中国,离载人登月有多远?
文/新 心
航天技术作为高端技术,即使是当时与中国友好的前苏联也有所保留,所以中国科学家们只能白手起家。他们创造了一个又一个奇迹:中国的运载火箭系列已经享誉国际卫星发射市场、中国的人造卫星已经形成6个系列、中国成为惟一掌握载人航天技术的发展中国家、即将发射自己的探月卫星、即将展开夸父太阳探测计划。
“虽然现在谈论太空站和星际旅行对相对贫穷的中国来说还是很遥远的事情,但中国人通常志向远大,或许下一个漫步月球的将是中国人。”英国《经济学家》在2002年的一篇报道中称。
从2003年中国第一艘载人飞船“神舟五号”搭载航天员飞行成功开始,关于中国将成为继美国和前苏联之后实现登月的国家的猜测就不绝于耳。2004年中国宣布探月工程“嫦娥工程”。2006年发布的《二○○六年中国的航天》白皮书,让中国的登月计划也逐渐浮出水面。中国人登月的梦想正一步步走向现实。
为什么登月
月亮是一个让人类产生无限遐想的星球,每个民族都有许多关于月亮的神话。在中国人的神话传说中,月亮上有每日研磨长生不老之药的玉兔;有像古希腊神话中的西西弗周而复始地推着巨石一样砍着桂树的吴刚……中国探月工程的名字“嫦娥”也取材于关于月亮的神话。嫦娥偷吃了丈夫从王母那里求来的长生不死之药,独自飞上了孤独的月球。人们非常同情嫦娥在月宫孤独的生活,便在每年农历八月十五月圆之夜纪念她,这就是中国关于月亮的节日--中秋节,一个团圆节日的传说。
现在,中国人仍然对月亮充满好奇。一项调查显示,85%的受访者对登月计划感兴趣。但他们更多并非出自古人充满文化意蕴的原因,而是科学探索的目的。中国探月工程首席科学家欧阳自远院士说,当他长大后,知道月球是一个非常严酷的、没有生命的世界。“但这更引起了我的兴趣。因为我就是要研究这些东西,探求它为什么会形成这样,探求它为什么不能像我们地球这样生机勃勃、万物繁茂、五彩缤纷、欣欣向荣?”
但是也有学者对探月和登月计划提出忧虑。一方的观点是从费用方面考虑,对中国的登月计划提出质疑;还有一派观点认为,基础科学研究只有第一,没有第二。在美国和前苏联已经实现登月之后,中国还有必要登月吗?
据报道,中国首颗探月卫星“嫦娥一号”工程投资金额为13.6亿人民币。欧阳自远院士说,这对中国来说,并不是一个太夸张的金额,只占国民收入的很小一部分,不会对经济产生不良影响。美国阿波罗计划共花费了256亿美元,几乎占用了航天局60年代全部经费的3/5。而且,航天工程是集高精尖技术之大成,会带来高科技发展和经济腾飞。
中国月球探测计划总指挥栾恩杰院士表示:中国月球探测的目标必须突出特色,既要填补中国在月球探测领域的空白,也要为人类建立月球基地增添新的科学依据,尽量避免重复美俄等其他国家已做过的工作。
在欧阳自远院士看来,探月是我们不能不做的一项工作。探测月球是破解地-月系统、太阳系和生命的起源与演化的重要环节。探测月球可以拓展人类的生存空间和探索领域。中国首次月球探测的成果大概相当于美国2000年所得到结果的进一步拓展。他认为,月球探测是一个国家综合国力的体现,对于提高中国在国际上的威望,增强民族的凝聚力都是很有意义的。而且,月球探测也是一个国家高技术发展的标志。
另外,为以后解决地球能源来源做准备,也是中国启动绕月探测工程的主要目的之一。月球探测卫星“嫦娥一号”总指挥兼总设计师叶培建院士说,“月球上已知有100多种矿物,其中有5种是地球上没有的。以后的能源发展主要靠太阳能和核聚变能量。如果把月球上的氦-3开发出来,最保守估计都可以给地球提供500年的电力供应。”
“嫦娥工程”
中国的探月工程的计划分为三个阶段:2004-2007年,目标为发射绕月卫星,简称“绕”;2007-2012年,实现月球表面软着陆与机器人、探测车巡视探测,简称“落”;2012-2017年,实现月球表面软着陆与月球车采样返回,简称“回”。预计2020-2025年,中国将有能力实现载人登月。之后,中国将进入驻月阶段,即建立月球基地,长期进驻的阶段。
国防科工委主任张云川透露,作为中国整个探月工程的序曲,“嫦娥一号”绕月卫星有可能在今年9月发射,飞往月球轨道。他说,“嫦娥一号”月球卫星对发射时间的选择比较苛刻,为了让“嫦娥一号”能够在地球、月球、太阳之间找到最佳的角度,顺利地进入月球轨道,要选择一个最为有利的发射时间。
