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2025年载人登月,交会对接是载人登月必备技术

文章作者:科技资讯 上传时间:2019-11-20
访龙乐豪院士:交会对接是载人登月必备技术

摘要: 研制中的“长征5号”运载火箭结构示意图,长征-5火箭高59.5米,起飞重量为643吨,起飞推力为833.8吨。但不到中国将用于登月的超大型火箭的一半。 据中国之声《央广新闻》8时15分报道,中国工程院院士、运载火箭系列总设计师、国家月球探测工程副总设计师龙乐豪近日表示 中国研制1500吨级巨型火箭 2025年载人登月(组图)研制中的“长征5号”运载火箭结构示意图,长征-5火箭高59.5米,起飞重量为643吨,起飞推力为833.8吨。但不到中国将用于登月的超大型火箭的一半。 据中国之声《央广新闻》8时15分报道,中国工程院院士、运载火箭系列总设计师、国家月球探测工程副总设计师龙乐豪近日表示 “我国新一代运载火箭正处于型号研制阶段。新火箭的研制成功,将再次使我国跃居世界运载火箭先进水平的行列。”详细情况连线中国之声记者费磊——龙乐豪:至少到2015年我国新一代运载火箭能实现首飞中国之声:我们已经有了成熟可靠的长征系列,依靠长征火箭成功发射了神舟飞船、嫦娥探测器。新一代运载火箭是不是也属长征系列?记者:龙乐豪院士介绍说,目前,该运载火箭已命名为CZ-5。20世纪90年代开始,各航天大国在不断改进现有火箭的同时大力研制新一代运载火箭。早在1986年,我国就提出了要设计、生产新一代运载火箭,但直到2006年中央专委才正式立项,2007年科工委正式批准启动生产。研制一个新火箭一般需6年左右,但我国2006年批准立项的新一代运载火箭"长征五号"由于起点较高,加上我国工业基础比较薄弱,建新型火箭需要配套建设一批基础设施,因此,他估计至少到2015年我国新一代运载火箭能实现首飞。在役的长征火箭运载能力相对于国外的新型运载火箭有较大差距中国之声:我国现在所应用的运载火箭可靠性强,已经非常成熟了,为什么还要研制新系列运载火箭?记者:我国航天运载技术的发展起步于上世纪50年代,先后成功研制了长征一号、长征二号、长征三号、长征四号等15个型号的运载火箭,龙院士表示,我国长征运载火箭仍属于"家族式"系列,每个运载型号的发展都源于特定的需求,型号技术状态差别较大,也还存在运载能力重叠的现象,还不是真正意义上的" 系列化"运载火箭;尽管通过大量的可靠性增长工作不断提高飞行成功率,长征运载火箭的设计可靠性仍然偏低;在役的长征火箭运载能力相对于国外的新型运载火箭有较大的差距,对于大型和重型有效载荷的发射要求已难以通过进一步挖潜来满足,一定程度上抑制了有效载荷的进一步发展;同时,长征火箭在满足小卫星发射方面还存在空白。长征-5号重型运载火箭和发射“神舟”飞船的长征-2F火箭模型。两者相比,长征-5号近地轨道的运载能力能从长征-2F的10吨提高到25吨,地球同步转移轨道的运载能力从5.5吨提高到14吨。 "新一代运载火箭"将大幅提升我国进入空间的能力中国之声:新一代运载火箭与现在的火箭相比有哪些特点?记者:龙乐豪透露,我国正在研制的新一代运载火箭是遵循“一个系列、两种发动机、三个模块”的总体思路,贯彻“通用化、组合化、系列化”的设计思想,通过模块化组合方式,可以形成包括5米直径大型运载火箭、3.35米直径中型运载火箭和小型运载火箭在内的火箭系列,其近地轨道运载能力最大达到25吨、地球同步转移轨道运载能力最大达到14吨。记者:“新一代运载火箭”将大幅提升我国进入空间的能力,除了满足卫星发射的需求,还能满足未来月球探测工程发射较大规模的月球返回探测器、载人航天工程的20吨级空间站等大型有效载荷的需求,现在设计目标已经达到。“记者:龙乐豪透露,在利用CZ-5火箭的发动机和箭体直径等技术条件的基础上,发展起飞重量约1500吨级的超大型运载火箭,采用轨道交会对接的方式,是我国在2025年前后实现载人登月的基础的方案。根据登月规模的需求,后续也可考虑发展起飞重量3000吨级的重型运载火箭完成建立月球基地等大规模的载人登月任务,并进一步提高我国进入空间的能力。“家族式”系列面临发展瓶颈我国航天运载技术的发展起步于上世纪50年代,先后成功研制了长征一号、长征二号、长征三号、长征四号等15个型号的运载火箭,实现了从常温推进剂到低温推进剂、从串联到捆绑、从一箭单星到一箭多星、从发射卫星到发射载人飞船的跨越式发展,组成了相对完备的运载火箭型谱,近地轨道(LEO)运载能力达到8500kg,太阳同步轨道(SSO)运载能力达到6100kg,地球同步转移轨道(GTO)运载能力达到5500kg,基本能够满足不同用户的需求。中国长征-5号火箭在能力上与美国和俄罗斯的火箭技术还有不小的距离。图为美国60年代研制的“土星-5”号运载火箭,起飞质量3038吨,具备将118 吨载荷送入近地轨道、47吨载荷送入月球轨道的能力。相比之下,中国发射神舟飞船的长征二号F型火箭起飞质量479.7吨,近地轨道运载能力7.6吨。为达成载人登月的目标,必须发展起飞总重达1500吨以上的巨型火箭。下页:更多有关中美航天比较,更多图装载着阿波罗11号的土星5号火箭于当地时间1969年7月16日9时32分在肯尼迪航天中心发射升空,全世界观看发射现场直播的观众人数达到了创记录的六亿人,这一纪录直到2008年才被北京奥运会的开幕式所打破(10亿人)。美国历史上最大的运载火箭“土星五号”,专门用于载人登月,此后再也没有其他火箭在吨位上超越它。下图为土星五号(左5——载人登月状态,左7——发射天空实验室状态)、苏联未研制成功的N-1火箭(左6),与航天飞机(右1)及其他运载火箭的对比图。(编辑:英臻)

