中国人，到月亮上去

2023年7月12日，中国载人航天工程办公室公布了中国载人登月的初步方案，宣布将在2030年前实现登月。

“载人登月”由于涉及到了大量尖端科技，一直被视为对一个国家航天能力的综合大考。目前，在美国“阿尔忒弥斯”项目进展并不顺利、印度“月船”计划屡次失败的背景下，中国是否能够成为21世纪第一个把脚印留在月球上的国家，吸引了外界的普遍关注。

为了帮助热心于我国航天事业的读者朋友们解读载人登月的“技术含量”，管窥我国航天技术的发展现状，我局非常荣幸地邀请到了一位航天工作者何同学，和我们详细地聊聊中国的载人登月项目。

事前声明，我们今天聊的都是已公开的资料，没有什么“过于先进，不便展示”的内容。另外，出于保密方面的考虑，我们不便介绍何同学的真实姓名和具体职务。

地球知识局（以下简称球局）：你好，何同学，方便介绍一下自己吗？

航天城工作人员何同学（以下简称何）：球局你好，我姓何，目前从事航天相关工作，今天应球局之邀，简单谈谈我所了解的中国探月工程，最近这几年都有了些什么进展。

长征10号，中国人的“入场券”

球局：现在一提到航天发射，大多数人脑海中肯定会先浮现出一根捆绑在发射架上的火箭，现场喊321点火之后，火箭慢悠悠地从发射架上腾空而起的这么一个场景。

何：是这么回事，而且出于安全考虑，直播火箭发射进程的基本都是远景镜头，对于火箭不太熟悉的同学可能觉得从远处看都长得差不多，但是只要抓住型号特征还是很容易分辨的。

球局：但是这次新闻里专门提到了还在研制当中的“长征10号”火箭，这是不是说明执行登月任务的火箭，和我们平时用的发射地球卫星，或者空间站舱段的火箭也不太一样。

何：对，大家平时在电视上耳熟能详的“长征”火箭系列下边能分出很多小家族，比如发射空间站舱段，中国空间站的“天和”核心舱、“问天”“梦天”实验舱的是长征5号，专门分给空间站送货的“天舟”货运飞船，是长征7号送上天的。

我们平时发射载人的宇宙飞船，“神舟15号”“神舟16号”什么的，用的就是长征2号-F火箭。长征2号-F火箭是目前国内唯一载人运载火箭，自1999年开始发射到现在没出过一次事故，算是有名的功勋火箭。

每个型号下还有一些细分型号，长征2号-F里的“F”就是细分型号。每种型号都是根据使用场景和需求进行针对性设计的。

球局：既然咱们国家已经有了如此丰富的火箭型号，为什么还要继续研究更新的长10呢？

何：简单来说，你要发射上天的东西越重，想要去的距离越远，那火箭的尺寸就得越大，推力得越强。初中时候我们都学过，想要让物体能绕地飞行需要达到第一宇宙速度（7.9km/s），想要干登月这种脱离地心引力的事，就得达到第二宇宙速度（11.2km/h）。

球局：也就是说，现在的火箭还不足以应付登月任务？

何：对，现在的空间站任务已经逼近了长征5号火箭运载能力的极限，至于对运载能力要求更高的载人登月任务则需要运力更大的火箭来支撑。

在长征5号研发之前，我国火箭最大直径是3.35米通过铁路运输到各发射场，而长5不光自个就5米粗，还带了4个3.35米的助推器，所以被网友亲切地称为“胖五”。

球局：一下胖了这么多，长5拿火车运怕是不太好运了吧？

何：现在长征5号分段制造完毕后，用船运到文昌的发射场，再进行组装和发射。

球局：在长5的基础上，长10的各方面性能都可以说更上了一层楼？

何：长10目前有四种构型，两种载人两种载货，可以通过火箭尖上有没有逃逸塔来进行区分，不过无论哪种构型，芯一级直径都是5米，执行登月任务的载人长10为了加大推力，还装了两个5米直径的助推器，就是大火箭底部绑的那些小火箭，这次登月就靠它们了。

