网友提问:
中国的宇航员什么时候才能登上月球?
优质回答:
最近正好在研究一个人类现有技术载人登火星方案,也用类似的逻辑分析下咱们国家现有技术载人登月可行性吧。
先说结论:目前不可能,还需要10-20年技术积累。
1。登月方案
共计四种:
a.直接起飞:一个巨大的火箭直接带着飞船飞到月球,抵达月球后再次起飞回来;
b.地球轨道集合:经过多次火箭发射,在地月转移轨道附近集合并组建完毕,飞往月球降落再回来;
c.月球表面集合:通过多次任务,分别将补给、无人部分、载人部分送到月球表面(着陆在同一区域),人送到后组合月球表面的东西返回;
d.月球轨道集合:一个飞船整体飞到月球轨道,一部分降落到月球一部分留在轨道,降落的那部分再返回组合后返回地球。
从安全系数角度,最危险的航天发射和月球着陆次数越少越好,因此方案优先级是:a>d>b>c。
从火箭要求角度,一次性发的东西越多越重对火箭运送能力要求越高,当然这种火箭也越难造出来,因此方案优先级是b>d>c>a。
我们希望用最低要求的火箭保证最高的安全系数,当然这显然是互相冲突的,要综合考虑。
c方案随便一个东西着陆地太远或失效就完了,我在这一步就先放弃了。
2。登月火箭
阿波罗登月时选择了d方案,直接原因是当时美国最顶级的火箭依然无法满足直接起飞方案a,事实上,现在NASA也做不到,除非Space-X在PPT上的东西都能实现了。
当然,彼时登月火箭土星五号的近地轨道运力已经达到了惊人的140-150吨、地月转移轨道能力在48吨,这个指标50年来没有一个火箭能超越。即便是目前世界上现役最强大的三角洲4重型火箭,近地轨道运力也仅仅28.5吨,对比140-150差了太多。我国目前显然不行。
那就看对火箭最低的要求是b方案,地球轨道集合,把登月舱、指令舱、服务舱什么的都拼接完毕再飞往月球。
但它也要求一个基本前提:火箭要至少有能力将登月舱/服务舱/指令舱整体送到地月转移轨道上完成拼接,否则还谈什么载人登月?
先选择一个小部分,阿波罗登月的登月舱,它有多大呢?15.3吨!
这是个什么概念?我国目前最强大的长征五号火箭的地月转移轨道运力仅在8.2吨(虽然它的近地轨道运力达到了25吨),不足以一次完成任务。
好吧,既然中国已经掌握了在轨燃料加注技术,要不咱们考虑一下燃料和空的登月舱再分两次完成?
登月舱最重要的重量是用来到月球后减速降落和加速起飞的燃料,它们加在一起达到了10.4吨。即便50年后的今天我们可以用各种复合材料把登月舱硬件重量给降下来,这部分燃料重量(四氧化二氮和联氨)是不可能降下来的。而且现有技术我们也只有能力使用同种燃料持续在恶劣飞行条件下保管这么长时间(一周)。
难道采用多次发射、连续两次给空的登月舱在轨加注燃料?
但你别忘了,就算发射了三次长征五号,才拼出来一个15吨的登月舱啊。
还有一个要带宇航员们从月球轨道飞回来的指令舱,5.5吨重呢。
还有一个推着宇航员抵达月球和管他们吃喝呼吸的服务舱,有24吨重呢!这个24吨的咋办?分四次拼么?