摘要:中国航天的主要精力将优先放在空间站的建设和运营上,载人登月可能将放在空间站成功运营之后。而美国此次表现出很大决心,又大力利用民间力量,很可能会率先实现重返月球计划。

科技日报记者 付毅飞

■本报记者 张巧玲交会对接技术的成功和成熟,“将为今后空间站的建立及载人登月等航天工程作必要的技术储备。”中国工程院院士、运载火箭系列总设计师、国家月球探测工程副总设计师龙乐豪接受《中国科学报》记者采访时表示,“自动和手动交会对接技术都是载人登月工程中很可能要用的关键技术之一。”交会对接是载人登月必备技术“从技术上,载人登月已经没有什么不可克服的困难。”龙乐豪认为,今天的中国如果下决心实施载人登月工程,从现在起步,大概10到15年内肯定可以实现。而根据2011年12月发布的《2011中国的航天》白皮书,未来五年内,我国开展载人登月前期方案论证。“目前方案正在论证中。”中国科学院院士、中国探月工程领导小组高级顾问欧阳自远接受《中国科学报》记者采访时说。欧阳自远介绍,神舟飞船的自动与手动交会对接试验,主要是为我国今后建立空间站提供必要的技术基础,但“技术的延伸,对载人航天也是十分有用的,未来载人登月工程将在近地空间和近月空间实施多次交会对接”。火箭是关键40多年前,美国阿波罗载人登月飞行任务只需要实施一次近月轨道的交会对接,原因是它由巨大的“土星5号”火箭将阿波罗飞船送往月球轨道。“在载人登月飞行任务中,交会对接的过程与运载火箭运载能力的大小直接相关。”龙乐豪介绍。如果火箭的运载能力小,交会对接的次数就会多;反之,交会对接的次数就会少。据悉,美国的“土星5号”是人类历史上使用过的最高、推力最强的运载火箭。但其研制和使用费用过高,可靠性与安全性还有待提升,最终被美国放弃。不过,此次神舟九号飞行任务使用的长征2F火箭运载能力太低,其近地轨道的运载能力仅为8吨左右,不可能承担今后的载人登月任务。龙乐豪介绍,我国正在研制的长征五号B运载火箭,其低轨道运载能力是20吨到25吨左右,今后可能将承担发射大的空间站及载人飞船的运载任务。“但如果用来实施载人登月也远远不够。”龙乐豪说,还必须研制新的重型运载火箭,其直接加速要达到每秒11公里,能将总重量为50吨级的载人登月系统送到环月轨道。“目前已有技术方案,但还没正式立项。”龙乐豪说。《中国科学报》 (2012-06-25 A1 要闻)

