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載人登陸火星三步走,中國科學(xué)家打算這么干

載人登陸火星三步走,中國科學(xué)家打算這么干

huangshujun 2025-03-17 新聞 3 次瀏覽 0個評論

【文/觀察者網(wǎng) 趙挪亞】核熱推進(jìn)火箭、天梯、地球-火星經(jīng)濟(jì)圈......這些以往只出現(xiàn)在科幻作品中的名詞,已被納入中國未來火星計劃的藍(lán)圖。

近日,2021年全球航天探索大會(GLEX 2021)在俄羅斯召開。受疫情影響,中方通過線上方式參加會議。

會議期間,中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院(航天一院)院長王小軍發(fā)表了題為《載人火星探測航天運(yùn)輸系統(tǒng)》的演講,除了介紹中國既往火星探測任務(wù)成就外,還透露了中國未來載人火星探測發(fā)展路線設(shè)想。

載人登陸火星三步走,中國科學(xué)家打算這么干

從整體來看,這一設(shè)想分成三步:第一步是機(jī)器人火星探測,包括采樣、基地選址和原位資源利用等。第二步是初級載人探測,目的是載人火星著陸和基地建設(shè);最后一步是航班化探測,并建立地球-火星經(jīng)濟(jì)圈。

為了達(dá)成這一火星計劃,中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院已基本確定載人火星探測任務(wù)航天運(yùn)輸系統(tǒng)的組成、特點(diǎn)、總體方案與設(shè)計參數(shù)。與現(xiàn)有的航天運(yùn)輸系統(tǒng)相比,火星探測項(xiàng)目需要的運(yùn)輸系統(tǒng)更為復(fù)雜,運(yùn)輸器也將從化學(xué)推進(jìn)轉(zhuǎn)變?yōu)闊岷四酥梁司圩兺七M(jìn)。

王小軍在演講中認(rèn)為,載人火星探測航天運(yùn)輸?shù)膶?shí)現(xiàn),還有著諸多技術(shù)難題,但他表示:“火星探測對人類具有重要意義,是人類走出地球搖籃,探索生命起源,拓展生存空間的重要途徑,中國的天問之旅已經(jīng)啟程,載人火星探測航天運(yùn)輸系統(tǒng)的研究更具挑戰(zhàn)。我們愿與國內(nèi)外同行和伙伴們一道攜手,共同實(shí)現(xiàn)人類走向深空,漫步火星的夢想?!?

王小軍在視頻中為全球航天人士帶來《載人火星探測航天運(yùn)輸系統(tǒng)》演講 視頻截圖(下同)

建立“地火經(jīng)濟(jì)圈”,中國計劃分三步走

6月14至17日,2021年全球航天探索大會在俄羅斯召開。受疫情影響,中方通過線上方式參加會議,為與會的各國航天專業(yè)人士和媒體帶來演講。大會第二天,王小軍作為中方代表,從航天運(yùn)輸和火箭科技的角度,講述了中國探索火星的歷史和未來。

不過,媒體和專業(yè)人士更為關(guān)心的,是王小軍在講座中透露的中國未來在火星建立可持續(xù)基地,乃至地球-火星經(jīng)濟(jì)圈的計劃。如美國知名太空新聞專業(yè)網(wǎng)站“space.com”特別拎出這一計劃,進(jìn)行報道。

Space.com:中國想在火星上建立可持續(xù)的存在

王小軍的演講分成四個部分:載人火星探測任務(wù)的構(gòu)架分析、載人火星探測發(fā)展路線設(shè)想、總體運(yùn)輸系統(tǒng)方案構(gòu)想以及最后的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)。

第一部分中,王小軍表示,影響任務(wù)構(gòu)架設(shè)計的因素有地火轉(zhuǎn)移軌道類型、出發(fā)時間、出發(fā)點(diǎn)、推進(jìn)技術(shù)、是否采用氣動捕獲等。

他提出,合適的火星任務(wù)出發(fā)時間為2033年、2035年、2037年、2041年、2043年等,采用選擇高橢圓軌道(HEO)的出發(fā)較為合適。

