China moonlanding preview

1. 2010 年第 6 期 导 弹 与 航 天 运 载 技 术 No.6 2010
总第 310 期 MISSILES AND SPACE VEHICLES Sum No.310
文章编号：1004-7182(2010)06-0001-05
关于中国载人登月工程若干问题的思考
龙乐豪
(中国运载火箭技术研究院，北京，100076)
摘要：对有关中国载人登月工程做了初步思考，提出载人登月的目的和意义，针对国情并结合对国外载人登月发展态势
的分析，就中国能否以及如何实现载人登月给出了基本结论。
关键词：载人登月；中国；工程策略
中图分类号：V475 文献标识码：A
On Issues of China Manned Lunar Exploration
Long Lehao
（China Academy of Launch Vehicle Technology, Beijing, 100076）
Abstract：In this paper, the author conducts preliminary research on China manned lunar exploration project and proposes the
objective and significance of manned lunar exploration. Taking China’s situation into consideration and based on analysis of foreign
manned lunar exploration development current, the author reaches the basic conclusion on the issues of whether China is capable of
and how to realize manned lunar exploration.
Key Words：Manned lunar exploration；China；Project strategy
0 引 言 制造出地面环境无法获得的新材料、新器件、生物制
人类第 1 个向往飞向月球的人，是古代中国一位 品等。
叫嫦娥的美丽姑娘，然而第 1 个登上月球的是一位美 在当今世界，
“先到达、先占有；先开发、先利用；
国人。看来我们醒得很早，但一睡千年起得太晚，不 先登月、先得益”仍为不争的事实。
能不说这是一大遗憾！那么，21 世纪的中国，要不要 b）载人登月是引领与带动国家科技创新的制高
还祖先这个“宏愿”？如何还这个愿？能否还这个愿？ 点。因为载人登月不但可以引领生命科学、空间科学、
这无疑是一个值得研究的重大发展战略问题。 空间物理学、高能物理学、天文学等基础科学的进步，
还能带动材料、冶金、机械（大型与微纳型）、化工、
1 为什么要载人登月 电子信息、深空精密跟踪与测控、遥操作、生命保障
a）月球是继海洋之后人类探索和开发资源与能源 等高新技术的群体性创新发展。
的首选地。目前，地球承载约 70 亿人口，已不堪重负， c）载人登月是激发民族自尊心与凝聚力的重要手
资源与能源紧缺，人类生存环境日益恶化。欧洲的生 段。如果载人登月成功，则可以凸显中国人的探索与
物学家们已经发出警告：地球生态系统正在逼近 9 大 创造能力，体现社会主义优越性，从而进一步激发与
极限；英国著名理论物理学家史蒂芬·霍金也警告： 凝聚人心。正如胡锦涛主席所说的“伟大的事业孕育
人类唯一的出路是移民外太空！也许寻找地球以外新 伟大的精神，伟大的精神推动伟大的事业”那样，精
家园真是人类为维护生存而无法回避的严肃课题。 神、物质力量不断转换，形成连续不断的良性循环。
月球上含有丰富的能源和资源，太阳能、3He 等 国内外的事实证明：没有比航天 Apollo、神舟、嫦娥
是地球能源和资源的重要补充与储备；还有在月球的 等更能激发与凝聚人心！
