中国载人月球探测工程
中国载人月球探测工程(China's Manned Lunar Exploration Program)是中国探月工程(又称:嫦娥工程,英文缩写:CLEP)的载人登月阶段。
2013年3月3日,航天白皮书公布,中国已开始攻关载人登月关键技术。2020年12月,嫦娥五号探测器完成月球表面采样后顺利返回地球,标志着无人探月阶段三期工程圆满完成,中国探月工程正式迈入载人登月阶段。2022年11月21日,中国载人登月已完成关键技术攻关。2023年,中国载人登月任务正式批准立项。针对载人登月的目标,中国已全面启动新一代载人飞船试验船和火箭的研发工作,包括新一代载人运载火箭(长征十号)、新一代载人飞船、月面着陆器、登月服等飞行产品的研制,发射场相关测试发射设施设备的建设等。
2023年7月,中国载人航天工程办公室公布了中国载人登月初步方案,中国计划在2030年前实现载人登陆月球,开展月球科学考察及相关技术试验,其后将探索建造月球科研试验站,开展系统、连续的月球探测和相关技术试验验证。2024年10月29日,神舟十九号载人飞行任务新闻发布会介绍,长征十号运载火箭、梦舟载人飞船、揽月月面着陆器、登月航天服、载人月球车等正按计划开展初样产品生产和相关地面试验,先后完成了飞船综合空投、着陆器两舱分离、火箭芯一级三机动力系统试车、YF系列火箭发动机75E氢氧发动机高空模拟试车等大型试验,保障上述生产试验的一批地面设施设备已建成并投入使用。载人前的飞行试验和首次载人登月任务的科学研究目标和配套载荷总体方案基本确定,发射场、测控通信、着陆场等地面系统正紧张有序地开展研制建设。
工程背景
中国探月工程缘起,主要包括三个大背景,分别是人类空间时代的到来,“阿波罗计划”带来的震撼,中国航天科工集团有限公司事业的发展。
中国从1970年中国的第一颗人造卫星——“东方红一号”成功发射,1971年,中国载人航天工程就被提出,1992年中国载人航天工程正式立项,2003年10月15日中国航天员杨利伟搭乘神舟五号飞船首飞成功,中国成为世界上第三个独立掌握载人航天技术的国家。中国航天事业30多年的发展成就,为探月工程的实施积累了大量的技术和经验,打下了坚实基础。在2004年,美国提出了重返月球计划,同年,欧洲也制定了月球和火星探测的“曙光女神”计划;印度也宣布开展月球探测活动。月球探测迎来新一轮热潮,中国对于月球探测的开展,是迈出深空探测的重要一步,对填补中国在深空探测领域的空白,推动科学技术整体水平的提高,提升综合国力、增强民族凝聚力、培育国民开拓创新精神等都有重要意义。
为什么中国还一定要登月呢?2013年,时任全国政协委员,嫦娥二号卫星、嫦娥三号探测器总指挥、总设计师顾问叶培建表示:“联合国月球公约上说:‘月球是全人类的’,这很好,但后面还有一句话叫‘谁开发谁利用’。我相信一句话,如果今天不去,将来想去都去不了,所以在能去的时候一定要去,所以中国一定要去。”
工程立项
中国探月工程总体分为“探”、“登”、“驻”大三步,即无人探月、载人登月、长久驻月。2004年1月23日,中国首次月球探测工程正式立项实施(也称“嫦娥工程”)。2013年3月3日,航天白皮书公布,中国已开始攻关载人登月关键技术。2020年12月,嫦娥五号探测器完成月球表面采样后顺利返回地球,标志着无人探月阶段三期工程圆满完成,中国探月工程正式迈入载人登月阶段。2022年11月21日,中国载人登月已完成关键技术攻关。2023年,中国载人登月任务正式批准立项。针对载人登月的目标,中国已全面启动新一代载人飞船试验船和火箭的研发工作,包括新一代载人运载火箭(长征十号)、新一代载人飞船、月面着陆器、登月服等飞行产品的研制,发射场相关测试发射设施设备的建设等。
工程计划
中国载人登月计划,从2023年开始,要用7年时间分三个阶段实现载人登月的目标。
