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太陽系4顆衛星比月球大,其中2顆衛星不但比月球大,還比水星大!

中國嫦娥五號返回器帶著月球土壤樣本成功返回,標誌著中國探月工程“繞落回”三步走戰略完美收官,下一步著手載人登月順理成章。中國距離載人探月還有多遠,還有那些步驟尚未走完,哪些技術難關尚待攻破?

太陽系4顆衛星比月球大,其中2顆衛星不但比月球大,還比水星大!

迄今僅美國在1969年實現載人登月,美國載人登月計劃——“阿波羅計劃”歷程正是中國最好的參照。從1967年1月27日“阿波羅1號”到1969年7月16日“阿波羅11號”,美國在短短兩年半時間裡就實現了載人登月,可謂神速。

當然,在推行載人登月計劃前,美國已經分別透過1964年“徘徊者6號”、1966年“勘測者1號”先後實現月球硬著陸與軟著陸。與之相對應,中國直接繞過硬著陸,於2013年透過“嫦娥三號”實現軟著陸。目前,日本、印度及歐洲空間局(ESA)等都處於硬著陸階段,僅美國、前蘇聯、中國實現了月球軟著陸,無論是無人還是載人登月必須掌握軟著陸技術。

在“阿波羅11號”載人登月前,美國共進行了10次“阿波羅X號”實驗。“阿波羅1號”原定於1967年2月21日發射,搭載宇航員在地球軌道停留14天,但在1月27日地面測試中發生火災導致3名宇航員全部死亡,打亂了美國的節奏。因而,“阿波羅2號”、“阿波羅3號”僅進行地面測試,直到“阿波羅4號”才首次進行飛行試驗,經歷3次無人飛行試驗後才於“阿波羅7號”進行載人飛行試驗,經歷4次載人試驗後才於“阿波羅11號”實現載人登月。

“阿波羅2”地面測試了主發動機點火,檢驗了生命維持和控制系統的可靠性;“阿波羅3號”地面測試了“土星五號”火箭第三極;“阿波羅4號”在太空測試了“土星五號”火箭第三極,阿波羅飛船首次以接近月球返回軌道速度的速度返回地球大氣層;“阿波羅5號”在太空測試了登月艙;“阿波羅6號”計劃在太空測試指令艙再入系統模擬在極壞的條件下從月球回到地球,但因火箭發動機故障未實現;“阿波羅7號”首次載人發射,搭載3名宇航員在地球軌道進行測試;“阿波羅8號”即第二次載人飛行,就離開地球進入月球軌道繞月飛行;“阿波羅9號”在地球軌道測試了登月艙與指令和服務艙的分離與重新對接,以及登月艙降落部分與起飛部分的推進器;“阿波羅10號”首次將登月艙帶到了繞月軌道,再從月球返回地球;“阿波羅11號”載人登月成功。

從“阿波羅計劃”登月曆程來看,美國最初出於美蘇太空競賽需要,試圖在早已實現的載人航天技術基礎上直接進行載人飛行測試以節省時間,在事故後不得不重歸循序漸進。中國同樣早已實現了載人航天,至今已經7次將11位宇航員送入太空,載人航天技術成熟,但鑑於載人登月畢竟屬於新課題,必然要遵循從無人到載人、地面到太空、地球到月球的科學規律循序漸進,這也符合中國科研一貫“小步快走”的風格。

美國的登月曆程大致可以分為,火箭測試、登月艙無人地球軌道測試、登月艙載人地球軌道測試、指令和服務艙載人月球軌道測試及返回、登月艙地球軌道載人分離與對接測試、登月艙及指令和服務艙載人月球軌道測試、載人登月等6個階段,大致遵循了科學規律,但越過無人月球軌道測試直接載人月球軌道測試、越過登月艙無人登月直接載人登月,也是夠大膽的。

此次“嫦娥五號”的成功,表明中國已經掌握無人登月與返回技術。理論上,將嫦娥五號放大再經歷地面測試、無人太空測試、載人太空測試、無人繞月測試、載人繞月測試、無人登月測試後,就可以進行載人登月了,目前唯一困擾中國的還在於這一系列測試之前的火箭。

美國執行載人登月任務的“土星五號”火箭,是迄今人類製造的運載能力最強大的火箭。“土星五號”長110。6米、直徑10。1米,重量高達3,090噸,可將高達140噸的航天器送入近地軌道、48。6噸的航天器送入地月轉移軌道,可以直接將重達46。8噸的“阿波羅11號”送入地月轉移軌道。

與之相對應,前蘇聯為載人登月研製N1火箭,使用前所未有的五級設計、共計多達44臺火箭發動機試圖“大力出奇跡”,但效能仍遜於美國“土星五號”火箭,僅能將95噸的航天器送入近地軌道、23。5噸的航天器送入地月轉移軌道。然而,五級設計、44臺發動機在使火箭運載能力大幅提升的同時,也使火箭的複雜性指數級上升,導致可靠性指數級下降,最終4次發射4次失敗葬送了蘇聯載人登月。

中國目前運載能力最強的火箭為“長征五號”,高57米,直徑5米,起飛重量約870噸,能夠將32噸航天器送入近地軌道、14。4噸航天器送入地月轉移軌道。嫦娥五號就是由“長征五號”直接送入地月轉移軌道,而嫦娥五號重量不過8。2噸,不到“阿波羅11號”的五分之一。

中國要實現載人登月,過載火箭這一關必須過,沒有任何取巧的餘地。中國規劃中的“長征九號”超重型火箭,高100米,直徑9。5米,重約4,000噸,近地軌道運載能力200噸、地月轉移軌道運載能力50噸,運載能力比肩“土星五號”,正適合載人探月,計劃於2028年至2030年首飛。

美國目前運載能力最強的是太空探索技術公司(SpaceX)獵鷹重型運載火箭,其地月轉移軌道載荷也不過26。7噸,同樣遠低於“土星五號”,因而美國再次載人登月也要寄希望於下一代過載火箭。美國國家航天局(NASA)為再次載人登月的“阿爾忒彌斯計劃”研製了“空間發射系統”火箭,預計將於2021年首次發射。