 把红旗插上月球的计划已经开始！ 7月12日，中国载人航天工程办公室公布了中国载人登月初步方案，计划在2030年前实现中国人登月，并将在后续建造月球科研试验站。
▲历史上人类和无人探测器成功登陆月球的计划 这可真是一个激动人心的消息！上一次人类的足迹踏上月球已经是在足足51年以前了。1972年12月14日，美国阿波罗17号飞船搭载3名宇航员完成了最后一次载人登月后，从此再也没有人类登上月球。 这一次，如果中国宇航员成功登上月球，虽然不能像第一个登上月球的阿姆斯特朗那样说出“这是个人的一小步，却是人类的一大步。”但绝对是“人类的又一大步”，建造月球科研试验站就意味着我们人类不仅登上了月球，而且将常驻月球。
▲阿姆斯特朗的“一小步” 美国当年是采用什么方式登上月球的？有几套方案？与中国这次公布的方案有什么区别？我们一一道来。
美国登月的四个方案 美苏进入冷战时期后，展开了一系列竞赛，其中规模最大的就是太空竞赛。  1945年5月8日德国战败投降，美苏随即对德国进行了技术抢夺，美国人抢到了V2导弹的设计师冯布劳恩和全部图纸。冯布劳恩团队在V2基础上，于1949年为美国搞出了红石火箭。 但美国没想到，在1957年苏联人居然先抢用R-7火箭发射了第一颗人造卫星“斯普特尼克一号”。这次发射让美国人大受震撼，什么都想当第一的美国人，没想到苏联抢先把卫星送入了太空。
▲现在英语里还专门有个词汇“Sputnik Moment”（斯普特尼克时刻）来形容受到巨大压力和挑战。 1957年12月，在苏联成功发射第一颗人造卫星的2个月后，美国紧急尝试使用“先锋”火箭发射人造卫星，火箭很不幸在原地发生了爆炸，发射任务失败。
美国又在1958年1月31日，将“先锋”火箭换成了军用背景的“朱诺”火箭后再次进行发射，成功将卫星“探险家1号”送入太空，算是追上了苏联人的脚步。 1961年4月12日苏联“东方1号”飞船将宇航员尤里·加加林送上太空，成为第一位进入太空的人类。23天后，美国使用“自由7号”飞船也将宇航员阿兰·谢泼德送上太空，不过并没有进入月球轨道。
▲进入太空的第一位美国人阿兰·谢泼德 连续两次被苏联抢先，加深了美国对太空竞赛中落后的恐惧，也让美国总统肯尼迪紧张起来，因为他在1960年竞选总统时承诺要让美国在太空探索上全面超过苏联。 肯尼迪在4月20日询问副总统约翰逊美国追赶苏联的可能性，约翰逊说“我们还没有尽最大努力，未来登月计划不仅可行，还可以让美国在太空竞赛中翻盘。” 1961年5月25日肯尼迪便在参、众议院会议中宣布，美国将全力以赴，在1970年以前，人类将乘坐宇宙飞船登陆月球并安全返回。人类历史上耗资最多、投入资源最大的工程项目“阿波罗计划”自此揭开序幕。
▲1961年5月25日，肯尼迪在国会发表登月计划演讲 在登月成为主要目标后，阿波罗计划的科研团队开始讨论如何才能尽可能安全、经济、简单地将宇航员送上月球并返回。当时一共有四个方案： 第一套方案：直接起飞。此计划使用一个巨大的新型火箭携带一艘航天器，从地球表面直接飞往月球。火箭在月球降落，任务完成后再次从月球表面起飞，飞回地球。（这套方案要求的技术极高，根本难以实现，和现代马斯克的设想很像） 第二套方案：地球轨道集合。此计划需要两艘只有土星5号一半大小的小型火箭，将登月航天器的不同部分送入地球轨道，在轨道上集合并对接。然后整个航天器降落在月球表面。（当时还不具备类似空间站对接的拼装技术，对地球轨道拼接可行性保持怀疑态度，此计划首先被排除。）
