“嫦娥”登月在即 從美蘇登月經驗看中國載人登月之路-席亞洲
“嫦娥”探測器已經進入月球軌道，按計劃她將在13日登上月球表面，實現中國第一次月面軟着陸。不久前曾有新聞稱我國航天部門今年首次提出載人登月提案。雖然這一提案未獲通過，但卻説明，中國已經開始考慮載人登月。那麼，從“嫦娥”奔月到中國人在月球上邁出“中華民族的一大步”還有多遠？
據統計，算上嫦娥3號和美國“月球大氣與粉塵探測器”，迄今人類已進行了115次飛向月球的嘗試。
“先驅者1號”和“月球1號”，其實都不是真“1號”
1958年8月，美國首次嘗試發射月球探測器“先驅者”號，但是它和運載火箭一起在空中爆炸，因此被改名為“探測者0號”。在那個美蘇太空競賽如火如荼的年代，蘇聯當然不甘落後，在“先驅者0號”爆炸1個月後，蘇聯的第一個月球探測器也騰空而起，而且這個探測器的任務頗有蘇聯式的“傻大黑粗”範，打算直接在月面硬着陸，或者叫撞擊月球表面。然而蘇聯的運氣並沒有比美國好，它也在起飛後不久凌空爆炸，蘇聯此後也將這個可憐的探測器定名為“月球1號A”，以把“月球1號”這個名字留給第一個成功的月球探測器。
博物館中的“月球1號”模型，其實在它之前，蘇聯還有“月球1號A、B、C”三個發射失敗的“月球”探測器
冷戰是一個不惜成本的年代，為了爭奪“成功發射第一個月球探測器”的殊榮，美蘇兩國毫不猶豫地繼續發射與前述裝置完全相同的後續探測器。這些不幸的探測器一個接一個地在空中爆炸。蘇聯在“月球1號A”之後，又尷尬地把後續發射失敗的探測器命名為“月球1號B”、“月球1號C”……直到1959年1月2日的第四個探測器才終於成功掠過月球表面，儘管它仍未能成功實現撞擊月球的目標，但還是成為了人類第一個近月飛行器。而美國則通過兩個月後發射的“先驅者4號”成功實現近月飛行的目標。
隨後雙方仍繼續以每兩三個月一次的頻率繼續向月球發射新的探測器，蘇聯在1959年9月終於成功撞上月球。1個月後，蘇聯探測器又成功拍到首張月球背面的照片。
蘇聯“月球2號”探測器3D模型，當時蘇聯以平均每兩三個月一次的頻率發射各種月球探測器，失敗率很高
美國“先驅者”系列等探測器在此期間則是一次又一次發射失敗，直到三年後的1962年，美國才用全新開發的“阿特拉斯”火箭發射“月球硬着陸器”，終於也撞上了月球。同一年，美國總統肯尼迪發出了“我們選擇去月球”的豪言壯語。美蘇兩國的登月競爭進入新階段。
這一時期，美蘇兩國的月球探測器都是非常簡單的，蘇聯的“月球2號”只有390千克重。美國的“先驅者”系列就更輕了，只有4千克重。
美國同時期也不計代價連續發射“先驅者”系列探測器與蘇聯爭奪第一個“落月”的榮譽，不過“先驅者4號”只有4公斤重，和“月球”系列不是一個等級
最初的月球探測器重量都很輕，原因是運送它們的火箭運載能力還較弱。這一輪撞月競賽的獲勝者，無疑是蘇聯。這個時期由於探測器重量太輕，無法攜帶較多燃料甚至根本沒有火箭發動機，所以實際上雙方的探測器都沒有中途（大幅度）調整軌道的能力，稍有偏差就不能被月球微弱的引力所捕捉。而且，當時的火箭可靠性也很低。這兩個因素相疊加就導致美蘇這一時期像不要錢似的連續發射探測器，但成功的卻寥寥無幾。
“軟着陸”競爭——打了個平手
在美蘇都將月球作為展示自己國家實力的最佳廣告牌後，蘇聯憑藉火箭技術上的暫時優勢（蘇聯此時已經可以發射數百公斤重的探測器，有足夠的重量和燃料進行變軌），迅速開始實施在月球表面“軟着陸”的計劃。從1963年到1966年，蘇聯平均每年進行3次“月球軟着陸器”的發射，期間還有多次繞月、近月探測器的發射。但上世紀50年代末到60年代初的測控技術水平還很低，要執行落月任務運氣的因素很大。結果，蘇聯當時所有“月球軟着陸”試驗全部失敗，有的撞毀在月球表面，有的錯過月球飛入太空深處，有的則出師未捷身先死。
