我国载人月球登陆取得重大进展!月球着陆器试验圆满成功
据央视新闻8月7日的报道,咱们国家在载人登月这块儿击破了一个重要关卡,“揽月月面着陆器”的着陆和起飞的综合验证试验顺利结束。这也是我国首次开展载人航天器在外天体上着陆和起飞的试验,意味着我国实现载人登月的最大技术难题已经搞定,登月的时刻可能会让大家大吃一惊,完全超出预料!
中国的登月工程一切顺利,反观美国的阿尔忒弥斯计划重返月球,却遇到不少变数。原本定在今年9月进行的第二阶段任务,因为猎户座飞船出了一点状况,被推迟到2026年4月左右。第三阶段的时间安排也变得很悬,不可能按原计划在2027年前搞定了。这一系列的变动让后续的计划充满变数,现在看下来,基本上到2030年前完成的可能性也很小啦!
中国载人登月重大突破! 月面着陆器测试成功
3、2、1,启动!
在河北怀来县的地外天体着陆试验场上,一个巨大钢结构的顶端,连接着多根柔性钢索吊挂的圆盘状顶棚下,四台“揽月月面着陆器”底部的主发动机喷吐出红黄相间的火光,带着它缓缓下降。同时,附近的小型推进器偶尔点燃又熄灭,这是姿态控制用的小发动机开始工作,确保“月面着陆器”保持垂直姿态,稳稳落在“月面”上。
据中国载人航天工程办公室发布的消息,揽月月面着陆器的着陆和起飞综合验证已经顺利完成。“月面着陆器”是我国载人登月工程里头最关键的月球下降和上升飞行器组合,主要担负着月球轨道与表面航天员的运输任务,由登月舱和推进舱组成,还能携带月球车和科学载荷,既是航天员登陆月球后的生活、能源保障和数据处理中心。
这回月面着陆和起飞的验证试验,检验了咱们的系统方案、控制方案、触月关机方案,还有GNC与推进系统的配合情况,这可是个大考呀。试验顺利完成,意味着我国载人登月工程的研发工作取得了重要突破。简单说嘛,就是这次成功之后,咱们之前还没试过、没验证过的那些关键难题基本都攻克了,时间表也有望提前很多!
揽月的月面着陆器,跟阿波罗那会儿用的登月舱不一样,玩法可不一样。
揽月的月面着陆器和阿波罗的登月方式不太一样,虽然整体结构有点像。抵达月球轨道之后,航天员会在月面与轨道之间往返,这个系统其实就是月面下降和上升飞行器的组合,跟阿波罗的设计差不多。不过,他们也有明显区别,阿波罗的月面着陆飞行器是上下两部分分离的,简单点说就是下降时两部分合在一起,起飞时下降级作为平台,用火箭将上升级从下降级上直接发射出去。
这种设计的一个优点就是在月面起飞时,能把下降级的“死重量”丢掉,这样上升级的推力就不用那么大啦。不过呢,缺点也挺明显的,就是得搭两套动力系统,增加了系统复杂度,制造起来成本也高不少。而揽月这个载人登月组合的设计,采用的可是一个动力系统,上升和下降都用同一套,起飞还不用拆开。这样一来,可靠性和成本控制都要比分离式的更胜一筹,效率还更高。
另一个方面,重复利用性也是个亮点。理论上看,揽月月面着陆器和载人登月组合在月球表面是可以多次用的。因为它既可以多次点火,又能在载人返回后留在月球轨道上,那还是一整套“揽月月面着陆器载人登月组合”。只要补充点燃料,可以再次启用,这个模式比阿波罗那会儿登月的月面登陆和升空设计要先进得多。
关于月球和地球的环境不一样,地面上的试验结果是不是就能算数呢?其实,这还得打个问号。地球上的条件和月球相比,差得挺远,压力、温度、大气、引力啥的都不一样,光靠地面试验难免有偏差。要说能不能完全代表月球环境,还得结合模拟和实际任务中的数据来验证,要不然的话,光靠地面试验,始终有点“隔靴搔痒”的感觉。
月球上的重力差不多只有地球的六分之一,想在地面上测试月球着陆器的表现,这个靠谱吗?能提出这样问题的,说明你挺专业哈,确实不一样。如果要模拟月球的重力环境,得用一套专门设计的“外星天体着陆试验场的钢结构塔架和跟随系统”来支撑,要不然,地面测试就难做到完全还原真的月面情形。
