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嫦娥去月球了,玉兔也去月球了,我们离载人登月还有多远?

 无上科学信仰 2021-07-03

2019年1月3日,嫦娥四号月球探测器在月球背面预选区着陆,成为了人类航天史上首次着陆月球背面的探测器;2020年11月24日,嫦娥五号月球探测器又从海南文昌航天发射场起飞驶往月球,并最终成功取得月壤而归,而我国首辆月球车“玉兔号”更是早在2013年就驰骋于月球表面。

不得不说,这些年来我国的航天事业蓬勃发展,航天技术水平也取得了长足进步,那么现在,我们是不是离载人登月更近了?以中国现有的能力是否能够实现载人登月呢?要回答这个问题,我们先要弄清楚载人登月与发射月球探测器有何区别。说到登月,无非就是三种方案,第一种简单粗暴,直接发射一枚火箭,从地球到月球。这种方案是最简单最直接的,缺点在于对火箭的起飞重量要求极高。

美国曾经考虑过直接登月,还为此专门准备了火箭,名为Saturn Nova,这是一个比土星五号更大的家伙,光F-1液氧煤油发动机就安装了8台,而土星五号才不过5个而已。

为什么直接登月需要用到这么大的火箭呢?显而易见,要让火箭携带舱室直接从地球起飞到月球,那么需要大量的推进剂,所以自然就需要有极高的起飞重量。第一种方案虽然简单,但说起来容易做起来难。第二种方案被称为地球轨道交会,这种方案是使用火箭将飞船发射到近地轨道,然而飞船的各个部分在近地轨道完成交会对接,最后在加速飞往地月转移轨道。这套方案正好与第一套方案相反,由于火箭只需要将飞船发射到近地轨道,所以对于火箭的起飞重量要求最低,但它的缺点也非常明显,在太空中进行交会对接绝不是一件容易的事情,更何况是多个部分的交会对接,所以这种方案的容错率极低,安全性和成功率是最没有保证的。

就目前而言,相比第一和第二种方案,第三种登月方案是最为靠谱的,那就是地月轨道交会方案。

这种方案是使用火箭将航天器送入地月转移轨道,航天器在脱离地球束缚之后飞往月球,并在近月轨道实现分离,登月舱单独前往月球表面,完成任务后再起飞回到近月轨道与主航天器实现对接,然后返回地球。

这种方案不像第一种方案那样激进,所以对于火箭起飞重量的要求回到了一个可以接受的范围之内,同时也不像第二种方案那样,对于结构强度和对接操作的要求过高,所以美国的阿波罗登月计划最终就采用了这第三种方案,而我国未来登月显然也要选择这种方案。

既然明确了我国所要采取的登月方案,现在就可以看看按照这种方案,载人登月和发射月球探测器的区别何在了,两者最主要的区别就在于载荷。

美国的阿波罗登月飞船由指令舱、服务舱和登月舱三个部分组成,指令舱是宇航员主要的活动区域,服务舱是飞船的机房和仓库,包括水、氧和燃料在内的一应物品皆在于此,而登月舱则是载人登月的专用设备,由上升段和下降段两个部分组成,这些部分加在一起,整个登月飞船的重量就达到了45吨。而搭载登月飞船的土星五号运载火箭的起飞质量约为3039吨,月球轨道运载能力刚好为45吨,所以它才能够顺利携带阿波罗飞船完成载人登月任务。而我国的长征五号运载火箭与之相比还有很大的距离。

长征五号运载火箭安装的是120吨级YF-100液氧煤油发动机,它的最大起飞质量只有879吨,而地月转移轨道的最大运载能力只有8.2吨,所以长征五号只能运送月球探测器,想要将登月飞船送入地月转移轨道是无法做到的。

所以要想完成载人登月,就必须要有更大的火箭,正在研制的长征9号重型运载火箭就是为载人登月而设计的,而要研制长征9号,就必须要有推力更强劲的发动机,而我国为长征9号所研制的发动机就是480吨级YF-130火箭发动机,只有这个发动机研制成功了,长征9号才可能研制成功,长征9号研制成功了,载人登月才有希望。如果一切顺利,2030年长征9号便有望研制成功并实现首飞,而到了2035年,我们也许就可以将自己的宇航员送上月球了。

为什么我国的载人登月还需要这么长的时间?这是由多方面因素所决定的,在航天领域,我国始终面临技术封锁的局面,而从资金和时间成本上考虑,我们也不太适合走美国的液氧液氢发动机路线,所以俄罗斯的液氧煤油发动机路线仍然是我们的主攻方向,而就目前来看,480吨级YF-130火箭发动机的研制进度还是比较乐观的。

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