时值印度月船二号的登陆器“维克拉姆”号在月面硬着陆之际,中国载人登月的话题又上了热搜,每每类似的事件载人登月总是会被提起,而大家也比较喜欢将印度和中国放在一起对比,但印度从来都没有成为中国的对手过,就像印度不会找朝鲜来对标航天技术一样。
中国的探月史
要说中国登月,其实早在2013年12月14日,嫦娥三号着陆于月球雨海北部的虹湾,完成了中国历史上的首次无人探测器登月之旅,而在这之前,还有嫦娥一号和二号对于月球地形与资源的普查,这个工作很重要,兵马未动,粮草先行么,只是一号和二号是去探路的,比如从地球前往月球的变轨,中途的修正,还有减速进入月球轨道,还有100×15千米的下降轨道预演,都是必须要经历的大事件,否则我们面对的风险将会成倍上升,因为没有获得验证的技术太多。
看似一个很轻松的过程,但却是凝结了一代人心血的测控网络建设,发射火箭只是第一步,后续由于地球自转的遮挡会造成测控中断,对于发射入轨的卫星可能要求比较低,局部就可以,但在探月这个工程上必须要保证大部分时间的测控,有一些盲区可以克服。而我们解决测控难题的方式是远望系列测控船。
最值得一提的是嫦娥四号的月球背面登陆,这比正面登陆更难的是需要中继卫星保持在拉格朗日点上对月球背面的着陆器保障通信,因此在整个工程实施上增加了一个极度不确定的因素,而中国在去年完成了这一壮举,无疑在测控上我们已经彻底走通了。
而今年年底即将实施的嫦娥五号,则是一个取样返回的计划,与过去实施的不一样,五号多了返回这个步骤,其实工程复杂度可不止增加一个步骤,因为结构复杂性将会大大增加。
与四号相比,五号多了上升器和返回器,因为它需要从月面返回,而且需要重返大气层,在这个过程中,我们只有从月面发射进入月球轨道尚未实施,其他技术都已经验证,比如在2014年11月1日从月球轨道重新返回地球T1飞行器
从这个角度来看,咱中国人做事,一步一个脚印,每次验证技术时不会将太多的新技术一次实施,否则对于工程风险无法控制,就如这次印度无人探测器登月,月船一号失踪的真正原因没有查清,直接就上登陆,这个气魄估计也只有印度人才能干得出来,不成功便成仁,不知道下次印度是否会直接上载人登月,要是那样的话,种花家只有一句话“不扶墙,就服三哥”!
经典的阿波罗登月飞船结构
在这里我们不得不提一下经典,也许可以认为是向经典致敬,但这没有关系,这个结构非常合理,也是飞来在火箭发动机大幅提升之前的参考结构
未来火箭技术提升之后,也许可删减为飞船一体即可,比如曾经的美国火星登陆飞船就是这样的设计,但这仍然是纸上谈兵。但在现阶段这仍然是比较优秀的结构。
这是比较理想的方式,没有废弃质量,结构设计紧凑,而且成本也可能会降低,但前提是火箭技术得提升一个台阶,因为这个多功能合一的总质量比单一任务质量更高,火箭推力与比冲要求更大,因此现阶段这是一个展望。
中国什么时候可以登月?
我们回到正题,假如未来载人登月的话,最大的可能还是采用这个“老”结构,阿波罗飞船质量约为45吨,我们能删减到30吨以下吗?似乎不太可能,毕竟这些质量中,结构质量占比并不高,而且材料技术也没有突飞猛进,因此结构质量下降有限,而燃料是最不容易节省的,所以即使删减,也不过是几吨,到40吨也许是极限了。
各位参考TLI轨道运载能力,很明显三号和胖五的距离登月还是有不少距离的。
从参数上来看,新方案中LTO轨道能力直逼50吨级,直接就是为登月设计的,但长征9号当前状态依然在研,当然我们也可以从它的发射计划中了解一二。
它的第一次发射预计在2028年某个时间段,当然这是顺利的情况下,比如胖五一次失败,众多的计划都随之推迟,这是必须要面对的一个可能性,而随后的2030火星探测取样返回和木星探测器计划,之后则暂时还没有具体的计划,因此我们在这个上面只能猜测,参考阿波罗计划实施的过程
1966年-1968年,6次不载人飞行试验
1968年-1969年,3次近地轨道载人试验
1969年5月18日,1次环月轨道载人试验
当时是登月竞赛之际,所以疯了一样美国人在三年间将所有试验计划全部走了一遍,但中国登月并不以竞争为目的,因此这个时间上肯定会放缓,比如至少会有一次不载人的试验,一次近地轨道试验,在来一次环月轨道载人试验,每次间隔按2-3年时间算,那么还需要10年,假如CZ-9有所延迟,加上飞船研制等综合因素在内,相信至少会在15年以上,在2049年前实施的可能性比较大,因为可能会向建国100周年献礼,但肯定不会以这个为目的,毕竟这是登月计划并不以此为参考日期。