试验现场由六个高大钢结构塔通过环形桁架连成一个柱状空间,中间悬挂着个红色圆形平台,下面还吊着揽月着陆器。这套系统的主要功能,就是模仿月球的重力环境,特别有两个关键机制:
这套系统还能模拟火星以及其他天体的重力环境,将来要是打算送人去火星或者土卫六登陆,这里也能模拟出那边的重力情况。之前天文一号的火星着陆器,也是专门在这个地外天体着陆试验场进行测试的,咱们在地外天体降落方面,经验可是挺丰富的。
你问主发动机为什么看着那么小,是不是觉得它规模没想象中那么大?其实,这个设计可有讲究,主要是考虑到整体飞行的需求,也跟任务的目标有关。虽然看起来不大,但它的推力可是足够的,配合其他系统一起,确保飞行的稳定和效率。毕竟,有时候小巧灵活,反而更适合各种复杂的操作。
还有朋友在央视新闻下面留言,问揽月着陆器的主发动机为什么这么小,就像个小瓶口似的,这样的小机器怎么能搞定月面着陆呢?其实没得担心啦,当然能搞定!主要是因为环境不同,所以才会觉得它看着那么小巧。实际上,这个设计可是经过反复考虑的,专门适应月球的不一样条件。
依据目前公开的资料,揽月着陆器的主发动机是一个拥有7500到1500N变推力的真空推进器,大家应该都挺熟悉吧,这款发动机和嫦娥探测器的月面着陆减速引擎用的型号一样。嫦娥用了一台,而揽月着陆器则搭载了四台。从操控姿态的角度来看,四台比一台麻烦不少,当然,减速所需的重量也大了不少。
你说得挺对,揽月着陆器重大概26吨左右,四台发动机总推力也就三万牛顿多一点,也就是说差不多3吨多点。这在月球的重力环境下,也就是地球的六分之一,基本能撑起18吨左右的飞船着陆。可是,选择四台7500牛顿的变推力发动机,也有它的考虑吧。要知道,尺寸大、推力更强的发动机,重量和控制难度都得跟着增,还是得权衡轻巧和效果之间的平衡。用多台小推力的发动机,总体上可以更灵活地调整姿态,控制精度也会更高,安全性也更有保障。有时候,适中的推力,结合多台布局,反倒比单个大推力发动机更靠谱、稳定。
其实就像你说的,在100公里高的月球轨道上,26吨的揽月着陆器要做月面着陆任务,它先用1.6公里每秒的速度减速到零,然后稳稳落在月面上。这过程差不多得用掉11.5吨左右的燃料,也就是说,到了100米高度悬停时,整架着陆器的重量大概就剩15吨左右了。再按月球16的重力算,只要2.5吨左右的推力就能让它悬停了。你问那四台7500N的发动机够不够推力?我觉得,纯在推力方面,还是绰绰有余的;因为它们总共就是3万牛顿,换算成吨的话,大概就是3吨多点,远远超过2.5吨的需求。要知道,月球的重力、轨道变动、姿态调整,这点推力完全够用,既安全又稳妥,不在话下。
还有一说很有趣,就是那7500N的发动机喷口咋就那么小,像个酒瓶子似的,细细的。其实根源在于地面上的大气压太大,发动机尾喷口的膨胀比就不用搞得特别大,喷口自然就小了。而到了真空中,大气压变成零,膨胀比必须得大得多,才能保证推力的效率。这就是为什么嫦娥探测器在月面着陆时,喷口看起来很大,但那揽月着陆器的火箭发动机在地面测试时,喷口反而挺小的原因所在。这一切,都是跟环境压力和喷口设计的关系哩。
登月全过程:从地球出发,飞向月球,然后再返回地球的整个旅程。
中国的登月计划挺务实的,动用两枚CZ-10火箭,分别把载人飞船和“轨道舱”组合发上天,以及揽月着陆器那边,CZ-10的地月转移轨道最大能载27吨,而揽月着陆器组合刚好26吨,刚好符合载荷需求。这也能推测出,飞船和“轨道舱”的总重量差不多在26吨左右。
发射那会儿,先把揽月着陆器的组合给送上天,这玩意儿发射的时候是无人状态,能选择一条理想的轨道,不用着急,随时可以飞到月球轨道上去。等到揽月着陆器顺利入轨以后,再进行飞船和“轨道舱”的发射。考虑到这是个载人任务,要赶在最短的时间到达月球,所以从这个角度猜测,飞船加“轨道舱”组合的总重量可能会比26吨轻点儿,因为越轻,速度就越快,赶时间也就更容易实现。
