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中国将在十年内登月:登月巨型火箭CZ-9,为何变成了“一根棍子”?

 星辰大海种花家 2022-11-23 发表于浙江

11月21日,央视《东方空间》独家专访了中国探月工程总设计师吴伟仁院士,吴院士表示我国航天员有望在十年内登上月球,未来去火星可先在月球中转,月球将成为我们深空探测的前沿基地。

中国将在十年内登月:月球不再是一个目的地

据吴伟仁院士介绍称,中国未来的深空探测航天计划主要包括如下几块:

  • 1、月球探测

  • 2、小行星探测与撞击

  • 3、行星探测

  • 4、重型运载火箭

这4个任务中月球探测大家最为熟悉,从嫦娥一号的绕月开始到嫦娥五号的月球采样返回,各位都见证了中国的月球探测任务,而在后续的嫦娥七号和八号任务中,还要在月球上构建一个月球科研站。

第二个则是小行星探测与撞击任务,NASA改变小行星轨道的“DART”计划让大家印象深刻,这个探测器于2021年11月24日发射,并于2022年9月26日撞击了目标双星小行星Dimorphos,将双卫一的轨道周期缩短了约32分钟。

DART轨道,紫色:探测器,绿色:小行星,蓝色:地球,黄色:太阳,亮蓝色:2002 CB21,土黄色:小行星3361

这是测试对地球有威胁的小行星改变轨道的方式,中国在4月24日航天日也宣布了中国将着手组建近地小行星防御系统,同应对近地小行星撞击的威胁。

第三个则是行星探测计划,天问一号探测火星这个大家已经知道了,但天问系列可不止只探测火星,还有探测木星以及更远的土星和天王星的计划。

第四个则是重型运载火箭,这里有几个变化,首先我国登月火箭已经从CZ-9换成CZ-5DY,但CZ-9并没有因此而失去登月火箭的殊荣,而是成了登月或登火的重型火箭,并且CZ-9火箭出现了一次结构上巨大的变动,未来可能变成一根棍子,至于为何变棍子,下文将会做一个详细的分析。

月球科研站:月球不再是一个目的地

吴伟仁院士表示,嫦娥工程已经经历了绕落回三期工程,六号开始已经是四期工程,而且六号可能会往后排,七号和八号将以及国际上多个国家参与建立月球科研站,中国先行将建立科研站的基本型,未来将进行国际合作建成国际科研站。

这个科研站选址在月球南极,可能很多朋友都看不明白为何要选到南极。原因很简单,月球的自转轴倾角只有1.5°,“四季”变化很小,月球两极很多地区都处在永昼,也就是说这些地方常年都有日照。

双方选择的重复点

NASA和中国航天局都模拟了月球日照的地图,选定了未来月球探测器着陆的位置,居然有多个位置都重叠了,不过各位别担心,区域重叠不代表双方会打架,因为月球面积也不小,地方很是宽敞,另外时间上更不会重叠,各位可以放心。

月球南极国际科研站甚至还规划了通信基站,宇航员在月面活动可以刷手机,也可以直接和地球通信,甚至还能在手机上直接登陆互联网!但大家必须接受的一点是地月平均距离达到了38.4万千米,信号来回就超过了2秒,延时这个问题还是要习惯一下。

月球科研站的天然条件非常优越,未也能作为地球和火星之间的中继站,比如地面站天气条件恶劣时,通信天线倾角太大容易衰减时,火星被太阳遮挡前后等,月球站能争取比地面站更多一些通信时间。

月球科研站甚至能扩展到未来从月球出发前往火星甚至木星探测,当然这已经是远景规划了,NASA在深空门户的计划中也有类似的规划,不过NASA是在地月的拉格朗日点建立深空门户,所有的“生产资料”都得从月球或者地球运输,而在月球表面出发,可以在月面基地直接生产储存与使用,谁优谁劣,目前还不好说。

重头戏:载人登月,10年内完成

据吴院士介绍,中国航天希望在10年内完成载人登月,月球科研基地的建成时间节点将在载人登月之前,也就是2028年前后将完成建设,目前的规划的都是以这个时间节点展开准备,简单地说,我们登月已经不再是一句口号,已经成了实实在在展开并已经在实施的具体方案。

登月巨型火箭CZ-9,为何变成了一根棍子?

