圖蟲創意

從大約44.5億年前開始，從地球上的角度來看，月亮一直是夜空中的C位。自人類誕生智慧以來，便不停地思考：月亮為什么在那兒？它的“變化”有什么意義嗎？它到底長什么樣子？我們能到月亮上看看嗎？

對月亮的向往，早就融入了我們人類的基因，甚至形成了獨特的月亮崇拜。

但無論是嫦娥奔月，還是蟾蛛化形，它們都只是美麗的神話。直到公元前2000年以后（中國夏朝），人們從月相穩定的周期性變化中得出歷法，極大推動了人類的社會生產實踐。后來更進一步，宋人沈括提出了月亮是地球衛星、月光是陽光反射，還有月食是地球影子的先進解釋。這些均在15世紀以后被哥白尼、伽利略等人證實。原來月亮是個球，形狀從來沒變過。

隨著科技的發展，我們了解了月球越來越多的秘密，而它就像一個早早設立在此的路標，不斷吸引著我們向它靠近，直到越過此處，看到前方更廣闊的未來。

探月而穿云霄

在不同的歷史時期，人類曾幻想出了各種登月工具。從載著道士飛升的神龜，到瞬息萬里的筋斗云，再到世界上最大的熱氣球。它們或是將畜力無限放大，或是試圖駕馭天象，或是對當下交通工具的無限強化。

但想象照進現實，卻要從火箭的出現說起。

現代火箭，作為探索太空的必備工具，在20世紀20年代登上了歷史的舞臺。

1926年，羅伯特·H·戈達德博士在美國馬薩諸塞州的奎因希爾斯發射的一枚火箭，被認為是現代火箭技術的開端之一。這枚火箭是由戈達德和他的團隊自行設計和制造的，重約10千克，高3.4米，飛行距離約為56米，飛行高度約為12.5米。盡管飛行距離和高度相對較短，但它的發射成功標志著現代火箭技術的開端，為后來的火箭技術發展奠定了基礎。

到了1930年代，德國的馮·布勞恩和蘇聯的齊奧爾科夫斯基等人在火箭理論和實踐方面取得了重大進展。德國的“拉茲博士號”火箭是第一枚基于現代火箭技術原理的火箭。它由德國航空工程師弗里茨·馮·奧普特設計和制造的，飛行距離為1.5公里，最高飛行高度為180米。拉茲博士號在基于固體燃料火箭的基礎上，采用了液態燃料發動機設計，即甲醇和液氧發動機，這讓它具備了較高的可控性和穩定性。拉茲博士號火箭的成功發射標志著現代火箭技術的開端。此后，應用的開端也很快就出現了。

上世紀四十年代，二戰爆發，在無窮盡的武器升級競爭中，德國首先將火箭這種前沿技術與武器結合了起來。V2火箭使用液體燃料發動機，射程可達320公里，可以從歐洲大陸向倫敦等城市直接發起攻擊。它是世界上最早投入實戰使用的彈道導彈，同時，也是世界上第一種可控制的火箭。V2火箭在距離和威力上展現出的巨大優勢，進一步推進了對火箭研發的投入。

火箭終于具備了將人類送入太空的能力，但距離人類踏上月球，還有很長的路要走。而加速這一進程的，是另一個在歷史上頗具爭議的事件。

冷戰時期，兩個掌握了航天技術的大國，出于各自的政治目的，展開了一場對人類太空探索具有深遠影響的重磅對決——太空競賽。

1957年，蘇聯發射了第一顆人造衛星，引發了美國的恐慌和焦慮。1961年，蘇聯第一次將人類送入太空，加深了美國在太空探索上的落后感。

為了挽回顏面和地位，美國總統肯尼迪在同年5月宣布了阿波羅計劃，設定了在1960年代結束前將美國宇航員送上月球的目標。這是一項極具挑戰性的任務，需要大量的資金和技術支持。不過，為了跟蘇聯一比高下，再大的代價美國也愿意承擔。

