道阻且長的載人登月

月球，45億年來作為地球忠實可靠的伴侶，孜孜不倦地為地球牽引潮汐， 勤勤懇懇地為地球屏蔽各種隕石、小行星等不速之客，無私地用一縷清輝寄掛了全世界詩人的思念和贊美，也點亮了無數(shù)孩童的遐想。從儒勒凡爾納的《從地球到月球》開始，人類逐漸將故事中的登月變?yōu)榱爽F(xiàn)實，現(xiàn)在人類又將月球定義為探索深空的前哨，開啟了新一輪的探月熱潮。

登月，不僅僅是因為月亮在那里，更是因為它帶給我們的無限迷思，還有在它之中和之外的無限可能。但是，月球到地球的38萬公里的道路并不是一條坦途，載人登月究竟難在哪里？讓我們一窺究竟。

把人送到月球分為哪四步？

載人登月可以大致劃分為四個階段，到達月球、月球表面著陸、航天員探測作業(yè)、月面起飛并返回地球。與無人探測相比，載人登月最關鍵的要素是人，航天員的加入，使登月航天器的質(zhì)量和體積規(guī)模顯著增加，難度大幅提升。

首先是研制重型運載火箭。以我國探月工程嫦娥五號為例，不僅要發(fā)射我國質(zhì)量最大的月球探測器，這部分就達到了8.2噸，還要能夠為航天員提供環(huán)境控制和生命保護，在月面起飛，功能要求復雜、艙段更多，因此重量超過15噸，這對火箭的運載能力和安全性都提出極高要求。

嫦娥五號月球探測器示意圖

月球著陸階段，著陸緩沖和軟著陸控制技術是關鍵。月球沒有大氣層，飛船減速要靠制動發(fā)動機，載人登月艙重量大，需要開展充分的技術驗證，選擇合適的緩沖方式、緩沖材料，優(yōu)化參數(shù)，確保安全降落月面，同時需要精密的軟著陸控制技術，確保登月艙降落到預定區(qū)域。

探測作業(yè)階段，登月航天服技術是關鍵。航天員在月球表面活動，面對的是低重力、灰塵、高輻射和300多度晝夜溫差的極端考驗，登月航天服為航天員提供環(huán)境控制和生命支持，同時還要滿足可活動性、靈活性和功效性要求，并且工作時間要長，安全可靠性要高，它是一艘穿在航天員身上的小型載人飛船。

月面起飛的難度在于月表起飛條件非常簡陋，沒有發(fā)射塔支持系統(tǒng)，而且著陸器不一定降落得四平八穩(wěn)，很可能是在一個斜坡上。這就要求登月艙在著陸時準確降落在非常平坦的區(qū)域，同時上升艙具有自適應調(diào)整能力，可以準確進入交會軌道。

最后，返回艙返回時，將以接近第二宇宙速度進入地球大氣層，會產(chǎn)生恐怖的熱量，同時返回艙的再入攻角和再入軌道必須非常精確，使航天員在指定區(qū)域準確降落，而不是像“打水漂”一樣被彈出大氣層，或降落到地球上的危險區(qū)域。在這一階段，返回艙的氣動外形、放熱和絕熱設計、載入軌道設計與控制技術是重大技術挑戰(zhàn)。

載人登月面臨重重難關，真是忍不住感嘆道阻且長，但是又期待行之將至。

人類探月先驅(qū)

上世紀60年代，美蘇間掀起了激烈的太空競賽，最終美國首先把航天員送上月球并安全返回，實現(xiàn)人類首次載人月球探測。

1961年，美國正式宣布阿波羅登月計劃。美國宇航局首先就登月方案開展了1年多的詳細論證，最終選擇月球軌道對接方案。

根據(jù)該方案，3名航天員乘坐載人飛船，首先由火箭送到月球軌道。然后1名航天員停留在指令艙-服務艙組合體中繞月飛行，2名航天員乘坐登月艙著陸月球表面。返回時，2名航天員乘坐登月艙中的上升級，在月表起飛，與指令艙-服務艙組合體交會對接，最后脫離月球軌道返回地球。

