来自 十大可靠时时彩平台 2019-10-09 18:55 的文章
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人类重回明亮的月时间表公开:美利坚合众国2

“我们还会带着全人类的和平与希望回到这里。”,这是阿波罗17号宇航员尤金·塞尔南在离开月球时的即兴感言,他是人类迄今为止最后一个在月球上留下脚印的人。遗憾的是如今将近半个世纪过去了,人类的脚步却没能再次踏上月球。

如果有人从上世纪的冷战时期穿越过来,他可能会问你:今年是哪一年?人类的火星基地建成了吗?

​​在讲我国何时登月前,先讲一讲载人登月的主要四种方案:

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你会告诉他:今年是人类首次登上月球50周年,然而,我们不仅没去火星,连月亮也没有人能再去了。

  1. 直接降落月球。

阿波罗17号登月舱

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这种方式采用直来直往的技术路线,一枚超重火箭将飞船直接送出地球后,飞船能直接整体降落月球表面并返回,完全没有太空中交会对接过程。彼时人类对在太空中两个飞船部分交会、对接、组合、分离一无所知,是一个巨大的技术风险,从飞行过程控制和技术难度上讲这种方案最简单、风险较低。但它的质量会很大,达到80吨级别,相比而言实际的阿波罗飞船仅在45吨左右。

经过47年的发展,人类的航天工程实力也早已有了新的飞跃,400吨级国际空间站运行在距离地球400公里的太空轨道上,美国先后在火星部署了4辆火星车,中国的嫦娥四号探测器代表人类首次登陆了月球背面,可以说不论是航天器的可靠度还是智能化水平都远超阿波罗时代。

月球基地想象图 | NASA

这意味着连土星五号这种3000吨级别的火箭远远不够发射,NASA需要研发一种叫做土星C-8的火箭,它的重量要逼近5000吨,技术难度大幅超出当时能力上限。要知道直到2019年,人类都没有再造出如同土星五号一样强大的火箭。

尤其是今明两年人类又将迎来航天大年,在中国嫦娥探月工程带动下今年还将有两个国家的探测器要在月球实施软着陆,它们分别是印度的月船-2号与以色列的600公斤月球着陆探测器。随着人类航天科技实力的增强,月球探测的规模正在扩大。

1957年10月4日,人类成功发射首颗航天器——人造地球卫星1号。1969年7月20日,阿波罗11号实现了人类首次载人登月。

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从航天伊始到成功登月,人类只用了12年。

左图的土星五号已经是人类之最、单发10亿美元,可以想像右边的土星8会更加夸张(图源:G.DE CHIARA)。

嫦娥四号

1970年9月,原定的阿波罗18-20号取消,人类登月的终点就此被敲定。

  1. 月球表面集合。

航天探索的本质是拓展人类活动边际!近日,美国航空航天局NASA负责人吉姆·布里登斯廷对外界披露了美国重返月球计划时间表,他们要在9年后的2028年将宇航员送上月球,任务乘组为4人。日前NASA已经向社会发布正式公告,号召私企协助美国重返月球任务,并针对登月系统登陆舱、太空加油系统、转运飞船提出招标需求,要求私企在3月25日前提出设计概念。

从成功登月到决定终止,人类只用了1年时间 。

这种方式分两次任务进行,第一次任务发射将携带大量燃料的无人探测器送上月球表面,第二次任务将载人飞船送到附近,然后将火箭燃料从无人探测器转移到载人飞船后返回。它的优点在于可以降低对飞船质量的要求,也就是运载火箭发射能力的要求。

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1972年12月14日,随着阿波罗17号离开月球表面,一个时代宣告结束。

缺点在于两次降落月球难度过大,如果载人飞船不能极其精确降落到燃料附近将会无法返回。此外,在月球表面长期存放燃料和转移燃料都将极其困难。因而这个方案很快被放弃。

NASA负责人吉姆·布里登斯廷

从那以后,人类的最远活动范围急剧龟缩,从38万公里外的月球回归到400公里高的空间站,只有之前的大约千分之一。

  1. 地球轨道集合。

无独有偶中国载人航天办公室也于去年发起了“载人月面着陆与上升飞行器创意方案征集大赛”,该赛事旨在瞄准未来我国载人登月工程向全社会征集登月飞船设计方案,并给出了十分具体的设计框架,要求飞船组合体重量不超过25吨(不包括登月飞船推进服务舱、指令舱),并能搭载至少2名宇航员,同时能确保宇航员在月面停留不少于6小时。

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通过数次小型火箭发射,将一系列飞船模块送到地球轨道附近组装成整体飞船,后续飞船可以直抵月球并降落,完成任务后再整体起飞返回地球。这种方案对单次运载火箭发射能力的要求最低,甚至无需使用土星五号级别的重型火箭。

