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登月之旅对航天技术是全新的巨大考验
载人登月,要过几道关
根据规划,我国将在2030年前实现中国人首次登陆月球。
自立项以来,我国载人登月任务各项研制工作总体进展顺利。新一代载人飞船梦舟零高度逃逸飞行试验顺利完成,揽月月面着陆器着陆起飞综合验证试验取得圆满成功,目前,各系统研制建设都在按计划有序推进。中国人登月的梦想正在一步步照进现实。
载人登月,要过几道关?记者采访了有关专家。
第一道关mdash;mdash;飞向月球
飞到38万公里之外的月球,火箭得大,飞船也需要拥有更强的轨道机动能力
小时不识月,呼作白玉盘。仰望夜空,这轮皎洁明月是地球唯一一颗天然卫星,地月平均距离大约为38万公里。
月球的独特性在于与地球关系密切,揭示月球奥秘对研究地球自身和宇宙起源有极大帮助。月球上没有大气层、磁场微弱、没有光污染,也是进行外太空科学观测的天然实验室,更是探索火星等更远星球的最佳中转站。
重大航天工程能够充分激发科学创新,有效牵引技术进步,造福国计民生。有人测算过,航天工程投入产出比是1∶15,投入1元,产出15元。不论是中国空间站建设还是探月工程、北斗工程等,都带动了大量尖端工艺、先进材料、智能制造等产业崛起,成果广泛应用于各行各业。
人类飞出地球、奔赴月球,远是首要挑战。选择什么路线飞、分哪几个阶段飞,考验着勇气与智慧。
我国载人登月的主要飞行过程是:
采用两枚运载火箭分别将月面着陆器和载人飞船送至地月转移轨道;
飞船和月面着陆器在环月轨道交会对接,航天员从飞船进入月面着陆器;
月面着陆器将制动下降并着陆于月面预定区域,航天员登陆月球开展科学考察与样品采集;
完成既定任务后,航天员将乘坐着陆器上升至环月轨道与飞船交会对接,并携带样品乘坐飞船返回地球。
目标明确,路线清晰,充满挑战。
首先,运载能力得强,火箭得大。
就像驾驶汽车行驶到不同地点,因为距离不同,消耗的燃料不同。飞到400公里的近地轨道和飞到38万公里的月球相比,火箭的动力系统截然不同。经科学论证,瞄准地月转移轨道,我国火箭发射载荷的能力应不小于27吨。
盘点我国现役主力火箭家族,虽功勋卓著,却难以担此重任。即便是现役最大推力火箭,其地月转移轨道运载能力约8吨,距离载人登月所需的27吨级能力,仍存在差距。研制具备大质量深空轨道投送能力的全新火箭平台成为必然选择。
长征十号系列运载火箭应运而生。
这型火箭不仅运载能力大,还具有高可靠、高安全、智慧化的特征。中国航天科技集团钱航说,载人登月任务周期长、环境极端、不可逆环节多。确保登月航天员生命安全和任务成功,要求火箭具备远高于一般火箭的可靠性与故障应对能力。同时,两枚长征十号运载火箭需按设计时序先后发射,将各自载荷精准送入预定的地月转移轨道,确保后续环月交会对接的可行性与效率,这就要求火箭具备极高的入轨精度和发射窗口灵活性。
此外,还要兼顾多任务构型适应性。火箭研制不易,为实现一型多用,长征十号运载火箭实行两种构型设计,既有登月型,也有近地型。
据了解,长征十号运载火箭研制计划正在稳步推进中,新的天梯即将搭建。
火箭变了,飞船也得变。
既要承受住新一代火箭的巨大推力、拥有更强的轨道机动能力,又要提供更大更舒适的舱内环境、更全面的生命保障能力,新一代载人飞船梦舟被寄予厚望。
中国航天科技集团田林告诉记者,梦舟载人飞船可搭载最多7名航天员进入近地轨道,既能支撑载人登月任务,也能支撑近地空间站任务。与神舟飞船发射中lsquo;火箭负责逃逸、飞船负责救生rsquo;的模式不同,lsquo;梦舟rsquo;接到火箭逃逸指令后自己负责逃逸和救生,承担逃逸系统抓总职能。一旦发生紧急故障,lsquo;梦舟rsquo;能将载有航天员的飞船返回舱及时带离危险区域,并确保航天员安全返回地面。
