载人登月采用长征十号即可,建立月球基地才需要长征九号

香梅聊国际 2023-07-19 17:55:06

说起载人登月,很多人可能以为长征九号运载火箭凭借更大的运力,比长征十号运载火箭更适合用于执行载人登月任务。

其实这个观点是错的。

据“环球时报”报道,7月12日,我国航天局正式对外公布了我国的载人登月初步方案,计划采用两枚运载火箭分别将月面着陆器和载人飞船送至环月轨道在轨交会对接,航天员从飞船进入月面着陆器。计划在2030年前实现这个宏伟计划。

官方公布的载人登月计划实施方案

无独有偶,美国的载人登月方案与我国不约而同,也采用两次发射实施,这又是为什么呢?

其实主要原因是为了确保更加稳妥。

所谓月面着陆器,其实就是用于降落在月球表面的舱段。由于月球没有大气层,无需设计气动外形和安装抗烧蚀材料,以及隔热层。而载人飞船则不同了,它的主要功能除了给宇航员提供生存所需的物质条件之外,还要承担重返大气层任务,而再入大气层时需承受几千度摩擦高温,舱内温度也必须控制在合理区间。

因此,月面着陆器和载人飞船的设计特点完全不一样。

由于航天员培养难度非常大,成本也非常高,以及生命至上理念,人类在发射载人航天器时都必须做好应急逃生措施,例如用于发射载人飞船的火箭通常都采用更大安全冗余度设计,顶部还会加装逃逸塔,用于紧急情况下携带载人飞船逃生。至于月面着陆器,发射时没有载人,可以用普通火箭发射,即便失败了,最多就是浪费一些资金而已,不会造成宝贵的航天员伤亡。

官方公布的载人登月探测器中载人飞船初步设计方案

分两次发射的好处起码有2方面:

1、降低运载火箭研制难度,缩短登月火箭研制周期。

根据测算,要想完成载人登月,整个载人登月航天器重量要达到45吨以上,考虑较高的安全冗余度,起码要达到50吨,需要近地轨道运力达140吨以上的载人运载火箭才行。

为了确保运载火箭自身安全性和可靠性,火箭控制系统需要双重备份,结构强度和发动机都需要采用更大的冗余度设计,整体运力系数很难超过3.5%,那就需要起飞重量超过4000吨的重型运载火箭才行。

短期内我国要造出一款起飞重量超4000吨的重型运载火箭难度非常大,而且还要确保载人百分百安全,运载火箭自身的可靠性要达到非常高的水准,难度可想而知。即便是由美国来造,也同样难度巨大。

如果采用2次发射,到月球轨道对接,那么只需要2枚起飞重量达2000多吨的运载火箭即可。那么我国就不必再从零开始研制一款新型运载火箭,仅需基于已经比较成熟的长征五号运载火箭改进即可。

长征十号就是这样一款火箭,采用CBC构型设计,芯级直接基于长征五号运载火箭芯级改进而来,主要是加长,助推器也是基于基于长征五号芯级改进而来。其助推器、芯一级以及芯二级发动机也源自长征五号运载火箭的YF100发动机改进而来,芯三级发动机则源自长征五号运载火箭芯二级发动机改进而来。实际上长征十号就是一款基于长征五号改进衍生而来的运载火箭,大量采用长征五号运载火箭已经验证,成熟度足够高的技术,可快速提升这型运载火箭的整体技术成熟度,从而提升可靠性和安全性。此外,其一级还采用可重复使用设计,可大幅度降低该火箭的发射成本。

长征十号运载火箭具备一级可重复使用功能

更小的研制难度也可以大大缩短登月火箭研制周期。如果采用长征九号登月,那么也许到2030年都还没完成火箭研制工作,将耽误我国的载人登月计划。

2、提高载人登月计划全过程安全性。

载人登月计划本身就是一个十分宏伟、复杂的计划,任何一个环节出问题都可能导致任务失败,甚至导致宝贵的航天员牺牲。

最稳妥的方案就是,尽可能让航天员在升空至着陆月球表面的全过程中尽可能多的时间呆在相对最安全的载人飞船里面。最好的做法就是在月球轨道通过交会对接再进入月面着陆器,而不是在刚出大气层的近地轨道就交会对接。这样可以确保在这个过程中一旦发生意料之中的故障或者险情时可以尽快启动返航。甚至必要时可以让载人飞船与空间站交会对接,进入空间站避险。