高真空、微重力、强辐射、微磁场等天然环境中，可 d）载人登月是体现国家综合国力的重要标志。22
收稿日期：2010-12-03
作者简介：龙乐豪（1938-），男，研究员，中国工程院院士，国家首次月球探测工程副总设计师

2. 2 导 弹 与 航 天 运 载 技 术 2010 年
年前邓小平在谈到原子弹、氢弹和发射卫星重要意义 星座计划首当其冲。
时说：
“这些东西反映一个民族的能力，也是一个民族、 b）进展慢。有人评估阿瑞斯 5 到 2028~2030 年才
一个国家兴旺发达的标志。”胡锦涛说：“探索太空是 能使用，而原计划是 2018 年重返月球。
人类的共同追求。”温家宝说：“一个民族有一些关注 c）创新性不够。放弃“使用昨天的技术重复 40
天空的人，他们才有希望。 载人登月正是这种
” “标志”、 年前的载人登月”符合美国人勇于冒险与创新的本性。
“追求”和“有希望”的具体表现。 当然，也可能还有政治因素。
总之，人类登陆地球以外天体是深空探测的最终 事实上， 2010 年 6 月 28 日公布的美国“新太空计
目标，而登月是其第 1 步。迄今为止，人类登月活动 划”明确“2025 年实现人类首次登陆小行星，2035 年
的首要目的仍然是政治因素。 左右载人绕火星轨道飞行，不久之后实现载人登火
星”。可见美国终止星座计划，只是其航天发展计划的
2 国外载人登月发展态势 战术性调整，谋求世界领先地位的根本战略并未转变。
至今， 世界上只有美国在 20 世纪六七十年代成功 可以肯定，深空探索仍将进行，没人能够阻止！
地实施了 Apollo 计划，共将 12 个人分 6 次送上月球并 差不多与美国同时，苏联人也执行过 N1-L3 载人
安全返回。他们研制成功的土星 5 是世界第 1 枚用于 登月计划，研制了 N1 火箭并进行了 4 次飞行试验，但
载人登月的重型火箭。本世纪初美国还启动过重返月 由于缺少大推力的发动机、热衷政治竞争而忽视科学
球的星座计划，但奥巴马总统于 2010 年 4 月终止了该 规律、急于求成而失败。当今的俄罗斯也有深空探测
计划，其主要原因有： 计划，但未见其现实可行的运载火箭技术方案。
a）面对全球经济危机和 10%的高失业率，2011 本世纪初，美、俄、欧空局、日本甚至印度都制
年度美国财政预算 3.83 万亿美元，而赤字达 1.56 万亿， 订了探月与深空探测计划（见图 1）
。
奥巴马提出到 2013 年赤字减半，计划削减 120 个项目,
图 1 各国载人登月规划对比图
印度决心后来居上， Chandrayaan-1 发射成功的
受 登月，但他们以无人探测为主，载人航天技术也较薄
鼓舞，印度官员公开宣称要赶超中国载人登月，时间 弱，看样子欧洲人即使想干也难早于 2025 年实现；俄
是 2020~2025 年；近年来航天投资年增长率过 50%， 罗斯有技术实力，但经济实力似有不足；日本有技术
航天技术进展迅猛，探月卫星、高速再入返回、氢氧 与经济实力，在美国宣布放弃重返月球后，对扛起探
发动机、世界第 3 大固体发动机、遥感技术等都有明 月先锋的大旗已经跃跃欲试；印度技术与经济实力虽
显进展。 逊，但正在不遗余力推进登月计划，又有美、俄、欧
如何评估国外载人登月的态势呢？ 的支助，不能排除其在 2025 年前后载人登月的可能性。
欧空局有技术与经济实力在 21 世纪 20 年代载人 总之，各国载人登月规划都与本国的长远发展战

3. 第6期 龙乐豪 关于中国载人登月工程若干问题的思考 3
略利益相适应，并且体现国家意志。 案：5 m 氢箱+悬挂氧箱，单台 YF-77 发动机，单级重
我们该怎么办？毫无疑问，应该走自己的路，坚 50 t（含推进剂及任务周期蒸发量、对接机构、轨道机
定载人登月的目标。美国是重返我们是还愿（还中华 动系统等） ；包裹多层绝热材料、箭体轴线对日定向、
民族“嫦娥奔月”的千年宏愿），两者毫无可比性；即 箭体 1 (°)/s 慢旋，日蒸发量：液氢<3%，液氧<1%，
