中國載人登月初步方案公布 2030年前實現載人登月科學探索
飛奔到月球
2月24日，“逐夢寰宇問蒼穹——中國載人航天工程30年成就展”。首次展出月面著陸器與新一代載人飛船。新京報記者 浦峰 攝
2023中國商業航天發展大會暨第二屆中關村商業航天大會。新京報記者 陶冉 攝
在地球上，我們見到的是1.28秒前的月亮。
384400公里，這是地球到月球的漫長旅程，一道光走完它需要1.28秒。以人類現有的交通工具計算，坐高鐵需要約45天，坐民航飛機需要約20天。
7月12日，在武漢舉辦的第九屆中國(國際)商業航天高峰論壇上，中國載人航天工程副總設計師張海聯介紹了中國載人登月的初步方案，表示將研發新一代火箭、飛船、月面著陸器、登月服等裝備，在2030年前實現載人登月科學探索。
于是，對中國人來說，地月通勤出現了一個新的選擇：坐飛船需要約三天。
1972年12月11日，美國阿波羅17號在月球金牛座利特洛峽谷降落，這是人類歷史至今的最后一次載人登月。到今天，月球上已有51年未現人類蹤跡。
不論是嫦娥奔月或“舉杯邀明月”的盛情，又或是在甘肅敦煌的月球車沙漠試驗場旁，石碑上篆刻的、意為“為月亮駕車的女神”的“望舒”二字——中國人的奔月愿望是悠久的。
現在，這個愿望或許快要實現了。
計劃發兩趟“星際快車”
為了把人送到月球，我國計劃發起兩趟“星際快車”，即發射兩枚分別載有飛船和月面著陸器的運載火箭。
國際宇航聯空間運輸委員會副主席楊宇光介紹，運載火箭要進入距地球200公里左右的低軌道，在這里，火箭將以7.8公里每秒的速度環繞飛行。而后，瞅準方向與時機，火箭會加速至11公里每秒，進入地月轉移軌道——業界將其比作通往月球的“高速公路”。在“公路”的入口，火箭完成了它的使命，與奔月的飛行器分離。
剩下的旅程中，及時調整飛行器的姿態、朝向、速度都是必要的。這被稱為“中途修正”，由地面控制中心與飛行器配合完成，“一天86400秒，每秒哪怕只誤差一米，三天也會誤差幾百公里。”楊宇光解釋。
約兩天后，飛行器接近“高速公路”的終點，就要踩下剎車——專業的說法是“近月制動”，最終降速至約1700米每秒。這個速度允許它被月球引力捕獲，開始在環月軌道繞行。
公認最難的一步到來了。環月軌道上，分批到達的月面著陸器與飛船將交會對接，宇航員們從飛船“換乘”進入前者。
未來，中國新一代載人飛行器在環月軌道上對接成功后，一名宇航員留守飛船，兩名宇航員轉移至月面著陸器。全新的冒險將拉開帷幕：月面著陸器會與飛船分離，制動減速，在月球引力的作用下降落。月球表面會印上中國人的腳印。
中國國家航天局相關人員曾向媒體表示，月球軌道交會對接受制于月地返回窗口、熱控、能源等約束，必須在規定時間內一次完成。
機會只有一次。“從地球到月球時還好，一次對接不上，大不了宇航員們再坐著飛船回地球。但從月球考察完畢，乘坐月面著陸器回到環月軌道后，對接不上，月面著陸器里的宇航員不能返回飛船，也就不能返回地球。”楊宇光分析，比起去程，返程的月球軌道對接更具風險。
然而，在38萬公里以外的月球附近，人類衛星的信號相當衰弱，這意味著，我們最熟知的衛星導航是不可用的。楊宇光說，利用地基測控測量飛行器軌道是常用法，精確度在公里至百米間；隨著飛船與月面著陸器越發靠近，雷達、激光等相對導航技術將得到應用，精度優于米級。
值得欣慰的是，我國的環月軌道對接已基本實現自主控制，安全性高，“五十多年前，美國阿波羅11號的登月艙上升段與指令艙在環月軌道上實施的是手動對接。而我們今天的自動對接，只有出現問題時，宇航員才需要介入調整。手動，成了一種備選方案。”
據新華社報道，2020年12月6日，無人探測器嫦娥五號的上升器成功與軌道器、返回器在環月軌道上交會對接。這是我國航天器首次實現環月軌道交會對接，也是人類第一次在環月軌道上做無人交會對接。
向月球靠近的這些年
載人奔月有幾種方法？
楊宇光介紹，國際通識的方法有三種。首先是“直接登月法”，即飛船搭乘運載火箭進入地球軌道后，加速奔向月球，并直接降落在月球表面。第二種方式是“地球軌道交會對接法”，即多次發射火箭，將各飛行器在地球軌道上組裝成一艘大型飛船，而后一同飛向月球。
