官方敲定了!2030年,中国将有2名航天员登上月球。可如何才能把航天员顺利送到月球,并安全接回地球呢?
中国载人航天工程副总设计师王翔表示,中国这次将采用“两次发射,一次登月”的方式实现载人登月。具体的操作就是,先用2枚长征十号火箭,分别把“揽月”着陆器,与载有3名航天员的“梦舟”飞船发射到月球轨道。然后,“揽月”与“梦舟”在环月轨道交会对接,“梦舟”上的2名航天员进入“揽月”,1名留守。其中,进入“揽月”的2名宇航员登陆月球,开展科考任务后,乘坐“揽月”返回绕月轨道,与留守的“梦舟”再次交会对接。最后,3名宇航员一起乘坐“梦舟”返回地球。
整个过程可以说是,相当复杂了。它存在哪些技术难点?中国是如何突破的呢?
首先就是,如何解决火箭运力不足?
中国现役最强的长征五号火箭,它只能把 8 吨重的载荷,直接加速运到地月转移轨道,而执行载人登月任务的“揽月”着陆器、“梦舟”飞船重量都不小于26吨。这就意味着,中国在载入登月的第一步上,就面临着巨大的难关。为弥补火箭运力不足,中国为登月量身打造了长征十号重型运载火箭。它采用三级半结构,芯级直径5米,最大高度92.5米,起飞推力约3000吨,足以将26吨级的“揽月”着陆器与“梦舟”飞船,直接送入地月转移轨道。
二是,如何让“揽月”与“梦舟”在环月轨道精准对接?
为将着陆器和飞船,分别精准送入预定的地月转移轨道,它不仅要求两枚长征十号火箭都具备极高的入轨精度,还要求着陆器和飞船的对接精度,达到厘米级,容错空间极小。
它的难点在于,月球轨道上没有类似北斗的卫星导航服务,微波雷达成了远距离测量的唯一手段。更棘手的是,地月之间存在约1.3秒的信号单程延迟,使得地面测控中心根本无法进行实时遥控。等地面看清画面、发出指令时,航天器早已飞过了数公里。因此,从远距离导引到最终对接的全过程,必须由航天器在38万公里外的环月轨道上自主完成。
为此,长征十号从设计之初,就将高精度入轨作为核心指标。它采用了先进的传感器网络、实时健康管理系统和智能飞行控制算法,能够在飞行过程中,实时评估发动机等关键设备的健康状态。一旦检测到故障,它可以通过自行调整飞行路径、节省资源等方式,从源头保证入轨精度。为应对通讯延时问题,“梦舟”飞船通过多敏感器自主融合导航技术,可在不依赖任何外部信号的前提下,综合处理来自不同传感器的数据,自主计算出,相对于“揽月”着陆器的精确位置和速度,从而调整自身姿态,来实现精准对接。
三是,如何让“揽月”登陆器着陆月球后,复飞返回?
月面着陆和起飞是登月任务中风险最高、难度最大的环节,直接关乎任务成败与航天员安全。月球重力虽小,但为护航天员和着陆器不受损伤,必须要实现精确的超软着陆。由于有通信延时,使地面无法实时遥控,着陆器必须依靠自主避障算法,实时感知地形并调整下降轨迹,寻找安全着陆点。此外,在低重力、不平坦的月面上,如何让登陆器能稳定点火起飞?并精准进入环月轨道,也是一大难题。
为此,中国工程师不仅自主设计避障算法,让登陆器安全降落,还研制出并联发动机,推力协同控制与故障快速诊断技术,保障登陆器在月面也能稳定起飞。同时,他们还攻克了环月自主快速交会技术,使着陆器在起飞后,不依赖地面支持,也能自主、快速地与飞船完成对接。
当然,载人登月是一个极其浩大、复杂、系统性的工程,它的技术难点也远远不止上述提及的几个。但官方定调,就说明我们的工程师已经把核心技术难点,都在一个一个地攻克了。
目前,长征十号、“梦舟”飞船、“揽月”着陆器均已进入初样研制或试验阶段,正朝着2030年的载人登月目标稳步推进。我们无意与美国进行太空竞赛,可当中国人的脚印,真正踏上月球表面,人类历史也必将进入一个现阶段了!
中国人的登月梦,从未如此贴近现实。而我们这一代人,将亲眼见证。