两个部分在月球上会对接,人员在此转移后,任务就会开始启动登月过程。等到揽月着陆器顺利降落在月面上,航天员就会在那待上几天,完成各种任务,比如采集样品之类的。任务完成后,他们会返回到着陆器上起飞,回到月球轨道,与飞船和“轨道舱”组合进行对接,把人员转移过去。接着,进行采集样品的搬运和处理,然后两部分会分开——揽月着陆器继续绕月飞行,而飞船和“轨道舱”组合则返回地球。
飞船和“轨道舱”组合会以第二宇宙速度直接返回地球,飞船会在地球附近分离,然后直奔返回走廊。照规划,它们会在大西洋上空进入这个走廊,经过在非洲上空的第一次减速,然后弹跳出太空,再从印度洋上空再次进入大气层,最终会在东风着陆场上着陆。这次采用的就是“‘Skip’ Reentry”再入模式。
中国登月计划进展顺利:美登月计划遥遥无期了
中国载人登月计划的时间表挺有意思的,定在了2030年前搞定登月,虽然只说了个截止期限,但倒没公布具体的阶段性计划。照常理推,任务少也得跑一次无人绕地飞行和绕月飞行,然后才能正式登月,当然也有可能是绕地和绕月一起搞,如果都没啥问题,就能直接上月面了。现在还在2025年呢,载人登月中最大的问题——着陆器,已经搞定了,那这个2030年前完成登月的时间,是不是会提前不少,甚至大大提前呢?
这个可能性还挺高的啦,相比之下啊,中国载人登月的推进还算顺利,美国的阿尔忒弥斯计划就显得有点吃紧了。自从启动以来,阿尔忒弥斯遇到不少变数,改了一次又一次,时间也一再推后,不免让人觉得这次中美的登月竞争,咱们中国或许还能抢个先。花大致算了一下,阿尔忒弥斯计划主要出的问题有几个:
第一个难题就是这个计划太庞杂了,阿尔忒弥斯里面有SLS(太空发射系统)火箭、猎户座载人飞船、月球空间站、往返空间站和月面上的星舰月球版,如果全部搞定的话,确实挺牛的,可以在地球和月球之间安排常规的航班。
不过现在呢,月球空间站和星舰月球版基本都悬而未决,甚至说取消了也不为过,星舰也改成了蓝色起源的“蓝月亮”月球着陆器,基本和中国的版本差不多。各位别怀疑,之前在月球空间站上的巨额投入,早就归零了,这就叫沉没成本。
第二个问题呢,就是NASA的工程水平明显出现了衰退,有目共睹。猎户座飞船在2022年11月那次无人绕月飞行时,暴露出不少大问题,比如隔热罩烧蚀掉了一大片,生命支持系统也有缺陷。这之后,飞船就长时间没法再执行任务。之前准备在2024年搞第二次,可结果推迟到了2026年4月。
关于火箭子系统那块,SLS火箭用的都是航天飞机用出来的发动机,基本上算二手货。按照原定计划,这么一款火箭本应该在2016年就能首飞,可结果一延再延,推迟到2022年才算“出战”。每次发射的花费也挺吓人,最高达20亿美元,马斯克看了都得竖大拇指。跟这个比,重型猎鹰一次差不多只用1.5亿美元,而且还是一次性付费,能重复利用就更便宜了。
关于月球空间站和星舰这块,其实全都是外包的,NASA根本就没亲自操刀,基本上就是个发包商在干活!和60年代阿波罗计划时期的NASA全面掌控全局相比,现在的NASA就像个中介公司,各家承包商拿钱玩,把NASA变成了给美国政府制造压力、催促增加投资的工具罢了。
目前特朗普把“火星优先”改成了“月球先行”,这个转变挺靠谱的!毕竟美国现在的实力已经无法同时推进火星探测和重返月球两个大项目。至于阿尔忒弥斯计划,改投了蓝色起源的“蓝月亮”着陆器之后,进展还不太明朗,月球表面的着陆器验证也还没展开。反倒是中国,通过地面一体化测试提前验证了核心技术,在这块已经走在前头啦!
接下来美国得急了!要知道,咱们中国登月可是特朗普一手策划的“再一次伟大”的重要部分,要是被中国抢了先,那美国这脸就挂不住啦。到时候,特朗普还能怎么继续讲美国故事?这可真是个难题呀!

