中國將在2030年前後載人登月！你看明白流程了嗎？ | 袁嵐峯_風聞

導讀

　　千里之行，始於足下。衝出地球，移民宇宙，奔向星辰大海，從載人登月開始！

　　中國將在什麼時候登月？

　　當然，有時我們會説中國已經登月了，這指的是無人的月球探測器。2013年12月14日，“嫦娥三號”成功登陸月面，然後開出了月球巡視車“玉兔號”。

　　嫦娥三號

　　2019年1月3日，“嫦娥四號”在月球背面着陸，成為人類第一個登上月球背面的探測器，然後開出了“玉兔二號”月球車。

　　嫦娥四號着陸器和月球車互拍

　　2020年12月1日，“嫦娥五號”在月球正面着陸，然後在月球取樣封裝，17日帶着1731克樣品返回地球。這是人類自1976年蘇聯的“月球24號”以來，第一次從月球取回樣品。

　　嫦娥五號月球取樣返回流程

　　無人登月肯定比有人登月容易，但也絕不是輕而易舉的。比如説，印度就沒登上去。它2019年嘗試的“月船二號”以失敗告終，軟着陸變成了硬着陸（《印度落月失敗：從“畫扇面”到“小目標” | 袁嵐峯》）。

　　月船二號碎片區

　　但印度敢嘗試就是值得讚揚的，日本和歐洲還從來沒嘗試過在月球軟着陸呢。百度百科的“登陸月球”詞條列出了一個表，“重要的登月活動”（https://baike.baidu.com/item/%E7%99%BB%E9%99%86%E6%9C%88%E7%90%83/10479062#3），其中你會看到，日本和歐洲各自只做過一次對月球的撞擊。

　　重要的登月活動

　　到目前為止，無人登月成功的只有蘇美中三國。實際上，最先無人登月的是蘇聯的“月球9號”，在1966年。這比美國的阿波羅計劃載人登月還早3年，但知名度就遠遠不如了。顯然，載人登月比無人登月的新聞價值高得多。

　　所以當中國已經積累了這麼多次無人登月的經驗之後，我們很自然就會問：中國什麼時候載人登月？

　　標準的回答是：還沒有計劃。雖然航天愛好者們有各種各樣的討論，但中國官方從來沒有宣佈過載人登月的項目立項，所以這些討論都只是猜測而已。我在和航天專家朋友如中國科學院國家空間科學中心的周炳紅、劉勇等諸位老師們對話的時候，他們也屢次談到了這一點，中國還沒有計劃載人登月，更沒有計劃載人登火星（《建基地、裝鏡子、炸兩極……這些改造火星的方法靠譜嗎？| 科技袁人》）。

　　然而，最近有新的消息了！這不是官方宣佈，但仍然很值得告訴大家。2021年8月29日，龍樂豪院士做了一個科普報告，裏面明確説我國打算在2030年前後載人登月！（《中國工程院院士龍樂豪表示：我國將在2030年前後實現載人登月》）

　　龍樂豪院士是誰？他是中國運載火箭技術研究院運載火箭系列總設計師，曾任國家首次月球探測工程副總設計師，主持了長征三號甲運載火箭的研製等等。因此，他講的關於登月的信息可信度是非常高的。説到底，國家計劃不就是這些專家制定的嗎？

　　中國工程院網站對龍樂豪院士的介紹（https://www.cae.cn/cae/html/main/colys/90803958.html）

　　還有一點有趣的是，龍樂豪院士這個報告是講給全國的青少年聽的，它是第35屆全國青少年科技創新大賽的一個科學家講座活動（https://castic.cyscc.org/35/lectures/lecture1.html）。因此，雖然不是官宣，但也不會是信口開河，這個決定應該是經過深思熟慮的。過一段時間，我們可能就會聽到正式的宣佈，到時本文的讀者會十分高興走在了時間前面。

　　下面，我們來集中介紹技術問題：中國將如何載人登月？

　　龍樂豪沒有詳細説。這個講座叫做《長征火箭與中國航天》，內容從中國航天的過去、現在到未來無所不包，時間卻只有20分鐘，所以許多題材來不及展開。但是，他給出了一張圖片。這張圖片對外行來説只是一閃而過，但內行就能看出很多門道。

　　中國載人登月流程

　　最重要的信息有兩點：一是要發兩枚火箭，二是這種火箭我們差不多已經有了。這種火箭就是長征五號（CZ-5），為了登月需要研製一種新的改進型號，比如説叫做CZ-5DY。

　　長征五號登月火箭

　　對於內行來説，知道這兩點基本上就夠了，後面的流程都是顯而易見的。因為美國1969年登月大致就是這個流程（《我們應該如何紀念登月（三）帶我去月球 | 袁嵐峯》），2020年中國的嫦娥五號從月球取樣返回也大致是這個流程（《美國50年前就能載人登月，中國為什麼現在還不行？| 科技袁人》）。

　　阿波羅計劃登月流程

　　其實航天任務的瓶頸在於火箭的運載能力，有多大運力就能做多少事情。所以可行的流程都是在給定的運力下經過優化的，來來回回可選的也沒幾種，內行一看就知道是哪一種。

　　跟阿波羅計劃和嫦娥五號相比，2030年登月最大的區別在於要用兩枚火箭，而那兩個都只用了一枚。阿波羅計劃用的是“土星五號”（Saturn V），它能把48.6噸的載荷送入月球軌道，目前仍然是人類發射過的運力最大的火箭（《我們應該如何紀念登月（四）衝出搖籃 | 袁嵐峯》）。嫦娥五號用的是長征五號，它能把8.8至9.4噸的載荷送入月球軌道。其實嫦娥五號的質量是8.2噸，它是人類向地外星球發射過的最重的無人探測器，由此可見運送嫦娥五號基本上就是長征五號運力的極限。

