中國探月之路:我們和美國不一樣

  關於中國人登月計畫的消息,披露得越來越多,越來越密集。
  2023年10月22日,在安徽合肥召開的中國科協年會主論壇上,中國探月工程總設計師、中國工程院院士吳偉仁披露了包括探月工程四期在內的一些關鍵節點,「目前正在開展關鍵技術攻關和實施方案深化論證,計畫2030年前後實現載人登陸月球。」
  10月16日,央視播出對中國載人航太工程副總設計師楊利偉的專訪。這位中國進入太空第一人確認,中國太空人系統已經在為「載人登月」做準備了。「太空人很多的訓練專案,包括像需要什麼,現在也要做了,服裝現在已經進入研製階段了。」
  10月17日,央視又發佈了對我國運載火箭系統總設計師張智的採訪,他透露了「載人登月」火箭的情況:「起飛重量達2100多噸,推力達2600多噸,能將27噸有效載荷送到地月轉移軌道。」
  中國並非唯一計畫派人登陸月球的國家。幾乎與此同時,美國、日本、印度、俄羅斯等大國,都在推進各自的探月計畫。一場代表著國家經濟實力、科技力量的較量,在地月之間38.4萬公里的這條路上暗自進行著。
  相較其他國家,中國的這條路,走得也並不容易。
  起步價,14億元
  1978年,中美建交前夕,美國總統特使布熱津斯基訪華。他帶來卡特總統送給中國的兩件禮物:一件是「阿波羅號」帶到月球上的中國國旗,另一件是1克月球土壤。
  當時接過禮物的國家領導人華國鋒向中科院提岀一個問題:「這個誰能研究?」
  還在貴州看石頭的歐陽自遠被點了出來。
  沒人想到這會成為中國對月球科研的起點。歐陽自遠畢業於當時的北京地質學院,酷愛隕石,他帶隊觀察過1976年吉林省一場罕見的隕石雨,通過對這些石頭的研究發表過100多篇論文,蜚聲海內外。
  黃豆大的1克土壤被一分為二,一半送北京天文館,一半由歐陽自遠帶團隊分析採集地和性質。
  歐陽自遠就此和月球研究結緣。1992年,「神舟號」載人航太計畫獲得國家立項後,歐陽自遠覺得中國經濟和技術條件已經合適,對月球的探索可以提上日程。2年後,他寫出《我國開展月球探測的必要性與可行性》,率先呼籲探月。
  月球資源豐富。如果利用核聚變發電,氦-3是最安全最清潔的能源,地球上的氦-3僅有15噸左右,用來發電尚不夠美國半年的用電量。而月球上的氮-3,最保守估計也可供全世界開採500年。
  除了氮-3,月球上也有其他資源,比如稀土、金、鉑金等。南北兩極還極可能存儲有水,水可以分解成氫和氧,兩者都可以用作火箭助推劑,這些潛在的水資源有望推動人類進一步探索太陽系,包括火星,氧氣還可以為人類呼吸提供條件。
  探月不僅功在千秋,還利及當下。美國「阿波羅計畫」帶動了上世紀六七十年代幾乎所有高新技術的發展,醫學界的重症監護病房,就是為了檢測宇航員健康情況而誕生;速食麵調料中的乾菜葉本來也是航太食品中的脫水菜,是為了讓宇航員吃上含有蔬菜的航太食品才發明的。
  1994年,探月方案得到國家高技術研究發展計畫(863計畫)支持,並在楊利偉乘神舟五號飛入太空的翌年(2004年)被國務院立項,「嫦娥工程」就此誕生,歐陽自遠成為首席科學家,但當時國內仍有很多質疑聲。
  其中有代表性的意見認為,中國還不富裕,應該把資源留給西部大開發、東北振興等能改善人民生活的緊迫事上,而不是看起來虛無縹緲的探月。而且探月計畫的內容,此前美國和前蘇聯都已經做過,中國再做意義不大。
  歐陽自遠不得不到處發表演講,改變專家和官員們對探月計劃的不信任。
  「如果外國做過我們就不做,中國人也不該做汽車,不該做火車,不該做飛機了!」歐陽自遠反駁稱。
  吸取美蘇教訓,中國探月計畫的經費也很克制。據新華社報導,2004年立項時,「嫦娥」一期總經費為14億元。經測算,約為中國當年GDP的萬分之一,財政收入的兩千分之一,遠不像「阿波羅計畫」那麼誇張——其11年總花費為250億美元,比1972年美國財政收入的10%還高。
  但就是用這14億元人民幣,歐陽自遠等人讓「嫦娥一號」拍到了月球表面高清圖像。
  三個「三步走」
  2007年,「嫦娥一號」升空,順利被月球「俘獲」,進入環月軌道,「繞月」任務圓滿完成。
  中國探月計畫分為「無人登月」「載人登月」「長久駐月」三大階段。其中,第一階段「無人登月」又可以細分為「繞、落、回」三個小階段。