今年6月,我国在酒泉卫星发射中心成功组织实施梦舟载人飞船零高度逃逸飞行试验,为载人登月任务的安全再增添一层保障。
第二道关mdash;mdash;登陆月球
新一代载人飞船命名为梦舟,月面着陆器命名为揽月,登月服取名为望宇,载人月球车被称作探索,中国载人登月任务命名体现了传统文化与航天精神的融合。
按计划,当梦舟载人飞船和揽月月面着陆器交会对接后,两名航天员进入揽月,准备登月着陆;另外一名航天员则留守梦舟,沿环月轨道飞行,以备接应。
接下来的重点,就是揽月如何顺利降落月面。
田林说:lsquo;揽月rsquo;携带探索月球车和科学载荷,是航天员登陆月球后的月面生活中心、能源中心及数据中心,能支持开展月面驻留和月面活动。它的月面下降着陆过程,以及月面任务完成从月面起飞回到环月轨道的过程,可以说是登月最关键的环节。
今年8月6日,在河北省怀来县的地外天体着陆试验场,揽月月面着陆器着陆起飞综合验证试验圆满完成,主要验证的就是这一下一上的关键核心技术。
中国航天科技集团孙兴亮介绍,在试验中,揽月月面着陆器需要模拟着陆过程,利用先进的设备,凭借自主避障算法实时感知月面陨石和月坑,灵活调整下降轨迹,确保安全着陆。尤其,试验场的塔架和随动圆盘以及多根钢缆通过相互配合,可以模拟月球的低重力环境,并能精确跟踪着陆器的飞行轨迹。地面还铺设了特殊材料,形成坑或坡的形状,用于模拟月表环境。
当揽月稳稳着陆,一切准备就绪,身着望宇登月服的航天员,将从揽月下来,迈出登陆月球的第一步。
田林告诉记者,通常,航天员在月球上有两种移动方式。步行或者乘坐载人月球车,在到达预定的作业点后,停留、采样、放置探测仪器等。
尽管会在地面模拟的月球环境开展大量试验,验证月球漫步的安全,但面对月球极端高低温、高真空和复杂地形环境,航天员面临许多未知的挑战。比如,月表月壤实际厚度不均,可能藏有绊倒人的暗坑;月尘扬起,可能阻碍前行视线;月球缺乏大气保护层,随时可能面临微流星的袭击。
我们将穷尽一切技术手段,提前做好应急预案,保护航天员的安全,走得出去,更要回得来。田林说。
目前,望宇登月服、探索载人月球车等都在紧锣密鼓地开展研制试验。
第三道关mdash;mdash;返回地球
安全登月,更要安全返回地球。
按照设计方案,当完成登月任务,两名航天员返回揽月,从月面上升至环月轨道,与搭载另外一名航天员飞行等待的梦舟实现第二次交会对接。揽月里的两名航天员进入梦舟,三名航天员搭载梦舟与揽月分离后,返回地球。
接下来,就是充满挑战的回家路。
航天员携带月球样品、乘坐梦舟实现月球加速,脱离环月轨道,进入月地转移轨道,瞄准飞入地球的最佳时机。
高速再入中的热防护,是一重考验。当返回舱穿越地球大气层时,因高速飞行,会和大气产生剧烈摩擦,从而产生大量的热。从月球返回地球,由于初始再入速度更快,将会产生更加剧烈的高温。
科研人员始终坚持一个信念,要做好飞船的热防护,航天员的生命安全永远放在第一位。田林说。
精准飞行,是更严峻的考验。载人登月任务中,从月球返回、高速飞行的梦舟,精准降落地球,也要经历像嫦娥六号返回地球经历的打水漂过程。
所谓打水漂,就是返回途中,梦舟第一次进入地球大气层,实施初次气动减速,下降至预定高度后跳出大气层,到达最高点后开始滑行下降。之后,梦舟再次进入大气层,实施二次气动减速。这一过程俗称太空打水漂,标准术语为半弹道跳跃式返回。
为何要太空打水漂式返回?