中国载人登月时间规划已经基本确定了,多个媒体披露的消息都指向了十年内完成。目前在载人登月中最大的变化发生在登月火箭上,从CZ-9变成了CZ-5DY型,而且CZ-9也没有取消,而是将其换成了同等规模的可回收型CZ-9,这个非常值得给大家介绍一下:

CZ-9与CZ-5

CZ-5DY,体现了中国航天更为务实

2022年7月份,龙乐豪院士在《科创中国·院士开讲》第十二期节目中公布了中国载人登月计划,时间指向是2030年,在PPT中龙乐豪院士公布了中国“新版”登月火箭,从过去的CZ-9变成了CZ-5DY,这款火箭的配置如下:

  • 助推器:x 2,每个助推器为7台120吨级的YF-100K发动机;

  • 芯一级火箭:7台120吨级的YF-100K发动机;

  • 芯二级火箭:2台150吨级的YF-100M发动机;

  • 三级火箭:3台9.4吨级YF-75E发动机;

这是新一代载人的运载火箭,火箭总高度88.5—91.6米,起飞重量2184—2189吨,助推器与芯级直径5米,通过助推器与芯级的组合即可在载人火箭与登月火箭之间转换!

不过与CZ-9巨型火箭不一样的是CZ-5DY的级别是近地轨道载荷为70吨,地月转移轨道27吨的级别,由于登月需要的地月转移轨道载荷要达到50吨级,因此CZ-5DY型需要两次才能完成登月,登月飞船需要在月球轨道完成组合。

这种登月构型此前阿波罗计划也曾提过,但最终没有采纳,增加对接环节会增加计划实施中的风险,但就最新的航天技术而言,对接已经成了常规操作,因此在月球轨道组合并不会成为障碍,另外这个组合前提后是运载火箭难度的大幅度下降,从另一面看到了中国航天在登月计划上更加务实。

CZ-9可回收型:未来的载人火星计划仍然需要

在近期公布的一系列方案中,CZ-9的巨型火箭是最让大家关注的,因为它能完成的任务不只是载人登月,还有载人火星任务也将是它担当重任!CZ-5DY尽管完成登月任务没有问题,但在载人登陆火星上就无能为力了,总不能N枚火箭组装后实施任务吧,连马斯克这么喜欢压缩成本的人还是造了巨型火箭星舰。

CZ-9的原计划是助推器+芯级火箭的模式,最新的构型则是一根粗棍子,并且在中间还增加了栅格舵,了解回收的朋友一眼就知道,这种火箭已经从一次性使用向重复使用转变了,而一根棍子的模式是方便回收。

试想下就知道,如果还是一枚芯级+四枚助推器,那么就要准备5个着陆场,假如能以单一火箭模式来实现回收则会更方便,或者也可以参考重型猎鹰的那种“并列”方式,比如要实现载人木星或者土星任务时,因此可回收的CZ-9一旦走通,未来的深空载人任务也将全面开启。

这个CZ-9的可回收版本,最关键的就是可回收版发动机,目前比较有可能的是液氧甲烷发动机,不过在最新的资料中也有液氧甲醇的计划,之所以选择甲烷或者甲醇而不选择煤油是因为这两种燃料不容易在预燃室的高温涡轮中积碳,也就是说回收后维护难度降低,或者说火箭发动机的制造难度也会下降,这对于未来可回收火箭关系相当大。

延伸阅读:阿尔忒弥斯计划与日本登月失败

北京时间2022年11月16日14时48分,美国航天局NASA新一代登月火箭“太空发射系统 (SLS) ”携带“阿尔忒弥斯1号”无人绕月飞行任务的猎户座载人飞船,在卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心发射升空,这次终于成功了,持续18分钟,上面级分离,猎户座飞船成功进入地月转移轨道,算是真正“踏上”了奔月之路。

不过这次是阿尔忒弥斯1任务,其飞船为无人状态,也至只完成绕月后即返回地球,当然在奔月之路以及到月球绕月后有些额外的任务,预计要到12月11日才会返回地球,差不多一个月时间,下次如果载人任务肯定不能这么玩,因为实在是太久了。

另一个消息则是月球探测器“好客”(OMOTENASHI)似乎失败了,据每日新闻11月22日报道,日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)当天表示,随美国SLS火箭于16日发射升空的月球探测器“好客”(OMOTENASHI),在与火箭分离后姿态异常,太阳能电池板无法正常工作,多次尝试修正都未起效,通信也不稳定。日本探测器首次登月计划以失败告终。

别看中国嫦娥登月任务次次成功就认为登月容易了,这玩意儿还是很难,此前以色列探测器登月失败,印度也失败,这次日本还失败,登月还真是高科技,就目前而言除了美俄中三国,其他国家想要玩还是困难重重!

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