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近年来,载人登月再度成为航天强国关注的热点。有媒体认为,美俄之间新一轮载人登月竞赛已拉开帷幕。

近年来,载人登月再度成为航天强国关注的热点。有媒体认为,美俄之间新一轮载人登月竞赛已拉开帷幕。

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目前,美国航空航天局已将重返月球计划正式命名为“阿尔忒弥斯”,并宣布开放国际空间站太空旅游项目,为实现2024年载人登月筹集资金。俄罗斯也提出了超重型火箭研制计划,计划用新火箭执行载人登月以及月球基地建设任务。

目前,美国航空航天局已将重返月球计划正式命名为“阿尔忒弥斯”,并宣布开放国际空间站太空旅游项目,为实现2024年载人登月筹集资金。俄罗斯也提出了超重型火箭研制计划,计划用新火箭执行载人登月以及月球基地建设任务。

另外俄罗斯国家航天集团公司总裁德米特里·罗戈津最近表示,该国将与中国分享研制重型运载火箭的信息,并向中国提议“联手打造月球基地”。仿佛中国也被卷入了这场竞赛之中。

另外俄罗斯国家航天集团公司总裁德米特里·罗戈津最近表示,该国将与中国分享研制重型运载火箭的信息,并向中国提议“联手打造月球基地”。仿佛中国也被卷入了这场竞赛之中。

不过航天专家黄志澄认为,在未来一段时间,中国航天的主要精力将优先放在空间站的建设和运营上,载人登月可能将放在空间站成功运营之后。而美国此次表现出很大决心,又大力利用民间力量,很可能会率先实现重返月球计划。

不过航天专家黄志澄认为,在未来一段时间,中国航天的主要精力将优先放在空间站的建设和运营上,载人登月可能将放在空间站成功运营之后。而美国此次表现出很大决心,又大力利用民间力量,很可能会率先实现重返月球计划。

NASA、民企构成“双保险”

NASA、民企构成“双保险”

要实现载人登月,重型火箭是必须跨过的关卡。全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩向科技日报记者介绍,如果按照美国阿波罗计划的登月方案,要求运载火箭的近地轨道运载能力超过百吨,地月转移轨道运力达到50吨以上。

要实现载人登月,重型火箭是必须跨过的关卡。全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩向科技日报记者介绍,如果按照美国阿波罗计划的登月方案,要求运载火箭的近地轨道运载能力超过百吨,地月转移轨道运力达到50吨以上。

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土星五号发射阿波罗月球飞船

土星五号发射阿波罗月球飞船

阿波罗计划采用月球轨道交会对接方案,是用土星五号火箭,将由指令/服务舱和登月舱组成的飞船送入地月转移轨道。进入月球轨道后,1名航天员驻守指令/服务舱留轨等待,较为轻便的登月舱带着2名航天员落月。登月任务结束后,登月舱抛去降落部分以进一步减重,航天员乘坐上升部分从月面起飞,与指令/服务舱会合并返回地球。