直到1966年1月31日，在11次失敗的嘗試之後，蘇聯“月球9號”探測器終於輕輕落在月球表面，並在月球表面工作了8個多小時。這次落月意味着，人類活着踏上月球表面是一件可能的事情。
4個月後，美國首次進行月球軟着陸試驗，“勘測者1號”探測器成功降落在月球表面。美國的首次落月試驗就取得了成功，體現了美國在系統工程方面對蘇聯的優勢。雙方的第二回合蘇聯時間上小勝一局，但總體來看雙方實屬平手。
燒錢競賽中，家底厚的一方終於笑到最後
雙方接下來開始利用手中的探測器對月球進行深度探測，美國一而再再而三地連續發射“勘測者”系列探測器，到1968年1月7日“勘測者7號”為止，美國的7次落月試驗中6次取得成功。這一事實説明美國的登月技術已經進入成熟階段。
美國“土星5號“火箭第一級5台F-1發動機是目前人類製造的最大火箭發動機
與“勘測者”同時進行的是“阿波羅”飛船和“土星5號”巨型火箭的研製和測試，這個火箭和飛船組合從一開始就是專門為了實現肯尼迪總統“我們選擇去月球”的諾言而研發的，為此項目投入的資金、物力難以計數。
F-1超大型火箭發動機本是1955年起為美國空軍研製的，但空軍認為不論是用來發射彈道導彈還是衞星，這種發動機都過於巨大，因而將它放棄。此後美國航天局為了“阿波羅計劃”接手繼續開發。這台發動機可以説是美國登月的關鍵，在那個沒有計算機模擬技術的時代，航天局下屬的馬歇爾航天中心靠實物試驗的方法逐漸完善了這種發動機，可説是完全不惜成本。以該發動機為基礎的“土星5號”火箭成本在當時高達2億美元，而該火箭總研製費用高達96億美元。（60年代的1美元購買力約相當於今天的25美元）
不惜成本的大投入換來了回報，1968年12月21日，“阿波羅8號”飛船成功繞月飛行，美國距離載人登月只有一步之遙。
美國“阿波羅8號”飛船首次繞月飛行成功，美國距離登月一步之遙
相比之下，蘇聯的登月之路則遇到了坎坷，兩次軟着陸試驗之後，蘇聯轉而發射大量的繞月飛行器，平均每年發射5個“探測器”衞星飛向月球。這同樣耗資巨大，不過相比美國的“燒錢”速度，蘇聯可就遠遠不及了。
美國的登月也並非一帆風順，圖為起火燒燬致宇航員死亡的“阿波羅1號”飛船
蘇聯在研製載人飛向月球的火箭時遇到了巨大的阻力，蘇聯此時用於發射月球探測器的“質子-K/D”火箭起飛重量為691噸，只能送5噸左右的物體飛上月球。而“土星5號”重達3000多噸（被戲稱為“太空驅逐艦”），可以將40噸左右的物體送上月球，這是載人登月的關鍵。蘇聯為了實現載人登月的目標，也開發了“土星5號”這樣級別的火箭，代號為N-1，起飛重量2700多噸，也是一個超級“怪獸”。
由於沒有及時下定決心開發巨型火箭發動機，蘇聯N-1火箭第一級採用30台發動機並聯，是導致悲劇的主要原因
然而這時雙方“家底”的差距就顯現出來了，蘇聯同樣考慮到F-1這樣的巨型發動機過於“浪費”的問題，沒有下令研製此種發動機。為了登月，他們不得不在N-1火箭上採用了一個令人目瞪口呆的方案，其第一級火箭竟整整安裝了30台發動機。如同向日葵花盤一樣密佈發動機的火箭看起來充滿了怪異的美感，但這一設計帶來的嚴重問題就是其燃料系統極為複雜。以60年代蘇聯的技術工藝水平，這樣複雜的設計無法穩定工作。（蘇聯70年代後又回頭來開發類似F-1的大型火箭發動機，並生產數十台，説明蘇聯並非沒有能力研製此類火箭。今天看來，50-60年代的技術路線失誤，與蘇聯火箭之父科羅廖夫意外身亡後其繼承者缺乏政治影響力有一定關係。）
重達2700噸的N-1火箭