按照方案,“嫦娥一号”卫星发射后首先将被送入一个地球同步椭圆轨道,这一轨道离地面最近距离为500公里,最远为7万公里。探月卫星将用26小时环绕此轨道一圈后,通过加速再进入一个更大的椭圆轨道,距离地面最近距离为500公里,最远为12万公里,需要48小时才能环绕一圈。此后,探测卫星不断加速,开始“奔向”月球,大概经过83小时的飞行,在快要到达月球时,依靠控制火箭的反向助推减速。在被月球引力“俘获”后,成为环月球卫星,最终在离月球表面200公里高度的绕月球飞行,开展拍摄三维影像等工作。预计卫星奔月总共需时157个小时,距离地球接近38.44万公里。而过去,中国发射的卫星距离地面一般都在3.58万公里左右,二者几乎相差了10倍。
国家航天局局长孙来燕介绍,“嫦娥一号”预定实现四项科学目标:绘制完整的三维月球地图,进行月表化学元素含量和物质类型分布探测,进行月壤探测,探测地月空间环境。
距地远、操控难,空间环境恶劣,是此次发射工作面临的重大考验。而一旦困难被克服,卫星成功传回信息,则将为日后发射月球探测器及最终实现探测器返回,完成“绕、落、回”的探月三步曲打下坚实的基础。
“中国探月工程前有阻击、后有追兵,所有零部件全靠自主研发,没有一件来自国外。”中国登月计划首席科学家欧阳自远院士说,“由于月球在军事、能源等方面有重要意义,各国都对探月非常关注。美国、英国、日本等西方国家斥巨资实施探月计划,印度等国家也蓄势待发。印度声称要比中国早4年实现载人登月,夺回主动权。在这样的形势下,中国的探月工程很难得到国际上其他国家的技术帮助。”
据绕月工程总指挥栾恩杰院士透露说,“大约有1万余人参与这项工程。中国一切从零开始,通过三年时间,依靠自己力量研制出了‘嫦娥一号’人造月球卫星和整个系统配套工程。这个研制速度与其他国家相比已非常快。”
据介绍,“嫦娥一号”探月卫星,选用的科学探测仪器有6套24件,包括ccd立体相机、激光高度计、成像光谱仪、伽马/X射线谱仪、微波探测仪、太阳高能粒子探测器和低能离子探测器等,这些设备在中国都属首次使用,有的是世界首创。
离登月有多远
2007年初,“中国将在海南省建设预计在2010年前投入使用的新型卫星发射基地”的消息,引起广泛的关注。美国航天发射专家估计,海南卫星发射场建成后,中国的“长征”系列火箭以及将来的新大推力火箭,推力将可提升10%。在中国将来的登月计划中,“长征”系列运载火箭将轻易地将载人飞船送上月球,建立月球基地,或将载人飞船送上太空,建立中国的永久性航天站。
那么,如果“嫦娥工程”前三期非载人探月计划都获得了成功,是不是就意味着中国的宇航员可以顺利登上月球呢?
根据航天专家的说法,中国实现载人登月有一个重要的前提,即同时具备载人航天能力和月球探测能力。目前中国已经具备了载人航天的能力,月球的探测计划也正在实施过程中。“中国人用自己的飞船实现了飞天的愿望,但离踏上月球这一步,还很遥远,还有很多‘艰难的台阶’要上。”欧阳自远院士说。
在欧阳自远院士看来,“中国现在有能力把人送到月球,但是只有单程票,我们现在没有能力保证能回来。”欧阳自远认为中国的探月计划必须经历不载人时期的三个阶段,然后才能考虑载人登月,这也是绝对保障登月宇航员安全的需要。
让登月飞船能往返将近80万公里,中国必须研制出大推力、能多次点火的运载火箭,因为登月飞船要携带足够的燃料和较大型的科研工具。据栾恩杰院士透露说,登月需要3000吨至4000吨推力的火箭,而我们现在最高的只有600多吨。中国将在未来7至8年内研制出用于发射空间站的新一代大型运载火箭--“长征五号”运载火箭。
因为航天员要出舱,气闸舱和宇航服也是必须解决的两大问题。“没这两个出不了舱。”月面上温差达到300多摄氏度,辐射性极强,对宇航服有着极高的要求,目前中国航天员所穿的宇航服满足不了月面上的要求。清华大学梁新刚教授解释说,与气闸舱相比,宇航服更为关键,“由于太空处于真空装态,出舱后要求宇航服有很高的热控制和环境控制能力,而且还必须能够承受一定的压力,保证不泄露。”
“在资金到位、项目按时启动等理想条件下,中国完全有能力在15年内将载人航天器送往月球。”中国载人火箭计划顾问组组长黄春平说。