11月24日凌晨4時30分,我國嫦娥五號月球探測器成功在文昌航天發射場發射升空。目前,探測器已經被長征五號遙五運載火箭運送至預定軌道。嫦娥5號的整個任務時間約為23天,共計11個階段。如果這次任務取得圓滿成功,將意味著我國成為了繼美蘇之后第三個在月球上帶回土壤樣本的國家。
我國的探月工程,也稱“嫦娥工程”共分為三大步,即“探”、“登”、“駐”。三大步表示的意思分別是無人的月球探測,載人登月和在月球建立永久性的科研基地。到目前為止,我國發射的所有月球探測器還都屬于“探”的范疇。再具體而言,我國又把“探”這第一大步分為了“繞”、“落”、“回”三小步。其中“繞”是指月球探測器的繞月飛行,這一小步已經由嫦娥一號和嫦娥二號完成。在完成了自己的使命后,嫦娥一號于2009年3月1日在控制中心的控制下撞落在了月球的豐富海內,成為了月球表面第一個中國制造的物體;嫦娥二號則離開了月球軌道,成為了一顆像美國旅行者1/2號一樣的深空天體。
“落”指的是在月球表面進行軟著陸,并釋放探測器攜帶的月球巡視車進行月面巡視。這一步已經由嫦娥三號/玉兔號和嫦娥四號/玉兔二號完成。其中嫦娥四號/玉兔二號更是人類航天器首次在月球背面和首次在月球高緯度進行軟著陸。這也體現出了我國的探月工程并不只是跟在美蘇的身后蹣跚學步而已。
“回”指的就是這次嫦娥五號和未來嫦娥六號將要完成的步驟。這次的嫦娥五號月球探測器共分為4個執行不同功能的部分,從上到下分別為上升器、著陸器、返回器和軌道器。在進入月球軌道后,探測器將分為上升器+著陸器和返回器+軌道器兩大部分,隨后著陸器將帶著上升器在月面進行軟著陸,而返回器和軌道器將繼續在月球軌道巡航。抵達月球表面后,著陸器將采集共計2公斤的月表土壤和鉆探后采集的月球深層土壤,將其封裝并轉移給上升器。隨后上升器將與著陸器分離,自行帶著月球土壤樣本飛向月球軌道,并與返回器進行對接。在順利對接后,上升器將把月球土壤樣本轉移給返回器并與返回器脫離。之后,軌道器將帶著返回器脫離月球軌道進入地月轉移軌道并返回地球。
事實上,嫦娥五號的任務階段與載人登月已經基本一致,可以視為“不載人的載人登月”。因此,除了帶回月球土壤進行科研以外,更重要的意義是為今后探月工程的第二大步——“登”進行技術探索和技術驗證。
不過,即使按照最樂觀的估計,我國的載人登月工程也要等到2030年代才會開始實施。從嫦娥一號2007年的首射到2030年代的載人登月,時間跨度長達20~30年。反觀美國,從1958年8月第一顆月球探測衛星先驅者0號發射失敗到1969年7月阿波羅11號首次成功實現載人登月,時間跨度僅不到11年。這里面固然有冷戰時期美蘇“較勁式”科研競賽的影響,也有當時美蘇兩國愿意不計投入,不計損失的參與月球科研的因素。
目前,除了中國之外美國、歐盟、日本、俄羅斯、印度等也都在積極實施自己的登月計劃。其中有明確時間表且技術最成熟的是美國主導,多國聯合參與的阿爾忒彌斯計劃。其中阿爾忒彌斯是希臘神話中的狩獵女神和月亮女神,同時也是宙斯和勒托的女兒、阿波羅的孿生姐姐。美國方面為新的登月計劃取這個名字,顯然有借阿波羅計劃“好運”的意味。此外,在幾乎所有版本的希臘神話中女神阿爾忒彌斯都與俄里翁(獵戶座的來源)有一段說不清道不明的愛情故事。因此,阿爾忒彌斯計劃的航天器就將被叫做俄里翁。同時這兩項命名也與計劃中預計“將一男一女兩個宇航員送上月球”有一定的聯系。
日本曾于1990年成功發射了飛天號月球探測器,于2007年發射了輝夜號。現在日本正在計劃發射輝夜二號探測器。根據原本的計劃,輝夜二號將和我國的嫦娥三號一樣,完成月球軟著陸和月球探索。之后的輝夜三號則將像我國的嫦娥五號一樣完成月球返回。不過由于預算限制,這項計劃很可能改為一臺探測器同時首次完成月球軟著陸和帶回月球土壤樣本的工作。
老牌航天強國俄羅斯的“月球計劃”(luna-glob)延續自前蘇聯的“月亮計劃”(luna)。前蘇聯總共發射過40顆名為月球X號的月球探測器。其中的最后一顆是在1976年發射的月球24號。之所以40顆探測器只有24個有正式編號,是因為發射失敗的基本上全部沒有正式命名。俄羅斯計劃于2021年9月發射月球25號月球探測器,該項目的最終目的為在月球建立一個永久的無人科考基地,并為未來可能的載人登月計劃打下基礎。
除了上述幾國的探月項目以外,歐盟主要致力于火星探測,因此月球探測項目主要掛靠在美國的阿爾忒彌斯計劃上。印度雄心勃勃的在展開自己的月船計劃,但2019年7月22日月船2號月球探測器的著陸失敗迫使印度推遲了后續的計劃。總體來看,在月球探測方面,除了已經有相當成熟經驗和雄厚技術積累的美國以外,我國是目前為止走得最遠的一個國家。
而在探月工程方面走在了前列的我國之所以要把“載人登月”的時間表定到如此保守,最主要的問題——其實也是困擾其他國家的最大問題,就是火箭。目前我國運載能力最強的長征五號運載火箭直徑為5米,4個助推器和芯一級的推力綜合為10620千牛。相比之下,當年美國用于載人登月項目的土星5號火箭直徑為10.1米,起飛推力35100千牛。兩者有明顯的量級上的差距。而目前美國用于阿爾忒彌斯項目的主力運載火箭SLS直徑為8.4米,芯一級和2個固體助推器的總推力為36640千牛。
而就算是這個不算太先進的長征五號,本身的發展也遭遇了很多波折。2016年11月3日長征五號運載火箭首飛就遇到了火箭二級發動機遇到故障提前關機的問題。后來通過上面級“爆種”延長燃燒時間才成功把衛星運送進入指定軌道;后來2017年7月2日,長征五號遙二火箭更是遇到了發動機停車,推力不足最終導致入軌失敗的問題。長征5號發動機可靠性的問題,直到兩年多以后的2019年底才最終解決。
可想而知,當我國從執行無人探月、無人探火任務的長征五號邁向載人登月任務的長征九號時,新火箭的研發之路也未必會一帆風順,我們還有可能會面臨很多問題。但這也是所有國家在這一領域都會遇到的問題。比如美國的土星五號就曾在阿波羅6號,阿波羅13號的任務中出現故障,還險些造成執行阿波羅13號任務的3位宇航員餓死在太空中的重大事故。因此,在“太空科研競賽”已經落幕,航天多以純科研或商業模式運作的今天,我們也完全可以,完全應該按照科研的一般規律,一步一個腳印的走好未來的航天之路,而不必過于在意達成某個階段性成果的時間點。
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