原因也很好理解，沒有什么比率先登上月球更能彰顯自己的實力。那是距離人類最近的地外星體，那是太空中最有可能占據的立足點。只可惜，它本該是引導人類踏向深空的路標，但人們第一次接近它，目的卻不僅僅是探索。

即使有了美國不遺余力的投入，阿波羅計劃的成功也非一蹴而就。在阿波羅計劃早期，三種登月方式經歷了極為激烈的爭論。

當時最有競爭力的方式，是直接登月， 也就是直接從地球發射一艘航天器降落到月球上，再起飛返回地球。1950 年的科幻電影《目的地月球》中特別提到了直接登月的方式。事實上，在阿波羅計劃之前，直接登月是大多數人對飛往月球的設想，因為它的優點非常明顯，那就是——簡單。直接登月不需要任何交會階段，但這同時也意味著要將所有質量都降到月球上，才能再次返回地球。于是，此方法面臨的是一個幾乎無法克服的難點，它需要極其巨大的航天器才能發揮作用。盡管NASA研究了幾種不同的航天器設計，但這些設計都被認為太大或不切實際。后來真正實施登月的火箭土星五號，巨大到了霸榜50年無人超越的地步，但即便是它，也無法勝任直接登月的任務。

另一種當時極具競爭潛力的登月方法，是地球軌道交會對接。受限于火箭運載能力的現實，工程師們考慮將航天器——這里指的是月面著陸器和載人飛船——分成幾個部分，用多個運載火箭分多次發射送入低地球軌道，在那里組裝成更大的航天器，然后飛往月球并降落在月球上，最后再起飛返回地球。

地球軌道交會對接的優勢也很明顯，該任務中棘手的交會階段靠近地球，即使出現問題，宇航員只需重新進入大氣層便可獲救。但與此同時，優勢的反面卻是不容忽視的劣勢。這種登月方式意味著它需要從地球發射不止一枚火箭，而且通常會比采用月球軌道交會方式向月球表面發射更多的質量，燃料效率較低，非常不劃算。

最終，阿波羅計劃采用了月球軌道交會對接的登月方式，并成功完成了17次飛行，11次載人飛行，6次登月，迄今為止都無人超越。

“功勛累累”的月球軌道交會對接方式是怎么操作的呢？它分這幾個步驟：1、載人飛船和登月艙一起發射到月球軌道；2、宇航員進入登月艙下降到月球表面；3、宇航員出艙實施載人登月；4、完成登月任務的宇航員返回到登月艙上升級返回月球軌道；5、登月艙上升級和載人船對接；6、宇航員進入載人飛船返回地球。

阿波羅計劃的成功證明了月球軌道交會對接方式是一種往返月球的高效方式：它只將實際需要前往月球表面的硬件放置在月球表面，而返回艙、服務艙以及從月球軌道返回地球所需的所有燃料都不需要實際登陸月球，這就使得月球著陸器變得更輕，能使用更少的燃料和更小的發動機。同時，由于只有上升艙從月球起飛，因此需要更少的燃料和更小的發動機就能將該組件送回月球軌道。

即便放在今天，這依然是一個相當天才的想法。但讓人遺憾的是，由于阿波羅計劃的目的并不單純，在其失去了政治價值之后，便無以為繼了。

而月球，已經有整整五十年無人問津。

直到，中國人，開始書寫自己的登月故事。

踏月而入星河

在太空競賽進行得如火如荼的時候，我們還完全沒有實力去做、甚至去想登月這件事。但是，隨著我國航天工業的發展、隨著我們火箭技術的愈發成熟和人才儲備的愈發充足，登月的夢想開始照進現實。

中國的載人登月工程的想法可以追溯到上世紀八九十年代，當時中國航天科技集團公司的一些專家就開始進行載人登月的可行性研究和方案論證。他們認為，載人登月是人類航天事業的必然發展方向，也是中國航天事業的長遠目標。他們提出了一些初步的載人登月方案，包括使用大型運載火箭、載人飛船、月球軌道交會對接、月球軌道飛行器、月球著陸器、月球車等飛行器組成的載人登月系統，以及使用月球軌道飛行器、月球著陸器、月球車等飛行器組成的月球探測系統。他們還分析了載人登月的科學價值、技術難點、經濟效益、社會影響等方面，為中國載人登月工程的后續發展奠定了基礎。

