中国载人登月计划.docx

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1、中国载人登月打算：登月已具备综合论证条件中国载人登月运载方案探讨刘竹生 等重点提示：在分析国外载人登月运载方案、有效载荷组成及重量的根底上，提出了利用我国一代运载火箭已有的技术条件，承受交会对接方式实现载人登月的运载系统方 案。第一轮载人登月运载方案的特点第一轮登月活动始于 20 世纪 60 年月初，而美国、前苏联都分别在60 年月中后期才实现近地轨道的交会对接，为抢先实现载人登月的目标，在太空竞赛中处于有利地位，因而选择了研制重型运载火箭承受直接进入的方式，因此第一轮登月方案可能与打算初期还未解决交会对接技术有关。美国重返月球打算方案2023 年 1 月 14 日，美国总统布什宣布的空间打算

2、，其中最重要的一个目标是在 2023 年前重返月球。美国此次重返月球融入人货分运的思想，将载人探测飞行器“猎户座”与月球登陆器先是分别由载人运载火箭“战神1”和载货重型运载火箭“战神 5”放射至近地轨道，然后在太空将“猎户座”与月球登陆器和“战神5”的其次级“飞离地球级”通过交会对接后一同进入奔月轨道。对我国载人登月运载方案的建议从运载系统的角度分析，实现载人登月有以下几种途径可供选择：直接进入方式、近地轨道对接方式、环月轨道对接方式及近地与环月轨道对接相结合方式。依据初步分析，直接进入方式即美国阿波罗登月承受的方式，需要研制重型运载火箭，而另外三种方式由于承受了轨道对接的方案，是利用一代运载

3、火箭技术条件实现载人登月的可能方式，其中的近地与环月轨道对接相结合方式从放射和对接次数来看，与近地轨道对接方式相比没有优势，并且还需要同时解决近地轨道和环月轨道对接技术。基于上述分析，要尽早实现载人登月，利用一代运载火箭的技术条件，进展起飞重量1500 吨左右的捆绑 6 个助推器的三级半构型的运载火箭，承受两次放射环月轨道一次对接的方式是最为抱负的方案。为了实现中国人早日登上月球的梦想，同时利于后续深空探测活动的开展，应首先利用一代运载火箭的技术条件，研制起飞重量1500 吨的三级半火箭尽早完成载人登月。同时重型运载火箭是将来大规模深空探测和载人登火星的必要条件，由于其研制周期较长大推力发动机

4、的研制周期至少需要 10 年，应对其重大关键技术工程及早安排预研。作者简介：刘竹生，中国运载火箭技术争论院争论员，型号参谋，主要从事运载火箭总体技术争论。深空探测和载人航天应联合起来叶培建 等重点提示：通过对人类已开展的深空探测和载人航天活动的回忆以及对我国的启发，提出了我国将来深空探测进展方向的思考和展望。国外深空探测活动的启发首先，任务周期长和风险大是深空探测的固有特点，长远的战略视野和系统的战略规划 显得至关重要；其次，深空探测的目标是永无止境的，月球是深空探测的起点和试验场；第三，探究首先从天文观测开头，同时，在技术条件可行时进展载人探测；第四，利用深空探测的轨道特点，承受多目标多任务

5、探测方式提高效益的同时，对于热点探测对象实行多种探 测形式，从不同角度具体争论；第五，在科学探究的同时，验证深空探测技术、提高航天技术水平。国外载人航天活动的启发首先，长远正确的目标和连续坚决的进展路线，是载人航天高效、安康和持续进展的关 键；其次，保证航天员安全是载人航天的核心和生命；第三，载人航天对于国家将来进展至 关重要，同时我们也看到，商业资本正在介入载人航天活动，成为载人航天进展的一个乐观 因素；第四，必需依据本国的实际状况，制定切实可行的载人航天进展打算；第五，目前载人航天还处在进展的初级阶段，重点是突破和把握载人航天技术，查找开发的领域。中国载人航天的后续进展国际载人航天的实践，