使别国都不干，我们也干（已具备条件、水到渠成)， （如图 3 所示）。
要尽快实现载人登月。我们不争先，但要恐后，争当
“二窝（锅）头”，特别要恐落在印度、日本之后！
3 如何载人登月？ 图3 奔月转移火箭
采用两步走策略。 一期工程的
飞船由登月舱＋服务舱＋返回舱组成，其中登月
目标是 2025 年前后将 2~3 人安全
舱是唯一着陆月面的部分，它的下降级着陆月面，上
送上月球并返回地面，一期工程技
升级从月面起飞；而返回舱负责再入返回大气层，服
术途径与方案由运载火箭、登月飞
务舱负责轨道维持并携带部分设备，提供从奔月至环
船、发射场、测控通信、航天员、
月轨道的速度增量以及从环月至月地转移轨道的速度
着陆场、应用等 7 大系统组成。有
增量（见图 4）。
直接进入、近地对接、环月对接、
近地与环月轨道交会结合 4 种奔
月途径。
a）
（一种火箭、人货分运）近
地轨道交会，可采用 CZ-5DY 超大 图 2 CZ-5DY
型火箭（见图 2）。
火箭技术指标为： m 芯级捆 6 个 3.35 m 助推器；
5
芯级 4 台、助推各 2 台 YF-100 发动机；二子级 4 台
YF-77 发动机；5 m 直径整流罩；起飞质量约 1600 t，
图4 载人登月飞船
全箭长约 72 m；近地轨道（LEO）运载能力约 50 t。
采取两级液氢液氧（或液氧甲烷）奔月变轨级方 这种方案的发射实施流程如图 5 所示。
图5 近地轨道交会发射任务流程

4. 4 导 弹 与 航 天 运 载 技 术 2010 年
b）（两种火箭、人货分运）近地轨道交会。 述（图 8 为固体助推重型火箭） ，载人火箭 LEO 运载
需要 4 次发射 3 次对接，这种方式比前种方式的 能力约 25 t，可选 CZ-5A（即 CZ-5 去掉二子级）
。这
发射次数与交会对接次数均要增加 1 次，还要增加一 时登月飞船的组成与一期工程相同，但其规模可增大、
种火箭，任务周期也可能延长到 20~25 天，而 a）方案 人数也可以增加。这种方案从地球到月球只需一次交
约 18 天。 会对接，其安全性可能更好，整个工程的风险也较小。
二期工程目标是要在 21 世纪 30 年代使 4~6 人较
长时间停留月面并安全返回，以满足未来建立月球基
地和载人登火星的需求。采用重型、大型火箭，近地
轨道交会、人货分别运输的技术途径。而重型火箭方
案可以采用助推器构型，以便降低发动机和箭体结构
研制难度， 增强火箭适应性 （见图 6、 。
7） 助推器直径：
液体 3.35 m，固体≤3.5 m。两种不同助推器火箭的起
飞质量与推力分别为 4000 t 和 5000 t 级，其奔月轨道、
地球同步转移轨道、地球静止轨道运载能力分别为： 图8 CZ-5A 和重型火箭
52 t、66 t、36 t。
载人登月工程的主要关键技术有：
a）由 16 台发动机组成的大型火箭 POGO 振动
抑制；
b）低温火箭推进剂蒸发量控制技术；
c）载人登月飞船系统的试验验证；
d） 海、
陆、 天基 USB＋VLBI＋S/X/Ka 波段 35~64m
口径深空测控通信站建造；
e）8~10 m 直径箭体设计与制造技术；
f）1000 t 级推力固体发动机及其推力矢量控制；
g）200 t 级推力氢氧发动机设计与制造；
h）660 t 级推力液氧煤油或 1000 t 级推力固体煤
图 6 液体助推器重型火箭 图7 固体助推器重型火箭 油发动机的研制。
根据以上分析，对中国载人登月计划设想如图 9
关于火箭选型问题可以这样处理：重型火箭同前 所示。
图 9 中国载人登月计划路线图

5. 第6期 龙乐豪 关于中国载人登月工程若干问题的思考 5
4 能否载人登月 a）在中国载人航天与月球探测两个工程“三步走”
完全可能。首先， 50 年来建立的航天技术基础：
有 计划之后，载人登月既是其延伸发展的必然结果，也
已经研制成功由 15 种型号组成的长征系列运载火箭， 是国家战略利益所在；
