中国公布载人登月初步方案，计划2030年前，把航天员送上月球，开展科学探索，其后将探索建造月球科研试验站。中国载人登月方案有哪些特点？撰文/李鹏 图文编辑/陈永杰
新媒体编辑/张宏伟
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庞之浩（全国空间探测技术首席科学传播专家）
2030年前，中国要把航天员送上月球！最近，中国月球探测工程传出大消息！注意！说的是航天员，不再是探测器和月球车！“我国计划在2030年前实现载人登陆月球开展科学探索，其后将探索建造月球科研试验站，开展系统、连续的月球探测和相关技术试验验证。”不久前，在武汉举办的第九届中国(国际)商业航天高峰论坛上，中国载人航天工程办公室副总设计师张海联介绍了登月的初步方案。据了解，我国载人登月的初步方案是：采用两枚运载火箭分别将月面着陆器和载人飞船送至地月转移轨道，飞船和着陆器在环月轨道交会对接，航天员从飞船进入月面着陆器。其后，月面着陆器将下降着陆于月面预定区域，航天员登上月球开展科学考察与样品采集。在完成既定任务后，航天员将乘坐着陆器上升至环月轨道与飞船交会对接，并携带样品乘坐飞船返回地球。据悉，我们一次会派出3名航天员出征，其中2名登陆月球表面开展科考。▲中国载人登月任务效果图（图片来源/中国载人航天工程办公室）
为何要发射两枚火箭？这种方案的优缺点是什么？还有哪些技术难点需要攻克？方案一经发布，很多人很好奇，我们为何要用两枚运载火箭呢？一次发射不是更好么！相关专家介绍，这与当前我国的火箭设计和制造能力密切相关。据悉，我国准备实施载人登月工程的长征十号新一代载人运载火箭为三级半构型，箭体直径5米，高度约92米，起飞质量约2187吨，起飞推力约2678吨，其近地轨道运载能力70吨，地月转移轨道运载能力约为27吨。但是这样的运载能力无法一次性将新一代载人飞船和月面着陆器一次性送达环月轨道。所以我国就采用了两次发射的方案，先发射重约26吨重的月面着陆器，再发射20余吨重的载人飞船。▲ 在“逐梦寰宇问苍穹——中国载人航天工程三十年成就展”上展出的长征十号运载火箭模型（图片来源/视觉中国）
全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩研究员表示，研制重载运载火箭的难度大、周期长、成本也很高，采用两枚运载火箭的方式，降低了对火箭运载能力的要求，我国就不用等到研制出重载运载火箭再实施载人登月了，这样我国就可以提前实现载人登月的梦想。此外，我国可搭乘3名航天员的新一代载人飞船由逃逸塔、返回舱和服务舱组成，采用模块化设计，适应近地、深空等任务需求。月面着陆器由登月舱和推进舱组成，可将2名航天员送达月面（另1名停留在环月轨道载人飞船中的航天员为2名登月者提供保障服务）。载人月球车重约200公斤，能承载2名航天员。为了保证登月航天员的安全，还必须要研制新的登月服。我国正在研制的登月服采用半硬式构型，单次工作时间不少于8小时，具备支持航天员月面出舱活动所需的作业、行走、攀爬、下蹲、驾车、人机协同等工作能力。如今实施载人登月，尽量进行更多的科学考察和研究是其行动的重要目标，为了推动我国相关研究机构在这个方面的快速跟进，7月17日，中国载人航天工程办公室发布《关于征集载人月球探测工程月面科学载荷方案的公告》。公告中表示，为充分利用飞行任务资源，推动月球探测和科学研究，拟随月面着陆器搭载科学载荷，在月面开展有关科学探测活动，现征集科学载荷方案。此次征集范围包括具有独立法人资格的科研机构、高等院校以及高科技企业等。也就是说，只要自己有兴趣、又有实力，就可以参与到中国载人登月工程的大戏之中。▲中国实现嫦娥三号、四号无人登月飞行任务（图片来源/视觉中国）