2006年，中國載人航天工程總設計師王永志首次公開提出了中國載人登月的設想，并表示中國有能力在2020年左右實現載人登月。他說：“登月是人類的夢想，也是中國人的夢想。我們要為實現這個夢想而努力。”他還指出，中國載人登月的目的不是為了與其他國家競爭，而是為了探索太空的奧秘，為人類的和平利用太空做出貢獻。此言一出便引起了國內外的廣泛關注和討論，也激發了中國人對載人登月的熱情和期待。

**隨后，中國載人月球探測工程的規劃逐漸清晰，**包括登月階段和駐月階段兩個階段。此時，規劃的時間節點準確的落在了2030年前——我們將在這一節點前實現首次登陸月球，并開展月球科學考察及相關技術試驗等。我們還將在2030年后實現中國人在月球上的長期駐留，并開展月球資源的開發利用等。規劃已經明確，下一步就是真正去實施了。

中國載人登月工程是按照“方案研制、初樣和正樣研制、無人飛行試驗、載人月球飛行任務”分步展開的。其中，方案研制是指對載人登月工程的總體目標、任務內容、技術路線、飛行方案、飛行器組成、關鍵技術、風險評估等進行系統分析和論證，形成可行的方案。初樣和正樣研制是指根據方案要求，對載人登月工程的各個飛行器進行設計、制造、測試和驗證，形成具有代表性的初樣和正樣產品。無人飛行試驗是指在初樣和正樣研制的基礎上，對載人登月工程的各個飛行器進行無人的地面試驗、空間試驗和月球試驗，驗證其性能和可靠性。載人月球飛行任務是指在無人飛行試驗的基礎上，實施載人登月工程的最終目標，即實現中國人首次登陸月球，并開展月球科學考察及相關技術試驗等。

經過多年的科研攻關，支撐實現中國載人登月工程登月階段任務的多條主要技術路線均取得了重大突破：

首先是火箭，月球距離地球約38萬公里，想要實現載人登月，需要將奔月軌道的運載能力提高到50~100噸級，而這就需要我們的新一代運載火箭——長征十號。

2017年，長征十號的預先研究便已經開始了。那一年，我國首臺120噸級液氧煤油高壓補燃泵后擺發動機首次試車圓滿成功，泵后擺技術讓發動機工作時只需擺動噴管，這意味著同樣直徑的箭體能裝得下更多發動機，帶來更大推力

推力要大，箭體強度也要更高，重量更輕。

2019年，我國研制出首件5米直徑的錐底結構貯箱。它能承受火箭發動機55%的推力，并使火箭部段減重15%。

同年，我們還成功研制出直徑達5米級的液氧煤油共底貯箱，同時期世界最大。共底的應用能優化火箭長徑比，且結構穩定，能有效隔離上下兩個貯箱近200度的溫差，初步具備應用于未來新型火箭的條件。

2020年，火箭第一級并聯安裝7臺新型液氧煤油發動機的方案就已完成全尺寸結構樣機制造及全部7臺發動機推力載荷靜力試驗。

2022年，這種發動機已經完成了多次、長時間的試車，拉開了由研制轉向交付的序幕。

同年，我國首型采用大尺寸鈦合金噴管延伸段方案的高空型泵后擺大推力液氧煤油發動機試車三戰三捷，關鍵技術已全部突破。

它正是新火箭的二級動力裝置。

依然是在2022年，火箭的三級動力裝置氫氧發動機整機首次長程多次點火試驗圓滿完成，且在當年年累積試車已超萬秒；

最后來到柵格舵。2023年，它的試驗也圓滿完成，驗證了目前柵格舵方案設計的正確性。它將在無助推構型新一代載人運載火箭一子級返回階段展開，助力保持箭體姿態穩定、精準回歸地面。

這么看起來，咱們的長征十號火箭已經準備得挺充分了呢，說不定就快能跟大家見面了。那將是一枚全長約88.5米，起飛質量約2187噸，起飛推力約2678噸，地月轉移軌道運載能力不小于27噸的大火箭，相當壯觀。