第三種方法，也是中、美兩國目前使用的方法，是“月球軌道交會對接法”，即飛船與登月艙經兩次火箭運載發射后，在環月軌道上進行交會對接。
奔向38萬公里外的月球，飛行器需要很高的推進能力和變軌能力。楊宇光舉例，飛行器從環月軌道落到月表，需要具備約2200米每秒的速度改變能力；從月表回到環月軌道，需要1900米每秒的速度改變能力；回地球的過程中，要實現近地制動，也需至少幾百米每秒的速度改變能力。
就好像變速跑總是比勻速跑累人，長途變速跑更甚。
“‘直接登月法’中，全程所需的變速能力、推進能量疊加在一起，都由一個飛行器的推進系統來實現。在目前已實現的載人登月中，還沒有使用這個方法的。”楊宇光說，同樣的，“地球軌道交會對接法”仍然對飛行器性能有極高要求，因此也未被采用。
“月球軌道交會對接法”則是一場接力跑——飛船只在環月軌道運行，負責往返地球與月球的載人任務；月面著陸器則只負責環月軌道與月表之間的路程。
“兩個飛行器各司其職，把各自的任務規模縮到最小。”楊宇光稱，這是最經濟適用的登月方法，美國上世紀的阿波羅載人登月計劃及當下的阿爾忒彌斯載人登月計劃，也都使用這個方法。
時間回到上世紀，冷戰的持續，催發了蘇聯與美國的太空競賽。離我們最近的月球，也成為了競賽的主戰場。1959年9月14日，蘇聯成功發射第一顆撞月衛星“月球二號”。1961年5月25日，時任美國總統肯尼迪發表登月演說，宣布將在六十年代結束前完成載人登月。1969年7月21日，阿波羅11號成功著陸月球。此后，截至1972年12月，美國又相繼6次發射“阿波羅”飛船，其中5次成功，總共有12名航天員登上月球。
1978年，時任美國總統卡特的安全事務顧問布熱津斯基訪華，向中國領導人贈送了一塊指尖大小的月球巖石樣品。負責研究樣品的天體化學家歐陽自遠后來向媒體回憶，那是一塊被裝在有機玻璃里的、只有1克重的小石頭。
正是這塊黃豆大小的石頭，吸引來首批中國科學家對月球進行研究。
1994年，我國科學界提出了探月構想。2004年，歐陽自遠與孫家棟等人完成了《中國首次月球探測立項報告》。根據中國國家航天局官網，當年1月23日，我國首次月球探測工程正式立項實施。這就是后來廣為人知的“嫦娥工程”，時任國家航天局副局長孫來燕向媒體介紹，該工程將分“繞”“落”“回”三個階段。即實現繞月飛行、月面軟著陸、攜帶月球采樣返回地球。
2007年10月24日，中國首顆探月衛星嫦娥一號發射成功。繞月探測飛行482天后，嫦娥一號在2008年3月1日撞擊月球，結束任務。
后續發射的嫦娥二至四號，分別實現了月球軟著陸、月球表面探測、月球樣品返回、月球背面登陸等目標。
2020年12月17日凌晨，嫦娥五號返回器攜帶月球樣品降落在內蒙古四子王旗著陸場。國家航天局專家向媒體表示，這意味著我國探月工程“繞”“落”“回”三個階段畫上了圓滿句號；同時，未來載人登月與深空探測所需人才、技術和物質基礎也得到了積累。
2023年5月29日，中國載人航天工程辦公室副主任林西強在新聞發布會上宣布，我國載人月球探測工程登月階段任務已啟動實施，計劃在2030年前實現中國人首次登陸月球。
繼承與創新中誕生新計劃
1959年9月14日，在月球的雨海凋沼地區，蘇聯“月球二號”無人探測器完成硬著陸，成為擊中月球的第一個地球物體。
半個世紀以后，在雨海的西北部邊界，嫦娥三號在虹灣地區完成軟著陸。隨之而來的嫦娥四號、五號，分別在馮·卡門撞擊坑、呂姆克山脈完成降落。
中國載人登月計劃的月球登陸選址尚未公布。“可以肯定的是，為了最大化科學價值，一定不會選擇其他國家已經著陸過的點。月球很大，表面積3800萬平方公里，可以選擇的地方很多。”楊宇光分析。
“為什么我們敢說2030年能登月？因為我們有大量成熟的技術保底。”在他的描述中，新計劃是在繼承與創新中誕生的。
比方說，計劃中將應用的“長征十號”火箭，繼承了“長征五號”的5米直徑規格，“直徑相同，就可以沿用以前的工藝設備，這保證了技術的成熟度。”然而，“長征五號”是二級火箭，“長征十號”是三級火箭；一子級的發動機數量也從2臺提升到了7臺，“長征十號”的地月轉移軌道運載能力不小于27噸，是“長征五號”的三倍還多。