至今已发射 135 次，将 156 颗航天器（含 36 颗外星） b）根据国情，中国载人登月工程应该采用“两步
送入预定轨道；研制成功 6 个系列过百颗卫星，并开 走”的发展战略；
始卫星、火箭、地面跟踪测控站配套出口；其次，两 c）利用已有的航天技术成果，在 CZ-5 基础上研
个“三步走”计划的实施进一步完善载人登月工程的 制起飞质量 1600 t 级的超大型火箭，通过集成创新，
基础；载人登月必备的多项关键单项技术，如：载人 采取近地轨道交会对接的方式， 2025 年前后实现载
是
航天、出舱活动、环月交会对接、往返月球轨道、月 人登月可行的技术途径；
面着陆与上升等，都将在前两个工程中得到验证。 d）与 40 年前实施 Apollo 计划时的美国相比，今
国家经济实力能够承受，20 世纪 60 年代 Apollo 天中国的技术经济基础与实力都不比他们差，中国能
工程总投资 194 亿美元，1966 年预算高峰时达 30 亿美 否尽快实现载人登月，取决于政治决断；
元，占当年美国 GDP 的 0.375%（星座计划预算为 1040 e）为大幅提高中国进入空间能力、满足未来建立
亿美元)。中国经济快速发展，2009 年 GDP 已达 33.53 月球基地和其他载人或不载人的深空探测需要，应及
预计 2020 年 GDP 总量将超过 60 万亿元。
万亿人民币， 早开展重型火箭的立项研制。
类比现有航天工程，可以认为一期载人登月工程总投
资小于 1000 亿、工程周期 10 年， 则平均每年最多 100
参 考 资 料
亿，占年均 GDP 的 0.0166%，只有美国 Apollo 计划时
[1] 龙乐豪, 容易. 现代“嫦娥奔月”的技术途径设想[J]. 导弹与航天运载
的 1/20，经济实力能够承受。
技术, 2008,293(1): 1-7.
5 结 论 [2] 龙乐豪. 我国航天运输系统发展展望[J], 航天制造技术, 2010(3).
根据以上分析，可以得出以下结论：
印度公布 3 项关于武器发展的重点项目
2010 年 11 月 18 日，印度国防研究与发展组织（DRDO） 具体导弹型号；30~35 亿卢比将用于建设高超声速冲压发动机
公布了 3 个未来重点发展的项目，包括扩大导弹生产规模、建 的试验风洞，该发动机将首先用于俄印联合研制的布拉莫斯高
设风洞和无线电通信测试中心。未来 5 年内计划向这 3 个项目 超声速导弹（飞行速度马赫数为 6）；0.5~1 亿卢比将用于建设
拨款 100 亿卢比（约合 2.205 亿美元）。 无线电通信测试中心，该中心将为印军研制新型信息交换设备。
据 DRDO 的国防部长顾问维杰·库尔玛称，该项目拨款额 据推测，该中心的建造可能是印度国防部制定的网络中心军队
中 60~65 亿卢比将用于扩大各型导弹的生产规模，但没有明确 建设计划的一部分。 （夏薇 供稿）
金牛座 2 火箭一子级发动机首次验收试验成功
2010 年 11 月 10 日，
轨道科学公司和航空喷气公司在 NASA 专门为金牛座 2 项目改建而成的，由过去的水平试验方向改成
斯坦尼斯航天中心成功进行了 AJ26 液体火箭发动机的热点火 了垂直试验方向。
试车，初步数据评估显示所有预定目标均已实现。 此次试车是 3 次系列热点火验收试验中的第 1 次，点火时
AJ26 发动机由航空喷气公司研制，用于轨道科学公司研制 间持续 10 s，旨在验证 AJ26 发动机的启动和关机程序、E-1 号
的金牛座 2 火箭一子级。航空喷气公司从俄罗斯购买了苏联的 试车台的操作以及地面试车发动机的控制。轨道科学公司和航
NK-33 登月火箭发动机，将其改进成 AJ26 发动机。AJ26 发动 空喷气公司还将在斯坦尼斯航天中心进行下一次的 50 s 热点火
机与金牛座 2 火箭组装前，都要在斯坦尼斯航天中心的 E-1 号 试车。 （丁文华 供稿）
试车台进行点火验收试验。E-1 号试车台是斯坦尼斯航天中心