第一阶段要完成关键子系统的研制和建设任务,包括完成新一代载人运载火箭、新一代载人飞船试验船、月面着陆器以及登月服和载人月球车等飞行产品的研制,在文昌航天发射场建设长征十号火箭的总装发射设施,并完成测控通信着陆场等相关地面设备设施的建设;第二阶段将使用新一代载人运载火箭、新一代载人飞船试验船和月面着陆器进行无人飞行验证阶段,通过实际飞行验证关键分系统的可靠性和总体方案的可行性;第三阶段就开始实施真正的载人登月飞行。
工程方案
中国载人登月方案亮点是双重环月轨道对接:采用两枚长征十号火箭分别发射登月舱和载人飞船后,它们各自独立飞向月球,在环月轨道上交会对接。接下来,航天员从飞船进入登月舱,随登月舱下降,安全着陆月球,开展科考活动。完成既定任务后,航天员乘坐登月舱起飞,返回环月轨道,再次和飞船对接后,转移进入飞船并返回地球。
工程目标
中国计划在2030年前实现首次登陆月球,开展月球科学考察及相关技术试验,突破掌握载人地月往返、月面短期驻留、人机联合探测等关键技术,完成“登、巡、采、研、回”等多重任务,形成独立自主的载人月球探测能力。其后将探索建造月球科研试验站,开展系统、连续的月球探测和相关技术试验验证。在完成载人登月目标的基础上,中国还会实现长久驻月,实现月面长期驻留生活和月球资源的开发利用。 相关研究工作正在积极推进,计划在首次登月阶段,或在未来月球科考与开发阶段开展相关技术验证。
关键技术
第一是研发出重型运载火箭,能够把人和登月舱送到月球;第二是解决人来往地月的生命保障、安全以及工作条件;第三是进行更多的地面条件建设,确保各项试验都充分验证。为完成这项任务,中国科研人员正在研制长征十号运载火箭、新一代载人飞船试验船、月面着陆器、载人月球车等装备。截至2023年5月,中国已经完成了登月任务相关飞行器的关键技术攻关和方案研制,也完成了登月总体方案的论证和编制。截至2024年2月,长征十号运载火箭、梦舟载人飞船、揽月着陆器和登月服等主要飞行器已完成方案阶段的各项研制工作,全面进入初样研制阶段,初样产品的研制、生产和地面实验正在有序展开。航天员测控通信、发射场、着陆场等系统已完成总体技术方案。科学研究与应用系统和月面活动支持系统正在抓紧开展月面科学载荷和载人月球车等方案研制工作。文昌发射场新建的各项测试发射设施设备也将全面启动建设。总体看载人月球探测工程登月阶段任务,各项研制建设工作进展顺利。
长征十号运载火箭
新一代载人运载火箭被命名为长征十号,长征十号设计了两种构型。
第一种是带助推,主要负责将月面着陆器和登月飞船送入地月转移轨道。由于运送距离长,因此这个构型火箭推力也更大。高度约92米,起飞质量约2187吨,起飞推力约2678吨。它的总体方案为5米芯一级并联7台YF-100K发动机,第一级3个芯级并联装有21台发动机,第二级两台高空型YF-100K发动机的方案,为了支持载人登月任务,第三级将使用三台YF-75D液氧液氢发动机,提供足够的速度增量。长征十号火箭的近地轨道(LEO)运载能力可达70吨,奔月轨道(LTO)运载能力27吨,运力和美国SLS Block1火箭相当。火箭设有逃逸塔,主要是在火箭上升的过程中,一旦火箭出现故障,可以把返回舱快速地带离故障火箭,保证航天员的安全。返回舱是航天员的座舱和控制中枢,服务舱主要是提供飞船的推进和能源。
长征十号还设计了另一种无助推的构型,可执行空间站航天员及货物运输任务,无助推构型火箭的一子级将按照可重复使用进行设计。长征十号运载火箭预计2027年具备首飞条件。
“梦舟”飞船
2024年2月,中国载人月球探测任务新飞行器名称已经确定,新一代载人飞船命名为“梦舟”。“梦舟”寓意载人月球探测承载中国人的航天梦,开启探索太空的新征程,也体现了与神舟、天舟一号货运飞船飞船家族的体系传承;新一代载人飞船试验船包括登月版和后续执行空间站任务的近地版两个型号,其中,登月版采用“梦舟Y”(飞船名称+“月”字音节的大写首字母)。梦舟飞船、着陆器和长征十号运载火箭已全面进入初样研制阶段,各项工作进展顺利。
飞船的入轨质量大约26吨,可搭乘3名航天员。它采用模块化设计,适应近地、深空等任务需求。载人飞船主要用于将航天员送往环月轨道并返回地球这样一个过程,由逃逸塔、返回舱和服务舱组成。
“揽月”着陆器
