進(jìn)入今年以來關(guān)于中國載人登月的好消息可謂是接連不斷,先是在神舟十六號載人飛行任務(wù)發(fā)布會上首次官宣“2030年前實(shí)現(xiàn)中國人首次登陸月球”,前不久在第九屆中國(國際)商業(yè)航天高峰論壇上又進(jìn)一步披露了“兩次發(fā)射、環(huán)月對接”的載人登月方案。
今天(本月17日),載人航天工程又發(fā)布了《關(guān)于征集載人月球探測工程月面科學(xué)載荷方案的公告》,這份公告又透露了不少喜訊,其中一條重磅消息就是,我國將先期開展無人登月飛行。
這意味著我們將做一件當(dāng)年阿波羅登月計(jì)劃都沒做成的事:載人登月艙以無人狀態(tài)自動(dòng)登陸月球表面的試驗(yàn)飛行任務(wù)。
在阿波羅登月計(jì)劃實(shí)施的各次任務(wù)中,實(shí)際執(zhí)行飛行任務(wù)且項(xiàng)目前綴編有“阿波羅”字樣的試驗(yàn)任務(wù)有阿波羅一號(沒有發(fā)射)、阿波羅四號、阿波羅五號、阿波羅六號、阿波羅七號、阿波羅八號、阿波羅九號、阿波羅十號,除此之外還有關(guān)于土星一號火箭、土星1B火箭、逃逸系統(tǒng)大約二十多次飛行試驗(yàn)及地面試驗(yàn)。
縱觀阿波羅登月計(jì)劃的數(shù)十次試驗(yàn)任務(wù),可以說沒有任何一次試驗(yàn)可以讓登月艙以無人狀態(tài)進(jìn)行登月測試,其中關(guān)于登月艙試驗(yàn)的任務(wù)有:阿波羅五號、阿波羅九號、阿波羅十號。
阿波羅五號:登月艙進(jìn)入近地軌道,首次無人駕駛飛行,旨在驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性,以及登月艙的載人技術(shù)測試;
阿波羅九號:包含服務(wù)艙、指令艙、登月艙的阿波羅飛船完整構(gòu)型在近地軌道進(jìn)行載人測試;
阿波羅十號:沒有著陸月球,但相對完整的登月任務(wù)測試。
可以看到,在阿波羅十一號正式載人登月之前沒有一次登月測試。
阿波羅九號與阿波羅十號一樣,都是完整的登月飛船,所不同的是,阿波羅九號的軌道是環(huán)繞地球飛行的近地軌道,阿波羅十號則是進(jìn)入到了環(huán)月軌道。
阿波羅十號任務(wù)驗(yàn)證了載人模塊與登月艙之間的環(huán)月軌道交會對接技術(shù),最重要的測試是搭載兩名宇航員(托馬斯·帕滕·斯塔福德、尤金·安德魯·塞爾南)的登月艙到達(dá)了距離月面14.4公里處,在下降過程中拍攝了阿波羅11號任務(wù)的著陸區(qū)域。
任務(wù)團(tuán)隊(duì)為了防止阿波羅十號登月艙宇航員冒險(xiǎn)登月,刻意縮減了登月艙的燃料加注量,在這種情況下如果宇航員冒險(xiǎn)登月,那么他們將無法返回地球。
要通過以生命為要挾的特殊措施,迫使宇航員不執(zhí)行某種主觀操作,當(dāng)年阿波羅登月計(jì)劃的管理能力由此可見一斑。
為什么阿波羅十一號之前沒有一次關(guān)于登月艙的登月測試?
根本原因是當(dāng)時(shí)人類并不掌握高可靠高安全的自主登月技術(shù),在阿波羅計(jì)劃之前的確也有無人探測器登月,比如美國的勘測者計(jì)劃,但這些無人著陸器并不具備障礙識別與障礙規(guī)避功能,只能選擇大片開闊平臺區(qū)域基于設(shè)計(jì)彈道著陸,能否成功完全靠運(yùn)氣。
勘測者計(jì)劃總共有7次飛行任務(wù),其中有2次失敗,成功率僅有71%,還有一次差點(diǎn)失敗的勘測者三號,它因?yàn)樵旅娓叻瓷渎实膸r石迷惑了下降雷達(dá),著陸器下降發(fā)動(dòng)機(jī)沒有在指定時(shí)間關(guān)機(jī),導(dǎo)致著陸月面后彈跳了兩次。
載人航天人命關(guān)天,哪怕有百分之一的任務(wù)風(fēng)險(xiǎn)也不能無視這種風(fēng)險(xiǎn),何況當(dāng)時(shí)無人登月的失敗率高達(dá)29%,這就是當(dāng)時(shí)阿波羅十號不能進(jìn)行無人登月測試的原因。
探測器不具備障礙識別與自主規(guī)避功能并不是阿波羅登月計(jì)劃的障礙,因?yàn)檫@項(xiàng)計(jì)劃是載人計(jì)劃,宇航員可以直接目視識別障礙物并操控登月艙規(guī)避障礙物。
有人覺得這可能有點(diǎn)難為宇航員,但實(shí)際上航天器手控交會對接的難度要比手控航天器登月難得多,而航天器手控交會對接技術(shù)時(shí)至今日依舊是載人航天任務(wù)的標(biāo)配能力,哪怕是像天舟這樣的無人貨運(yùn)飛船,在與空間站對接時(shí),航天員也必須在空間站內(nèi)進(jìn)行手控遙操作對接備份。
在任何時(shí)候,都不要低估人的作用,即便是現(xiàn)在,大多數(shù)人工智能技術(shù)其實(shí)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上人類,何況是半個(gè)世紀(jì)前。阿波羅登月計(jì)劃的難點(diǎn)是載人,但優(yōu)勢同樣是載人。
