阿波罗登月被彻底颠覆,航天科技五院公开设计图纸!刷新认知水平

“这是一个人的一小步,却是人类的一大步”,半个世纪前宇航员阿姆斯特朗踏上月球表面后发表了激情洋溢的演讲,这是人类向多星球物种演变的里程碑事件。那一刻距离人类发射第一颗人造地球卫星不过才十二年,阿波罗11号登月飞船发射当年我们的东方红一号人造卫星还没有上天。

阿波罗-11号飞船由土星五号火箭发射升空

纵观整个阿波罗载人登月工程有6艘飞船总计将12名宇航员送上了月球表面,为什么美国航天可以在极短时间内取得如此惊世骇俗的成绩?

神舟载人飞船总师张柏楠这样说道:当时阿波罗飞船所采用的很多技术非常冒险,如果现在客观的评估的话,据说可靠性的评估到不了50%,非常非常的冒险,很多的结构系数选值非常低,包括我们现在团队在搞的载人登月论证,想用现在的技术设计出阿波罗登月的登月舱也好,飞船也好都非常困难,包括美国重返月球,其实也搞了很长时间难度依然很大

神舟载人飞船总师张柏楠

这是4年前张柏楠总师在首个航天日活动中的访谈记录,在这4年时间里我国航天不再临渊羡鱼,而是退而结网。服务载人登月工程的新一代载人飞船试验船再有一个多月就要在海南文昌航天发射场由长征5号B遥一运载火箭发射升空,这是一艘由返回舱与推进舱组成的两舱结构飞船,发射质量21.6吨,相当于阿波罗载人登月飞船的指令舱与服务舱规模,但技术指标比后者更加先进,可以最多搭载6名航天员,阿波罗飞船则是3名。

新一代载人飞船只能保障将航天员送往环绕月球运行的轨道,而要想完成从环月轨道到月面的转移就需要“载人登月器”。

新一代载人飞船

重型运载火箭、高轨道空间交会对接、长航时空间飞行、近第二宇宙速度再入大气层等等,载人登月有诸多技术难关需要攻克,而载人登月器则是工程成败的核心要素。

阿波罗飞船登月器采用两舱结构,由下降级与上升级两部分组成,下降级负责减速制动进入落月航线,以及落月缓冲软着陆,主动力是一部44.4千牛变推力发动机。

阿波罗11号登月器

上升级是一个封闭式舱体,航天员乘坐其中,降落月面后上升级舱门打开,宇航员攀爬舷梯踏上月球表面展开工作,完成月面工作后航天员返回上升级,尔后上升级15.6千牛发动机点火起飞进入环月轨道与环月飞船对接,航天员进入返回舱返回地球,下降级则留在月球表面成为登月遗迹,上升级最终也将坠落月面成为一堆残骸。

阿波罗登月器安全冗余配置极少,因此造成了极大的安全风险,阿波罗11号如果不是宇航员及时响应,登月舱将直接撞击月面。

上升级与下降级分离上升,尔后对接返回舱

时隔将近半个世纪,大洋彼岸现正在推进阿尔忒弥斯载人重返月球计划,然而现如今他们不可能再使用阿波罗登月的冒险方案,加上近半个世纪没有实施过任何一次月面软着陆行动,以至于重返月球之路走得极为艰难。

载人登月也始终是我国航天技术发展的远大目标之一,通过实施载人航天工程,我们陆续掌握了包括载人天地往返、多人多天、出舱行走、空间交会对接、航天员中期驻留等一系列全套载人航天技术;又通过嫦娥探月工程掌握了地月转移轨道飞行、环月飞行、月面软着陆、月地转移轨道近第二宇宙速度再入返回地球、复杂月背地形软着陆等一系列全套登月技术。

天宫二号空间实验室

两大工程目前都已经进入最后攻关阶段,空间站核心舱天和号将于明年发射入轨、代表人类最先进登月控制技术的嫦娥五号月球采样飞船也将于今年10月奔向月球。两大航天工程会师月球的日子已经越来越近,而会师的成果毫无疑问就是载人登月