了解完新一代載人火箭，我們接著來看看新一代載人飛船——夢舟。

載人登月任務對新飛船提出了更高的要求，別的不說，神舟在近地軌道飛行任務中，可搭載3名宇航員，而夢舟要提高到7人，即便如此，當夢舟需要往返環月軌道中，這個搭載量就將銳減到3人。

自2017年起，夢舟載人飛船的各項子系統，核心元器件等的研制工作就開始穩步推進。

2020年，五胖首飛成功的時候，還順手將新一代載人飛船試驗船送入太空。試驗船在首飛任務中實現軌道遠地點高度超過8000公里，在軌期間，它抓緊時間驗證了國際上推力最大的單組元無毒發動機、新型防熱結構與材料、首次采用的群傘氣動減速和氣囊著陸緩沖技術等一系列關鍵技術與產品。

然后，試驗船又以接近第二宇宙速度返回再入，以“10.8環”的精度在預定著陸場精準著陸。

這才結束了自己忙碌的首秀。

除了外在強悍，其內部，也科技滿滿。

2023年4月，新一代載人飛船新型輕質內飾板驗證試驗順利結束。這種新板材質量輕、剛度大、強度高、易裝配，還很好看。

新板材是飛船居住與照明子系統的重要材料，家里裝修過的朋友們都懂，都開始搞軟裝了，那離完工就不遠了呀！

最后是月面著陸器和登月服的研制了。

我們的月面登陸器有一個豪邁而自信的名字——攬月。它不只是負責環月軌道和月球表面之間的航天員運輸，還是航天員在月球上的生活中心、能源中心、數據中心。它不僅要搭載2名航天員往返，還需要能承載月球車和科學載荷。

與攬月著陸器相比，登月服就顯得更為神秘一些。

為了適應月球環境，登月服最大的特點是具有高度的自主性和智能性。新型的材料和結構能夠保護航天員免受月球表面的高溫、低溫、真空、塵埃、輻射等惡劣環境的影響，還配備了先進的通信、導航、監測、救援等系統，能夠實現與飛船、著陸器、地面等的實時數據交換和指令控制。

最讓人驚訝的是，登月服還有一定的自主運動能力，出現緊急情況時，它能帶著宇航員自動返回著陸器或飛船。

有關月面著陸器和登月服更多的細節我們還需要進一步期待，但是它們的關鍵技術攻關和方案研制工作，都已于2023年底完成，并且全面進入初樣研制階段。

同時，登月的詳細方式也對外進行了公布。中國載人登月階段任務計劃采用月球軌道交會對接方式，但與阿波羅計劃不同的是，我們計劃使用長征十號火箭分兩次，分別將月面著陸器和載人飛船送上月球軌道，而不是阿波羅計劃中的一次性送上去。為什么要這樣做呢？第一，它降低了對火箭運力的限制，使我們能夠在有限的時間、有限的成本和有限的技術內，研發出更加可靠的登月火箭；第二，它還提高了登月的安全冗余。比方說，如果月面著陸器發射出現故障，我們還可以再發射一枚備份的上去，從而進一步降低風險。總的來說，我們選擇了一條更加保險的道路，也是一條更加符合我們自身情況的道路。

完成登月階段任務之后，我們還將繼續挑戰駐月階段任務。這又包含哪些方面呢？我們繼續來預覽一下：

一是月球基地的建設和運營。月球基地是中國為實現中國人在月球上的長期駐留而計劃建設的一種綜合性的月球設施，其設計、結構、功能和性能都針對月球資源、環境和任務進行了優化和改進。月球基地將負責為中國航天員提供生活、工作、科研等所需的各種條件，為載人駐月提供必要的基礎保障。

除了住還有行，于是第二，便是月球車的研制和使用。月球車是中國為實現中國人在月球上的廣泛探測而研制的一種新型月球車，其設計、結構、功能和性能都針對月球地形、環境和任務進行了優化和改進。月球車將負責為中國航天員提供月球表面的移動、采樣、觀測等所需的各種能力，為載人駐月提供必要的探測保障。