半個(gè)世紀(jì)后的中國載人登月工程與阿波羅計(jì)劃時(shí)代相比,技術(shù)條件有了很大的不同,這也為我們實(shí)施更為完整的登月測試奠定了基礎(chǔ)。
尤其是九年多前,嫦娥三號無人探測器成功登月,首次終結(jié)了人類無人探測器盲降月球的歷史,該探測器具備自主避障著陸功能。
慣性導(dǎo)航測量單元、微波測距測速、激光測距等敏感器可以為嫦娥系列著陸器在登月過程中提供精確的速度、距離、姿態(tài)等數(shù)據(jù)信息,進(jìn)而控制探測器始終飛行在正確的下降軌道上,首創(chuàng)粗避障與精避障的接力避障技術(shù),尤其是精避障階段發(fā)揮關(guān)鍵作用的激光三維成像敏感器,它可獲取的著陸區(qū)高精度三維圖像,7500N變推力發(fā)動(dòng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)探測器在月面上空百米高度懸停,一大批關(guān)鍵技術(shù)裝備的攻克,使得我們最終掌握了無人探測器的全月面到達(dá)能力。
上述技術(shù)在此前探月工程的實(shí)踐中創(chuàng)造了嫦娥三號、嫦娥四號、嫦娥五號三次登月三戰(zhàn)三捷的100%成功率,接下來這些技術(shù)也必將在載人登月工程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。
正如載人航天工程副總師張海聯(lián)說的那樣,(中國)月面著陸器也具有自主控制飛行能力。
中國月面著陸器在具備自主控制飛行能力的基礎(chǔ)上,也會備份航天員手動(dòng)駕駛月面著陸器進(jìn)行著陸的“手控著陸備份”的功能。基于這些方案設(shè)計(jì),中國載人登月的可靠性與安全性將大幅度領(lǐng)先于阿波羅登月飛船,這是必然的。
嫦娥系列著陸器皆具備百米高度懸停、激光三維成像敏感器獲得著陸區(qū)高精度三維圖像、選取安全著陸點(diǎn)功能:
我國載人登月工程的試驗(yàn)飛行次數(shù)不會比阿波羅計(jì)劃多,因?yàn)楹笳弋吘故侨祟惡教焯剿鞯脑缙陔A段,很多技術(shù)與產(chǎn)品都需要飛行測試。
我們已經(jīng)有嫦娥探月工程的豐富實(shí)踐,許多技術(shù)都已經(jīng)得到了工程驗(yàn)證,比如嫦娥五號月球采樣返回任務(wù)的十一個(gè)關(guān)鍵動(dòng)作,就被認(rèn)為是載人登月任務(wù)的預(yù)演,該任務(wù)不僅突破了探測器月面發(fā)射起飛技術(shù),還在世界范圍內(nèi)首次掌握了在地外天體軌道的無人交會對接技術(shù),此項(xiàng)技術(shù)的突破也將是我國載人登月工程的加分項(xiàng)。
中國載人登月任務(wù)具體而言,就是用兩枚CZ-10火箭,先后發(fā)射月面著陸器與載人飛船,兩器在環(huán)月軌道對接,登月航天員由載人飛船進(jìn)入月面著陸器登月。
月面著陸器由推進(jìn)艙與登月艙組成,推進(jìn)艙是一個(gè)比較顯著的創(chuàng)新,在搭乘CZ-10火箭發(fā)射進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道并接近月球時(shí),推進(jìn)艙需要承擔(dān)月面著陸器的近月制動(dòng)任務(wù)。
在實(shí)施載人登月任務(wù)時(shí),推進(jìn)艙還將承擔(dān)登月艙的大部分的動(dòng)力減速任務(wù),從而節(jié)省登月艙在著陸過程中的燃料消耗,推進(jìn)艙會在著陸月面之前分離拋棄,而后登月艙獨(dú)自載人登月,登月艙自身既是著陸器也是搭載航天員自月面起飛的上升器。
現(xiàn)在,我們知道月面著陸器將執(zhí)行不搭載航天員的無人登月測試,據(jù)筆者推測,不載人的月面著陸器也可能與載人飛船聯(lián)合執(zhí)行登月測試,從而測試全過程登月動(dòng)作。
參與測試的月面著陸器雖然不載人,但這么大的航天器登月,毫無疑問也是一次高價(jià)值飛行任務(wù),如果不進(jìn)行科學(xué)載荷搭載實(shí)驗(yàn)就是浪費(fèi)資源了。
根據(jù)公告顯示,我國不載人的月面著陸器總計(jì)有260公斤的搭載量,相當(dāng)于4個(gè)成年人的體重,月面著陸器的實(shí)際載人員額是兩人,多出來的重量在正式的載人登月任務(wù)中還要用來搭載月面航天服、各類消耗物資。
載人登月于我們而言曾經(jīng)是多么遙不可及的目標(biāo),然而在載人航天工程、探月工程穩(wěn)扎穩(wěn)打步步為營的推進(jìn)下,如今的載人登月于我們而言是水到渠成,貫穿始終的一個(gè)關(guān)鍵詞就是“可持續(xù)發(fā)展”,任何大科技工程的推進(jìn)如果脫離了可持續(xù)發(fā)展,那就勢必會重蹈阿波羅登月計(jì)劃的覆轍,所幸的是真理掌握在我們手中。
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