6、为我们供给了可供参考的阅历和教训，可以使我们少走弯路。因此，我们应当利用目前有利的国内外环境，加速载人航天技术的进展。在空间站阶段的后期，在保证工程任务实现的前提下，应当全面突破和验证在轨效劳技 术(包括机械臂技术)。可以利用前期放射或补充放射的可补给的空间试验室作为效劳对象， 进展空间效劳技术试验。同时，空间站阶段还应当开头验证载人地月飞行器的建筑技术。依据我国运载力气的 实际状况，以验证载人登月技术为目标，在轨组装建筑无人登月飞行器，并进展飞行试验， 为载人登月打下坚实的根底。载人登月是深空探测和载人航天的共同目标，两个工程应及早有机地联合起来，优势互 补。载人航天工程应考虑月球轨道交会对

7、接的需求，并通过飞行试验验证交会对接技术；通 过探月工程的实施，选择适合载人登月的着陆场，配套可用于载人登月的深空测控系统；无 人探月实施过程中，通过相像的方案验证月面下降着陆和上升技术，降低载人登月的技术风 险；验证载人登月的关键技术；并在实施过程中，利用月球站和绕月飞行器，为载人登月供给测轨、通讯和信标等技术支持。作者简介：叶培建，中国科学院院士，中国空间技术争论院月球探测卫星总指挥兼总设计师参谋，中国空间科学学会副会长。曾任资源二号卫星总指挥兼总师，嫦娥一号总指挥兼总师。龙乐豪院士在与航天运载技术2023 年 1 期发表“现代嫦娥奔月的技术途径设想”一文，谈到“二次放射、环月轨道一次对接

8、”方案承受的 3.5 级大型运载火箭：助推器 6 枚，每枚直径 3.35 米，各承受 2 台YF-100 液氧煤油发动机。芯一级直径 5 米，承受 4 台 YF-100 液氧煤油发动机。芯二级直径 5 米，承受 2 台 YF-77 氢氧发动机。芯三级直径 5 米，承受 2 台 YF-75D 氢氧发动机。起飞总推力 1960 吨，总重量 1480 吨。环月轨道运载力气 15 吨。要赶时间载人登月的话，该方案技术难度小，简洁实现，但是牢靠性不高，再加上载人登月并非近期航天事业的头等大事，估量不会承受这种急就章的产物。梁小虹呼吁中国尽快明确登月“路线图”财经记者 徐超2023 年 03 月 09 日

9、 12:28共有 0 条点评尽快明确中国登月方案和时间，才能更好地设计中国运载火箭的远期争论方向【财经网专稿/记者 徐超】目前，中国已经大致确定了无人探月的时间表，即在 2023 年左右完成这一进程。但中国将来的载人登月规划，却迟迟没有出台；全国政协委员、中国航天科技集团公司一院党委书记兼副院长梁小虹在承受财经记者采访时呼吁，中国应尽快制定登月规划，以便更好地确定中国将来一代火箭的研制方向。早在 1986 年，中国就启动了大推力火箭的论证。2023 年 5 月 10 日，国务院审议通过了航天进展“十一五”规划，批准大推力火箭作为 16 个重大科技专项之一投入研制。中国目前正在研制的大推力火箭为

10、“长征五号”，该系列火箭可以搭载两种特地为其设计的发动机，分别是推力为 120 吨的 YF-100 液氧煤油发动机和推力为 50 吨的 YF-77 氢氧发动机。依据打算，这一型火箭将于2023 年实现首飞。梁小虹告知财经记者，首飞的火箭型号为长征五号E，这也是设计的六种长征五号具体型号中运载力气最大的一种。该火箭将捆绑四个直径为 3.35 米的助推器，地球同步轨道GTO的运载力气将到达 14 吨，而近地轨道的运载力气也将到达25 吨。与现有的最大推力的火箭相比，长征五号 E 的这两项运载力气都将提高 1 倍以上。一般通信卫星、气象卫星等，在高度为3.6 万公里的地球同步轨道上运行；而类似神舟宇