推進(jìn)技術(shù)方面,核熱推進(jìn)是目前載人火星探測方案設(shè)計的重要選擇。核聚變推進(jìn)理論上具有更高比沖性能,需要理論和技術(shù)的突破,適合作為載人火星探測更遠(yuǎn)期的研究目標(biāo)。此外,我國還研究將天梯這一新型運(yùn)輸系統(tǒng)作為空間出發(fā)點(diǎn),能降低火星探測運(yùn)輸?shù)囊?guī)模。

而在第二部分,他提出中國載人火星探測的三步走計劃。

中方提出的三步走計劃

第一步是機(jī)器人火星探測,主要執(zhí)行火星采樣返回、火星基地選址考察,原位資源利用和建設(shè)等,這一步屬于技術(shù)準(zhǔn)備階段。

“Space.com”解釋說,原位資源利用和建設(shè),指的是從火星地表下抽水或從直接獲取氧氣,來彌補(bǔ)火星探測補(bǔ)給限制。中方的這一計劃目的在于為初期載人火星任務(wù)搭建平臺,從軌道前哨站開始,為著陸火星,和最終建立火星基地做準(zhǔn)備。

第二步是載人初期探測,主要執(zhí)行包括載人環(huán)火軌道探測,載人火星著陸探測,以及火星基地建設(shè)等。

第三步是航班化探測,這一步是經(jīng)濟(jì)圈形成階段,主要執(zhí)行包括大規(guī)模地火運(yùn)輸艦隊(duì),大規(guī)模(火星資源)開發(fā)與應(yīng)用。

王小軍為每一步提出了相應(yīng)的航天運(yùn)輸技術(shù)路線圖。如在機(jī)器人火星探測階段,中方采用大型或重型運(yùn)載火箭,直接將探測器發(fā)射至地火轉(zhuǎn)移軌道。探測器則采用化學(xué)推進(jìn),選擇脈沖式合式軌道,并利用反推制動達(dá)到火星進(jìn)行探測。

而在初期載人探測階段,中方針對軌道轉(zhuǎn)移設(shè)計了一種新型任務(wù)構(gòu)架,該構(gòu)架采用核電核熱推進(jìn)組合、人貨分運(yùn),在近地球軌道(LEO)組裝,從高軌道出發(fā),配合使用火星氣動捕獲。

初期火星載人計劃運(yùn)輸系統(tǒng)概念圖

他詳細(xì)解釋說,這一階段內(nèi),首先由運(yùn)載火箭將載貨轉(zhuǎn)移級火箭和有效載荷轉(zhuǎn)移至近地軌道,在軌組裝載貨轉(zhuǎn)移級(火箭)。地球空間擺渡級將載貨轉(zhuǎn)移級擺渡至地球高軌后,再返回近地軌道。

隨后,載貨轉(zhuǎn)移級點(diǎn)火進(jìn)入地火轉(zhuǎn)移軌道,采用大氣捕獲和近火制動,進(jìn)入環(huán)火軌道,火星著陸和上升期(MDAV)在環(huán)火軌道等待成員到達(dá)。同時,釋放火星表面設(shè)施,著陸火星表面。

到達(dá)載人轉(zhuǎn)移窗口,由載人火箭直接發(fā)射進(jìn)入高軌,與載人轉(zhuǎn)移級對接,載人轉(zhuǎn)移級點(diǎn)火進(jìn)入地火轉(zhuǎn)移軌道。載人轉(zhuǎn)移級近火制動進(jìn)入環(huán)火軌道,成員通過火星著陸和上升器著陸火星表面,開展火星表面作業(yè)。

返程時,成員進(jìn)入著陸和上升器,返回環(huán)火軌道,與在環(huán)火軌道上等待的載人轉(zhuǎn)移級對接后,再由載人轉(zhuǎn)移級進(jìn)入火地轉(zhuǎn)移軌道,最終返回地球。