据了解，载荷包括无人登月飞行任务科学载荷、载人登月飞行任务科学载荷及月面钻探专项载荷三类。载荷基本要求为：面向月球科学研究前沿，具有较强的前瞻性和创新性。参考方向为月球地质与月球物理、观测与物理研究、空间生命科学，以及月面深部钻探、月面资源利用等。这些载荷会如何开展工作呢？据悉，在嫦娥三号、四号无人登月飞行任务中，由月面着陆器释放分离月球车并自主开展工作。在载人登月飞行任务中，则可在航天员的参与下部署并开展工作。其中，航天员们使用的月球车会是一个关注的焦点，因为在月球表面，航天员乘坐着月球车进行科学考察，可以大幅扩大活动范围，提高工作效率。目前，中国载人航天工程办公室正在向全社会征集载人月球车的研制方案。届时，中国的航天员在月球表面开着载人月球车四处游走探索，那样的场景一定相当拉风！美国的最新载人登月计划叫做阿尔忒弥斯计划（Artemis Program），这是由美国政府资助的一个载人航天项目，原先的目标是在2024年前将一男一女两名宇航员送往月球并返回。此次重返月球，有人将其称作是“阿波罗计划2.0”。由于一些工程进展不是很顺利，这个时间已经被延后了。先说是推迟到2025年，从最新的迹象来看，其发射时间还会再推迟。▲ 美国的阿尔忒弥斯计划在2024年前将一男一女两名宇航员送往月球并返回（图片来源/NASA）
美国国家航空航天局（NASA）的计划是前两次实施两次绕月飞行任务，第一次绕月飞行没有宇航员，第二次有宇航员绕月飞行，然后第三次通过美国太空探索技术公司（SpaceX）开发的“星际飞船”把宇航员送至月球表面。根据计划，他们将在月球南极附近载人登陆月球。与中国不同的，美国依旧采用1枚火箭的发射方式，这就是他们称之为“太空发射系统”的方案。与阿波罗登月任务的“土星5号”火箭相比，“太空发射系统”更短、更窄，但更有力。火箭高98米，推力可达4100吨，超越“土星5号”，其低轨运载能力可达70吨至130吨，为现役运载能力最大的超重型运载火箭。据悉，中国载人登月的着陆方式和美国以前的阿波罗计划载人登月不一样，他们的登月舱是上升级和下降级一起落到月面，而我们为了减少登月舱消耗燃料采用了推进舱减速的方案，等着陆器快到月面时分离掉推进舱，然后让登月舱降落到月面。▲中国载人登月工程包含登月舱、推进舱的着陆器示意图（图片来源/视觉中国）
不管是中国登月方案还是美国登月方案，都是利用各自比较成熟的技术和方案，均有可圈可点之处。不过庞之浩表示，我国载人登月计划用两枚运载火箭发射，月面着陆方式与美国也有所不同，都是根据我国国情的一个创新。美国新的载人登月宇航员着陆方式会有什么变化，目前还没有非常详尽的方案出来。截至目前，全球范围内，仅有美国在上世纪六十年代末和七十年代初曾多次实现载人登月，此后全球未有新的载人登月案例。1969年到1972年12月间，美国共实施了7次载人登月任务，其中有6次均成功，共将12名宇航员送上月球。在这场竞争中美国最终赢了苏联，获得了巨大的荣誉。至今，插在月球静海上那面星条旗，也成了人类征服月球的唯一标志，也就是说美国是到现在唯一一个成功实施过载人登月的国家。中国载人月球探测工程登月阶段总的目标是：2030年前实现中国人首次登陆月球，开展月球科学考察及相关技术试验，突破掌握载人地月往返、月面短期驻留、人机联合探测等关键技术，完成“登、巡、采、研、回”多重任务，形成独立自主的载人月球探测能力。▲中国载人登月任务效果图（图片来源/中国载人航天工程办公室）
