【载人登月,要过几道关】#长征十号首次系留点火试验成功#
第一道关——飞向月球
首先,运载能力得强,火箭得大。
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。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。
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透露,“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‘火箭负责逃逸、飞船负责救生’的模式不同,‘梦舟’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,‘梦舟’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。”
第二道关——登陆月球
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:“‘揽月’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。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。
第三道关——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。
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。
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。(节选自《人民日报》)