11、宙飞船、空间站，则运行在高度仅数百公里的近地轨道上。他透露，由于长征五号的设计运载力气大幅提升，届时中国将有力气放射重量更大、功能更强的气象卫星；此外，中国将来永久空间站的建设，也要依靠型火箭运载20 吨级的组装模块。此外，梁小虹对财经记者强调，长征五号不仅可以担当大重量放射任务，同时，由于其承受了模块化设计，可以依据放射任务进展六种不同组合，即拥有六种型号，也可以承 担小到 1.5 吨卫星的放射任务。虽然，中国目前的各种型号的火箭，已经根本上可以满足中小重量的放射任务。但在梁小虹看来，由于长征五号火箭的运载力气系数达 0.0146，仅次于美国波音公司的德尔塔 4 重型火箭，其燃料效率、安全性

12、也将更高。对于近年来中国政府在航天领域的投入，以及确定的规划，梁小虹赐予了高度评价。他 指出，20 世纪 60 年月，全世界只有少数兴盛国家和极少数进展中国家参与航天之列；但现在，全世界已经有 40 多个国家开展了宇航活动。各国政府之所以都在大力支持与太空有关的工程，是由于太空对国家科学技术的进展和相关产业的带动，有着不言而喻的重要性。除了探月，梁小虹也对财经记者透露，从明年第四季度开头，中国将在不到一年的时间内，连续放射两艘神舟飞船和中国首个空间站。其中，命名为“天宫一号”的空间站重量约为 8 吨，将领先放射。不过，与现在的国际空间站不同，“天宫一号”还仅仅是一个短期有人驻留、长期无人留守的

13、空间站，有着很强的试验性质。此后，中国将间续放射神舟八号无人飞船以及神舟九号载人飞船，并先后与“天宫一号” 进展空中对接。这些工作，将为中国最终建立有人长期值守的空间站进展预热。不过，梁小虹也对财经记者坦言，目前最大的问题，照旧是中国迟迟没有明确登月方案和时间，因此也就无法确定长征五号之后将来的重火箭、巨火箭的研制方案。梁小虹解释说，国家布局一个大的产业的时候，超前规划是格外必要的，“不能只看十年的事情”。目前，美国已经确定 2023 年前重返月球，印度也已明确 2023 年实现登月的梦想。“假设不尽快确定争论目标，哪怕你到时候给我 10 万亿元，也不行能其次年就拿出产品”，他对财经记者强调。

14、五月二十二日，中国嫦娥工程月球探测卫星总设计师兼总指挥叶培建在上海进展的浦东院士科普讲坛上发表演讲。中社上海五月二十二日电 (宗晨亮)中国嫦娥工程月球探测卫星总设计师兼总指挥叶培建在二十二日于上海进展的浦东院士科普讲坛上发表演讲时表示，中国正在对载人登月进 行论证。参与论证的科学家认为，二二五至二三年间是载人登月的最正确时间。此外， 在2023年前，中国将实现月球的采样返回。叶培建说，通过嫦娥系列探测器的进展，中国的深空探测力气不断进步。目前正在论证中国人什么时候去月球。“我们认为，二二五至二三年之间是比较客观的估量。”在今年三月一日，“嫦娥一号”卫星成功撞击月球后，世人把目光聚焦于中国探月工

15、程的 进展上。对此，叶培建介绍说，中国已经确定的探月工程打算分为三个阶段，第一期工程为“绕”，二期工程为“落”， 三期工程为“回”。明年放射的“嫦娥二号”卫星，将在距离月球一百公里的轨道进展科学探测，并为“嫦娥三号”卫星的放射和着陆作预备。在2023年前， 中国将放射登陆器和月球车到月球上。届时，“嫦娥三号”卫星将下降至距离月球十五公里轨 道，然后通过变推发动机，调整姿势使其垂直于月球外表。在降到距月球外表一百米高空时， “嫦娥三号”卫星先在空中进展观测，保证着陆点五十平方米范围内没有巨大的山石后便关闭 发动机，下降着陆月球外表，着陆点首选在月球赤道四周的虹湾地区。叶培建表示，“嫦娥三号”卫星