最后的航班化載人火星探測階段,中方提出將采用核動力一體化運(yùn)輸模式,從地球空間驛站、日地L2等基地出發(fā),選擇地火循環(huán)軌道,地火循環(huán)軌道上已布置轉(zhuǎn)移飛行器,轉(zhuǎn)移飛行器的推進(jìn)劑由地面或空間加注站補(bǔ)給。

航班化載人火星探測階段運(yùn)輸系統(tǒng)概念圖

“載人火星探測運(yùn)輸系統(tǒng)有很大的不同”

王小軍表示,與地球空間運(yùn)載火箭一次飛行進(jìn)入空間相比,載人火星探測運(yùn)輸系統(tǒng)有很大的不同。其任務(wù)構(gòu)成包括:進(jìn)入地球軌道、地球軌道組裝、地火轉(zhuǎn)移、火星登陸與上升、火星軌道對接和返回地球等。

此外,載人火星任務(wù)的飛行時間往返可能達(dá)到數(shù)百天,飛行距離達(dá)到數(shù)百萬到數(shù)億公里,軌道交會對接的次數(shù)達(dá)到10余次。

為此,中方提出的具體任務(wù)參數(shù)為:

當(dāng)然,中國的火星計劃還有諸多關(guān)鍵技術(shù)難題。王小軍表示,這些難題主要包括航天運(yùn)輸系統(tǒng)總體設(shè)計技術(shù)、大規(guī)模星際運(yùn)輸推進(jìn)技術(shù)、精確制導(dǎo)和控制技術(shù)、能源與星際測控通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及輕質(zhì)防熱結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)等。

中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院(又名中國航天科技集團(tuán)有限公司第一研究院),成立于1957年11月16日,隸屬于中國航天科技集團(tuán)有限公司,是中國航天事業(yè)的發(fā)祥地,是中國歷史最久、規(guī)模最大的導(dǎo)彈武器和運(yùn)載火箭研制、試驗(yàn)和生產(chǎn)基地。

天問一號探測器著陸平臺 國家航天局圖

“Space.com”解讀說,王小軍提出的計劃具有“雄心壯志”,但也處于非常早期的階段。此外,這一計劃也沒有考慮人類進(jìn)入深空長途旅行的其他挑戰(zhàn),如輻射和無重力狀態(tài)的影響。但這一計劃中確實(shí)包括了一些已在研發(fā)中的技術(shù),如新一代載人飛船,而中國其他的航天機(jī)構(gòu)將盡力解決除運(yùn)輸系統(tǒng)外的其他難題。

目前,研究火星定居計劃的世界主要航天機(jī)構(gòu)包括美國航空航天局(NASA)、歐洲航天局(ESA)和俄羅斯聯(lián)邦航天局(Roscosmos)等。但目前,NASA方面的火星探測計劃主要建立在“阿爾忒彌斯”(Artemis)登月計劃之上,并未向外提出完整的火星定居計劃。

值得一提的是,本次大會上,中國國家航天局還和俄羅斯國家航天集團(tuán)公司聯(lián)合發(fā)布了《國際月球科研站路線圖(V1.0)》和《國際月球科研站合作伙伴指南(V1.0)》,介紹了國際月球科研站的概念、科學(xué)領(lǐng)域、實(shí)施途徑和合作機(jī)會建議等內(nèi)容,為國際伙伴在國際月球科研站的規(guī)劃、論證、設(shè)計、研制、實(shí)施、運(yùn)營等階段的參與指明了方向。

根據(jù)《指南》,這一項(xiàng)目制訂了與月球有關(guān)的8大科學(xué)目標(biāo);自2021年起,項(xiàng)目建設(shè)共分為“勘、建、用”三個階段,時間跨度達(dá)15年,計劃于2035年建成;項(xiàng)目還為國際伙伴在各階段以及階段各層級的參與劃定了5種合作類型。

在此次發(fā)布文件后,中俄還會適時推出《路線圖》和《指南》的更新版本,進(jìn)一步明確國際月球科研站各工程階段里程碑計劃,適時發(fā)布合作伙伴加入程序,以確保整體項(xiàng)目穩(wěn)步推進(jìn)。

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