2024年2月,中国载人月球探测任务新飞行器名称已经确定,月面着陆器命名为“揽月”。“揽月”取自毛主席诗词“可上九天揽月”,彰显中国人探索宇宙、登陆月球的豪迈与自信。载人飞船、揽月着陆器和长征十号运载火箭已全面进入初样研制阶段,各项工作进展顺利。
月面着陆器,重约26吨,由登月舱和推进舱组成,可将两名航天员送达月面,采用轻量化设计提高了结构效率,并具备动力冗余功能。登月舱安装了4台7500牛发动机,它具备一定的动力冗余功能来保证航天员的安全,同时,月面着陆器也具有自主控制飞行能力。它主要是负责把将航天员从环月轨道下降着陆月面并返回环月轨道。登月舱是航天的座舱,推进舱主要是负责完成着陆器到月球附近的近月制动,以及月面下降的主减速的这样一个阶段,它对重量是极为敏感的,因此需要采用轻量化设计,像一体化设计等等,包括采用先进的材料和结构等技术来提高结构效率,要严格控制重量。
载人月球车
载人月球车重约200公斤,可搭乘两名航天员。利用月面着陆器将两名航天员、月球车相关的载荷送达月球表面后,航天员将乘着月球车在10公里的范围之内开展月球采样,以及相应的月面实验。
月面移动实验室
月面移动实验室。它可以长期无人自主在月面活动,并可以支持航天员短期驻留。
工程进展
2023年5月29日,在神舟十六号载人飞行任务新闻发布会上,中国载人航天工程新闻发言人、中国载人航天工程办公室副主任林西强表示,中国载人月球探测工程登月阶段任务已启动实施,计划在2030年前实现中国人首次登陆月球,开展月球科学考察及相关技术试验,突破掌握载人地月往返、月面短期驻留、人机联合探测等关键技术,完成“登、巡、采、研、回”等多重任务,形成独立自主的载人月球探测能力。中国载人航天工程办公室已全面部署开展各项研制建设工作,包括研制新一代载人运载火箭(长征十号)、新一代载人飞船试验船、月面着陆器、登月服等飞行产品,新建发射场相关测试发射设施设备等。2023年7月,中国载人航天工程办公室面向社会征集月面科学载荷的方案,征集截止日期至8月20日。
截至2024年2月,长征十号运载火箭、梦舟载人飞船、揽月着陆器和登月服等主要飞行器已完成方案阶段的各项研制工作,全面进入初样研制阶段,初样产品的研制、生产和地面实验正在有序展开。航天员测控通信、发射场、着陆场等系统已完成总体技术方案。科学研究与应用系统和月面活动支持系统正在抓紧开展月面科学载荷和载人月球车等方案研制工作。文昌发射场新建的各项测试发射设施设备也将全面启动建设。总体看载人月球探测工程登月阶段任务,各项研制建设工作进展顺利。
截至2024年4月24日,登月飞船、着陆器已基本完成力热试验产品研制,火箭正在开展各型发动机地面试车。中国第四批预备航天员选拔工作已基本完成。第四批航天员和现役航天员一起实施空间站后续任务,并实现中国人登陆月球。
2024年6月27日下午,国家航天局副局长卞志刚介绍,未来一段时间,中国在月球探测方面:研制嫦娥七号和八号探测器,其中嫦娥七号开展月球极区环境和资源勘查,嫦娥八号将开展月球资源就地利用技术验证。行星探测方面:中国行星探测工程已经获得国家批复,包括4次探测任务,计划在10年到15年内完成。后续,还会论证实施重型运载火箭、可重复使用航天运输系统等航天领域国家科技重大专项和重大工程,加强基础研究,加快关键核心技术攻关,推动空间科学、空间技术、空间应用创新发展。9月10日,中国航天科技集团六院165所铜川试验中心亚洲最大高空模拟试验台考台圆满成功,标志着中国载人登月工程落月主减速发动机高空模拟试验关键技术取得重大突破。9月28日,中国载人航天工程办公室首次公开中国登月服外观,并面向社会征集载人月球探测任务登月服名称。
2024年10月29日,神舟十九号载人飞行任务新闻发布会介绍,长征十号运载火箭、梦舟载人飞船、揽月月面着陆器、登月航天服、载人月球车等正按计划开展初样产品生产和相关地面试验,先后完成了飞船综合空投、着陆器两舱分离、火箭芯一级三机动力系统试车、YF系列火箭发动机75E氢氧发动机高空模拟试车等大型试验,保障上述生产试验的一批地面设施设备已建成并投入使用。载人前的飞行试验和首次载人登月任务的科学研究目标和配套载荷总体方案基本确定,发射场、测控通信、着陆场等地面系统正紧张有序地开展研制建设。
