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載人登陸火星三步走,中國(guó)科學(xué)家打算這么干

載人登陸火星三步走,中國(guó)科學(xué)家打算這么干

huangshujun 2025-03-17 新聞 4 次瀏覽 0個(gè)評(píng)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(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。

載人登陸火星三步走,中國(guó)科學(xué)家打算這么干

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)。

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