中国载人登月为什么先送着陆器、后送人?看懂两次对接就懂了

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10月31日,第七届载人航天学术大会上,月球探测工程总设计师王翔介绍了首次载人登月方案:“两次发射、一次登月”。两枚长征十号火箭,先把揽月着陆器送入环月轨道,再把载着三名航天员的梦舟飞船送上去;两器在月球轨道交会对接,两名航天员换乘着陆器登月,另一人留在梦舟值守。央视网

很多人第一反应是:为什么不能像阿波罗那样,一枚大火箭一次送完?还有一个细节:这趟任务不是一次对接,而是两次——一次在落月前,一次在从月面起飞后。

两发,不是把简单的事做复杂

长征十号地月转移运力不小于27吨,一枚火箭刚好够把梦舟或揽月其中一个送入奔月轨道。 要把两个一起送走,运力得翻倍,就得从零研制一枚全新量级的超重型火箭。研制周期很长,2030年前的节点很难保住。央视网

但“火箭不够大”只解释了一半。更关键的是分工:梦舟负责地面到环月轨道之间的人员往返,揽月负责环月轨道到月面之间的起降。王翔说,这样能把“船和器的功能很整齐地切分开”,让梦舟集中解决载人安全性,揽月专心保证落月和起飞的可靠性。光明网

阿波罗其实也是这个思路:指令舱和登月舱在月球轨道对接,两人换乘登月舱下去,一人留守。差别只在发射——土星五号运力够大,一次送完;长征十号一次只能送一件,所以拆成两发。这不是技术倒退,而是用两次现有火箭能承担的发射,替代一枚还不存在的超级火箭。

顺序本身就是安全设计

先发揽月,后发梦舟,这个顺序值得多看一眼。第一发上去的揽月不载人,先到环月轨道停泊等待;第二发才把三名航天员送上去。这样安排,第一发万一出问题,损失的是设备,不是人;第二发万一推迟,揽月可以在轨道上等,不必让人在地面冒险抢窗口。人始终是最后才出发的那一个。

三名航天员里,两人登月,一人留守梦舟。这不是“少带一个”,而是留一个人在“返程车”上。官方说法是“留守梦舟,沿环月轨道飞行,以备接应”。 月面那两个人干活时,头顶始终有一艘飞船、一个同伴在等他们回来。央视网

第一次对接:换乘

梦舟追上揽月,在环月轨道完成第一次对接。两器都在高速绕月。这里离地球38万公里,无线电单程就要约1.3秒,地面不可能像打游戏一样实时遥控,最后的逼近、对准、锁合主要靠飞行器自主完成:微波雷达、激光雷达和相机接力测量,对接机构再把两器锁成一个整体。

对接成功后,两名航天员通过通道从梦舟进入揽月。随后两器分离,揽月点火减速,进入月面下降。落月时,它还要自己找一块平地:悬停、扫描、避开陨石和月坑,再缓缓下降。航天科技集团田林说,月面下降着陆,以及完成任务后从月面起飞回到环月轨道,是登月“最关键的环节”。央视网

第二次对接:回家,才是最难的一关

月面工作结束,揽月从月面起飞。月球上没有发射台,也没有塔架,上升段只能靠自己点火,从月面直接飞起来,进入环月轨道,再去追梦舟。

这一步难在哪?梦舟不会停下来等。它以每秒约1.6公里绕月飞行,揽月必须在正确的轨道面、正确的时刻起飞,把自己送到梦舟附近,再一点点追上去。追早了、追晚了,都可能错过返程窗口。嫦娥五号、嫦娥六号已经两次在月球轨道完成无人交会对接,把月壤样品送进返回器。 但载人任务多了一道硬要求:对接后航天员要能从梦舟走进揽月,还要有生命保障。样品可以装罐子,人不行。央视网

第二次对接成功,两名登月航天员带着样品回到梦舟,三人重新会合。梦舟与揽月分离,点火离开环月轨道,踏上回家路。接近地球时,返回舱以接近每秒11公里的速度再入大气层,靠“半弹道跳跃式”返回:先扎进大气层减速,再跳出来滑行,第二次进入。这一步,嫦娥六号已经替它跑通过。

为什么这个方案可信

因为每一步都在分开验证。梦舟的零高度逃逸、揽月的着陆起飞、长征十号的低空演示验证,都已跑完。 王翔把验证原则说得很清楚:“所有月球要做的事情,我们在近地先做一遍,所有载人要做的事情,我们先用无人的方式验证一遍”。 接下来,梦舟和揽月还要先完成无人飞行,长征十号也要走完首飞流程,才轮到三名航天员出发。央视网光明网

“两发对接”真正厉害的地方,是把一次不能出错的旅程,拆成几个可以分别检查、分别排故的步骤。火箭分两发,风险也分两段;人最后走,返回的路提前等在那里。

2030年前,如果一切顺利,那两名航天员在月面挥手时,38万公里外的环月轨道上,还有一个人和一艘飞船,正等着接他们回家。

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