科研人员介绍,梦舟从月球飞向地球速度非常快,返回过程必须减速。这样设计,目的是充分利用长达数千公里航程中的大气层阻力逐步消耗梦舟的初始能量,使其再次穿出大气层时速度显著下降,不再具备环绕地球飞行的条件,从而第二次进入大气层。
为实现这一目标,科研人员正在抓紧开展模拟飞行仿真,研制更加智慧的制导导航和控制系统,确保梦舟飞行收放自如、平稳安全。
中国载人登月的大幕已经拉开。提升对月球认知,积累技术经验,探月工程前期成果为载人登月提供有力支撑。一系列关键技术陆续突破,为我国2030年前实现载人登月奠定了坚实基础。
载人登月将开启中国新的航天探索旅程。后续,我国还将探索建造月球科研试验设施,开展系统、连续的月球探测和相关技术试验验证。
梦圆登月,值得期待。
登月之旅对航天技术是全新的巨大考验
载人登月,要过几道关
根据规划,我国将在2030年前实现中国人首次登陆月球。
自立项以来,我国载人登月任务各项研制工作总体进展顺利。新一代载人飞船梦舟零高度逃逸飞行试验顺利完成,揽月月面着陆器着陆起飞综合验证试验取得圆满成功,目前,各系统研制建设都在按计划有序推进。中国人登月的梦想正在一步步照进现实。
载人登月,要过几道关?记者采访了有关专家。
第一道关mdash;mdash;飞向月球
飞到38万公里之外的月球,火箭得大,飞船也需要拥有更强的轨道机动能力
小时不识月,呼作白玉盘。仰望夜空,这轮皎洁明月是地球唯一一颗天然卫星,地月平均距离大约为38万公里。
月球的独特性在于与地球关系密切,揭示月球奥秘对研究地球自身和宇宙起源有极大帮助。月球上没有大气层、磁场微弱、没有光污染,也是进行外太空科学观测的天然实验室,更是探索火星等更远星球的最佳中转站。
重大航天工程能够充分激发科学创新,有效牵引技术进步,造福国计民生。有人测算过,航天工程投入产出比是1∶15,投入1元,产出15元。不论是中国空间站建设还是探月工程、北斗工程等,都带动了大量尖端工艺、先进材料、智能制造等产业崛起,成果广泛应用于各行各业。
人类飞出地球、奔赴月球,远是首要挑战。选择什么路线飞、分哪几个阶段飞,考验着勇气与智慧。
我国载人登月的主要飞行过程是:
采用两枚运载火箭分别将月面着陆器和载人飞船送至地月转移轨道;
飞船和月面着陆器在环月轨道交会对接,航天员从飞船进入月面着陆器;
月面着陆器将制动下降并着陆于月面预定区域,航天员登陆月球开展科学考察与样品采集;
完成既定任务后,航天员将乘坐着陆器上升至环月轨道与飞船交会对接,并携带样品乘坐飞船返回地球。
目标明确,路线清晰,充满挑战。
首先,运载能力得强,火箭得大。
就像驾驶汽车行驶到不同地点,因为距离不同,消耗的燃料不同。飞到400公里的近地轨道和飞到38万公里的月球相比,火箭的动力系统截然不同。经科学论证,瞄准地月转移轨道,我国火箭发射载荷的能力应不小于27吨。
盘点我国现役主力火箭家族,虽功勋卓著,却难以担此重任。即便是现役最大推力火箭,其地月转移轨道运载能力约8吨,距离载人登月所需的27吨级能力,仍存在差距。研制具备大质量深空轨道投送能力的全新火箭平台成为必然选择。
长征十号系列运载火箭应运而生。
这型火箭不仅运载能力大,还具有高可靠、高安全、智慧化的特征。中国航天科技集团钱航说,载人登月任务周期长、环境极端、不可逆环节多。确保登月航天员生命安全和任务成功,要求火箭具备远高于一般火箭的可靠性与故障应对能力。同时,两枚长征十号运载火箭需按设计时序先后发射,将各自载荷精准送入预定的地月转移轨道,确保后续环月交会对接的可行性与效率,这就要求火箭具备极高的入轨精度和发射窗口灵活性。
此外,还要兼顾多任务构型适应性。火箭研制不易,为实现一型多用,长征十号运载火箭实行两种构型设计,既有登月型,也有近地型。
据了解,长征十号运载火箭研制计划正在稳步推进中,新的天梯即将搭建。
火箭变了,飞船也得变。
既要承受住新一代火箭的巨大推力、拥有更强的轨道机动能力,又要提供更大更舒适的舱内环境、更全面的生命保障能力,新一代载人飞船梦舟被寄予厚望。
中国航天科技集团田林告诉记者,梦舟载人飞船可搭载最多7名航天员进入近地轨道,既能支撑载人登月任务,也能支撑近地空间站任务。与神舟飞船发射中lsquo;火箭负责逃逸、飞船负责救生rsquo;的模式不同,lsquo;梦舟rsquo;接到火箭逃逸指令后自己负责逃逸和救生,承担逃逸系统抓总职能。一旦发生紧急故障,lsquo;梦舟rsquo;能将载有航天员的飞船返回舱及时带离危险区域,并确保航天员安全返回地面。
