► 文 观察者网心智观察所 10月31日，第七届载人航天学术大会在北京航空航天大学开幕。中国载人航天工程副总设计师兼月球探测工程总设计师王翔在会上详细公布了中国载人登月的完整技术路径，明确宣布中国计划在2030年前把航天员送上月球。这次公布的方案确认采用两次发射并在环月轨道交会对接的模式，整个乘组由3名航天员组成，其中2名航天员将真正踏上月球表面。人类已离开月球半个世纪，奔向月球再次成为航天工程领域的焦点。 美国行星学会首席太空政策专家凯西·德赖尔（Casey Dreier）近日对媒体表示，中国计划在载人登月前，先完整开展一次无人登月任务演练，虽然会增加2030年前实现载人登月的时间压力，但有助于降低风险。 “你肯定不希望载着宇航员飞到月球半路，才发现硬件出了重大问题。”德赖尔说。 地月引力通道与轨道设计的奥秘 地球和月球之间的空间是由两个天体的重力场共同塑造的复杂引力环境。地球表面的引力很强，火箭需要加速到每秒11.2公里的第二宇宙速度，才能彻底摆脱地球引力束缚进入地月转移轨道。如果火箭运载能力不足，航天器就无法直接飞向月球。 航天器在飞往月球的途中，会经过一个引力平衡的区域。在距离月球大约6万公里处，月球的引力开始占据主导地位。此时航天器必须在近月点进行减速制动，也就是实施近月制动，将自身速度降下来，才能被月球引力捕获，成为一颗绕月飞行的月球卫星。如果不减速，航天器就会顺着双曲线轨道掠过月球，重新跌入茫茫深空。 在阿波罗时代，美国航天工程师曾经反复争论过究竟采用哪种登月模式。当时主要有三种设想：第一种是直接发射一枚庞大无比的火箭，将具备降落和返回功能的飞船直接送到月球表面，再直接飞回地球；第二种是在地球轨道上分批发射部件，组装完成后再整体飞向月球；第三种则是仅仅把一个小型着陆器送下去，指令舱保留在环月轨道上守候，完成月面任务后再回到轨道对接。结果证明，环月轨道对接是节省火箭推进剂、控制航天器重量的最优解。 半个世纪后的今天，人类登月的目标区域从当年的月球赤道附近，转移到了环境更为恶劣的月球南极。月球南极的撞击坑底部常年处于阴影之中，可能封存着数亿吨水冰。这些水冰不仅能为未来的月球基地提供生命维持系统所需的水和氧气，还可以分解为氢气和氧气，直接转化为火箭的液氢液氧推进剂。月球南极因此成为建造科研基地与未来奔赴火星的核心跳板。 月球南极的极端地形导致着陆变得非常困难。这里的太阳高度角极低，地形阴影漫长，环形山密布，对航天器的轨道控制精度、推进剂消耗以及着陆避障技术提出了严苛的要求。在这样的物理现实面前，每一次轨道转移和分离对接，都需要极其精准的速度控制与质量计算。 两枚火箭并行的工程解法 中国在本次大会上公布的总体方案，核心可以概括为两枚火箭、两型航天器、两次发射、月轨交会。发射任务由两枚长征10号运载火箭分别承担。其中一枚火箭负责运送揽月月面着陆器，另一枚火箭负责运送梦舟载人飞船。两者先后飞往月球，并在环月轨道上完成无人和有人的自主对接。 航天界通常用发射质量来衡量一次深空任务的规模。如果要在一次发射中把载人飞船、月面着陆器以及奔月所需的全部推进剂一次性送入地月转移轨道，火箭的近地轨道运力必须达到140吨以上，地月转移轨道运力必须达到50吨左右。当年美国的土星5号火箭正是凭借3000余吨的起飞重量实现了单次发射全套装备的目标，但制造这种超级运载工具的研制周期极长，技术跨度极大，制造成本也非常高昂。 王翔在大会上明确指出，采用两次发射的方式，与中国现有的技术能力高度匹配，并且能够让载人飞船与月面着陆器各自独立开展研制与测试。长征10号火箭采用了3个5米直径芯级并联的构型，单枚火箭的地月转移轨道运力大约在27吨。如果单独看一枚长征10号，其运力不足以一次性支撑全部登月装备，但通过前后两次发射，两枚火箭送往地月转移轨道的总质量就超过了50吨。 这种化整为零的做法降低了单枚火箭的研发门槛。中国无需等待直径接近10米级的超级重型运载火箭研制成功，就可以利用长征10号在2030年前实现登月。外媒分析，这种策略避开了研制周期最长的不确定环节，是一种立足于工程现实的稳健选择。 两次发射方案的核心代价，是将系统复杂性转移到了太空交会对接阶段。这要求航天系统具备在距离地球38万公里之外执行高精度轨道交会的能力。在长达10余年的中国空间站建设和天宫实验室阶段，中国已经完全掌握了近地轨道的自主快速交会对接技术，并在嫦娥5号任务中完成了月球轨道上的无人-无人交会对接和样品转移。空间站时期积累的微波雷达、激光雷达以及自主制导算法为这次方案提供了成熟的技术储备。 月球上空的两次分离与两次对接 任务开始时，第1枚长征10号火箭率先在海南文昌航天发射场点火升空，将揽月着陆器送入地月转移轨道。揽月着陆器由登月舱和推进舱组成，它将依靠自身的动力系统飞向月球，并自