其后，中国将探索建造月球科研试验站，开展系统、连续的月球探测和相关技术试验验证，推动载人航天技术由近地走向深空的跨越式发展，深化人类对月球和太阳系起源与演化的认识。 通过载人航天工程（和空间站）的建设，目前我国已经熟练掌握了交会对接技术，并且嫦娥五号任务的实施过程中在世界上首次成功进行了月球轨道的无人交会，通过嫦娥五号的月球采样返回，中国也拿到了从月球返回的“返程票”，实施载人登月工程已经顺理成章。当然，实施载人登月工程时，登月舱从月面返回环月轨道并与新一代载人飞船成功实施对接依旧是最为关键的环节。庞之浩表示，乘坐2名航天员的登月舱比嫦娥五号采样返回的上升器要大很多，也会重很多，其在设计中不仅要推力足够大，并且发动机一定具有冗余备份，虽然目前还不清楚会使用几台发动机，但一定会使用多台发动机确保万无一失。由于登陆时使用了推进舱，登月舱的燃料也足够多，这就能够充分保证登月舱在比较重的情况下也能够飞到环月轨道和飞船对接。庞之浩说，我国载人登月工程的过程中交会对接是“双保险”。一是载人飞船可以和月面着陆器或者返回月球轨道的登月舱自动交会对接；二是航天员也可以在自动交会出现意外时改为手动对接，并且除了登月舱里的2名航天员，环月轨道上载人飞船中的另1名航天员也可以配合实施操作，这进一步降低了载人登月工程的风险。返回月球轨道后，登月舱与载人飞船实施对接，而后2名登陆的航天员从登月舱进入飞船，飞船与登月舱进行分离，然后飞船以接近第二宇宙速度也就是每秒11.2公里的速度返回地球时，就可以通过已经被我国验证充分可行的月地之间“打水漂”式太空返回技术安全返回了。▲据中国载人航天工程办公室消息，7月20日21时40分，经过约8小时的出舱活动，神舟十六号航天员景海鹏、朱杨柱、桂海潮密切协同，在空间站机械臂支持下，圆满完成出舱活动全部既定任务，航天员景海鹏、朱杨柱已安全返回空间站问天实验舱，出舱活动取得圆满成功（图片来源/中国载人航天工程办公室）
据悉，在载人登月之前，中国还将全面推进探月工程四期，包括嫦娥六号、嫦娥七号和嫦娥八号任务。中国探月工程总设计师吴伟仁披露，嫦娥六号将于2024年前后发射，实施首次月背采样返回任务；嫦娥七号将于2026年前后发射，开展月球南极的环境与资源详查，争取能够在月球南极找到水；嫦娥八号将于2028年前后发射，开展月球资源利用试验验证，构建月球科研站基本型。其中，嫦娥八号将与嫦娥七号月面探测器组成月球科研站基本型，包括月球轨道器、着陆器、月球车、飞跃器以及若干科学探测仪器。中国计划以月球为主要基地，建立集数据中继、导航、遥感于一体的月球互联网，对月球上的一些资源和探测器实行有效管理。探月工程四期也将为我国实施载人登月打下更好的基础，相关技术的成熟、可靠性的增加，会为我国的载人登月工程提供更加充分的保障。不管是对中国还是对美国来说，实施载人登月工程都是一个规模异常庞大的系统工程，成千上万的研究机构和企业都会参与其中，这里面也蕴藏着巨大的机遇。针对载人登月这一目标，中国载人航天工程办公室在前期关键技术攻关及方案论证的基础上，已经全面启动部署研制建设工作，包括新一代载人运载火箭（长征十号）、新一代载人飞船、月面着陆器、登月服等飞行产品，新建发射场相关测试发射设施设备等。为了让我国的载人登月工程产生更大的经济效益和社会效益，我国载人登月工程也将采取开放合作的方式。可以预计，一大批新的研究成果和技术将会得到应用，并大力推动我国社会经济的发展。▲中国载人登月初步方案示意图（图片来源/视觉中国）
上个世纪的“阿波罗登月计划”，通过对一些技术的研发和应用，对人类产生了深远的影响，譬如计算机的微小化最终导致了个人电脑和智能手机的出现就是最为杰出的例子之一。我们也期待通过中国的载人登月工程，能够诞生或者推动应用一些对人类影响深远的技术。