中國將在十年內登月:登月巨型火箭CZ-9, 為何變成了「一根棍子」?

星辰大海路上的種花家 發佈 2022-11-26T23:34:12.893690+00:00

11月21日,央視《東方空間》獨家專訪了中國探月工程總設計師吳偉仁院士,吳院士表示我國航天員有望在十年內登上月球,未來去火星可先在月球中轉,月球將成為我們深空探測的前沿基地。

11月21日,央視《東方空間》獨家專訪了中國探月工程總設計師吳偉仁院士,吳院士表示我國航天員有望在十年內登上月球,未來去火星可先在月球中轉,月球將成為我們深空探測的前沿基地。

中國將在十年內登月:月球不再是一個目的地

據吳偉仁院士介紹稱,中國未來的深空探測航天計劃主要包括如下幾塊:

  • 1、月球探測
  • 2、小行星探測與撞擊
  • 3、行星探測
  • 4、重型運載火箭

這4個任務中月球探測大家最為熟悉,從嫦娥一號的繞月開始到嫦娥五號的月球採樣返回,各位都見證了中國的月球探測任務,而在後續的嫦娥七號和八號任務中,還要在月球上構建一個月球科研站。

第二個則是小行星探測與撞擊任務,NASA改變小行星軌道的「DART」計劃讓大家印象深刻,這個探測器於2021年11月24日發射,並於2022年9月26日撞擊了目標雙星小行星Dimorphos,將雙衛一的軌道周期縮短了約32分鐘。

這是測試對地球有威脅的小行星改變軌道的方式,中國在4月24日航天日也宣布了中國將著手組建近地小行星防禦系統,同應對近地小行星撞擊的威脅。

第三個則是行星探測計劃,天問一號探測火星這個大家已經知道了,但天問系列可不止只探測火星,還有探測木星以及更遠的土星和天王星的計劃。

第四個則是重型運載火箭,這裡有幾個變化,首先我國登月火箭已經從CZ-9換成CZ-5DY,但CZ-9並沒有因此而失去登月火箭的殊榮,而是成了登月或登火的重型火箭,並且CZ-9火箭出現了一次結構上巨大的變動,未來可能變成一根棍子,至於為何變棍子,下文將會做一個詳細的分析。

月球科研站:月球不再是一個目的地

吳偉仁院士表示,嫦娥工程已經經歷了繞落回三期工程,六號開始已經是四期工程,而且六號可能會往後排,七號和八號將以及國際上多個國家參與建立月球科研站,中國先行將建立科研站的基本型,未來將進行國際合作建成國際科研站。

這個科研站選址在月球南極,可能很多朋友都看不明白為何要選到南極。原因很簡單,月球的自轉軸傾角只有1.5°,「四季」變化很小,月球兩極很多地區都處在永晝,也就是說這些地方常年都有日照。

NASA和中國航天局都模擬了月球日照的地圖,選定了未來月球探測器著陸的位置,居然有多個位置都重疊了,不過各位別擔心,區域重疊不代表雙方會打架,因為月球面積也不小,地方很是寬敞,另外時間上更不會重疊,各位可以放心。

月球南極國際科研站甚至還規劃了通信基站,太空人在月面活動可以刷手機,也可以直接和地球通信,甚至還能在手機上直接登陸網際網路!但大家必須接受的一點是地月平均距離達到了38.4萬千米,信號來回就超過了2秒,延時這個問題還是要習慣一下。

月球科研站的天然條件非常優越,未也能作為地球和火星之間的中繼站,比如地面站天氣條件惡劣時,通信天線傾角太大容易衰減時,火星被太陽遮擋前後等,月球站能爭取比地面站更多一些通信時間。

月球科研站甚至能擴展到未來從月球出發前往火星甚至木星探測,當然這已經是遠景規劃了,NASA在深空門戶的計劃中也有類似的規劃,不過NASA是在地月的拉格朗日點建立深空門戶,所有的「生產資料」都得從月球或者地球運輸,而在月球表面出發,可以在月面基地直接生產儲存與使用,誰優誰劣,目前還不好說。

重頭戲:載人登月,10年內完成

據吳院士介紹,中國航天希望在10年內完成載人登月,月球科研基地的建成時間節點將在載人登月之前,也就是2028年前後將完成建設,目前的規劃的都是以這個時間節點展開準備,簡單地說,我們登月已經不再是一句口號,已經成了實實在在展開並已經在實施的具體方案。

登月巨型火箭CZ-9,為何變成了一根棍子?

