiàn)從月面到環(huán)月軌道的上升過程以及在月面進(jìn)行駐留和探測(cè)而設(shè)計(jì)的部分，安裝有4臺(tái)改進(jìn)型7500N變推力發(fā)動(dòng)機(jī)（YF-36），具備一定的動(dòng)力冗余功能來保證航天員的安全，也具有自主控制飛行能力。

登月艙是航天員的座艙，可以攜帶月球車和少量的科學(xué)載荷，并將兩名航天員送達(dá)月面。航天員登陸月球后，登月艙也將成為他們的月面生活中心、能源中心以及數(shù)據(jù)中心。

月球車概念圖 | CMS

其中，載人月球車重約200公斤，可以支持兩名航天員乘坐，在著陸地點(diǎn)周邊約10公里范圍內(nèi)，開展月球采樣以及相應(yīng)的月面實(shí)驗(yàn)。目前，載人月球車研制方案正面向全社會(huì)公開征集。

正在研制的登月服則采用半硬式構(gòu)型，單次工作時(shí)間不少于8小時(shí)，具備支持航天員月面出艙活動(dòng)所需的作業(yè)、行走、攀爬、下蹲、駕車、人機(jī)協(xié)同等工作能力。

完成月面任務(wù)之后，航天員以及他們采集的月球樣本，將乘坐登月艙從月面點(diǎn)火起飛，返回環(huán)繞月球的軌道，與在那里待命的新一代載人飛船交會(huì)對(duì)接。

之后，航天員攜帶月面樣品乘坐新一代載人飛船返回地球，完成中國(guó)首次載人登月任務(wù)。

中國(guó)探月工程總設(shè)計(jì)師吳偉仁談?shì)d人登月 | 央視新聞

嫦娥四期，打造國(guó)際月球科研站

除了在2030年前完成中國(guó)載人登月任務(wù)以外，已經(jīng)步入四期的嫦娥探月工程也在同步推進(jìn)，將對(duì)月球南極展開綜合探測(cè)，為此后多國(guó)一同建立月球科研基地驗(yàn)證部分技術(shù)。

來源：央視新聞

嫦娥六號(hào)任務(wù)將于2024年5月發(fā)射，將從月球南極附近采集大約2公斤的月壤樣本返回地球。

嫦娥七號(hào)任務(wù)計(jì)劃于2026年前后發(fā)射，由著陸器、飛躍器、中繼星組成，將對(duì)月球南極的環(huán)境與資源展開綜合探測(cè)。

嫦娥八號(hào)任務(wù)計(jì)劃于2028年前后發(fā)射，由著陸器、飛躍器、巡視器和月面作業(yè)機(jī)器人組成，著陸在嫦娥七號(hào)附近，并與其構(gòu)成月球科研站基本型，驗(yàn)證月球原位資源利用技術(shù)。

國(guó)際月球科學(xué)站概念圖 | CNSA

在此基礎(chǔ)之上，中國(guó)將牽頭打造國(guó)際月球科研站。目前，俄羅斯、巴基斯坦、阿聯(lián)酋和亞太空間合作組織等已簽約加入國(guó)際月球科研站，還有十余個(gè)國(guó)家和組織正在協(xié)議談判中。

最終的目標(biāo)，是要在本世紀(jì)40年代建成實(shí)用的多功能月球基地，具備進(jìn)行長(zhǎng)期載人月球探測(cè)活動(dòng)的能力，并驗(yàn)證載人火星探測(cè)任務(wù)的技術(shù)和能力。

嫦娥五號(hào)著陸器在月球背面展開的五星紅旗（實(shí)拍） | CNSA/CLEP

回到本文開頭，兩名中國(guó)航天員在月面豎起五星紅旗的場(chǎng)景，將不再是遙不可及的夢(mèng)想。我們有可能在7年內(nèi)，親眼見證這一歷史性的時(shí)刻。

而這，只是中國(guó)載人深空探索的開始。

載人登月任務(wù)將推動(dòng)中國(guó)的載人航天技術(shù)實(shí)現(xiàn)由近地走向深空的跨越式發(fā)展。這意味著中國(guó)的載人航天技術(shù)將從主要針對(duì)近地軌道的活動(dòng)，發(fā)展到能夠進(jìn)行更遠(yuǎn)距離的太空探索。

在接下來的20年里，我們將看到中國(guó)牽頭在月球上建立實(shí)用的多功能月球基地，展開長(zhǎng)期載人月球探測(cè)，并驗(yàn)證載人火星探測(cè)任務(wù)的技術(shù)和能力，為未來的火星探測(cè)任務(wù)做好準(zhǔn)備。

這是一個(gè)充滿挑戰(zhàn)和機(jī)遇的新時(shí)代，中國(guó)正在向更深的宇宙進(jìn)發(fā)。

這一次，我們的目標(biāo)，真的是星辰大海！

封面圖來源：圖蟲創(chuàng)意

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