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NO.2514- 上九天攬月
文字：地球知識局 & 何同學
校稿：朝乾 / 編輯：蛾
2023 年 7 月 12 日，中國載人航天工程辦公室公布了中國載人登月的初步方案，宣布将在 2030 年前實現登月。
" 載人登月 " 由于涉及到了大量尖端科技，一直被視爲對一個國家航天能力的綜合大考。目前，在美國 " 阿爾忒彌斯 " 項目進展并不順利、印度 " 月船 " 計劃屢次失敗的背景下，中國是否能夠成爲 21 世紀第一個把腳印留在月球上的國家，吸引了外界的普遍關注。
爲了幫助熱心于我國航天事業的讀者朋友們解讀載人登月的 " 技術含量 "，管窺我國航天技術的發展現狀，我局非常榮幸地邀請到了一位航天工作者何同學，和我們詳細地聊聊中國的載人登月項目。
事前聲明，我們今天聊的都是已公開的資料，沒有什麽 " 過于先進，不便展示 " 的内容。另外，出于保密方面的考慮，我們不便介紹何同學的真實姓名和具體職務。
（地球知識局，以下簡稱球局）：你好，何同學，方便介紹一下自己嗎？
（航天城工作人員何同學，以下簡稱何）：球局你好，我姓何，目前從事航天相關工作，今天應球局之邀，簡單談談我所了解的中國探月工程，最近這幾年都有了些什麽進展。
長征 10 号，中國人的 " 入場券 "
球局：現在一提到航天發射，大多數人腦海中肯定會先浮現出一根捆綁在發射架上的火箭，現場喊 321 點火之後，火箭慢悠悠地從發射架上騰空而起的這麽一個場景。
何：是這麽回事，而且出于安全考慮，直播火箭發射進程的基本都是遠景鏡頭，對于火箭不太熟悉的同學可能覺得從遠處看都長得差不多，但是隻要抓住型号特征還是很容易分辨的。
球局：但是這次新聞裏專門提到了還在研制當中的 " 長征十号 " 火箭，這是不是說明執行登月任務的火箭，和我們平時用的發射地球衛星，或者空間站艙段的火箭也不太一樣。
何：對，大家平時在電視上耳熟能詳的 " 長征 " 火箭系列下邊能分出很多小家族，比如發射空間站艙段，中國空間站的 " 天和 " 核心艙、" 問天 "、" 夢天 " 實驗艙的，是長征 5 号，專門分給空間站送貨的 " 天舟 " 貨運飛船，是長征 7 号送上天的。
我們平時發射載人的宇宙飛船，" 神舟 15 号 "" 神舟 16 号 " 什麽的，用的就是長征 2 号 -F 火箭。長征 2 号 -F 火箭是目前國内唯一載人運載火箭，自 1999 年開始發射到現在沒出過一次事故，算是有名的功勳火箭。
每個型号下還有一些細分型号，長征 2 号 -F 裏的 "F" 就是細分型号。每種型号都是根據使用場景和需求進行針對性設計的。
搭載 " 神舟 8 号 " 的長征 2 号 -F 火箭
（圖：壹圖網）▼
球局：既然咱們國家已經有了如此豐富的火箭型号，爲什麽還要繼續研究更新的長 10 呢？
何：簡單來說，你要發射上天的東西越重，想要去的距離越遠，那火箭的尺寸就得越大，推力得越強。初中時候我們都學過，想要讓物體能繞地飛行需要達到第一宇宙速度 ( 7.9km/s ) ，想要幹登月這種脫離地心引力的事，就得達到第二宇宙速度 ( 11.2km/h ) 。
球局：也就是說，現在的火箭還不足以應付登月任務？
何：對，現在的空間站任務已經逼近了長征 5 号火箭運載能力的極限，至于對運載能力要求更高的載人登月任務則需要運力更大的火箭來支撐。
在長征 5 号研發之前，我國火箭最大直徑是 3.35 米通過鐵路運輸到各發射場，而長 5 不光自個就 5 米粗，還帶了 4 個 3.35 米的助推器，所以被網友親切的稱爲 " 胖五 "。
球局：一下胖了這麽多，長 5 拿火車怕是不太好運了吧？
何：現在長征 5 号分段制造完畢後，用船運到文昌的發射場，再進行組裝和發射。
2022 年，長征 5 号 B 發射 " 問天 " 實驗艙
（圖：圖蟲創意）▼