中國載人登月時間規劃已經基本確定了,多個媒體披露的消息都指向了十年內完成。目前在載人登月中最大的變化發生在登月火箭上,從CZ-9變成了CZ-5DY型,而且CZ-9也沒有取消,而是將其換成了同等規模的可回收型CZ-9,這個非常值得給大家介紹一下:

CZ-5DY,體現了中國航天更為務實

2022年7月份,龍樂豪院士在《科創中國·院士開講》第十二期節目中公布了中國載人登月計劃,時間指向是2030年,在PPT中龍樂豪院士公布了中國「新版」登月火箭,從過去的CZ-9變成了CZ-5DY,這款火箭的配置如下:

  • 助推器:x 2,每個助推器為7台120噸級的YF-100K發動機;
  • 芯一級火箭:7台120噸級的YF-100K發動機;
  • 芯二級火箭:2台150噸級的YF-100M發動機;
  • 三級火箭:3台9.4噸級YF-75E發動機;

這是新一代載人的運載火箭,火箭總高度88.5—91.6米,起飛重量2184—2189噸,助推器與芯級直徑5米,通過助推器與芯級的組合即可在載人火箭與登月火箭之間轉換!

不過與CZ-9巨型火箭不一樣的是CZ-5DY的級別是近地軌道載荷為70噸,地月轉移軌道27噸的級別,由於登月需要的地月轉移軌道載荷要達到50噸級,因此CZ-5DY型需要兩次才能完成登月,登月飛船需要在月球軌道完成組合。

這種登月構型此前阿波羅計劃也曾提過,但最終沒有採納,增加對接環節會增加計劃實施中的風險,但就最新的航天技術而言,對接已經成了常規操作,因此在月球軌道組合併不會成為障礙,另外這個組合前提後是運載火箭難度的大幅度下降,從另一面看到了中國航天在登月計劃上更加務實。

CZ-9可回收型:未來的載人火星計劃仍然需要

在近期公布的一系列方案中,CZ-9的巨型火箭是最讓大家關注的,因為它能完成的任務不只是載人登月,還有載人火星任務也將是它擔當重任!CZ-5DY儘管完成登月任務沒有問題,但在載人登陸火星上就無能為力了,總不能N枚火箭組裝後實施任務吧,連馬斯克這麼喜歡壓縮成本的人還是造了巨型火箭星艦。

CZ-9的原計劃是助推器+芯級火箭的模式,最新的構型則是一根粗棍子,並且在中間還增加了柵格舵,了解回收的朋友一眼就知道,這種火箭已經從一次性使用向重複使用轉變了,而一根棍子的模式是方便回收。

試想下就知道,如果還是一枚芯級+四枚助推器,那麼就要準備5個著陸場,假如能以單一火箭模式來實現回收則會更方便,或者也可以參考重型獵鷹的那種「並列」方式,比如要實現載人木星或者土星任務時,因此可回收的CZ-9一旦走通,未來的深空載人任務也將全面開啟。

這個CZ-9的可回收版本,最關鍵的就是可回收版發動機,目前比較有可能的是液氧甲烷發動機,不過在最新的資料中也有液氧甲醇的計劃,之所以選擇甲烷或者甲醇而不選擇煤油是因為這兩種燃料不容易在預燃室的高溫渦輪中積碳,也就是說回收後維護難度降低,或者說火箭發動機的製造難度也會下降,這對於未來可回收火箭關係相當大。

延伸閱讀:阿爾忒彌斯計劃與日本登月失敗

北京時間2022年11月16日14時48分,美國航天局NASA新一代登月火箭「太空發射系統 (SLS) 」攜帶「阿爾忒彌斯1號」無人繞月飛行任務的獵戶座載人飛船,在卡納維拉爾角甘迺迪航天中心發射升空,這次終於成功了,持續18分鐘,上面級分離,獵戶座飛船成功進入地月轉移軌道,算是真正「踏上」了奔月之路。

不過這次是阿爾忒彌斯1任務,其飛船為無人狀態,也至只完成繞月後即返回地球,當然在奔月之路以及到月球繞月後有些額外的任務,預計要到12月11日才會返回地球,差不多一個月時間,下次如果載人任務肯定不能這麼玩,因為實在是太久了。

另一個消息則是月球探測器「好客」(OMOTENASHI)似乎失敗了,據每日新聞11月22日報導,日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)當天表示,隨美國SLS火箭於16日發射升空的月球探測器「好客」(OMOTENASHI),在與火箭分離後姿態異常,太陽能電池板無法正常工作,多次嘗試修正都未起效,通信也不穩定。日本探測器首次登月計劃以失敗告終。

別看中國嫦娥登月任務次次成功就認為登月容易了,這玩意兒還是很難,此前以色列探測器登月失敗,印度也失敗,這次日本還失敗,登月還真是高科技,就目前而言除了美俄中三國,其他國家想要玩還是困難重重!

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