球局：所以说，火箭这玩意也是一寸长，一寸强啊。

何：在我看来，火箭就属于载人登月项目的入场券，没有就一切免谈。当年美国人为了阿波罗计划，搞出来了个超级牛的“土星五号”，苏联人也想上月球，但是他们搞的N1火箭四次试射全都失败了。我们搞的长10，可以说就是中国人交出的登月答卷。

对了，这里能给大家透露，目前还有一款“长征9号”重型运载火箭，正在进行技术论证。长征9号运力更强、经济性更好，设计直径在9.5米以上，是当之无愧的巨无霸。长9的研发意味着中国人在深空探索方面将会走得更远，我们甚至可以展望一下载人登陆火星，建立火星基地。

球局：载人登火，那真就是有生之年的事了，希望到时候球局还能邀请你来聊聊。

何：行，有时间我一定来（笑）。

嫦娥登月舱，广寒宫的“新邻居”

球局：载人登月这个“载人”环节，终究还是要把人送到月亮上再接回来。在这方面，中国有做过什么技术方面的验证吗？

何：那是肯定的，中国的航天就是一步一个脚印地稳定前行，每一次发射任务都是为给后续做技术积累，大家都很熟悉的“嫦娥”就是一个典型例证。

中国的月球探测计划一共分为“绕落回”三个阶段，也就是绕月飞行、无人探测器月面降落、无人探测器采样后返回地球。2020年年末发射的“嫦娥5号”，已经完成了“回”这个阶段的技术测试。

探月工程四期示意图，图/视觉中国

球局：那“嫦娥5号”具体是怎么返回地球的？

何：“嫦娥5号”一共搭载了四个舱段，包括轨道器、返回器、着陆器、上升器，其中着陆器和上升器降落月面上。

对月球土壤进行采样之后，上升器发动机启动，和在月球轨道上等待的轨道器、返回器组合体对接，把采样的样本转移到了返回器上之后，轨道器和返回器进行轨道转移，返回近地轨道上。

最后，返回器与轨道器在地球轨道分离，带着月壤再入地球，在内蒙古四子王旗的着陆场顺利着陆。

球局：这么说，预计2030年我们的宇航员也会采用“嫦娥5号”的这种模式返回？

何：这个技术其实已经算是比较成熟了。另外，估计我们登月会继续采用三人组模式，我们近几次的航天发射都是三人组，一个是我们神舟飞船的承载极限是三个人，另一个是对于三人组的分工合作的模式非常熟悉和成熟。

球局：现在距离真正的载人登月任务还有几年，这几年里肯定也少不了嫦娥系列的频繁发射吧？

何：在第一次载人登月之前应该会有若干次试验性质的任务，比如无人绕月飞行、载人绕月飞行等。

嫦娥系列未来还会有嫦娥6号、嫦娥7号、嫦娥8号等等，嫦娥6号是月背采样返回，嫦娥7号、嫦娥8号可能会给载人登月任务以及未来建设航天员能长期驻留的月球基地打下基础，成为我们未来月球基地的一部分，为基地供能和通讯等进行测试。

球局：我之前有在知乎看到有网友讨论，如果一切顺利，中国宇航员要说点什么才能压过阿姆斯特朗的那句“个人的一小步，人类的一大步”，对这事你有什么想法吗？

何：想不出来，不过我觉得八成会说：“我已出舱，感觉良好”。

一座鹊桥，如何飞架地月？

球局：在这个新闻里，其实有一个点虽然没提到，但也非常重要，就是为了保障任务的顺利进行，也是为了航天员的安全考虑，载人登月过程中必须随时保持通讯的顺畅。

何：这方面相关专家肯定考虑到了，2018年5月，我们发射了一颗专门给“嫦娥4号”和地球之间牵红线的卫星，叫“鹊桥”。

“鹊桥”中继卫星外形图（图：wiki）

球局：牛郎织女在鹊桥上相会，给通讯中继卫星起了这么一个名字，的确是非常完满的意境，有时候真是不得不感慨一下中国传统文化的博大精深。

何：名字好听，但鹊桥卫星背后的难度其实是很大的。由于潮汐锁定，月球的自转与公转周期相同，地球永远都只能看到月球的正面，所以想要让那些降落在月球背面的探测器也能与地球保持实时通讯是很困难的。