有了上述的保障之后，自然就是第三，對月球資源的開發利用了。比如水、氦三、稀土等月球表面和內部存在的各種有價值的物質和能源。我們可以利用月球基地和月球車等設備，對這些月球資源進行勘探、采集、加工、轉化等過程，以滿足月球基地的自給自足，或者將月球資源運送回地球，以滿足地球的需求。月球資源的開發利用是中國載人駐月工程的重要目標之一，也是中國為人類的和平利用太空做出貢獻的重要途徑之一。

實際上，在載人月球探索沉寂了五十多年后，近年來似乎全球都有載人登月計劃的升溫，就是跟月球上豐富的資源息息相關的。

因為越來越多確鑿的證據顯示，我們原本認為貧瘠干燥、一無所有的月球，其實蘊含著大量的自然資源，比方說，水。

雖然在阿波羅計劃之后的數年里，科學家已經在月球上發現了水的線索，但是真正開始讓他們對此確信無疑的，是直到2008年印度的月船一號任務。在成功的將軌道飛行器和撞擊器送上月球后，研究人員才確信月球并不像他們最初想象的那么干燥。他們認為，在月球南極，一些非常非常深的隕石坑當中，蘊藏著大量的水冰。因為自月球誕生以來，這里就從來不曾暴露在陽光當中。

在月球上建立常駐基地最大的困難就是人類史上第一條跨天體補給線。我們需要源源不斷地將水、氧氣、能源、燃料送到月亮上去，這么浩大的工程又能堅持多久呢？

然而，一旦月球上有了水，這些問題就解決了大半。

飲用水就不必說了。水還可以分解出氧氣和氫氣，氧氣不但是宇航員生存所需，還恰好可以氫氣一起用來制作液氧液氫火箭發動機的燃料。

月球基地不但實現了自給自足，還搖身一變，成了非常理想的火箭加油站，成為我們未來通往宇宙更深處的跳板。

更何況，還有氦三，氦的一種同位素，它在地球上非常少見，但是在月球上，卻蘊含豐富。

輕元素核聚變通常使用氘和氚兩種核素，而氚是放射性核素，危害不言而喻，人們也一直在尋找氚的替代品。

太陽表面噴發的太陽風，是一種由電子、氫、氦三、氦四等組成的等離子體流，吹到地球表面時，被地球的大氣層、磁層所阻擋，月球沒有大氣層、電離層、磁層，所以氦三就被月面顆粒所吸附。氦三可以做為氚的替代品，作為安全潔凈的核聚變燃料。

科學家估算，若有朝一日可控核聚變發電能夠商業化，8到10噸的氦三就能提供全中國一年所需的能源。而月壤中所含的氦三質量，高達100萬到500萬噸。

雖然距離實現真正的可控核聚變還有一些距離，但是將原料提前準備充分，是各個有實力的國家都急迫的想要布局的。試想一下，如果第二次工業革命發生在中東，那會是怎樣一番情景？

尾聲

有了生存必需的水和氧氣，還有了火箭的燃料和無盡的能源，這里的重力卻只有地球的六分之一，月球簡直是人類踏向深空完美的天然港灣。星際時代還有多遠？恐怕還沒有人能下定論。但是，在古人仰望月亮時候，沒有人告訴他們能得到什么；在科學家觀察月球的時候，也沒人告訴他們那里有星辰的奧秘；當第一枚火箭升空時，可沒人知道它會是大國利器；當全世界為月亮上的腳印歡呼時，可沒人說那是騙局；月球就像是夜空中的路標，一直在等待著我們去靠近，去探索，為人類的未來指引著方向。在這個過程中，我們得到了很多，也錯過了很多，如今，終于有機會領先一步踏入星河。還需要猶豫嗎？絕不。

本文為科普中國·創作培育計劃扶持作品
作者：甘戍冬 科普作者

審核：周炳紅 中國科學院國家空間科學中心 研究員

出品：中國科協科普部

監制：中國科學技術出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司

來源: 星空計劃

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