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2名航天员登上月球难度有多大

2名航天员登上月球,难度到底有多大?不只是火箭够劲,每一步都在闯鬼门关


最近咱们国家载人登月计划不断传来新消息,很多网友都在讨论,未来两名航天员踏上月球表面这件事。不少人觉得,几十年前美国就已经把人送上月球了,放到现在科技这么发达,是不是会简单很多?
其实真不是大家想的那样。当年阿波罗登月是时代的奇迹,放到今天,想要稳稳送两名航天员登月、还能安安全全带回来,难度依旧高到离谱,里面要攻克的难题,远不止造一枚大火箭这么简单。今天咱们用大白话,把这里面所有难点拆开来讲,普通人也能看懂,看完你就能明白,载人登月为什么被称作航天工程里的顶级任务。

首先先搞清楚一个基础问题:送两个人登月,和发射探测器去月球,完全是两码事。
我们这些年已经发射了嫦娥系列探测器,嫦娥五号还从月球带回了月壤。无人探测器不用考虑生命维持,坏一点设备,任务失败,没有人员伤亡的风险。但是载人不一样,核心第一原则:航天员的生命安全是第一位。探测器可以冒险,航天员不行。只要人要上去,整个系统的安全标准,直接提高好几个等级。
而且这次是两名航天员登陆月面,不是绕着月球飞一圈。简单说整个流程是:火箭发射、地月转移、月球轨道对接、登月舱降落月面、两名航天员出舱活动、登月舱从月面起飞、在月球轨道和返回舱对接、返回地球、大气层减速、平安落地。这一整条链条,几十个关键节点,只要任何一个环节出问题,后果不堪设想。

先说第一个门槛:运力足够的重型火箭。
想要把人和配套飞船送到月球,普通的长征火箭根本不够用。去月球不是近地轨道,近地轨道就是空间站所在的位置,距离地面几百公里;月球离地球平均38万公里,差得太远。
两名航天员,加上登月舱、返回舱、燃料、生命保障设备、月面活动需要的工具、氧气、水、食物,整套组合体重量非常可观。火箭需要有足够推力,把这么重的东西一次性打出去。
很多人以为火箭就是推力大就行,其实难点是推力、控制、可靠性三合一。火箭发动机点火、持续工作、分级分离,每一步都不能出错。近地轨道火箭失败了,还有应急救生的机会;地月路途遥远,一旦火箭中途故障,根本没有就近救援的方案。
阿波罗当年用的土星五号,推力巨大,但是那枚火箭成本高到吓人,很多技术路线放到现在并不适合长期复用。咱们现在研制新一代载人运载火箭,不光要推力达标,还要追求更高可靠性,尽量做到可以重复使用,降低后续登月、月球科研站的成本。重型火箭研发周期很长,发动机试车、结构测试,一点点瑕疵都要推倒重来,这是第一道拦路虎。

第二个最难的环节:登月舱在月球表面软着陆。这个环节,是公认的高危环节。
月球没有大气,不能像返回地球那样靠降落伞减速,完全只能靠发动机反向推,一点点把速度降下来。飞船飞到月球附近的时候,速度非常快,登月舱要从绕月轨道,慢慢往下落。
地面看着月球照片平平坦坦,实际上月面到处都是大大小小的陨石坑、凸起的岩石。登月舱降落的时候,航天员视野有限,全靠导航设备、雷达、相机识别地形。如果降落点下面藏着大坑,落地之后倾斜角度太大,登月舱直接翻倒,两名航天员就困在月球上了。
而且降落过程窗口期很短,发动机燃料有限,不能反复试错。无人嫦娥着陆器已经练过很多次月面降落,但是无人和载人标准不一样。无人探测器允许有一点点偏差,载人登月舱的着陆稳定性、自主避障能力要求严苛得多。降落的时候,两名航天员可以参与手动操控,这对航天员的心理素质、操作能力也是极大考验。
很多人不知道,阿波罗11号当年降落的时候,自动导航本来要落到一片乱石堆里,阿姆斯特丹手动接管,才找到一块平地落地,当时燃料已经快要见底,差一点任务就失败了。几十年过去,道理没变,风险依旧存在。

第三个难题:月面生存,两名航天员在月球上怎么活。
月球环境对人类来说,完全是“地狱模式”。首先真空,没有空气,人直接暴露几秒就会失去生命;温差极端,白天最高一百多摄氏度,晚上零下一百多摄氏度;还有宇宙射线、太阳高能粒子,没有地球磁场和大气层保护,辐射会伤害人体;还有无处不在的月尘,这个东西特别棘手。
月尘颗粒又细又尖锐,像碎玻璃一样,很容易粘在航天服、设备缝隙里,磨损密封圈,一旦带进舱内,吸入肺部会损伤身体。
两名航天员待在登月舱里面,生命保障系统要持续供氧、去除二氧化碳、控制舱内温度湿度、循环水。还要准备两套舱外航天服,出舱走路、采集样品、开展试验。航天服不能太重,还要抗压、防辐射、隔热,一套航天服的研发难度本身就很高,还要保证两个人的装备都稳定可靠。
同时,他们在月面停留时间不能太短,不然跑一趟意义不大;停留越久,物资消耗越多,火箭运力压力就越大。氧气、水、食物、电池,每一样都要精打细算,重量卡得死死的,多带一点东西,火箭就要多承担一份负担。