16、着陆后，将分为着陆器和月球车，后者负责在月球外表巡游。月球车在月球上要工作三个月，期间面临的最大困难是每半个月便会患病一次“月球黑夜”，届时月外表温度会降到零下两百度。目前中国打算使用同位素技术发热发电，为月球车供给能量。而在2023年前，中国要实现月球的采样返回。叶培建透露，依据采集器目前的设计， 届时可以取两公斤的月球物质，通过返回器带回地球，进展科学争论。完认真琢磨了一下我国将来的发动机规划。500 吨煤油机甲烷机？临时只争论煤油机的状况吧确定是有的，500 吨氢氧机是否存在还两说。氢氧机方面，150 吨型号根本确定存在了， 甚至有可能承受分级燃烧循环为行文便利，下文简称 YF150 吧

17、。考虑到目前 YF120 的档次，一步到位跳上 500 吨煤油机不太现实。PS.从作为起点的 YF77 和 YF120 看，也为了将来火箭构型选择的便利起见，个人坚信更大的发动机都会承受单室布局，不管是氢氧机还 是煤油机作为过渡，个人认为应当有个 300 吨左右的单室煤油机的打算，不妨赐予代号YF300。四芯 YF120 再捆上六根双发 YF120 的终极加重版长五实在是个令人无语的方案， 登月火箭应当会承受全的、更大的芯级和配套助推器。目前从相关部门的技术力气看，YF300 这个机型假设存在，应当可以在 2023 年之前到达可以使用的状态。最合理的发起用途应当是塞进 3。35 米模块代替目前

18、长五双YF120 助推器。另外，在氢氧机方面，YF150 同时到达根本可用的状态应当不太困难。个人认为登月火箭芯级似乎以 7.5 米直径为好，使用四台YF150 到达 600 吨推力。助推器可以选择 3.35 米单发YF300 或者 5 米双发 YF300 两种模块。芯级构造设计允许最多捆绑六个助推器。该方案的最重型版本将捆绑六根 5 米双发YF300 助推器，起飞推力 4200 吨，LEO 力气保守估量也有100 吨。考虑到研制难度等因素，这个构型2030 年到达登月任务需求的载荷力气和牢靠性， 个人认为是可以保证的。阿波罗时代的登月舱重量受到技术条件的限制，等我国登月时，将 会有更大，更轻

19、，更牢靠的登月舱。用这个火箭方案满足将一个能携带两人的登月舱放射到环月轨道，应当没有任何问题。按道理一次放射把人员载具和登月舱直接送入环月轨道是最简洁省事的途径。阿波罗当年也 就是这么做的。不过个人认为应当为携带更多月面样品返回和将来允许携带更多乘员登月留下余地。因此还是选择两次放射，人货分别，环月轨道对接方案。上述大运载将负责放射无人登月舱至环月轨道。为了胜任这一任务，优先考虑两级半构型，其次级可以考虑一台长燃 烧时间，允许重复启动的高空版 YF150 直接将登月舱送入环月轨道。假设两级半方案实现起来有困难，那改用三级半方案，其次级承受两台高空版 YF150,第三级承受一或两台YF77 改进

20、型，单台推力 55 吨。人员载具优先选用环月版本的神舟飞船，轨道舱照旧携带作为乘员的生活场所，效劳舱加长以满足载三人射入环月轨道并返回的要求。放射载具优先选取煤油长二 F/H。假设载荷力气不能满足要求，那就基于YF300 衍生其次代 3.35 米通用模块，一根作为芯级捆绑两根助推器，LEO17 吨左右。放射后飞船直接进入环月轨道，与登月舱对接，两名成员进入登月舱并下降着陆月面，考察后上升返回环月轨道，再次对接神舟，三名成员乘坐神舟返航进低轨道并再入大气层。这个方案中人员来回均使用环月版神舟飞船，登月舱在回到环月轨道后即丢弃。即使登月舱消灭故障，最多放弃与登月舱的对接而进展一次环月飞行然后直接返