球局：在長 5 的基礎上，長 10 的各方面性能都可以說更上了一層樓？
何：長 10 目前有四種構型，兩種載人兩種載貨，可以通過火箭尖上有沒有逃逸塔來進行區分，不過無論哪種構型，芯一級直徑都是 5 米，執行登月任務的載人長 10 爲了加大推力，還裝了兩個 5 米直徑的助推器，就是大火箭底部綁的那些小火箭，這次登月就靠它們了。
球局：所以說，火箭這玩意也是一寸長，一寸強啊。
何：在我看來，火箭就屬于載人登月項目的入場券，沒有就一切免談。當年美國人爲了阿波羅計劃，搞出來了個超級牛的 " 土星五号 "，蘇聯人也想上月球，但是他們搞的 N1 火箭四次試射全都失敗了。我們搞的長 10，可以說就是中國人交出的登月答卷。
對了，這裏能給大家透露，目前還有一款" 長征 9 号 " 重型運載火箭，正在進行技術論證。長征 9 号運力更強、經濟性更好，設計直徑在 9.5 米以上，是當之無愧的巨無霸。長 9 的研發意味着中國人在深空探索方面将會走的更遠，我們甚至可以展望一下載人登陸火星，建立火星基地。
球局：載人登火，那真就是有生之年的事了，希望到時候球局還能邀請你來聊聊。
何：行，有時間我一定來（笑）。
" 長征 9 号 " 重型運載火箭 - 模型（右側）
（圖：shutterstock）▼
嫦娥登月艙，廣寒宮的 " 新鄰居 "
球局：載人登月這個 " 載人 " 環節，終究還是要把人送到月亮上再接回來。在這方面，中國有做過什麽技術方面的驗證嗎？
何：那是肯定的，中國的航天就是一步一個腳印地穩定前行，每一次發射任務都是爲給後續做技術積累，大家都很熟悉的 " 嫦娥 " 是就一個典型例證。
中國的月球探測計劃一共分爲" 繞落回 "三個階段，也就是繞月飛行、無人探測器月面降落、無人探測器采樣後返回地球。2020 年年末發射的 " 嫦娥 5 号 "，已經完成了 " 回 " 這個階段的技術測試。
三步走（圖：shutterstock）▼
球局：那 " 嫦娥 5 号 " 具體是怎麽返回地球的？
何：" 嫦娥 5 号 " 一共搭載了四個艙段，包括軌道器、返回器、着陸器、上升器，其中着陸器和上升器降落月面上。
對月球土壤進行采樣之後，上升器發動機啓動，和在月球軌道上等待的軌道器、返回器組合體對接，把采樣的樣本轉移到了返回器上之後，軌道器和返回器進行則進行軌道轉移，返回近地軌道上。
最後，返回器與軌道器在地球軌道分離，帶着月壤再入地球，在内蒙古四子王旗的着陸場順利着陸。
" 嫦娥 5 号 " 返回器（圖：shutterstock）▼
球局：這麽說，預計 2030 年我們的宇航員也會采用 " 嫦娥 5 号 " 的這種模式返回？
何：這個技術其實已經算是比較成熟了。另外，估計我們登月會繼續采用三人組模式，我們近幾次的航天發射都是三人組，一個是我們神舟飛船的承載極限是三個人，另一個是對于三人組的分工合作的模式非常熟悉和成熟。
球局：現在距離真正的載人登月任務還有幾年，這幾年裏肯定也少不了嫦娥系列的頻繁發射吧？
何：在第一次載人登月之前應該會有若幹次試驗性質的任務，比如無人繞月飛行、載人繞月飛行等。
嫦娥系列未來還會有嫦娥 6 号、嫦娥 7 号、嫦娥 8 号等等，嫦娥 6 号是月背采樣返回，嫦娥 7 号、嫦娥 8 号可能會給載人登月任務以及未來建設航天員能長期駐留的月球基地打下基礎，成爲我們未來月球基地的一部分，爲基地供能和通訊等進行測試。
球局：我之前有在知乎看到有網友讨論，如果一切順利，中國宇航員要說點什麽才能壓過阿姆斯特朗的那句 " 個人的一小步，人類的一大步 "，對這事你有什麽想法嗎？
何：想不出來，不過我覺得八成會說：" 我已出艙，感覺良好 "。
一座鵲橋，如何飛架地月？
球局：在這個新聞裏，其實有一個點雖然沒提到，但也非常重要，就是爲了保障任務的順利進行，也是爲了航天員的安全考慮，載人登月過程中必須随時保持通訊的順暢。
何：這方面相關專家肯定考慮到了，2018 年 5 月，我們發射了一顆專門給 " 嫦娥 4 号 " 和地球之間牽紅線的衛星，叫 " 鵲橋 "。