我印象里，为了测量月球背面的重力场信息，二零零几年的时候日本还发射了一颗专门的中继卫星，就是为了给他们的月球探测器提供通讯信号。

球局：那么难度具体体现在哪方面呢？

何：鹊桥中继卫星所采用的轨道叫HALO轨道，这是一个以地月拉格朗日点L2为中心，以10万公里为半径的圆轨道。在这个轨道上，“鹊桥”既可以同时看到地球和月背，不会被遮挡，又能和月球、地球维持一种相对稳定的位置关系，所以说是最好的位置。

球局：有听说过，在拉格朗日点上运行的卫星，燃料消耗会小非常多。

何：对。不过，这个点与地球同步轨道相比，距离相对远很多，另外当时发射的时候，我们还做了两个技术验证，一个是卫星的发射轨道，鹊桥没有先进入地球轨道，再通过地月转移轨道去到月球旁边，而是一步到位，直接进入地月转移轨道，这就给当时执行发射任务的长4丙提出了很高的要求。

二是在从地月转移轨道变轨到HALO轨道上的时候，我们借助了一下月球的引力弹弓效应，没有直接飞到HALO轨道，这样能节约非常多的燃料。

值得庆幸的是，这两项验证都成功了，而且只进行了一次轨道修正，鹊桥就入轨了，原本预计是需要三次的，这说明了我们对飞行过程的控制是十分精确的。

球局：也就是说，仰赖于这两项成功，鹊桥的燃料保留得很好，能够在轨道上执行更长时间的任务。

何：是的，而且鹊桥一号的成功给它的后来人提供了很丰富的技术验证空间。明年，为了给“嫦娥6号”和后续月球探测任务提供通讯服务，更先进、综合实力更强的鹊桥二号就要上天了。

开着玉兔，在月面上兜风？

球局：之前何同学曾经提到过，未来载人登月很有可能也就是“嫦娥5号”的这种四段式模式。那在整个登月项目的进行过程中，会和“嫦娥5号”有什么不一样的地方吗？

何：新闻里也提到了，是一枚载人长10和一枚载货长10，分别扛着飞船部分和着陆部分进入地月转移轨道，然后飞船和着陆器再在环月轨道上对接。不像嫦娥五号一样可以一发火箭把所有的载荷全都送入月球轨道。这是运载火箭运力还不够强大所做的权衡。

球局：这样一来的话，执行一次登月任务的时间大概是多久？

何：以美国的经验来看，一次月球任务大概要10天。不过到时肯定会根据具体情况做出调整。

“长征10号”火箭-模型（图：wiki）

球局：新闻里提到了，在研制月球车等设备，正好在今年春节的大热电影《流浪地球2》里，有很多关于月球基地运输载具的镜头，何同学你觉得到时候真正的月球车会长成什么样？

何：电影里的道具多少还是带着点艺术创作的色彩，目前的登月任务不太用得上那么大的车斗，毕竟也没啥东西需要装，至少采集的月岩月壤应该是不会有那么多。

《流浪地球2》里的月球车样式，在未来真建立起了月面长期基地，需要长期科研、作业时或许会用得上，我们大家可以一起期待一下。现阶段还是以实用可靠、安全便捷为主吧。

球局：好的，非常感谢何同学今天能够接受我们的采访。

何：我也非常高兴能有今天这么一个机会，向所有爱好航天的人们介绍中国登月工程的一些细节和进展。

本文来自微信公众号：地球知识局 （ID：diqiuzhishiju），作者：地球知识局&何同学