要知道,每多一次火箭发射,整个任务失败的风险就会大大增加。阿波罗登月依靠着全世界唯一一个100%成功率的火箭都失败过一次(13号被迫紧急返回)、死过三个宇航员(阿波罗1号地面测试),咱们就更不可能使用这个方案。
也就是说,中国目前最强大的长征五号火箭,根本无法满足载人登月哪怕不在乎安全系数的最低地球轨道集合要求b,无法实现。必须等到未来强大的长征9号才行。
更何况目前长五还不敢宣布成功吧。。。还早。
(事实上,美国当时没想到土星五号这么成功,也考虑采用这个近地轨道集合的方案b,当时的火箭运力要求是土星五号一半,70吨近地轨道运力,两次发射组合完毕)
3。登月飞船
刚才讲过了,飞船由指令舱、登月舱和服务舱三个部分组成。
目前我国最大的飞船是天舟一号,大约重12.9吨,它是运货的,功能类似服务舱吧,但距离登月服务舱的24吨差距近一倍。
而我国的载人飞船神舟,大约7.8吨,能返回地球,相当于指令舱。
登月舱,仅有无人的嫦娥三号,3.8吨。
近地轨道的载人航天还处在地球磁场的庇护之下,但飞到月球之旅可不是如此,需要直面太阳和各种宇宙辐射,完全是两码事,现有的神舟载人飞船是肯定不行的,需要大规模改进。
所以相当于我国目前有了70%的指令舱(需要大幅改进神舟飞船),服务舱大约有20%(重量差1倍不代表难度是线性的50%),最重要的登月舱大约10%(毕竟还是实现了无人小飞船的软着陆,但跟载人比就差距太大了)。
这个差距还是蛮大的。
4。其他相关
我国的航天员嘛,质量也是杠杠的,世界级的,从不怀疑他们的水平。
美国登月之前,都连续搞了四大系列任务作为前期准备,徘徊者无人月球探测计划(1961-1965)共计9个探测器、双子座载人航天计划(1965-1966)共计12个载人飞船、月球轨道计划(1966-1967)共计5个无人探测器和勘探者计划(1966-1968)共计7个无人探测/着陆器实现无人登月。
我国目前大概一个嫦娥计划、仅三个无人探测器就完成了徘徊者计划、月球轨道计划、勘探者计划的总和,921载人航天工程已经实现了双子座所有的东西(载入航天、交会对接、出舱行走),已经着实不易了,是令人震惊的成就,中国也是航天史上的另类了。
但是,还有一件事忘了说,不算其他任何一个任务(勘探测、徘徊者、双子座之类的),美国在阿波罗登月计划本身就花了相当于今天的2000亿美元,差不多够把美国现役的所有尼米兹级核动力航空母舰重造两遍。
而美国估计中国的2017年航天预算,所有的项目加在一起(长征北斗嫦娥神舟天舟天宫高分风云等等)约20亿美元预算。
所以还得勒紧裤腰带,接着加班干很多年才行。
辛苦各位航天汪了。
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中国目前正在进行的是探月工程,即嫦娥工程。根据嫦娥工程的规划,主要涉及到绕、落、回三个阶段。这三个阶段由不同的航天器实现,绕月就是嫦娥1号,落月就是嫦娥3号,在月面软着陆,然后是嫦娥4号还完成了月球背面着落,堪称锦上添花。
可以看出,目前嫦娥工程已经完成了落月的阶段,而且效果还非常不错,下一步就是实现从月面返回。这个阶段需要嫦娥5号实现,预计在今年年底,中国航天将发射嫦娥5号探测器,从月面采集样本之后返回地面。
嫦娥5号也是关键一战,涉及到返回的过程,美苏当年在从月面返回地球上花了不少功夫。嫦娥6号任务还在规划中,有可能是在月球南极进行采样,这要根据嫦娥5号任务完成的情况而定。根据国家航天局的消息,嫦娥8号任务还是无人探测,因此我们在2025年前是不太可能落实载人登月。那么载人登月的最有可能时间应该是在2030年之后,使用长征9号火箭,运载能力在100吨以上,远超目前长征5号的25吨运力。
所以要实现载人登月,首先要完成无人月面返回,同时拥有大推力火箭,后者的研发难度较大,但一定能够在2030年前完成。中国航天员登上月球只能依靠自己的力量,美欧俄均不太可能与中国联合登月,所以自力更生还要长期执行下去,就如那句话:核潜艇一万年也要搞出来,换到登月上也是如此。
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这不用着急了,国家有计划了,国家在培训宇航员了,大推理力火箭研发成功了,具有更多的再过通讯能力,能够在月球轨道有卫星,具有立体通讯能力。到这个时候,中国登月就开始了。
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可能10年吧。
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看一下我写的文章”谁将成为月球竞赛的领先者?”也许能给你答案。