阿波罗计划采用月球轨道交会对接方案,是用土星五号火箭,将由指令/服务舱和登月舱组成的飞船送入地月转移轨道。进入月球轨道后,1名航天员驻守指令/服务舱留轨等待,较为轻便的登月舱带着2名航天员落月。登月任务结束后,登月舱抛去降落部分以进一步减重,航天员乘坐上升部分从月面起飞,与指令/服务舱会合并返回地球。

这种方案只需一次发射,免去了多次发射、对接、分离的麻烦。但土星五号固然强大,成本也着实昂贵。有人比喻说,发射一枚土星五号火箭,相当于“烧掉”一艘航母。

这种方案只需一次发射,免去了多次发射、对接、分离的麻烦。但土星五号固然强大,成本也着实昂贵。有人比喻说,发射一枚土星五号火箭,相当于“烧掉”一艘航母。

庞之浩说,如今美国的猎户座载人飞船跟阿波罗飞船很相似,载人登月方案也与当年大同小异。为此波音公司正在研制“太空发射系统”,相比土星五号更先进、更便宜。

庞之浩说,如今美国的猎户座载人飞船跟阿波罗飞船很相似,载人登月方案也与当年大同小异。为此波音公司正在研制“太空发射系统”,相比土星五号更先进、更便宜。

SLS将成为有史以来推力最大的运载火箭。庞之浩介绍,该火箭的研制分两步,初级构型下,其近地轨道运载能力约70吨,后续改进型则能达到130吨左右,可以满足载人登月甚至登上火星的需求。

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不过SLS的研制进展缓慢,原计划2017年首飞,目前已推迟到2020年。许多人对美国能否靠它如期实现载人登月表示担忧。

SLS将成为有史以来推力最大的运载火箭。庞之浩介绍,该火箭的研制分两步,初级构型下,其近地轨道运载能力约70吨,后续改进型则能达到130吨左右,可以满足载人登月甚至登上火星的需求。

而黄志澄觉得该计划“成功的可能性超过一半。”他表示,由于受到俄罗斯、中国航天发展的压力,美国加快载人登月脚步的决心很大。尤其是NASA采用了与以往不同的方式,联合了许多民间力量,在着陆器、有效载荷等方面与多家民营公司签订了合同。“这样的合作给美国带来了一定优势,不能低估美国的社会力量。”他说。

不过SLS的研制进展缓慢,原计划2017年首飞,目前已推迟到2020年。许多人对美国能否靠它如期实现载人登月表示担忧。

另外黄志澄认为,SpaceX、蓝色起源这样的民营火箭公司,或将与NASA构成“双保险”。SpaceX甚至有可能先于NASA实现载人登月。

而黄志澄觉得该计划“成功的可能性超过一半。”他表示,由于受到俄罗斯、中国航天发展的压力,美国加快载人登月脚步的决心很大。尤其是NASA采用了与以往不同的方式,联合了许多民间力量,在着陆器、有效载荷等方面与多家民营公司签订了合同。“这样的合作给美国带来了一定优势,不能低估美国的社会力量。”他说。

此前SpaceX已成功实施了猎鹰重型运载火箭的发射。庞之浩介绍,猎鹰重型火箭的近地轨道运载能力为63吨,其实只能算“准重型”火箭,但也有办法完成载人登月任务。用该火箭可以分两次发射,先将飞船的不同舱段送到近地轨道,对接后再飞向月球。

