2023-09-30 08:06 分类：百家争鸣
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今天是传统佳节中秋节，也是双节长假的头一天，在这里我向大家致以节日的祝贺，愿大家中秋团圆，幸福安和。作为传统节日以及假期，按理说应该是要休息的，但目前手头上的工作确实太多，而且当前以及今后一段时间里的研究任务也十分繁重，所以今天我依旧是在实验室的休息室里写下这篇文章，再次同大家展望下兔家的登月规划。
中秋节谈赴月之事，颇有种神话照进现实的感觉，事实上也确实如此，因为在这个月，兔家的兔刊直接出了个登月的专刊，排布了十九篇有关登月全过程的科研文章，可以说是直接摊了牌…虽然我也负责其中的部分环节和项目，对整个规划多少也有点了解，可这一回，兔家不装了，摊牌了，就这么大大方方的给大家看到了全部的过程和技术解析，这意味着什么呢？直白的讲，就是告诉所有人，我们现在于事实上已经拥有了载人登月的技术实力。
先说这次晒出来的载人登月基本流程吧，大致是这样的，载人登月共分两次发射，第一次用一枚CZ-10火箭发射载人月面着陆器，然后以一条最为经济的轨道飞向月球，预计时间需要大半个月。为何要这么久呢？因为此次发射为无人状态，可以用最大载荷以霍曼转移轨道的方式慢慢前往月球，说直白点就是不需要考虑路途中的吃喝拉撒，尽可能的节省燃料以运送更多的载荷。而第二次发射则是载人飞船、返回舱和服务舱部分了，这次是载人发射，将以一条最快的的轨道前往月球，预计2到3天就能抵达月球轨道，入轨后与登月舱对接组成组合体，而后择机执行登月任务。登月时，在选择好着陆点之后，载人着陆器在与组合体分离，进入一条x千米的下降轨道，制动并向月面着陆，成功着陆月面后执行相关任务，而后从月面起飞，进入环月轨道与载人飞船对接，完成月岩与人员的转移。随后月面登陆舱与组合体分离，月面登陆舱将会留在月球轨道上并重复使用，下回登月任务只需要带来燃料与高压气体等耗材加注即可使用。而载人飞船则执行返回地球的任务，以打水漂式弹道的方式返回地球，这种方式不需要制动，并且经济性与舒适性都非常不错，最后飞船降落在地球着陆场，完成整个载人登月任务。
听上去不是很复杂，但这其中有许多技术性难题需要解决，而此次专刊论文中也都作了全面的解析。这里我选几个大家可能会关心的问题来作分析，首先是登月位置的选择，这在论文《载人月球探测科学目标及着陆区选址建议》提出了很多合理性的建议，比如登月位置的选择要考虑如下要素：考虑从月球飞向火星的基地建设、考虑从技术掌握到月球资源探测与开发利用、考虑从短期探测到长期驻留、考虑国际合作，分摊风险，利益共享发展成果等等。当然，论文中也建议选择资源富集区或直接登陆月球南极，主要考虑是未来开采资源的便利性，以及月球南极拥有水资源，这能够减少长期驻守月球基地的建设和维护等难题。毕竟月球南极特殊的地形构成了很多永夜区，这些区域基本确定蕴藏了大量水资源，在月球这种极度干燥的地方，直接开采并利用月球上的水资源就能剩下很多麻烦。毕竟未来的月球农业、常驻人员消耗和电解后的氢氧都是月球上稀缺的物资，而除了月球南极这个大方向外，论文还提出了50个着陆区域可供选择，具体去哪个，嗯…不用着急，小孩子才做选择题，我们完全可以…都去。
再者就是我们的月面着陆器如何着陆，论文《中途分离模式的载人月面下降轨迹优化设计》给出了一种能节省xx公斤以上燃料的着陆方式，论文中叙述了降落过程，载人月面着陆器飞行至环月轨道近月点附近，推进舱轨控发动机点火工作，开始月面下降着陆飞行。主减速段为推进舱轨控发动机工作，降低环月轨道高度和速度,达到分离条件后两舱分离，采用推进剂最优制导律，如动力显示制导等。分离滑行段为推进舱和登月舱无动力飞行，姿态调整段为登月舱调整姿态，启动轨控发动机并进行变推力调节，直至达到下一阶段入口处的推力和姿态。接近段为以恒定的飞行路径角x向目标着陆点飞行,采用多项式制导等方法进行闭环控制。垂直下降段为垂直下降并着陆月面。而月面着陆器分为着陆器与推进舱两个阶段，且推进舱将在下降阶段起到减速使用，以确保着陆的顺利。
接着就是飞船返回时再入大气层怎样实现水漂式轨道，论文《新一代载人飞船气动外形设计与优化》里讲的很清楚，我们的新飞船要考虑几乎以第二宇宙速度返回的气动加热问题，如果使用减速再入的话对飞船材料的要求就很低，但需要携带额外的减速燃料，不过地球有大气层的存在，而“跳跃再入”就是利用了大气层的减速作用。具体的说，飞船首先以一条升阻比略高于半轨道方式再入大气层沿着可控轨迹下降，在中层稠密大气的作用下，飞船升力逐渐增加，再次将飞船轨迹抬高并再次冲出大气层，但此时速度不高，很快就会再次落回大气层，但经过第一次减速后速度大幅度降低，在以半轨道方式再入。跳跃再入对飞船的防热保护要求以及航天员的过载都大幅降低，远低于轨道与半轨道再入，但仍然高于环地球轨道再入的要求，这也是我们研制新飞船的重要原因。而要实现跳跃再入，飞船的气动设计要大改，控制和耐热也要调整，所以新飞船返回舱气动设计重点为降低再入热环境以及提高升阻比，因此选择了以钝头体外形为主的气动结构。目前新飞船已经过无人发射测试并成功返回，而载人测试就在明年进行。
最后是月球通信的问题该如何解决，这个也不是多难的问题，因为测控与通信是一体的，测控是通信的一种，但通信却不只是测控，比如语音与数据通信，在月球正面工作的探测器只需地面深空测控天线即可与月面直接通信，偶尔可能需要轨道器中继，但要是在月球南极圈或者在月球背面着陆，那么就需要中继卫星了。而我们的鹊桥中继卫星就是为了实现这一目标，未来也会在月球轨道上设置多颗卫星完成转发中继。还是在明年，我们将发射新的鹊桥中继卫星，进一步实现月球通信的畅通。不过呢，如果我们在月球南极登陆，采用这种方式中继是没问题的，因为在月球南极地区通信会受到月面隆起的地形遮挡。但如果在其他地区登陆，采用“直连”地球的方法就可以了，通过地球深空测控天线或者天链卫星中继足以达成需要。而除了月地通信外，另一个问题是月面通信，未来月面活动中的各节点如月球科考站、移动实验室、月球车、月面探测机器人之间需要组成月面通信网，说通俗点，就是要建立覆盖月球的通信基站。这一点其实也不难，不就是基站么？建它就是了…届时遍布月球各地的基站将组成月面通信网，在月球上同地球直接连线也不会成为太遥远的梦想。
大致就说这么多吧，如果大家对兔家的载人登月计划感兴趣的话，可以去看这本兔刊的载人登月专刊，内容非常详细翔实。当然，能如此光明正大摆出来的技术…至少不是全部的技术，至于那些不便摆出来的技术有多么科幻，时间将见证一切，我们共同拭目以待即可。中秋节，谈赴月，风雅与科学并不违和，反而是…挺美好的一个向往吧…
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