方案的核心在于研制土星系列運載火箭和阿波羅飛船。與此同時，美國宇航局啟動了“徘徊者號探測器”、“月球軌道環(huán)行器”“勘測者號探測器”三大探月計劃和“雙子星”載人飛行等一系列輔助計劃，儲備載人登月技術。

三大探月計劃先后發(fā)射了21顆探測器，全面探查月球的基本信息，試驗軟著陸技術，充分考察登月地點的土壤和地質(zhì)情況?！半p子星”計劃在不到兩年時間里進行了2次無人飛行和10次載人飛行，訓練航天員長時間飛行和艙外活動能力。

土星火箭和阿波羅飛船的研制集結(jié)了全美工業(yè)力量。土星五號的零部件超過560萬個，由8000多家公司參與研制，火箭有40層樓高，起飛重量近3000噸，輕松就把46噸的阿波羅飛船送入軌道。阿波羅工程高峰期，2萬家企業(yè)、200多所大學和80多個科研機構(gòu)的40萬人參與其中的各項工作。

1969年7月20日，舉全美之力，阿姆斯特朗在月面上留下了第一個人類腳印，創(chuàng)造了人類航天史的新里程碑。

阿波羅11號載人飛船登陸月球

阿波羅計劃創(chuàng)造了一個時代的工程學奇跡，留下了眾多傳奇故事。土星五號的可靠性設計值達到0.99，一次任務中只有十幾個零件損壞。那時的計算機技術剛剛起步，體積龐大，阿波羅工程用遠低于今天手機的運算能力，把人類送上月球，美國人調(diào)侃它是“開著洗衣機，橫渡太平洋”。

走上新征程

50多年過去，阿波羅工程余暉未盡，新一輪探月熱潮正在興起。美國提出新的載人登月計劃“阿爾忒彌斯”，將其作為未來十年太空探索和載人航天的核心。

阿爾忒彌斯計劃的組成部分包括太空發(fā)射系統(tǒng)、“獵戶座”飛船、“門戶”地月空間站和月球著陸器。其中，太空發(fā)射系統(tǒng)和獵戶座飛船負責把航天員送入月球軌道；“門戶”是一個運行在月球軌道的小型空間站，就近提供登月補給、維護和通信中繼等服務，降低月球探測成本；月球著陸器負責航天員在月球軌道和月球表面之間的往返。

目前，受各種因素制約，“門戶”建設一再拖延，阿爾忒彌斯近期任務是盡早實施航天員重返月球，遠期目標是通過建設“門戶”，最終實現(xiàn)可長期維持的探月模式。

中國奔月夢想有望在我們這一代人手中實現(xiàn)。通過載人航天工程和探月三期工程，我國通過20年的積累點亮了載人月球探測的前置科技樹，突破了空間生命科學、地月往返、月球著陸、月面起飛、再入返回等領域的關鍵技術，積累了豐富的工程經(jīng)驗和強大的人才隊伍。2013年，我國就開始啟動新一代載人飛船研制和載人登月先期論證工作，2020年，新一代載人飛船試驗船成功發(fā)射，取得重要技術突破。

2021年，我國與俄羅斯簽署合作建設國際月球科研站諒解備忘錄，計劃用5年左右的時間在月球南極開展科研站勘察工作，再用10年時間進行設施建設，建成具備能源系統(tǒng)、通信導航系統(tǒng)、遠程運輸系統(tǒng)、天地往返系統(tǒng)、地面支持系統(tǒng)和生命保障系統(tǒng)的基本型科研站。

探月四期工程已經(jīng)啟動，2030年前，我國將發(fā)射嫦娥六號、七號、八號探測器，進行月球南極采樣返回，考察月球南極的環(huán)境氣候、地形地貌和資源開發(fā)利用。隨著新型載人飛船和新一代載人運載火箭的研制推進，我國載人登月的拼圖已經(jīng)逐漸完整。

載人登月是人類探索浩瀚宇宙、走出地球搖籃的必由之路。在新一輪探月熱潮中，越來越多的國家參與進來，載人登月不再是熱潮終點，而是更偉大征程的起點。載人登月不只是宣示能力的政治工程和短暫停留，而是以永久駐留和月球資源開發(fā)利用為目的長期活動。