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中国无需急于载人登月

另外黄志澄认为,SpaceX、蓝色起源这样的民营火箭公司,或将与NASA构成“双保险”。SpaceX甚至有可能先于NASA实现载人登月。

2019年2月,俄罗斯月球探测计划流出,其中提到计划于2031年完成首次载人登月,2034年着手建设月球基地。

此前SpaceX已成功实施了猎鹰重型运载火箭的发射。庞之浩介绍,猎鹰重型火箭的近地轨道运载能力为63吨,其实只能算“准重型”火箭,但也有办法完成载人登月任务。用该火箭可以分两次发射,先将飞船的不同舱段送到近地轨道,对接后再飞向月球。

为此,俄罗斯制定了“2020-2030联邦专项计划”,将打造一个超级重型运载火箭项目。

中国无需急于载人登月

庞之浩介绍,俄罗斯的新型重型火箭发展也将分为两步。其中,已经设计定型的“叶尼塞”运载火箭,将在芯级装备RD-180发动机,还拥有6个配置RD-171MV发动机的助推器。它的近地轨道运载能力最大可达103吨,地月转移轨道运力可达27吨。该火箭计划在2028年首飞,俄罗斯计划用它发射载人飞船,以及月球起飞着陆系统。

2019年2月,俄罗斯月球探测计划流出,其中提到计划于2031年完成首次载人登月,2034年着手建设月球基地。

同时,俄罗斯还在研制运载能力更强的“顿河”运载火箭。“顿河”能将130吨载荷送上近地轨道,将32吨载荷送入地月转移轨道。该火箭计划于2029年首飞,未来将用于运送月球基地模块。

为此,俄罗斯制定了“2020-2030联邦专项计划”,将打造一个超级重型运载火箭项目。

俄罗斯的月球计划能否如期实现?庞之浩觉得资金是最大问题。他表示,在技术方面,苏联成功发射过能运载暴风雪号航天飞机的能源号重型火箭,其至今保持着运载能力世界纪录,证明该国已经掌握了重型火箭相关技术。同时,俄罗斯在大推力液氧煤油发动机领域独步天下,美国至今仍需要向俄罗斯购买RD-180发动机。不过,仅叶尼塞火箭的研制费用就需要100多亿美元,加上新建发射场及各种配套设施,花费将超过200亿美元。“俄罗斯很难拿出这么多钱来。”庞之浩说。

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这或许正是他们想跟中国合作的原因。庞之浩说,我国正在研制长征九号重型火箭,与现役运力最强的长征五号火箭相比,其液氧煤油发动机推力由的120吨跃升至500吨,氢氧发动机推力由50吨增至200吨,研制难度很大。如果中俄开展合作,有助于我国完善自己的技术,尽早完成重型火箭的研制,俄罗斯则能获得资金回报。

庞之浩介绍,俄罗斯的新型重型火箭发展也将分为两步。其中,已经设计定型的“叶尼塞”运载火箭,将在芯级装备RD-180发动机,还拥有6个配置RD-171MV发动机的助推器。它的近地轨道运载能力最大可达103吨,地月转移轨道运力可达27吨。该火箭计划在2028年首飞,俄罗斯计划用它发射载人飞船,以及月球起飞着陆系统。

不过黄志澄表示,虽然俄方透露了合作意向,但目前尚未看到实质进展,而且除了分享重型火箭信息,“打造月球基地”更是比较遥远的事情。因此合作能否成功开展,还有待进一步观察。

同时,俄罗斯还在研制运载能力更强的“顿河”运载火箭。“顿河”能将130吨载荷送上近地轨道,将32吨载荷送入地月转移轨道。该火箭计划于2029年首飞,未来将用于运送月球基地模块。

相比之下,俄罗斯与美国在航天领域的合作其实更为密切。例如美国此前提出的月球轨道平台建造计划,俄罗斯已表示参加,并提出负责研制部分舱段、提供统一的对接机制以及重型火箭。此外美俄之间在国际空间站运营、火箭发动机采购等方面,合作一直畅通。由此看来,即使新一轮载人登月竞赛来临,双方也将边合作边竞争。

