各国登月计划及载人登月的目的与可行性简析_下_

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1、Nov. 8 各国登月计划及载人登月的目的与可行性简析（下） 韩鸿硕 蒋宇平二、 国外载人登月的目的21世纪人类 “重返月球” 到底要去干什么？ 从科学探测与研究的角度综合分析， 主要应该有如下一些目的： 更加深入地了解月球， 包括月壤成分、 月核组成、 地质结构、 形成过程、 大气和对月球探测的影响等； 了解太阳系以及行星 （主要包括地球） 的起源与演变； 研究地月系统的形成与变化； 获取有用的月球资源： 如从月壤中提取液氧作为深空探测或运载火箭的推进剂， 用于以后的火星探测；地球稀少的氦3 （约100500万吨）， 它是无污染的核聚变反应堆的理想燃料， 可运回地球供人类使用； 月球上无大气

2、层， 阳光充足， 可高效率地用太阳能发电， 传到地球供人类使用； 月球还含有60多种丰富的矿物资源，极具开发价值， 可用来为人类服务； 建立站点和基地， 作为深空探测的中转站。 月球探测的目的及载人登月的意义见表1。由于美国 “重返月球” 的目的具有典型意义， 因此本文主要分析美国载人登月的目的。 2006年NASA探索系统任务署正式研究了一组综合的月球目标， 最终确定了 “重返月球” 的6个主题。笔者认为， 美国提出载人登月有其更加深刻的原因， 主要包括：1 寻找美国载人航天发展的新出路回顾美国载人航天发展的历程， 50多年来每一个阶段都伴随着一项重大工程： 阿波罗计划空间实验室航天飞机国际

3、空间站。 2003年美国在 哥伦比亚号航天飞机事故调查报告 中曾经指出， 自1961年肯尼迪总统提出10年内把美国人送上月球以后的30多年中， 美国在载人航天领域一直未制定出清晰的国家战略目标。 航天飞机计划、 国际空间站计划虽然取得了举世瞩目的成就， 但都远未实现预定目标； 90年代以来开展的可重复使用天地往返运输系统等重大计划 （NASP、 X-33、 SLI） 都未取得成功。 因此， 美国政府面临着国际空间站完成后如何继续实施载人太空计划的难题， 需要对下一步载人航天发展目标做出重大抉择。 “重返月球” 正是一个轻车熟路、 顺理成章的计划，而且是时机成熟的突破口。 美国的月球计划是国际空

4、间站计划的表1 月球探测的目的及载人登月的意义序号探测目的 探测研究内容探测方式的效果备注12认识月球认识太阳系（包括行星，主要是地球）月球成分、 资源 （包括水） 分布、 地形地貌与地质构造、 形成与演变、 磁场、 月震和引力场等起源与演变 （包括地球的起源与演变）、 空间环境及对人的辐射影响、 月基天文观测、行星与小行星研究及对地球的防护等机器人载人5建立站点和基地， 作为火星探测的跳板或深空探测的中转站月面运输、 人类居住、 生命保障与长期生存、 对天观测与对地监测、 科学研究与实验、 植物培育、 能源储存与利用、 资源提取与利用、 推进剂生产、 火星任务试验和发射平台等有人好得多有人好

5、得多只能靠载人登月3研究地月系统形成与变化、 空间环境、 对人类和地球的影响、 地月运输等 有人好得多4月球资源利用月球环境资源、 微重力资源、 月岩与矿物资源、 能源 （液氧、 太阳能、 氦 3 等） 的利用， 实验与加工生产一般靠载人登月表2 美国重返月球的6大主题目标序号 主题目标 主要内容12人类文明科学知识扩大人类在月球上的存在范围， 使能最终实现移民开展科学活动， 以研究有关地球历史、 太阳系和宇宙以及有关我们在其中的位置的基本问题6 公众承诺利用充满活力的空间探测计划， 吸引公众， 激励学生和帮助培养应对明天挑战所需的高技术人才3 探测准备试验技术、 系统、 飞行操作和探测方法，

6、 以降低风险和增加未来通往火星及更远深空任务的生产率4 全球合作伙伴 提供联合各国追求共同目标的挑战性、 共享与和平的活动5 经济扩展 扩大地球的经济领域， 进行有益于在本行星 （地球） 上的生命的月球活动41 中国航天 8年第11期11111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111 111111111111111111111111111111

7、1111111111111111111111111111111111111111111111继续， 也将保证国际空间站研究活动的继续。2 开展月球研究， 认识太阳系， 完成20世纪载人登月的未竟事业和科学探测任务开展载人月球探测可以帮助人类更深刻地认识世界， 研究有关地球历史、 太阳系和宇宙以及有关我们在其中的位置的基本问题。 20世纪美国阿波罗登月计划对月球也仅进行了非常有限的局部研究， 留下许多悬而未决的问题和研究空白。 2008年美国人对此评论说： “放置一面旗帜， 只不过是开始”。 2007年美国国家研究委员会报告 月球探测的科学内容 所确定的最高优先级科学目标， 就比20世纪的月球探

8、测科学目标更加全面、 深入和实际。3 拓展经济的发展美国重返月球的6个基本理由之一就是 “经济扩展”， 共包括23项主要重点目标。 在全部181个子目标中有96项与经济扩展相关， 约占53% （如图12所示）。 2008年美国空间探测倡导者杰夫布鲁克斯评论说： “月球比火星更易到达， 它明显是经济发展的第一目标。”4 培养科学英才， 激励青少年对航天工程与科学的热爱美国20世纪7090年代的科学与工程精英大都受到60年代阿波罗计划的影响， 而美国政府认为当前在美国关心科学与工程的青少年很少， 许多科学、 教育和工程的杰出人才来自外国， 因而政府将激励美国青少年对科学和工程的热爱作为重要目标。5