　　9噸對48.6噸，這就是中美登月運力的差別。你看，這個差別還是巨大的，所以怪不得我們要採取兩發火箭的方案。一次不夠就兩次，然後在月球軌道上對接。

　　周炳紅老師告訴我，這個長征五號登月版其實跟長征五號的區別還不小，原來叫做921火箭。它的起飛由21個液氧煤油發動機推動，芯級和兩個助推各7個發動機。它的地月轉移軌道運載能力大約是土星五號的一半，起飛重量大約是土星五號的2/3。所以有趣的是，這款火箭如果被命名為CZ-5DY，那麼它將創造一個新紀錄：它是同編號的長征系列火箭中芯級差異最大的。

　　其實中國還有一款在研製的火箭叫做長征九號（CZ-9），它對標的是當年的土星五號以及蘇聯的“能源號”火箭（Energia）、美國現在的“太空發射系統”（Space Launch System，簡稱SLS）以及SpaceX公司的“大獵鷹”火箭（Big Falcon Rocket，簡稱BFR）。也就是説，長征九號足以實現單發載人登月。我在2019年紀念登月50週年的時候，就介紹過它（《我們應該如何紀念登月（四）衝出搖籃 | 袁嵐峯》）。

　　龍樂豪在講座中也提到了長征九號，並介紹了技術攻關的進展。不過看起來長征九號還不足以在2030年達到成熟，所以打算先用兩髮長徵五號的方案實現登月。

　　長征九號

　　長征九號技術進展

　　在給定了這些限制條件之後，中國載人登月的流程就一目瞭然了。

　　再次仔細看中國載人登月流程

　　首先，第一枚長征五號登月火箭發射月面着陸器，完成地月轉移，進入環月軌道。這個着陸器是沒有人的，它在虛位以待航天員的到來。

　　然後，第二枚長征五號登月火箭發射新一代載人飛船，完成地月轉移，進入環月軌道。

　　然後，載人飛船和月面着陸器在月球軌道上交會對接，兩名航天員從飛船爬到着陸器裏面。真的是爬，因為對接口是很窄的！

　　然後，飛船與着陸器分離，着陸器帶着兩名航天員登陸月球，飛船在月球軌道上等着他們回來。

　　然後，兩名航天員在月球表面工作6個小時。

　　下面是一個關鍵問題了：登月的航天員怎麼回來？經常有人表示不信美國在1969年登過月（《我們應該如何紀念登月（一）為什麼登月陰謀論是荒謬的 | 袁嵐峯》），他們的核心問題之一就是這個。他們的典型表述是：我完全相信美國有能力把人送到月球，但我完全不信美國能把人從月球送回地球！所以在他們看來，阿波羅登月是在攝影棚裏拍的彌天大謊。

　　實際上，這是典型的外行思維。月球的重力只有地球的1/6，又沒有空氣阻力，所以從月球起飛是相當容易的，比從地球起飛容易得多。着陸器裏帶着燃料，它又分為下降級和上升級。要回來的時候，把下降級作為底座，就可以讓上升級發射起飛，下降級拋棄在月球上。

　　然後，上升級在環月軌道上與等待的飛船對接，航天員從上升級又爬到飛船裏面。

　　然後，上升級與飛船分離。這是因為飛船帶的燃料有限，不足以帶着上升級回地球，所以把它丟棄，減少載荷。

　　然後，飛船上的發動機點火，帶着航天員回地球。

　　最後，再入大氣層時，飛船把所有能丟的部分全部丟棄，只剩返回艙帶着航天員着陸。

　　基本思想就是“走一路，丟一路”。數一數，一路拋棄了多少東西？先是丟下了兩枚火箭，然後着陸器登月時暫時丟下了飛船，着陸器從月球起飛時丟下了下降級，上升級跟飛船對接後又反手丟下了上升級，最後把除飛船返回艙之外的部分全部丟棄。真令人想起那個關於垃圾分類的靈魂之問：請問你是什麼垃圾？

　　你是什麼垃圾？

　　之所以要這樣，是因為火箭能達到的最高速度跟燃料質量是對數的關係，而不是正比的關係。也就是説，大量地增加燃料，也只能把運載能力增加一點點。這叫做“齊奧爾科夫斯基公式”，是航天之父、俄羅斯科學家康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基（Konstantin Eduardovich Tsiolkovski，1857-1935）提出來的（《我們應該如何紀念登月（二）航天的基本原理| 袁嵐峯》）。因此，我們要在每一步都儘量減少載荷。只要你掌握了這些原理，再複雜的航天活動你也能迅速理解。

　　齊奧爾科夫斯基

　　齊奧爾科夫斯基公式

　　此外，龍樂豪院士在講座裏還提到了我國航天運載器的發展展望，如可重複使用的運載器與核熱推進、太陽帆、電磁驅動發射等新概念運載器，都十分令人感興趣。

　　研製重複使用運載器

　　探索新概念運載器

　　我們可以暢想一下，到2030年，現在的青少年們也許已經有人成為了載人登月項目的骨幹。也許，你就是其中之一。

　　千里之行，始於足下。衝出地球，移民宇宙，奔向星辰大海，從載人登月開始！