第四个卡点:月面起飞,月球轨道对接,这一步很多人容易忽略。
航天员在月球上干完活之后,不能直接坐着登月舱飞回地球。登月舱分为下降级和上升级,下降级留在月球表面,只有上升级带着两个人点火起飞,回到月球轨道,和留在轨道上的轨道返回舱对接。
月球上起飞和在地球发射完全不同,没有发射塔架,降落的平台就是它的发射台。点火瞬间,发动机喷流冲击月面,会掀起大量月尘,遮挡传感器,干扰姿态控制。起飞稍微偏一点点,就没法进入预定绕月轨道,对接就无从谈起。
等上升级飞到月球轨道,要和轨道舱精准对接。两个飞行器都在高速飞行,速度差一点点都不行,需要自主交会对接系统。近地轨道空间站对接我们已经很成熟了,但是月球轨道距离地球38万公里,信号延迟很大。地月之间通信延迟大概好几秒,地面指挥不能实时干预,很多故障必须由飞船系统和航天员自主判断处理,这个难度比空间站对接高一大截。
对接一旦失败,航天员困在月球轨道,没有别的救援飞船接应,就是绝境。

第五个难关:漫长的地月往返旅途,还有返回地球的再入大气层。
一趟载人登月往返,路上就要好多天。两名航天员狭小的舱内空间里,连续多天密闭生活,辐射、失重、孤独,都是考验。失重环境会导致肌肉萎缩、骨量流失,航天员上天之前要长期训练,回来之后也要康复。
等到从月球返程,返回舱进入地球大气层的时候,速度比空间站飞船返回快得多。空间站返回速度大约7.9公里每秒,月球回来的返回舱速度接近11公里每秒,温度更高,热防护的压力成倍上涨。如果防热大底被烧坏,返回舱会直接烧毁在大气层里。
减速开伞、海上或者陆地着陆,救生团队要在很短时间内找到返回舱,把两名航天员救出来。整套搜救体系,也要提前布局。

还有一个大家容易忽视的点:整套任务的应急救援方案。
航天任务最怕的就是“出事之后没补救办法”。近地轨道空间站,如果飞船出问题,有应急返回方案,也可以安排别的飞船紧急上去救援。但是月球太远了,救援飞船不可能随时在月球待命。
从地球再发射一艘救援飞船到月球,周期很长,根本赶不及。所以登月任务的每一个子系统,都要做冗余设计,关键设备都要有备份。一台导航坏了,另一台顶上;一套生命保障故障,备用系统立刻启动。大量冗余设计,又会增加重量,反过来给火箭增加压力,这是一个很难平衡的矛盾。

讲完技术难点,咱们再说说航天员本身要承受的考验。
能去登月的航天员,不是普通航天员。除了基础的飞行训练,他们要反复练习登月舱降落、月面起飞、故障处置、月面行走、采样、设备维修。很多故障场景都是极端危险的,比如通信中断、氧气泄漏、发动机故障、对接失败,都要在模拟舱里反复演练,形成肌肉记忆。
两个人长期密闭协作,还要考验搭档之间的配合、心态。在遥远的月球,远离地球,一旦出现突发状况,巨大的心理压力,不是一般人扛得住的。

说到这里,很多人会问:既然这么难,当年阿波罗不就成功了吗?
这里也要客观说清楚,当年阿波罗是举全国资源、不计成本冲刺,很多设计思路是“冒险优先”,部分环节容错率很低。而且阿波罗年代的电子设备落后,很多当年的技术路线放到今天,并不适合我们。我们现在搞载人登月,追求的是稳妥、可持续,不是一次性的冲刺,登月之后还要搭建月球科研站,以后还要长期有人驻留,所以安全标准、工程思路完全不一样。不是我们技术不如当年,是我们对安全、可持续性的要求高得多。

当然,难归难,咱们现在的底子已经很扎实了。嫦娥系列一次次探月,摸清了月面环境,积累了月球轨道测控、软着陆、月面起飞的经验;空间站项目,把载人飞船、生命保障、交会对接、航天员长期驻留这些技术练得炉火纯青。这些铺垫,都是在为两名航天员登月铺路。
载人登月,不只是送两个人上去打卡,它背后带动材料、芯片、发动机、通信、人工智能一大堆产业升级。登上月球之后,航天员可以实地开展地质探测,架设科学设备,为以后月球基地、深空探索打基础,意义非常大。

网上讨论这件事的时候,观点也不一样。
一部分网友很期待,盼着早日看到咱们国家的航天员踏上月球,留下中国脚印,觉得这是几代航天人的梦想;也有网友比较理性,觉得不用着急,稳字当头,宁可慢一点,也不能拿航天员的安全冒险,技术验证不到位,绝对不能强行发射。
两种想法其实并不冲突。航天探索本身就是一场和风险博弈的旅程,我们向往月球,但永远把航天员安全放在第一位。

很多人会幻想登月画面:两名航天员走出舱门,踩在松软的月壤上,回望蓝色的地球,画面浪漫又震撼。但浪漫的背后,是成千上万科研人员日复一日的计算、测试、打磨,每一个零件、每一行代码,都在为这一趟旅程保驾护航。
人类走向深空,从来都不是一件轻松的事。38万公里之外的月球,看着很近,想要平安往返,每一关都是硬骨头。等到哪天我们的两名航天员顺利登月,那绝对是载入史册的高光时刻。

话题讨论

你觉得咱们国家两名航天员载人登月,最需要攻克的是火箭运力,还是月面应急保障?你最期待登月航天员在月球上完成哪些科学任务?如果登月成功,你第一时间最想看到什么画面?欢迎在评论区聊聊。

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免责声明:本文为航天科普解读,载人登月工程技术方案仍在研发验证阶段,具体节点、细节以官方发布为准。