這在世界范圍內也是名列前茅的。歷史上，美國曾造出擁有45噸地月轉移軌道運載能力的“土星五號”火箭，能夠一次性將飛船與登月艙送入地月轉移軌道，“這是當時的政治因素驅動的，現在的NASA也難以承擔再造一個‘土星五號’的昂貴代價。”楊宇光說，美國現有的太空發射系統(SLS)的地月轉移軌道運載能力同樣在27噸左右，要實現載人登月，同樣至少需要兩次發射。
新一代飛船的變化也不小。阿波羅號的登月艙分為上升級和下降級，降落月表后，下降級即被拋棄，只充作上升級升空時的發射臺。而我國新一代月面著陸器由登月艙和推進艙組成，楊宇光說，按照設計，接近月表時，推進艙的推進劑耗盡，即與登月艙分離，“剩下的高度，由登月艙來制動降落。”待登月艙重返月球軌道時，無需發射臺，直接升空。
同樣是國產飛船，神舟六號飛船約重8噸，其中推進劑占不到2噸。而新一代飛船的總重量大約26噸，“其中大約一半都是推進劑，”楊宇光說，“這也是登月飛船和近地軌道飛船的最大區別。”
登月服的設計還未公布。楊宇光分析，月表之上，漂浮著大量細小而尖銳的月塵，它帶有靜電與腐蝕性，“一旦吸入肺或是進入航天服，都會非常危險。”月球的輻射是地球表面的200倍，極端溫差更是達到310攝氏度——在登月服設計中，這些是必要杜絕的環境影響。
其次，衣服不能太重，“月球表面的重力達地球表面的六分之一，屬于低重力環境，但平常空間站使用的航天服是微重力環境。在低重力環境，人背負幾十甚至上百公斤的衣服活動，是很吃力的。”據悉，阿波羅計劃的登月服重約82公斤。
瓶頸當然是有的。“比方說，三級火箭比二級細長，箭體越長，剛度就越差。在建造時，我們怎么保證火箭殼體足夠輕又足夠剛硬？再比如，過去嫦娥五號返回艙只有300公斤，它以11公里每秒的速度穿過大氣層返回地球，這個技術我們已經驗證了；但是新一代飛船的返回艙估計有7噸左右，這么大的返回艙進入大氣層，防熱是否做得到位？這還沒有驗證過……”
但楊宇光是有信心的：回頭看，美蘇太空爭霸時，迸發出了一些“冒險也要把人送上去”的時刻；相較之，中國的載人登月計劃給他“不冒進”的感受，“比方說，阿波羅號的登月艙只有一臺發動機，咱們的月面著陸器有四臺。在特定情況下，即使一臺壞了，其余的發動機也可以繼續完成工作——我們有很多類似的托底方案，對人的生命安全的重視，是比上世紀的登月計劃要強很多的。”
實際上，包括美國、俄羅斯、印度、日本、韓國在內的各國，都在近年推動登月計劃。登月熱在全球蔓延。
據媒體報道，2017年，時任美國總統唐納德·特朗普簽署《1號太空政策指令》，正式批準阿爾忒彌斯計劃。其中，“阿爾忒彌斯-1”無人繞月飛行測試已順利完成。美國宇航局計劃于2024年底完成“阿爾忒彌斯-2”載人繞月任務，下一個等待被啟動的是“阿爾忒彌斯-3”，即實現人類重返月球、探索月球南極——根據NASA官網，這個任務計劃在2025年完成。
2018年11月6日，據俄羅斯衛星網報道，俄羅斯計劃在月球上建造一個可供人類訪問的長期基地，并借助人形機器人(robot avatar)研究月球。
日本則計劃今年發射“小型月球探測著陸器”。這是日本首次月球表面探測任務。日本宇宙航空研究開發機構負責人介紹，該技術是下一代月球探測的必備技術。
今年7月14日，印度成功發射“月船3號”月球探測器。預計8月23日17時47分(印度時間)在月球表面著陸。8月11日，俄羅斯發射“月球-25”號月球探測器，重啟從蘇聯時代算起已中止47年的探月任務。“月球-25”號探測器預計8月16日進入距月球表面約100公里的月球軌道，8月21日在月球南極的博古斯拉夫斯基隕石坑附近軟著陸。
近日，中國探月工程總設計師吳偉仁向媒體介紹，在載人登月之前，中國還將發射嫦娥六號、七號和八號，完成月背采樣返回、月球南極的環境與資源詳查、構建月球科研站基本型等任務。在未來，國際月球科研站或會成為飛向更遠深空的中轉站。
中國載人航天工程辦公室曾公布一張載人登月任務效果圖：兩名宇航員將五星紅旗插入灰白無垠的月球表面，遠處，藍色地球半掩在宇宙的濃黑中。我們有理由相信，這幅圖景，將在兩千多個月起月落的日子內出現。
新京報記者 馮雨昕