俄罗斯的月球计划能否如期实现?庞之浩觉得资金是最大问题。他表示,在技术方面,苏联成功发射过能运载暴风雪号航天飞机的能源号重型火箭,其至今保持着运载能力世界纪录,证明该国已经掌握了重型火箭相关技术。同时,俄罗斯在大推力液氧煤油发动机领域独步天下,美国至今仍需要向俄罗斯购买RD-180发动机。不过,仅叶尼塞火箭的研制费用就需要100多亿美元,加上新建发射场及各种配套设施,花费将超过200亿美元。“俄罗斯很难拿出这么多钱来。”庞之浩说。

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同时黄志澄认为,我国从技术和资金方面考虑,将载人登月计划安排在空间站运营成功之后是较为恰当的。他说,目前我国面临的最大航天项目是建设中国载人空间站,除了前期建设,后期的运营、航天员和货物的运输,都需要很多人力财力。就说美国NASA,要同时运营国际空间站和实现重月球地,也有很大困难,为此他们必须将国际空间站实现商业化。

这或许正是他们想跟中国合作的原因。庞之浩说,我国正在研制长征九号重型火箭,与现役运力最强的长征五号火箭相比,其液氧煤油发动机推力由的120吨跃升至500吨,氢氧发动机推力由50吨增至200吨,研制难度很大。如果中俄开展合作,有助于我国完善自己的技术,尽早完成重型火箭的研制,俄罗斯则能获得资金回报。

如果我们要在建设空间站的同时开展载人登月工程,必须进一步统筹规划,特别是要在引入社会资本和民间力量上下功夫。另外,我国重型火箭尚未具备,等待其研制成功也需要时间。

不过黄志澄表示,虽然俄方透露了合作意向,但目前尚未看到实质进展,而且除了分享重型火箭信息,“打造月球基地”更是比较遥远的事情。因此合作能否成功开展,还有待进一步观察。

其实,在以空间站任务为主的同时,我国在无人探月方面一直稳步推进。继嫦娥四号工程成功实施后,我国已安排了后续的嫦娥五号、六号、七号、八号任务计划。此外火星探测以及更多深空探测计划,也在部署规划中。

相比之下,俄罗斯与美国在航天领域的合作其实更为密切。例如美国此前提出的月球轨道平台建造计划,俄罗斯已表示参加,并提出负责研制部分舱段、提供统一的对接机制以及重型火箭。此外美俄之间在国际空间站运营、火箭发动机采购等方面,合作一直畅通。由此看来,即使新一轮载人登月竞赛来临,双方也将边合作边竞争。

“毕竟中美在航天领域还存在一定差距,特别是在发展民营航天方面。”黄志澄说,“相信中国的载人登月,一定会在自主创新的基础上水到渠成。我们一定会走出一条符合中国国情的载人登月道路。”

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同时黄志澄认为,我国从技术和资金方面考虑,将载人登月计划安排在空间站运营成功之后是较为恰当的。他说,目前我国面临的最大航天项目是建设中国载人空间站,除了前期建设,后期的运营、航天员和货物的运输,都需要很多人力财力。就说美国NASA,要同时运营国际空间站和实现重月球地,也有很大困难,为此他们必须将国际空间站实现商业化。

如果我们要在建设空间站的同时开展载人登月工程,必须进一步统筹规划,特别是要在引入社会资本和民间力量上下功夫。另外,我国重型火箭尚未具备,等待其研制成功也需要时间。

其实,在以空间站任务为主的同时,我国在无人探月方面一直稳步推进。继嫦娥四号工程成功实施后,我国已安排了后续的嫦娥五号、六号、七号、八号任务计划。此外火星探测以及更多深空探测计划,也在部署规划中。

“毕竟中美在航天领域还存在一定差距,特别是在发展民营航天方面。”黄志澄说,“相信中国的载人登月,一定会在自主创新的基础上水到渠成。我们一定会走出一条符合中国国情的载人登月道路。”

来源:科技日报 文中图片来自网络

编辑:刘义阳

审核:管晶晶

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