【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(guó)未來(lái)火星計(jì)劃的藍(lán)圖。

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

會(huì)議期間，中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院（航天一院）院長(zhǎng)王小軍發(fā)表了題為《載人火星探測(cè)航天運(yùn)輸系統(tǒng)》的演講，除了介紹中國(guó)既往火星探測(cè)任務(wù)成就外，還透露了中國(guó)未來(lái)載人火星探測(cè)發(fā)展路線設(shè)想。

從整體來(lái)看，這一設(shè)想分成三步：第一步是機(jī)器人火星探測(cè)，包括采樣、基地選址和原位資源利用等。第二步是初級(jí)載人探測(cè)，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(cè)，并建立地球-火星經(jīng)濟(jì)圈。

為了達(dá)成這一火星計(jì)劃，中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院已基本確定載人火星探測(cè)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(jì)參數(shù)。與現(xiàn)有的航天運(yùn)輸系統(tǒng)相比，火星探測(cè)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(cè)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(cè)對(duì)人類(lèi)具有重要意義，是人類(lèi)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(guó)的天問(wèn)之旅已經(jīng)啟程，載人火星探測(cè)航天運(yùn)輸系統(tǒng)的研究更具挑戰(zhàn)。我們?cè)概c國(guó)內(nèi)外同行和伙伴們一道攜手，共同實(shí)現(xiàn)人類(lèi)走向深空，漫步火星的夢(mèng)想?！?

王小軍在視頻中為全球航天人士帶來(lái)《載人火星探測(cè)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(guó)計(jì)劃分三步走

6月14至17日，2021年全球航天探索大會(huì)在俄羅斯召開(kāi)。受疫情影響，中方通過(guò)線上方式參加會(huì)議，為與會(huì)的各國(guó)航天專(zhuān)業(yè)人士和媒體帶來(lái)演講。大會(huì)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(guó)探索火星的歷史和未來(lái)。

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

Space.com：中國(guó)想在火星上建立可持續(xù)的存在

王小軍的演講分成四個(gè)部分：載人火星探測(cè)任務(wù)的構(gòu)架分析、載人火星探測(cè)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(jì)的因素有地火轉(zhuǎn)移軌道類(lèi)型、出發(fā)時(shí)間、出發(fā)點(diǎn)、推進(jìn)技術(shù)、是否采用氣動(dòng)捕獲等。

他提出，合適的火星任務(wù)出發(fā)時(shí)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(cè)方案設(shè)計(jì)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(cè)更遠(yuǎn)期的研究目標(biāo)。此外，我國(guó)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(cè)運(yùn)輸?shù)囊?guī)模。

而在第二部分，他提出中國(guó)載人火星探測(cè)的三步走計(jì)劃。

中方提出的三步走計(jì)劃

第一步是機(jī)器人火星探測(cè)，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(shuō)，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(lái)彌補(bǔ)火星探測(cè)補(bǔ)給限制。中方的這一計(jì)劃目的在于為初期載人火星任務(wù)搭建平臺(tái)，從軌道前哨站開(kāi)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(cè)，主要執(zhí)行包括載人環(huán)火軌道探測(cè)，載人火星著陸探測(cè)，以及火星基地建設(shè)等。

第三步是航班化探測(cè)，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(kāi)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(cè)階段，中方采用大型或重型運(yùn)載火箭，直接將探測(cè)器發(fā)射至地火轉(zhuǎn)移軌道。探測(cè)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(dòng)達(dá)到火星進(jìn)行探測(cè)。

而在初期載人探測(cè)階段，中方針對(duì)軌道轉(zhuǎn)移設(shè)計(jì)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(dòng)捕獲。

初期火星載人計(jì)劃運(yùn)輸系統(tǒng)概念圖

他詳細(xì)解釋說(shuō)，這一階段內(nèi)，首先由運(yùn)載火箭將載貨轉(zhuǎn)移級(jí)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(jí)（火箭）。地球空間擺渡級(jí)將載貨轉(zhuǎn)移級(jí)擺渡至地球高軌后，再返回近地軌道。

隨后，載貨轉(zhuǎn)移級(jí)點(diǎn)火進(jìn)入地火轉(zhuǎn)移軌道，采用大氣捕獲和近火制動(dòng)，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(shí)，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(jí)對(duì)接，載人轉(zhuǎn)移級(jí)點(diǎn)火進(jìn)入地火轉(zhuǎn)移軌道。載人轉(zhuǎn)移級(jí)近火制動(dòng)進(jìn)入環(huán)火軌道，成員通過(guò)火星著陸和上升器著陸火星表面，開(kāi)展火星表面作業(yè)。

返程時(shí)，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(jí)對(duì)接后，再由載人轉(zhuǎn)移級(jí)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(cè)階段，中方提出將采用核動(dòng)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(cè)階段運(yùn)輸系統(tǒng)概念圖

“載人火星探測(cè)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(cè)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(duì)接和返回地球等。

此外，載人火星任務(wù)的飛行時(shí)間往返可能達(dá)到數(shù)百天，飛行距離達(dá)到數(shù)百萬(wàn)到數(shù)億公里，軌道交會(huì)對(duì)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(guó)的火星計(jì)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(jì)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(cè)控通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及輕質(zhì)防熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)等。

中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院（又名中國(guó)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(guó)航天科技集團(tuán)有限公司，是中國(guó)航天事業(yè)的發(fā)祥地，是中國(guó)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(wèn)一號(hào)探測(cè)器著陸平臺(tái) 國(guó)家航天局圖

“Space.com”解讀說(shuō)，王小軍提出的計(jì)劃具有“雄心壯志”，但也處于非常早期的階段。此外，這一計(jì)劃也沒(méi)有考慮人類(lèi)進(jìn)入深空長(zhǎng)途旅行的其他挑戰(zhàn)，如輻射和無(wú)重力狀態(tài)的影響。但這一計(jì)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(guó)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(jì)劃的世界主要航天機(jī)構(gòu)包括美國(guó)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(cè)計(jì)劃主要建立在“阿爾忒彌斯”（Artemis）登月計(jì)劃之上，并未向外提出完整的火星定居計(jì)劃。

值得一提的是，本次大會(huì)上，中國(guó)國(guó)家航天局還和俄羅斯國(guó)家航天集團(tuán)公司聯(lián)合發(fā)布了《國(guó)際月球科研站路線圖（V1.0）》和《國(guó)際月球科研站合作伙伴指南（V1.0）》，介紹了國(guó)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(huì)建議等內(nèi)容，為國(guó)際伙伴在國(guó)際月球科研站的規(guī)劃、論證、設(shè)計(jì)、研制、實(shí)施、運(yùn)營(yíng)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(gè)階段，時(shí)間跨度達(dá)15年，計(jì)劃于2035年建成；項(xiàng)目還為國(guó)際伙伴在各階段以及階段各層級(jí)的參與劃定了5種合作類(lèi)型。

在此次發(fā)布文件后，中俄還會(huì)適時(shí)推出《路線圖》和《指南》的更新版本，進(jìn)一步明確國(guó)際月球科研站各工程階段里程碑計(jì)劃，適時(shí)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)。