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1972年,阿波罗17号指令长尤金·塞尔南在月球上飙车 | NASA

缺点在于它需要多次使用小型火箭组合空间站,甚至超过10次,这种方式需要多次在地球附近完成探测器交会对接,难度虽大但总体而言是一种性价比很高的方案。不过,随着火箭鬼才冯布劳恩对土星五号的研制很快实现重大突破,这个方案也落败。

创意方案征集大赛

漫长的等待

  1. 月球轨道集合。

俄罗斯则锁定12年后的2031年为该国首次载人登月时间节点,实现载人登月目标后他们将每年实施一次载人登月飞船发射任务,在实施载人登月前俄将于2028年开始进行载人登月飞船飞行试验,以及载人环月飞行试验。

人们50年来的裹足不前,最可能的原因非常简单——钱。

飞船将被整体送到月球轨道,期间登月模块和轨道舱将分离,登月模块着陆月球后其载人部分将返回月球轨道与轨道舱再次对接,进而返回地球。它的难度在于月球附近的交会对接,那里远离地球难度很难预估,万一发生危险毫无办法。但总体而言,它可以通过一枚土星五号火箭即可完成,且登月模块属于可扩展部分。这意味着NASA有更多太空竞赛空间:如果最终确定不登陆月球,亦可单独完成载人环绕月球任务,也将是人类巨大成功。而如果确定登陆月球,即可继续进行登陆模块研制。此外,它还拥有一个很大的优点:在携带拥有推进能力的登月模块时,登月模块可以成为核心推进系统故障后的备份,相当于太空救生艇的效果。

目前三国都已经开始着手研制服务载人登月目标的重型运载火箭,美国NASA与波音合作开发的SLS太空发射系统进展最快,该火箭动力系统继承了成熟可靠的航天飞机发动机,但由于工程推进阶段遭遇多次延迟,原本计划于去年实现首飞的载人版火箭,不得不推迟至明年发射。

阿波罗计划时期,NASA连续4年耗费美国财政预算的3%,最高接近5%。

历史总是充满了惊喜,在1970年4月的阿波罗13号任务期间,飞船在前往月球时主体推进舱发生小型爆炸,导致失去动力且轨道舱停止工作,正是还未执行任务的登月模块拯救了三名宇航员,提供了动力和生存空间,也因而实现了人类航天史上最伟大的“失败”。

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相比之下,如今NASA只花费美国财政预算的0.5%,高额而持续的开支是当年的美苏都难以持续承担的。

因而,性价比最高的是月球轨道集合。不过地球轨道集合也是极有可行性的。但目前来看,随着我国新一代载人飞船设计完毕,大概率选择的是月球轨道集合方案,也就是阿波罗登月一样的方案。那么,看目前的需求,有至少三个部分我们必须实现:

SLS重型火箭级间段

除了耗资巨大,人们放弃后续计划的另一个因素,是苏联在载人登月上的失利。当时苏联航天的资金要比美国紧张,登月项目进展不利,而美国在登月成功之后,也最终失去了太空竞赛的动力。

1.飞船。

SLS首飞型号为载人版,可以将70吨有效载荷送入近地轨道,并能将不少于25吨载荷送入月球轨道,更大推力版火箭将于2027年首飞,届时美国将恢复载人登月能力。

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我国目前已经在设计新一代飞船,它的设计和阿波罗登月的推进舱、返回舱组合非常接近了,总重可最高达20吨,完全有能力实现载人绕飞月球或小行星探测,这个目前并没有问题。

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NASA每年的财政预算占比 | Wikipedia

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SLS重型火箭发射效果图

但地球人真的没有继续探索太空的钱吗?和最高5%的航天经费相比,2018年,美国财政预算的15%是军费开支,24%是医疗保障,分别是太空预算的30倍和50倍之多。

我国新一代飞船两种构型

俄罗斯也在推进“叶尼塞”与“顿河”两款重型火箭,虽然俄罗斯有着成熟的火箭发动机产品,但存在资金匮乏问题,所以能否如期实现工程目标还有待观望,目前俄罗斯的首要探月目标是发射类似我国嫦娥3号、4号的月球探测器。

所以,地球人并不是完全没钱的。制约航天发展的另一个关键因素来自决策层。

2.登陆舱

我国瞄准载人登月需求也正在全速推进长征9号重型运载火箭项目,该火箭最大起飞重量接近4000吨,可以将45吨以上有效载荷送入月球轨道,月球任务投送能力与土星五号旗鼓相当。同时我国还在推进一款重型载人运载火箭,与美国SLS载人版火箭运力相当,两款重型火箭组合使用的中国载人登月工程将大大超过阿波罗登月时代的工程能力。