9、 作为登陆火星的跳板美国提出利用月球资源合成推进剂， 将月球作为载人登陆火星的跳板。 目前人类仍未确定月球上是否存在水， 月球上有制取氧的原料， 但缺乏制氢的原料，因而能否合成推进剂仍待研究。6 推动技术的发展一项浩大的航天工程， 必然会拉动技术的发展， 阿波罗计划就带动了一大群高新技术的研发与利用。 重返月球也将带动一大群新技术的研发与利用， 包括新材料与能源技术、 新型推进剂技术、 先进机器人技术和先进电子设备与软件技术等。 但是目前美国提出的技术方案主要采用成熟的技术， 包括使用航天飞机助推器、 改进的土星5发动机等， 受到美国一些人的批评， 认为创新不够， 因此能否实现像阿波罗计划那样

10、的高新技术发展和创新仍待分析。7 确保美国在航天领域长期保持技术领先地位这是美国实施重大航天计划的重要动力之一。 美国政府一贯认为， 不论是通过重大军事航天还是民用航天计划来保持其在航天领域的世界领先水平， 对其国家安全和经济发展都是至关重要的。 而载人航天和深空探测正是美国保持世界航天领先地位的两张王牌。 NASA局长格里芬就曾明确表示：“美国一定要在太空探索中保持自己的领先地位”。 因此在21世纪全球深空探测的新高潮中， 美国不甘落后， 要在载人登月上保持优势， 继续当 “领头羊”。其它各国开展登月计划各有其原因， 但在科学探索、 推动技术发展、 保持先进性等方面均有共同之处。三、 各国载

11、人登月的可行性简析21世纪初， 美国、 欧空局、俄罗斯、 日本和印度等国家和地区都提出了载人登月的计划或设想 （见图13）。 2020年前， 主要开展无人月球探测活动， 包括机器人探测活动， 为载人登月进行准备； 20202030年实施载人登月， 然后开始月球基地建设。1. 美国载人登月的可行性简析（1） 技术可行性分析美国在20世纪60年代末已经掌握载人登月技术， 此后进行了长期的载人航天领域活动， 拥有载人航天的丰富经验和技术手段。 美国提出的重返月球计划采用了过去大量的成熟和可靠性高的技术与构件， 如战神运载火箭采用航天飞机固体助推器和改进的外贮箱， 其上面级采用土星5火箭J-2发动机的

12、改进型J-2X，猎户座飞船采用与阿波罗飞船相似的构形， 并且采用与阿波罗计划相同的环月球和登月方案等。战神运载火箭采用的成熟技术如图14所示。 这些都有助于提高可靠性、 降低成本， 降低技术难度。 此外， 美国通过阿波罗计划及后来开展的无人探测计划， 对月球已经有了较深入的认识， 这图12 NASA重返月球目标中的分割比例42 Nov. 8 ! !为实现科学目标提供了保证。近期美国正在加强对月球前哨站及其表面系统和月球基地的探索研究， 以进行必要的技术准备。 这些研究涉及月球居住系统、 表面移动系统和原位资源利用等。 这些新技术也是建立在已有技术的基础上的， 如月面巡视探测器等。NASA还专门

13、制定了 “探测技术开发计划”， 以开发未来机器人探测和载人任务的新技术， 并已对月球前哨站技术、 表面移动系统、 原位资源利用技术和月球居住系统开展了较长时间的研究。目前NASA已落实月球探索体系各组件猎户座、 战神1、 5及牵牛星的承包商， 并正在进行研制。综上所述， 美国载人登月在技术上是可以实现的， 但美国对航天计划进行调整屡见不鲜， 能否按预定时间完成计划仍难以预测。（2） 经济可行性分析NASA在2006年提出至2018年实现重返月球需要总经费1040亿美元。 目前已经启动战神1（估计45亿美元） 和猎户座飞船（估计55亿美元）计划， 2011年启动战神5重型运载火箭 （估计超过50

14、亿美元）、 月球着陆器和地球飞离级计划。 另根据NASA 20062012财年的预算，“月球先驱机器人” 计划总经费约为22亿美元，星座系统计划（载人月球计划）总经费约为309亿美元。 按上述各种经费综合考虑， 平均每年经费约100亿美元，其中2011年以后平均每年120亿美元。 这一经费数额大约占美国国内生产总值 （GDP） 的0.075%，政府支出的航天经费的25%， 民用航天经费的50%。 尽管这一经费美国政府是可以负担的， 但是毕竟数额巨大， 因此NASA仍希望通过国际合作， 由其他国家的航天机构分担一些费用。因此， 从载人登月的技术经济角度来看， 美国重返月球具有可行性。2 其他国家或地区载人登月的可行性简析（1） 俄罗斯： 俄罗斯的航天事业目前仍处在恢复之中， 其规模和经费投入远远低于前苏联时期。 新型安加拉运载火箭、 新型载人航天器 （如快船号） 等计划一再延期或调整， 但近年来投入明显加大， 开始加快多项 “拖而不决” 的重大项目。 目前俄罗斯主要实施的是无人月球探测计划， 虽然在 “20062040年远期航天发展规划” 中提出载人计划， 而且时间在美欧之后， 但尚未得到俄联邦政府的批准与实施。 俄罗斯通过联盟号飞船与和平号空间站在载人航天领域