方案征集
中国载人航天工程向全社会公开征集载人月球车、月面载荷等方案,进行竞争择优。
科学载荷
2023年7月,中国载人航天工程办公室面向社会征集月面科学载荷的方案。科学载荷分无人登月飞行任务科学载荷、载人登月飞行任务科学载荷及月面钻探专项载荷三类。
月球车方案
2023年5月,为吸纳社会优质力量参与载人月球车研制,探索与任务实施相适应的商业化研制模式,进一步提升工程效益,现面向全社会发布公告,征集载人月球车研制方案。
着陆点选择
着陆区的选址仍在迭代,前期,科研人员共提出了百余个着陆区,为了避免与已有着陆任务重复、地质构造类型相似等情况,保留了50个着陆区并形成载人月球探测选址库。
工程意义
中国正在加速推进其载人月球探测工程,计划在2030年前实现中国人首次登陆月球。这是中国在太空探索领域的一个重要里程碑,也标志着中国在太空技术领域的发展进入了一个新的阶段。从技术方面来看,中国载人月球探测工程将进一步提高中国的太空技术能力,巩固中国在太空领域的领先地位。此次工程将需要大量的设备和技术支持,包括运载火箭、航天器、探测器等,这将为航天航空行业提供新的发展机遇,推动该行业的发展。同时,月球探测工程将有助于提高中国的科技水平和创新能力,为中国的科技创新注入新的动力。
中国载人月球探测工程的启动实施将对航天航空、科技、能源等领域产生积极的影响。随着中国人首次登陆月球的实现,将会引起公众对航天技术的关注和支持,推动航天技术在其他领域的应用。例如,在太空育种、太空旅游、太空资源开发等领域将会有更多的机会和发展空间。这将为相关行业提供新的发展机遇,推动该行业的发展。此外,月球探测工程将有助于提高中国的国家形象和竞争力。
中国载人月球探测工程的启动实施将会产生深远的影响,不仅对航天航空行业、相关行业产生影响,还会对中国的科技创新、国家形象和竞争力产生积极的影响。
参考资料
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科工力量:2023科技产业领域十大关键词.观察者网.2024-01-04
中国公布载人登月初步方案 月球探索新任务新想象.中国网.2024-01-04
锚定2030年前实现中国人登月目标 工程全线正全面推进.央视新闻.2024-10-29
讲述中国(二) | 九天揽月——欧阳自远院士讲述中国探月工程缘起.中国政协网.2023-06-11
中国人的飞天梦:从“东方红一号”到“长征七号”.央视网.2023-06-11
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从取回月壤到载人登月:揭秘中国探月新看点!.科普中国网.2024-05-27
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登月装备即将上新 长征十号运载火箭预计2027年具备首飞条件.网易.2024-05-27
登月装备即将上新! 月面着陆器等都在路上了.科学网.2024-06-11
中国载人月球探测任务新飞行器名称正式确定.新华网.2024-02-24
Sina Visitor System.新浪微博.2024-02-25
中国计划在2030年前实现首次登陆月球.中国政府网.2023-06-16
我国载人登月正按计划开展研制建设 第四批航天员即将完成选拔.中国政府网.2024-06-11
超级剧透!中国深空探测将有这些大动作.环球网-今日头条.2024-06-28
亚洲最大高空模拟试验台考台成功.新华网-今日头条.2024-09-11
中国登月服外观首次公开.中国新闻网-新浪财经.2024-09-28
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明讯财经:中国载人月球探测工程的启动实施将产生积极影响.网易.2024-05-27