" 鵲橋 " 中繼衛星外形圖（圖：wiki）▼
球局：牛郎織女在鵲橋上相會，給通訊中繼衛星起了這麽一個名字，的确是非常完滿的意境，有時候真是不得不感慨一下中國傳統文化的博大精深。
何：名字好聽，但鵲橋衛星背後的難度其實是很大的。由于潮汐鎖定，月球的自轉與公轉周期相同，地球永遠都隻能看到月球的正面，所以想要讓那些降落在月球背面的探測器也能與地球保持實時通訊是很困難的。
我印象裏，爲了測量月球背面的重力場信息，二零零幾年的時候日本還發射了一顆專門的中繼衛星，就是爲了給他們的月球探測器提供通訊信号。
球局：那麽難度具體體現在哪方面呢？
何：鵲橋中繼衛星所采用的軌道叫HALO 軌道，這是一個以地月拉格朗日點 L2 爲中心，以 10 萬公裏爲半徑的圓軌道。在這個軌道上，" 鵲橋 " 既可以同時看到地球和月背，不會被遮擋，又能和月球、地球維持一種相對穩定的位置關系，所以說是最好的位置。
球局：有聽說過，在拉格朗日點上運行的衛星，燃料消耗會小非常多。
何：對。不過，這個點與地球同步軌道相比，距離相對遠很多，另外當時發射的時候，我們還做了兩個技術驗證，一個是衛星的發射軌道，鵲橋沒有先進入地球軌道，再通過地月轉移軌道去到月球旁邊，而是一步到位，直接進入地月轉移軌道，這就給當時執行發射任務的長 4 丙提出了很高的要求。
二是在從地月轉移軌道變軌到 HALO 軌道上的時候，我們借助了一下月球的引力彈弓效應，沒有直接飛到 HALO 軌道，這樣能節約非常多的燃料。
值得慶幸的是，這兩項驗證都成功了，而且隻進行了一次軌道修正，鵲橋就入軌了，原本預計是需要三次的，這說明了我們對飛行過程的控制是十分精确的。
球局：也就是說，仰賴于這兩項成功，鵲橋的燃料保留得很好，能夠在軌道上執行更長時間的任務。
何：是的，而且鵲橋一号的成功給它的後來人提供了很豐富的技術驗證空間。明年，爲了給 " 嫦娥 6 号 " 和後續月球探測任務提供通訊服務，更先進、綜合實力更強的鵲橋二号就要上天了。
開着玉兔，在月面上兜風？
球局：之前何同學曾經提到過，未來載人登月很有可能也就是 " 嫦娥 5 号 " 的這種四段式模式。那在整個登月項目的進行過程中，會和 " 嫦娥 5 号 " 有什麽不一樣的地方嗎？
何：新聞裏也提到了，是一枚載人長 10 和一枚載貨長 10，分别扛着飛船部分和着陸部分進入地月轉移軌道，然後飛船和着陸器再在環月軌道上對接。不像嫦娥五号一樣可以一發火箭把所有的載荷全都送入月球軌道。這是運載火箭運力還不夠強大所做的權衡。
球局：這樣一來的話，執行一次登月任務的時間大概是多久？
何：以美國的經驗來看，一次月球任務大概要 10 天左右。不過到時肯定會根據具體情況做出調整。
" 長征 10 号 " 火箭 - 模型（圖：wiki）▼
球局：新聞裏提到了，在研制月球車等設備，正好在今年春節的大熱電影《流浪地球 2》裏，有很多關于月球基地運輸載具的鏡頭，何同學你覺得到時候真正的月球車會長成什麽樣？
何：電影裏的道具多少還是帶着點藝術創作的色彩，目前的登月任務不太用得上那麽大的車鬥，畢竟也沒啥東西需要裝，至少采集的月岩月壤應該是不會有那麽多。
《流浪地球 2》裏的月球車樣式，在未來真建立起了月面長期基地，需要長期科研、作業時或許會用得上，我們大家可以一起期待一下。現階段還是以實用可靠、安全便捷爲主吧。
球局：好的，非常感謝何同學今天能夠接受我們的采訪。
何：我也非常高興能有今天這麽一個機會，向所有愛好航天的人們介紹中國登月工程的一些細節和進展。
球局：從訪談的内容中我們其實不難看出，中國的航天工程的确非常腳踏實地，可謂一步一個腳印，每一個技術突破都是建立在前人基礎上的。我們也衷心祝願何同學工作順利，希望中國的載人登月工程能夠圓滿成功！
【快來聊天啦】
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