中國探月工程首階段完成在即 太空雄心「超俄趕美」?

撰文:劉言
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50年前,中共在建政21年之後,成功發射了首顆人造地球衛星「東方紅一號」;50年後,9月下旬,以「弘揚航天精神,擁抱星辰大海」為主題的2020年中國航天大會召開,中國探月工程副總設計師于登雲在大會上表示,預計今年底之前發射嫦娥五號,實現月球區域軟着陸及採樣返回。

探索外太空是一場具有高度戰略意義的競爭,全球已有多個國家出爐了太空戰略規劃,爭奪太空話語權已成為各國戰略競爭的重要方面。上世紀80年代初,美國退役陸軍中將提出「高邊疆」戰略,暗示美國應該對地球的外層空間進行新的開拓,從而使得太空領域成為美國新的邊疆,著名的「星球大戰」計劃由此出爐。冷戰時期的美、蘇兩國在太空領域展開過劍拔弩張的競賽,而隨着蘇聯的解體,今天更讓華盛頓警惕的或許是中國的太空計劃。

對中國來說,其面向太空的志向已很明顯。作為太空競賽的後來者,中國出發時間晚了數十年,但現在,中國於1970年發射了第一顆人造地球衛星「東方紅一號」;2003年實現了第一次載人航天飛行,已是全球第三個實現載人航天的國家;在國際空間站面臨「退役陰影」之際,中國空間站建設正穩步推進,出於多種原因,未來太空將極有可能唯有中國空間站。

作為太空競賽的後來者,中國近年來在多個領域取得了舉世矚目的成就,美國專家們在2016年眾議院的一次聽證會上,即已討論了「我們在太空競賽中輸給中國了嗎」這一話題,認為美國在該領域有「黯然失色」的風險。

實際上,2020年全球七大激動人心的太空任務中,由中國進行的就有兩項。7月23日,中國已成功將其首次火星探測任務「天問一號」探測器送入預定軌道,邁出了中國行星探測第一步,彼次發射任務也成為中國航天走向深空的重要里程碑。而即將於年底發射的嫦娥五號,則是中國迄今為止最為大膽、最具挑戰的月球探測任務。

作為富饒的「礦場」、理想的「太空補給站」,月球對人類有着天然的吸引力。2019年7月,美國航天局公布了「阿爾忒彌斯計劃」,提出2024年以前再度實現載人登月,且計劃讓女航天員完成登月,並最終在月球表面建立長期生存基地;2020年7月,俄羅斯航天局提出2021年開啟探月計劃,計劃2027年到2028年間向月球發射載人航天飛船;不甘寂寞的歐洲空間局也出台了「月球採礦」計劃……

中國的探月工程分為「探」、「登」、「駐」三大步,簡單的三個漢字實際上卻是無人探測、載人登月、短期駐紮(建立月球基地)的簡稱,極具高科技含量。「探」、「登」、「駐」也是實現月球探測最宏觀層面的「三步走」,從世界範圍來看,美國已走完前兩步,蘇聯/俄羅斯已走完第一步,中國和其他有探月實力的國家正在走第一步。

而第一大步的「探」又可分出「繞」、「落」、「回」三小步,其中「繞」,即實現環繞月球探測,已由嫦娥一號實現;「落」,即實現月面軟着陸和自動巡視勘察,業已由嫦娥二號、嫦娥三號、嫦娥四號完成;「回」,即實現無人採樣返回,則將由嫦娥五號、嫦娥六號來實現。

目前,承擔運載嫦娥五號升空任務的「神州五號」火箭已運抵海南文昌清瀾港,預計11月24日執行發射任務。嫦娥五號的發射之所以特別引人關注,在於其標誌着中國探月工程「繞」、「落」、「回」三小步的最後一步即將完成,「探」、「登」、「駐」三大步的第一階段開始收官,而且它將有望實現中國航天史上的4個「首次」,這對中國航天人而言,將是一次大考。

嫦娥五號有望實現的4個首次🔑🔑

首次在月球表面自動採樣,在引力只有地球1/6的月球環境下,中國的着陸器將挑戰如何鑽孔、鏟挖,再順利將月球樣本封裝進上升器;

首次從月面起飛,不同於以往從地面固定發射,嫦娥五號將在月面以着陸器為平台發射上升器,挑戰導流、散熱、控制等新問題;

首次在38萬公里外的月球軌道進行無人交會對接,上升器發射到月球軌道,將與軌道器、返回器組成的組合體交會對接,把採集樣品轉移到返回器後分離,挑戰高精準度;

首次帶月壤以接近第二宇宙速度返回地球,中國的月球軌道器、返回器組合體帶着樣品飛向地球,在距地面數千公里時分離,最後返回器回到地球,以往的返回艙都是以第一宇宙速度(7.9公里/秒)返回,嫦娥五號任務將以第二宇宙速度(11.2公里/秒)返回,速度更高、摩擦更大,這對返回器的氣動外形、防熱材料、姿態控制將是巨大的挑戰。

今年底中國將發射的月球着陸器擬在月球最近一側的西邊嘗試採集近4.5磅的月巖和土壤。在樣本採集完成後,月球探測器的上升級將會返回軌道器,並將返回艙送回地球。該項太空任務一旦成功,也將是自1976年蘇聯「月球24號」任務以來,全世界首次返回地球的月球樣本。

「從人造衛星,到月球和火星,中國在這些領域中正迅速變成太空超級大國」,美國《時代雜誌》報道引述美國宇航局(NASA)的前高級顧問勞里尼(Kathy Laurini)的話說,「他們(中國人)設立戰略性,長期性的目標,而且為達到這些目標進行專注的,系統性的努力。」

作為人類最具挑戰性以及廣泛帶動性的高科技領域之一,太空探索為人類社會進步提供了重要動力。基於太空領域的科學技術超越了政治和軍事角力,全球的商業、通訊、導航和天氣預報系統,以及為提供食物與能源的可靠供應所進行的資源和災害監測等,都受益於太空科研。

但是,必須承認,太空探索需要巨大的經費支持。從國際經驗來看,僅1千克的物質運到國際空間站軌道即要花費四五萬美元,1克水約與黃金的價值相當,而人一天所需水量通常在兩公斤以上,公開資料顯示,國際空間站已經動用了上千億美元。

現在,中國在民用以及軍用太空計劃上的支出已遠超俄羅斯和日本,僅次於美國。來自美國非盈利太空基金的統計顯示,中國每年太空項目的投入高達80億美元,近年來可能投入更高。對於在2021將迎來自己建黨一百周年的中共來說,如何將太空項目的規劃設計、管理執行做得更好,以更少的代價來實現科學的追求、技術的追求,保持可持續發展,不可謂不是一項大挑戰。