阿波罗计划的终结和冷战的结束,都使得航天进入了低谷期。

但是,降落月球一定需要一个登陆舱和小型的上升级。

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晒一下我的阿波罗模型简单讲解下原因,一个全套登月飞船是下面这个样子。

中国重型火箭10米直径过渡环

月球正面的软着陆探测器分布地图,图中Luna为苏联的月球系列,Surveyor为美国的勘探者系列,Apollo是阿波罗系列,另有嫦娥三号 | Wikipedia

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那么,中国人的载人登月时间究竟是哪一年?要想回答这一问题首先要了解我国古代哲学家老子的“夫唯不争,故天下莫能与之争”。有着上下五千年灿烂文明的我们自然有着更为智慧的回答方式,那就是“不争为争”,我们并不急于发布登月时间表,而是脚踏实地一步一个脚印向前推进。

不过,如今的航天事业,又开始重现活力,欣欣向荣了。

它实际上是两个部分,左边这部分我们已经认为有了,但是右边完全没有。

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2018年,人类的火箭发射次数重回100次以上,而上一次实现这一目标是28年前的1990年。

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我国新一代载人飞船缩比返回舱

同一年,猎鹰重型火箭首发成功,人类上一次发射重型运载火箭,是30年前的1988年,能源号火箭将暴风雪号航天飞机送入太空。

完全分开来是这样的,从左到右前两个有了

目前长征9号500吨级液氧煤油发动机即将开始整机试验,10米级大直径火箭过渡环也已经制备成功,配套新一代重型载人火箭的YF-100K泵后摆液氧煤油发动机已经开始长程点火试验,配套载人登月目标的新一代载人飞船试验船也将于明年首飞。

也是这一年,嫦娥四号实现人类第一次在月球背面软着陆。而此前的2013年,嫦娥三号在月球正面的那次着陆,打破了月球37年没有软着陆的寂静。再上一次,是1976年的月球24号。

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是时候让宇航员重返月球了。

登陆舱下降级部分,最右边那个,当于一个大版的嫦娥三号和四号,我国有一定能力做出来。

YF-100K泵后摆发动机点火试车

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但目前小型返回舱/上升级部分我们并没有能力,需要做进一步的研究。

根据任务安排长征9号将于2028年左右首飞,而新一代重型载人运载火箭可在2025年左右实现首飞,也就是说我国将于2026年左右初步具备载人登月能力,并将在2030年前后夯实载人登月工程实力。

猎户座飞船逃逸系统测试 | NASA

不过这并不是最难的部分,我国现有能力下我认为有足够经费后可以在10年内很快实现。

中美俄登月活动也是相互交织,美俄计划推进月球轨道深空载人空间站,中俄也明确表态将进一步扩大探月活动合作规模。深空探索是全人类的大事,也唯有联合才能实现更大目标。

重返月球路,一波三折

3.火箭。

早在2004年,伴随着“星座”计划概念的提出,美国小布什政府和当时的NASA就萌生了新一代重型火箭和载人飞船的想法,并计划于2020年前重返月球。

选择月球轨道集合方式需要巨大的火箭,目前来看现有的长征五号火箭是不可能的,它的最大月球转移轨道运力才有8.2吨,最大限度只能运输一个老版飞船,但老神舟飞船是没办法离开近地轨道的,通过范艾伦辐射带都活不下去。

然而好景不长,2010年,次贷危机下的奥巴马政府将“星座”计划束之高阁。

因此,我们必须得等待比肩土星五号的火箭,才有可能载人登月,这就是未来的长征九号。在最近的珠海航展上我国也展出了大型的新一代大型载人火箭,最重可以达到2000吨,但是它的能力也不足以实现直接登月,而只能实现绕月。

不过,就在第二年,迫于多方面的压力,新的载人航天计划又被提上日程,缩水版猎户座载人飞船和SLS重型火箭成为了NASA新一代载人航天的核心。

因而,必须作出长征九号这种4000吨级别的大型火箭,甚至还要做出来载人版本,才有可能实现载人登月。

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SLS重型运载火箭 | NASA,作者汉化

长征九号是个能和美国下一代重型火箭SLS谈笑风生的大国重器

不过,两个项目进展并不顺利,首飞日期一再推迟,快要形成一年延后一次,一次延后一年的惯例了。

这个目前我国正在攻关最为核心的480吨级火箭发动机,火箭生产制造基地、发射基地、结构制造能力(例如10米直径级壳体,某厂)能力,都基本有了,大概5-10年能成熟。

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如果做到完全成熟的载人重型火箭,配合新版纯载人火箭和全部配套飞船啥的,估计需要15-20年,也就是2035前后。

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