  2020年,「嫦娥五號」攜帶1731克月球樣本成功返回地球,標誌著無人登月階段任務完成,中國就此成為繼美國、前蘇聯後第三個能從月球采回土壤的國家。此時距離中國獲得美國的1克月壤贈禮,已經過去了42年。
  第二階段「載人登月」隨之登上舞臺。載人航太工程辦公室主任助理季啟明表示,在未來7年,「載人登月」也是分三步走。第一步是把各項重要「裝備」製造好,包括新一代運載火箭長征十號、新一代載人飛船、登月著陸器、登月服和月球車等。製造完成後,將使用這些裝備進行無人登月實驗,如果一切順利,就將實施真正的「載人登月」。
  階段劃分如此細緻,也是為了避免冒進岀錯。
  「載人登月」工程極其複雜且浩大,任何一個步驟出錯,都可能造成不可挽回的後果。
  從策劃到實施,美國登月的時間只有8年。「阿波羅11號」成功登月前,1967年原定發射的「阿波羅1號」測試時突遭大火,三名宇航員在15秒內不幸罹難。火勢之所以蔓延迅速,是因為美國國家航空航天局在沒有細思和論證的情況下,把艙內空氣由氧/氮混合換成了純氧。
  「載人登月」完成後,中國會進行月球工程大三步走戰略的最後一步「駐月」,建設以中國為主的、人機聯合探測的國際月球研究站。
  為此,「嫦娥六號」、七號和八號將在未來5年內陸續發射,在月球開展採樣和科學實驗,其中「嫦娥八號」將與「嫦娥七號」會合並組成月球科研站基本型。
  到2036年-2045年間,科研站將被擴建成綜合型月球基地,實現人類長期駐留,並能完成全面、大規模的科學探測、技術實驗與月球資源開發利用。它將成為深空探測的前沿基地,人類可以從月球起飛前往火星。
  月球科研站的選址也已經確定,在月球南極。中國探月工程總設計師吳偉仁介紹稱,一方面這裏有望找到水,另外,月球南極可能有連續180多天的極晝,極晝期間可能出現長期連續的光照,更有利於探測器長時間開展工作。
  穿過38.4萬公里來看你
  在地球和月球38.4萬公里的旅途中,沒有直達選項,宇航員必須要「轉車」。
  中國會發射兩枚運載火箭,分別攜帶載人飛船和登月著陸器,衝破地心引力,駛向月球,進入環月軌道,完成交會。
  3名宇航員中,1名留守載人飛船,另外2名進入登月著陸器,駕駛它降落在月表。然後,這兩名「幸運兒」會駕駛月球車,來一次「月面飆車」,在登陸地10公里範圍內開展採樣和月面實驗。
  完成任務後,兩名太空人會乘登月著陸器返回環月軌道,「換乘」回載人飛船,和留守的太空人一起乘坐飛船返回地球。
  這是中國公佈的「載人登月」初步方案,優點是很經濟。
  在美蘇論證「載人登月」之初,航天器交會對接技術還不成熟,快速發射兩枚甚至多枚火箭也有一定難度,如果分別發射月球著陸器和載人飛船,實施在軌對接,技術風險很大。為了降低風險,提高任務成功率,最簡單的辦法是研製運力驚人的重型火箭,將登月艙和載人飛船一次性送去月球。
  ”阿波羅計畫」就是這樣,由1枚土星五號重型火箭發射載人飛船和登月艙。同時代,前蘇聯研製了N1重型火箭,同樣選擇了由重型火箭一次性發射的方案。
  到如今,情況已經大為不同。一方面,新一代重型火箭研製難度大,耗費時間長,綜合成本極高。美國已有技術基礎,所以選擇研製新一代SLS重型火箭,但也耗費10多年時間,花費上百億美元,交付時間由2016年推遲到2022年,美重返月球的「阿爾忒彌斯計畫」也因此被延期。另一方面,航天器交會對接技術已經非常成熟可靠。發射兩枚火箭,對中國來說是更實惠的選擇。
  「中國政府的目的可能不同於當時美國『載人登月』。」探月工程副總指揮吳豔華說,「當時美國和前蘇聯搞太空競賽,是以『誰先上』『上得多』作為主要目的,中國強調探月花費與經濟社會發展總體水準相適應。」
  從「舉杯邀明月,對影成三人」,到「但願人長久,千裏共嬋娟」,中國人對月亮有著浪漫的想象。有趣的是,地質研究發現,月亮是45億年以前,地球被其他星體撞擊後的碎片形成的,月亮是地球的「女兒」。之後的45億年,月球幫地球抵禦了很多小天體。也是那次撞擊,地球「歪」了,於是有了黃赤交角,有了春夏秋冬。
  美蘇那場短暫的太空競賽之後,過去50年,人類和這個地球的「女兒」一直再未有過親密接觸,但2030年前,中國人的腳印會留在月球上。
  「人類的本性就是要探索未知世界,我們這一代人和後代人都應為此做出努力。」探月工程總設計師吳偉仁說。
  (王亞坤/文)