▲直接起飞或者地球轨道集合的设想图 第三套方案：月球表面集合。先用火箭发射一艘带有推进系统的航天器降落在月球表面，然后再用第二枚火箭发射一艘载人的航天器降落月球。由宇航员在月球上将推进系统安装在载人航天器上，然后返回地球。 第四套方案：月球轨道集合。由巨型火箭发射一艘较大的航天器，称为指挥舱，同时携带一艘载人的小型登月航天器，称为登月舱。三名宇航员抵达月球轨道后，其中两名宇航员乘坐登月舱与指挥舱分离，并降落在月球表面，一名宇航员在指挥舱中留在月球轨道。 另外，登月舱分为降落部分和起飞部分，任务完成后，宇航员乘坐登月舱起飞部分在月球轨道与指挥舱集合，然后返回地球。（此计划的难度同样是多次对接和分离的技术考验） 最终，美国选择了月球轨道集合方案。并对这项登月计划进行逐步测试。
▲阿波罗1号指挥舱在地面突发大火，因为短时间内打不开舱门，在工作人员的注视下，三名宇航员被活活烧死。 除了阿波罗1号在地面突发大火烧死三名宇航员外，1967年9月至1968年4月，在8个月时间里，美国先后又进行了阿波罗4、5、6号任务，分别在无人状态下成功测试了土星5火箭、登月舱和指令舱。 在完成硬件测试后，1968年10月至1969年5月，又进行了载人飞行的阿波罗7、8、9、10号任务，对登月程序进行了检验，并检查了月球表面预定登陆地点。在阿波罗10号任务中，登月舱距离月球表面只有不到16km。
▲1969年7月16日运载阿波罗11号的土星五号发射 1969年7月21日，人类终于迎来了历史性时刻，阿波罗11号宇航员阿姆斯特朗从登月舱中缓缓走出，把人类的足迹印在了月球表面，并在月面上插了一面美国国旗。 返回地球后，参加此次任务的3名宇航员都受到了国家英雄般的接待，总统尼克松带着44位州长和首席大法官为他们举行了国宴，并安排这3位宇航员到英国等25个国家进行访问，展示“美国英雄”的形象。
▲1972年阿波罗17号，人类第六次登月也是迄今为止最后一次。 不过，在几乎所有西方国家都在庆祝美国完成登月壮举的同时，苏联人的登月计划却遇到了问题。
苏联失败的登月计划 苏联人的火箭技术同样起源于V2。美国人带走了V2的设计团队和图纸，苏联人则拖走了V2导弹的实物。依靠手里的V2导弹，科罗廖夫的团队进行了逆向工程，先后搞出了P-1（复刻V2）、P-2（V2的放大版）。 1957年5月，世界上第一款真正意义上的洲际弹道导弹R-7被研制出来，并在10月以火箭形态将“斯普特尼克一号”送入太空。在此之后，在1961年用“东方1号”火箭（还是基于R-7火箭的改型）将加加林送入太空，实现人类第一次载人航天飞行。
但是，让苏联人没有想到的是，自己一路领先，却在1969年被美国反超，实现载人登月。阿姆斯特朗的豪言壮语和“飘”在月球上的星条旗，都极大刺激了苏联领导人的决心。 于是苏联人很快决定继续跟牌，尽快把人送上月球。事实上，苏联很早就开始了探月计划。只不过受限于当时的技术条件，在1959年之前，苏联登月计划连续5次发射失败，不是空中爆炸，就是与月球擦肩而过。 1959年9月12日，苏联在经历多次发射登月探测器失败后，终于成功发射月球2号探测器，并在月球表面实现硬着陆。 接下来？接下来苏联的登月计划也依然很不顺利。与发射卫星、载人飞船一帆风顺相比，苏联人在登月过程中，似乎把好运气用完了，火箭发射失败伴随了苏联登月计划的始终。
▲苏联人始终未用上的登月舱 登月成功的核心是火箭，要有足够强大的火箭才能把登月舱、指令舱、返回舱等庞大的载荷送到月球。为了达到这个目的，美国人搞出了人类目前为止，运载能力最强大的火箭“土星5”。这个110米高、近3000吨的庞然大物，能把47吨有效载荷送上月球，或者把139吨有效载荷送上近地轨道。
▲强大且庞大的土星5 作为对比，我国目前正在使用的最大载荷的火箭“长征5B”只能把25吨有效载荷送入近地轨道。因此，目前我国的火箭是无法实现登陆月球的，必须研制全新的大型火箭。
▲长征5的高度为53米，只有土星5的一半 苏联人为了完成登月计划，也需要制造这样一款强大无比的超级火箭。在火箭专家科罗廖夫的领导下，苏联设计团队开发出了N-1火箭，一款比“土星5”稍矮、稍轻，但推力更加惊人的超级火箭。