N-1和“土星5”號的體積重量已經趕上二戰時代的驅逐艦
結果眾所周知，過高的複雜度導致N-1火箭的可靠性只能用災難來形容。美國“土星5號”的13次發射無一失敗，而N-1火箭僅有的4次試射全部失敗，其中三次在飛行中爆炸，剩下的一次更加慘烈，火箭直接在發射台上爆炸，2000多噸煤油和液氧引發的大爆炸甚至將發射場的掩體也炸得粉碎，共炸死91名參試人員，是最慘烈的應用火箭事故。
至此，儘管蘇聯的登月飛船研製工作已經完成，30人的登月宇航員團隊已經組建，整個登月計劃只差大型火箭就可完成。但在最關鍵一環上的失敗還是導致整個雄心勃勃的載人登月計劃徹底垮台。
蘇聯的登月計劃除了大型火箭外已經“萬事俱備”圖為蘇聯登月艙（右側為模型）
由於N-1火箭的失敗，這幅圖景永遠無法成真了
蘇聯人只能無限惆悵地看着美國宇航員阿姆斯特朗於1969年7月16日，站在月球表面對全世界説：“這是我個人的一小步，卻是人類的一大步”。
1970年和1973年，蘇聯成功發射“月球16號”探測器和“月球17號”兩個探測器，這兩個探測器重量都是5.6噸，其中“月球16號”搭載了一個可以返回地球的返回艙，而“月球17號”則搭載了“月球車1號”探測器，蘇聯終於實現了繞月、軟着陸、月面巡視、返回地球的四部曲，然而與美國的“阿波羅”計劃相比，蘇聯的這些成就幾乎完全吸引不了世界的眼球。
“阿波羅”計劃為美國贏得了巨大的聲望，是冷戰中美國最重要的勝利之一
蘇聯“月球17號”探測器，其頂部有返回艙可以返回地球
蘇聯“月球20號”返回艙，雖然蘇聯也已完成登月的“四部曲”但此時已經無人在意
轟轟烈烈的登月競賽到1972年美國“阿波羅17號”返回後就冷卻了下來。1976年，蘇聯“月球24號”再次從月球取回樣品，但此時公眾早已不再關心遙遠的月球，兩國不久後開始了空間站、航天飛機領域的新競爭。美蘇登月競賽至此終於告一段落。
“月球16號”和“月球車2號”
美國登月計劃的最大收穫，除了巨大的宣傳價值，在工程學方面也收穫巨大。從登月計劃中獲得的系統工程、系統可靠性方面的科研經驗直接支持了今天科學技術的發展，奠定了許多現代技術的基礎。
登月工程完成後，美國剩餘的“土星5號”火箭又執行了“天空實驗室”空間站的發射任務
此後的幾十年裏，人類再沒有打擾月宮的清淨，大多數月球探測計劃都不涉及在月面軟、硬着陸。直到21世紀，人們對於這顆衞星的興趣才開始恢復。第二次“月球熱”仍然是由國家競爭推動的。
2007年，日本“月亮女神”探測器搶在中國“嫦娥1號”探測器一個月前發射，正式宣告了新一輪登月競賽的開始。2008年，印度“月船1號”探測器升空，這個“月船”計劃發射一個“月球撞擊探測器”，實現自1976年以來第一次有控制的人造物降落。不過和過去許多類似的月球任務一樣，“月船1號”並未取得成功。2009年，美國發射“月球勘測軌道飛行器”，開始“重返月球”計劃。2011年，美國“重力回溯及內部結構實驗室”雙星發射成功，於今年撞擊月球表面，終於打破了月宮近40年來的寧靜。
沉寂了30多年的月球即將迎來新的造訪者
美國這一輪“重返月球”當然不是與日本和印度較勁，讓美國航天局有緊迫感的，是中國的探月工程。2007年，中國“嫦娥1號”探測器飛向月球，中國的首次月球探測就成功實現了繞月飛行，隨後在地面控制下成功撞擊月球表面。而“嫦娥2號”作為“嫦娥1號”的備份探測器比她“姐姐”走得更遠，繞月之後又飛向更遙遠的太空，先後飛到了地日拉格朗日點L2（地球和太陽的引力平衡點，許多科幻小説中未來放置可永久居住空間站的地方）；探測了一顆小行星；之後進一步飛向深空，成為迄今中國人發射的走得最遠的航天器。對比美蘇當年的探月，我們可以發現中國“嫦娥”系列的技術起點、工程可靠性、實際探測效果已不可同日而語。中國是站在新世紀的肩膀上實施自己的登月計劃。