21、回了。这个方案中运载登月舱的重型火箭看起来是有很大余量的。按载荷算差不多可以满足载运四人登月舱的需要了，两人登月舱可以只是初期阶段的保守做法。留出的余量可以转化为更强的月面样本和设备携带力气。将来假设需要执行一次三或四人的登月任务，可以考虑使用特地的地月转移飞行器在近地轨道空间站和环月轨道上的登月舱之间摆渡。这个设想个人认为比较充分地兼顾了各个方面。难度不是很大，牢靠性(尤其是很多宠爱追 求下面级发动机最少化的同好比较看重这个)方面的障碍也不算太难逾越。个人认为最大的 特点还是对既有根底的继承性。YF300 可以用于 3.35 米助推器甚至通用模块。YF150 也能考虑用于升级长二。例如单台Y

22、F150 做 3.35 米芯级，捆绑四个YF300 助推器的构型，根本可以让内陆放射场超出目前长五的运力水平，到达LEO32 吨，GTO18 吨左右的水平。相应的，长五可以再次升级，芯级改用两台YF300,最重型构型到达六台YF300，起飞推力 1800 吨的水平。其次级承受两台 YF77，LEO50 吨可期。这样我国就能够形成掩盖 LEO20(个人预估的单台 3.35 米YF150 芯级，捆绑两个 YF300 助推器的构型的数字)-100 吨的运载力气。而这一切的动身点也就是三种直径的箭体和两种发动机。再往下根本可以沿袭目前已规划的 火箭系列。CZ2F/H 那 13 吨 LEO 到 20 吨

23、之间的缺口如何经济简便地弥补倒是个比较值得考虑的问题。7.5 米芯级最重型版的构型，个人认为对两人登月来说已经有运力过剩的嫌疑了。不过也正好能具备足够的扩展力气载运四人登月舱和月面货船，支持月面常驻考察站的运作。假设用 较小的双人登月舱，那或许四根 5 米助推器甚至 6 根 3.35 米助推器已经够用。个人设想的大运载最轻构型是芯级捆绑两枚 5 米或者 4 枚 3.35 米助推器，可以较好的连接升级之后的煤油下面级版本的长五。这个设想个人认为比较充分地兼顾了各个方面。难度不是很大，牢靠性(尤其是很多宠爱追 求下面级发动机最少化的同好比较看重这个)方面的障碍也不算太难逾越。个人认为最大的 特点还

24、是对既有根底的继承性。YF300 可以用于 3.35 米助推器甚至通用模块。YF150 也能考虑用于升级长二。例如单台YF150 做 3.35 米芯级，捆绑四个YF300 助推器的构型，根本可以让内陆放射场超出目前长五的运力水平，到达LEO32 吨，GTO18 吨左右的水平。相应的，长五可以再次升级，芯级改用两台YF300,最重型构型到达六台YF300，起飞推力 1800 吨的水平。其次级承受两台 YF77，LEO50 吨可期。这样我国就能够形成掩盖 LEO20(个人预估的单台 3.35 米YF150 芯级，捆绑两个 YF300 助推器的构型的数字)-100 吨的运载力气。而这一切的动身点也就是三种直径的箭体和两种发动机。再往下根本可以沿袭目前已规划的火箭系列。CZ2F/H 那 13 吨 LEO 到 20 吨之间的缺口如何经济简便地弥补倒是个比较值得考虑的问题。7.5 米芯级最重型版的构型，个人认为对两人登月来说已经有运力过剩的嫌疑了。不过也正好能具备足够的扩展力气载运四人登月舱和月面货船，支持月面常驻考察站的运作。假设用 较小的双人登月舱，那或许四根 5 米助推器甚至 6 根 3.35 米助推器已经够用。个人设想的大运载最轻构型是芯级捆绑两枚 5 米或者 4 枚 3.35 米助推器，可以较好的连接升级之后的煤油下面级版本的长五。