随着新一代载人飞船试验船的亮相,没有人再质疑我们是否在推进载人登月工程,因为已经实锤落地。嫦娥探月总师吴伟仁去年年初更是明确表示,未来10年左右中国人的足迹将踏上月球表面。

嫦娥四号着陆月球背面

我国实施载人登月工程有着更为突出的后发技术优势,都知道嫦娥四号是人类第一艘降落月球背面的航天器,而它的现实意义却不仅限于此。该探测器着陆区地形异常复杂,意味着我们已经掌握复杂月面地形着陆能力,为最终实现全月面到达任务能力夯实了基础。

之所以能在复杂月面软着陆得益于基于导航惯性测量单元、激光测距、微波测距、光学成像、激光三维成像等传感器糅合而成的机器视觉系统,该系统也使我国月面软着陆控制能力达到世界领先水平,而这一切也必将服务于后续载人登月工程。

嫦娥四号落月前影像

我国启动载人登月器项目的时间远远早于大洋彼岸的阿尔忒弥斯计划,早在2018年载人航天办公室就向全社会科研单位公开征集载人登月器设计方案。作为载人航天工程研发中心航天科技集团空间技术研究院自然是当仁不让,在方案征集当年该院就申请了一项载人登月器方案专利,通过观察这款新型载人登月器的设计,可以从中感受中国航天人的脑洞大开与赶超劲头。

空间技术研究院登月器设计方案

新型登月器单次登月人数相较于阿波罗飞船由2人翻番为4人,可重复登月使用是其重大工程技术创新。

新型登月器由阿波罗飞船的二级升级为三级(减速、着陆级、上升级),减速级在减速制动进入落月轨道后被抛掉,尔后由上升级提供动力继续减速落月,航天员完成月面任务后再由上升级带上着陆级一并返回环月轨道。

“敞篷车”式登月

更令人惊诧的是,新型登月器上升级不是密封舱,航天员只需依靠舱外航天服和脐带维持,就好比是坐着“敞篷车”登月。优势是大大降低登月器重量,登月航天员人数翻番,着陆级仅提供月面着陆起飞支撑与携带工作设备功能。

新型登月器之所以设计为“敞篷车”构型,是对其功能用途的精准定位,登月器只负责在数小时时间内完成月面与环月轨道往返,它仅仅是一个交通工具,月面长期驻留可以发射部署一个月面科研生活舱或者月球基地。

921新一代重型载人火箭

重复使用功能更是大幅度降低了运营投入,别看一艘登月器重量也就是25吨,要知道它的背后是一枚921新一代重型载人火箭的生产与发射动辄十几亿人民币成本。重复使用也是我国载人登月工程完全迥异于阿波罗工程的到此一游式登月,是着眼长远的可持续发展模式。

着眼整个地月空间,我国接下来将采用人机协同方式探索开发月球,嫦娥五号、嫦娥六号进一步验证登月返回技术,嫦娥七号更是大规模机器人探月组合拳,该飞船由中继星、飞跃探测器、勘察巡视器、着陆器、轨道器五大部分组成,将在月球构建天地一体协同探测网。紧随其后的嫦娥八号还将验证月壤3D打印盖房子技术,为航天员长驻月球打基础。

嫦娥七号

载人登月工程也将与嫦娥七号、八号乃至后续机器人探月项目同步实施,一幅波澜壮阔的开发月球、建设月球的21世纪图景已经展现在我们面前,前景可期,而我们已经在路上。

前文所述的新型载人登月器也只是众多设计方案中的一种,窥一斑而见全豹勤劳智慧的华夏文明一定可以为人类开辟更多征战宇宙的新路径。

统筹地月空间

有人说既然阿波罗工程已经代表人类首先登月,为什么我们还要去月球?要知道,偌大的月球岂是12名宇航员的到此一游就能完成探索,真正探索开发月球还需要人类持之以恒数百年乃至上千年的不断发力,而这种千年大计也是我们的长项,君不见前后两千余年建成横亘在亚洲大陆的万里长城,还有历经两千余年至今受用的京杭大运河、都江堰。

人类文明是浩瀚宇宙中的一粒尘埃,如果想要这粒尘埃发光发热并迈向更加无尽的未来,华夏文明的贡献将是至关重要。