▲土星5和N-1的比较 为了达到史无前例的性能，N-1继续延续了R-7火箭的技术特性，采取火箭发动机并联的方式来增加推力。只不过，相对于R-7的5台发动机并联，N-1火箭在第一级上直接并联了30台NK-33发动机、第二级上并联了8台NK-43，第三级也并联了4台NK-21。
▲N-1第一级上密密麻麻的并联火箭发动机 NK-33一台的推力是1510千牛，30台并联在一起自然就是“力大砖飞”，N-1也达到了4500吨的惊人推力。 但是，如果简单并联就能有效解决火箭运载问题，那人类也不会现在还在太阳系里面徘徊了。并联发动机有一个致命缺陷，并联的发动机数量越大，发生故障的概率也就越大。假设一台NK-33故障率为0.1%，那么30台发动机同时并联工作时故障率最低也有3%，这已经是航天领域无法接受的故障率了。 何况发动机越多，对发动机控制技术要求也越高，出现故障的概率也越大。N-1火箭最后下马的关键因素就是故障频发。N-1火箭一共造了10发，除开地面测试之外，实际发射了4发，4次发射全部失败，而且都是在火箭发动机并联数量最多的第一级出问题。
▲马斯克的星舰火箭也是这种并联方式，今年4月发射2分钟后就有8台发动机熄火，最终在空中爆炸 1969年7月3日，在苏联拜科努尔发射场，N-1进行第2次发射试验时，火箭在原地发生了剧烈爆炸，不仅毁掉了火箭，上千吨燃料的爆炸还摧毁了整个发射场。 所以当18天后美国人登上月球，苏联人的内心一定是充满了挫败感。到1972年，N-1火箭第4次“放烟花”后，连续的失败让整个计划已经严重滞后，而且谁也不知道还会失败几次，苏联人最终放弃了N-1，也放弃了登月。
人类重返月球？ 2019年，美国副总统彭斯雄心勃勃地表示，美国将在未来五年内重返月球，并宣称“登上月球的第一位女性和下一位男性都必须是美国宇航员，从美国的土地上，由美国的火箭送入太空。” 按照彭斯宣布的计划，美国将于2020年进行名为“Exploration Mission-1”的无人飞行试验，用火箭将飞船发射到月球轨道，然后在2022年把宇航员送到已在月球附近的飞船中，最后在2024年让宇航员在月球南极登陆，实现重返月球的目标。 当然，作为在2023年7月的我们，再来看这个美国人的计划就会发现，今天的美国人计划执行能力远远低于计划发布能力。说的直白一点就是，美国人说了未必能做到。2022年就应该发射到月球附近的宇航员，现在应该还在地球上。
▲2022年珠海航展上展示的新一代载人运载火箭“长征十号” 我们还是看看自己的登月计划吧。中国载人登月初步方案和美国人成功实现登月的第四套方案很相似，但是因为我们现在没有“土星5”那样的超级火箭，就由“一辆车运货”改为“两辆车运货”。 首先，使用两枚新型长征十号运载火箭分别将登月舱和载人飞船送至月球轨道。 第二步，载人飞船与登月舱在月球轨道对接，航天员从飞船进入登月舱。 第三步，登月舱与飞船分离，降落在月球表面，航天员登月采集样品。 第四步，航天员乘坐登月舱起飞，在月球轨道与飞船对接，航天员进入飞船后与登月舱分离，乘坐飞船返回地球。 因为我们中国拥有非常成熟的空间站对接技术，这个方案可以充分发挥我们在空间交会对接方面的技术优势，弥补火箭运载能力的不足。
▲2023年展出的中国新一代载人飞船和载人登月器模型 如果一切顺利，这次代表人类前往月球的将是我们中国人，人类的第一个月球常驻基地将是插着五星红旗的月球科研试验站。苏联人用人造卫星，给美国人记住了“Sputnik Moment”。我们这次争取让美国人感受到“Moon Palace Moment”。 努力吧！我们的征途是星辰大海！
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