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基于近地轨道交会的中国载人登月方案 ————基于两型火箭组合的运载方案
日期:2018-10-22 10:38  点击:546
摘要:自从1970年东方红一号卫星成功进入太空,中国航天接连取得了一个又一个举世瞩目的成就。神舟飞天,嫦娥登月,天宫启程,我国正在从航天大国向航天强国转变。如今中国的航天技术已经有了相对雄厚的基础,我们已经掌握了近地轨道轨道交会对接、地外天体软着陆、月球轨道器回收等载人登月可能需要的关键技术。2019年,月球轨道交会对接与月球表面航天器回收技术将由嫦娥五号验证。载人登月对今天的中国来说,技术上不困难,只是有点复杂。基于近地轨道交会的中国载人登月方案,便是一个结合先前月球探索经验,结合中国航天技术的发展现状与航天活动的未来规划,所提出的中国的载人登月方案构想。
关键词:中国航天、载人航天、太空探索、月球探测
Keywords: Chinese aerospace, manned space exploration, space exploration ,lunar exploration.
1、先前月球探索概况
1.1中国月球探测进展
2004年,中国正式开展月球探测工程,并命名为"嫦娥工程"。截止2018年7月,先后发射了“嫦娥一号”,“嫦娥二号”,“嫦娥三号”,“嫦娥五号试验器”四颗探测器(不含中继卫星“鹊桥”),顺利完成了无人探月三步走的“绕月”和“落月”任务。其中,嫦娥五号试验器成功验证月球轨道航天器回收技术,为后期探测器到月球表面执行取样返回任务做准备。按计划,未来将由“嫦娥五号”与“嫦娥六号”来完成"绕"、"落"、"回"三步走的最后一步。此外,“嫦娥三号”的备份星“嫦娥四号”计划于2018年年底升空,力争成为人类首个着陆月球背面的探测器。
1.2国外主要机构载人登月计划进展
①美国
美国是目前探月进展最靠前的国家,也是目前唯一实现载人登月的国家,共完成6次载人登月任务,先后12人次踏上月球表面。上世纪60-70年代的阿波罗计划也算是美国探月能力的综合体现,无论是轨道设计,或是冗余系统设计,再是阿波罗13号的应急处理方式,都有很多值得我们参考的地方。美国月球探测在阿波罗17号任务完成后突然停止,直至最近几年,部分官员才提及关于重返月球的计划。
②前苏联
从1959年至1976年,前苏联共发射了24个“月球号”探测器,其中18个完成探月任务,1966年实现了月球软着陆,1970年完成月球取样返回。前苏联也曾有过载人登月计划,方案与美国类似,只不过方案整体受限于运载火箭N1的低可靠性与35T的LTO运载能力,每次任务只能满足两人次升天,一人次登月。遗憾的是,由于N1火箭四次试射均已失败告终,苏联不得不放弃载人登月计划。由于俄罗斯以及前苏联对相应资料的保密要求比较高,至今我们难以获得太多可参考的信息。
2、方案选择
2.1运载火箭的选用
若要进行载人登月任务,拥有高运载力,高稳定性的运载火箭是必要条件之一。上世纪六十年代,投靠于美国的德国科学家冯·布劳恩,带领其团队研制出了拥有45吨地月转移轨道运载力的土星五号重型火箭,使美国实现了载人登月的梦想。前苏联拥有几乎与其相同的载人登月方案,但由于其方案中的运载火箭N1在4次试射中均以失败告终,使得前苏联被迫放弃载人登月计划。可见,没有强大可靠的运载火箭,就无法开展载人登月项目。
就中国现有系列火箭而言,能够胜任载人登月运载任务的自然只有长征五号大型运载火箭与长征九号重型运载火箭。
被人们称为“胖五”的长征五号运载火箭于2016年11月首飞成功,其中CZ-5B型号预计拥有近25吨的近地轨道运载能力,该火箭理论可靠性高达98%(高于现役载人火箭CZ-2F的97%可靠性),有望被改进后作为“20吨级新一代载人飞船”的运载火箭。而重型火箭长征九号项目在2016年12月获得批准,其近地轨道运载能力有望突破百吨。龙乐豪院士于2017年底在北京航空航天大学一场讲座中提到,长征九号运载火箭构型可能与长征三号系列类似,预计有无助推器(LEO:50T,LTO:20T),两助推器(LEO:100T,LTO:35T),四助推器(LEO:140T,LTO:50T)三个型号,并且力争2030年前实现无助推器型运载火箭首飞。


2.2四种载人登月方案
基于”长征系列运载火箭”,适用于登月的”新一代20吨级飞船”“在轨交会对接”,“太空摆渡车”等我国现有航天器、技术与计划,中国近期可采用的载人登月运载模式主要有:一枚载人重型火箭直接载人登月方案,基于长征五号的月球轨道交会载人登月方案,基于空间站的载人登月方案,基于近地轨道交会的载人登月方案这四种载人登月方案。
作者:孔哲
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