官方资料显示,长征十号载人火箭将用于将月面着陆器、登月飞船送入地月转移轨道,液氧液氢煤油推进剂,全长约88.5米,起飞质量约2187吨,起飞推力约2678吨,地月转移轨道运载能力不低于27吨。

长征十号运载火箭设计参数

两发长征十号就能将54吨的载荷送入地月转移轨道,预留了较大的地月转移轨道载荷冗余度。方便研发团队更加从容地为载人登月组合体设计更加完善的保障措施,进一步降低出问题的概率。

既然长征十号就已经足以满足载人登月需求,那为何我国仍然要研制运力更大的长征九号重型运载火箭呢?

资料显示,月球拥有大量地球上几乎不存在的氦3资源,可用于实现可控核聚变,如果能够开采利用,每年仅需100吨左右就能满足全人类1年的能源需求。按照我国航天部门公布的发展规划,今后我国将依次实施载人登月计划和建立月球基地计划,最终目标是开发月球资源,其中最重要的目标就是开采氦3,其次就是各种贵重金属。要实施这个计划,就需要一款低成本往返月球的大运力运载火箭。

最新版长征九号运载火箭设计方案

以往公布的多个长征九号运载火箭设计方案无一例外都是一款起飞重量超4000吨的庞然大物。这种火箭不仅研制难度巨大,而且发射成本十分高昂,造价堪比航空母舰!当年美国的登月火箭每次发射相当于烧掉一艘航母。按照美国福特级航母造价130亿美元计算,相当于950亿人民币左右,即便我国工业实力强大,造价低廉,每次发射费用也要100-200亿元。

如今,Space X公司正在研制的“星舰”超重型可重复使用运载火箭有望将发射成本降低5倍以上,可极大节约发射费用,但由于首飞失败,还不确定这个思路是否可行。因此,现阶段,对我国来说,最好的办法就是先跟进研制中国版“星舰”所需的发动机,待“星舰”发射成功之后,再快速跟进即可。虽然这么做无法争取可重复使用超重型运载火箭“首发”的好名声,但可以滞后几年的代价,节省大笔研发费用。

根据官方公布的设计方案,最新版长征九号学习了Space X公司的“星舰”超重型火箭的部分设计思路,主打可重复使用降低发射成本。如果能够研制成功,未来我国可能仅需耗费一发长征五号的成本就能造出一发长征九号重型火箭,将极大降低入轨成本,更有利于低成本往返月球。

根据我国航天部门公布的计划,我国实施载人登月的目标是为建立月球基地做准备,而不像1960年代美苏争霸那样,仅仅是为了争个名次。因此,我国研制长征九号运载火箭的首要目标就是为载人登月做准备。至于载人登入火星,由于对运力的需求远超载人登入月球,整个计划的复杂性也暴涨,技术难度更是指数级增长,短期内成功的可能性很低,因此并不是长征九号的首要目标。

官方公布的探月工程计划

在完成载人登月之后,我国将尝试在月球科研站,最终目标是建立月球基地。由于月球科研站尺寸、重量都远超载人登月组合体,对运载火箭的单次运力提出了更高的要求,长征十号已经无法胜任,那么长征十号就是更好的选择。今后我国可能长征十号的“组合”思路,采用多发长征九号运载火箭发射多个模块,在近地轨道或者月球轨道组合成“月球科研站”组合体,最终在月面软着陆。这样做可以将“鸡蛋放在多个篮子”,避免一次发射失败就导致整个“月球科研站”组合体坠毁,从而降低整个计划彻底失败的风险。

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