“嫦娥3號”和“玉兔”完成了蘇聯“月球16”號的任務，實現了月面軟着陸和月面巡視，不過它的技術水平比當年高得多
目前即將着陸的“嫦娥3號”+“玉兔”與蘇聯“月球16”+“月球車1號”的基本功能相似，未來的“嫦娥5號”則與“月球17”號探測器類似。但是由於電子技術、工程技術的進步，中國的月球探測器將能夠在月球表面進行更多的試驗，取得的觀測和實驗數據也會更多、更好。更重要的是，“嫦娥5號”將40年來首次從月球表面取回樣品。
“嫦娥5號”將是1976年以來首次從月球帶回樣品的航天器
蘇聯從月球取回的土壤樣品
那麼，我們的下一步什麼時候邁出呢？
首先，在“嫦娥5號”成功後，我國深空測控、通訊技術、系統可靠性、地月環境科學等方面就都已經達到載人登月的要求，接下來只是如何將宇航員送到月球了。
正如我們前面所説，將宇航員送到月球的關鍵是巨型火箭，目前技術水平下，能夠實現這一目標的火箭起飛重量將在3000噸左右，月球軌道載荷至少30-40噸。這樣的火箭過於巨大，用來發射近地軌道載荷實際是比較浪費的——當然，其近地軌道運載能力在100噸以上，可以直接將空間站送入太空——如果研製這樣的火箭，基本可以確定載人登月項目已經納入航天計劃。
中國航天總公司年報中的新一代運載火箭型譜中包括了與“土星5號”級別相近的“長征9號”，這樣級別的火箭目前最重要的用途就是載人登月
據中國航天總公司的年度報告，中國未來的火箭系列中最大型的火箭名為“長征9號”，該火箭起飛重量3000噸以上，近地軌道載荷130噸以上，月球軌道載荷50噸以上。據外媒近日報道，“長征9號”的發動機已經開始試製工作。今天，這種“載人登月專用”發動機的研製，仍比我國此前所有火箭發動機研製難度更高，風險更大。以“土星5號”為例，該火箭1955年開始設計，12年後首次發射，14年後首次登月，耗資96億美元。如果中國能夠以與“土星5號”同樣的速度和成本完成“長征9號”的研製，我們將在2027年前實現載人登月，單在火箭項目上耗資2400億美元。考慮到21世紀超級計算機的技術進步，我們或許能用一半以下的成本完成“長征9號”的研製，即1200億美元，這相當於中國2013年軍費總額（1143億美元），相比之下，三峽工程總耗資也只有900多億美元。載人登月項目耗資如此巨大，今年首次提案被否決並不意外。
長征5號火箭想象圖
不過，技術的發展也帶來了一種新的可能性。當年，美蘇兩國在登月方案驗證階段認為，將載人飛船分多次由較小的火箭發射升空，在軌道對接後飛向月球的方案風險過高。當時的航天發射成功率在60%-80%之間，因此多次發射連續成功的概率可能在50%以下，而登月之旅中一旦有一次發射失敗，整個月球任務即告失敗，這樣的成功率對於涉及到宇航員生命安全的項目來説是無法接受的。隨着工程技術水平的進步，現代航天發射成功率已超過90%，軌道對接成功率則接近100%，我國也已經通過天宮1號驗證了相關技術。用這個方案登月的可行性正在不斷增加。
目前中國正在研製的長征5號火箭的近地軌道運載能力可達25噸，比長征2號、3號提升一倍。如果該火箭研製成功，且安全性、可靠性方面能夠達到目標，那麼它完全可能提前實現中國的載人登月夢。如果這一方案最終被認為可行，那麼我國在2020年前後就能做好載人登月的準備。
或許，距離“中華民族的一大步”到來的日子，沒有我們想象的那麼遠。
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失敗是成功之母，不要氣餒，遊戲裏你不會遇到資金和國力的瓶頸，盡情嘗試各種組合方案吧