今年6月,我国在酒泉卫星发射中心成功组织实施梦舟载人飞船零高度逃逸飞行试验,为载人登月任务的安全再增添一层保障。
第二道关mdash;mdash;登陆月球
新一代载人飞船命名为梦舟,月面着陆器命名为揽月,登月服取名为望宇,载人月球车被称作探索,中国载人登月任务命名体现了传统文化与航天精神的融合。
按计划,当梦舟载人飞船和揽月月面着陆器交会对接后,两名航天员进入揽月,准备登月着陆;另外一名航天员则留守梦舟,沿环月轨道飞行,以备接应。
接下来的重点,就是揽月如何顺利降落月面。
田林说:lsquo;揽月rsquo;携带探索月球车和科学载荷,是航天员登陆月球后的月面生活中心、能源中心及数据中心,能支持开展月面驻留和月面活动。它的月面下降着陆过程,以及月面任务完成从月面起飞回到环月轨道的过程,可以说是登月最关键的环节。
今年8月6日,在河北省怀来县的地外天体着陆试验场,揽月月面着陆器着陆起飞综合验证试验圆满完成,主要验证的就是这一下一上的关键核心技术。
中国航天科技集团孙兴亮介绍,在试验中,揽月月面着陆器需要模拟着陆过程,利用先进的设备,凭借自主避障算法实时感知月面陨石和月坑,灵活调整下降轨迹,确保安全着陆。尤其,试验场的塔架和随动圆盘以及多根钢缆通过相互配合,可以模拟月球的低重力环境,并能精确跟踪着陆器的飞行轨迹。地面还铺设了特殊材料,形成坑或坡的形状,用于模拟月表环境。
当揽月稳稳着陆,一切准备就绪,身着望宇登月服的航天员,将从揽月下来,迈出登陆月球的第一步。
田林告诉记者,通常,航天员在月球上有两种移动方式。步行或者乘坐载人月球车,在到达预定的作业点后,停留、采样、放置探测仪器等。
尽管会在地面模拟的月球环境开展大量试验,验证月球漫步的安全,但面对月球极端高低温、高真空和复杂地形环境,航天员面临许多未知的挑战。比如,月表月壤实际厚度不均,可能藏有绊倒人的暗坑;月尘扬起,可能阻碍前行视线;月球缺乏大气保护层,随时可能面临微流星的袭击。
我们将穷尽一切技术手段,提前做好应急预案,保护航天员的安全,走得出去,更要回得来。田林说。
目前,望宇登月服、探索载人月球车等都在紧锣密鼓地开展研制试验。
第三道关mdash;mdash;返回地球
安全登月,更要安全返回地球。
按照设计方案,当完成登月任务,两名航天员返回揽月,从月面上升至环月轨道,与搭载另外一名航天员飞行等待的梦舟实现第二次交会对接。揽月里的两名航天员进入梦舟,三名航天员搭载梦舟与揽月分离后,返回地球。
接下来,就是充满挑战的回家路。
航天员携带月球样品、乘坐梦舟实现月球加速,脱离环月轨道,进入月地转移轨道,瞄准飞入地球的最佳时机。
高速再入中的热防护,是一重考验。当返回舱穿越地球大气层时,因高速飞行,会和大气产生剧烈摩擦,从而产生大量的热。从月球返回地球,由于初始再入速度更快,将会产生更加剧烈的高温。
科研人员始终坚持一个信念,要做好飞船的热防护,航天员的生命安全永远放在第一位。田林说。
精准飞行,是更严峻的考验。载人登月任务中,从月球返回、高速飞行的梦舟,精准降落地球,也要经历像嫦娥六号返回地球经历的打水漂过程。
所谓打水漂,就是返回途中,梦舟第一次进入地球大气层,实施初次气动减速,下降至预定高度后跳出大气层,到达最高点后开始滑行下降。之后,梦舟再次进入大气层,实施二次气动减速。这一过程俗称太空打水漂,标准术语为半弹道跳跃式返回。
为何要太空打水漂式返回?
科研人员介绍,梦舟从月球飞向地球速度非常快,返回过程必须减速。这样设计,目的是充分利用长达数千公里航程中的大气层阻力逐步消耗梦舟的初始能量,使其再次穿出大气层时速度显著下降,不再具备环绕地球飞行的条件,从而第二次进入大气层。
为实现这一目标,科研人员正在抓紧开展模拟飞行仿真,研制更加智慧的制导导航和控制系统,确保梦舟飞行收放自如、平稳安全。
中国载人登月的大幕已经拉开。提升对月球认知,积累技术经验,探月工程前期成果为载人登月提供有力支撑。一系列关键技术陆续突破,为我国2030年前实现载人登月奠定了坚实基础。
载人登月将开启中国新的航天探索旅程。后续,我国还将探索建造月球科研试验设施,开展系统、连续的月球探测和相关技术试验验证。
梦圆登月,值得期待。
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