张海联

(中国载人航天工程办公室，北京 100034)

0 引 言

月球是距离地球最近的自然天体,也是人类迈入深空的第一站。美国阿波罗计划实现了人类首次登陆月球,成为人类探索外太空的标志性事件和人类文明发展的重要里程碑。进入新世纪,随着新一轮科技革命和产业变革孕育兴起,世界主要国家利用开发太空、探索未知、到达更远目标的渴望愈加强烈,美国制定阿尔忒弥斯计划重返月球,多个国家提出参与建造“门户”(Gateway)月球轨道空间站,世界航天领域掀起了新一轮载人月球探测热潮。

载人登月速度增量需求大,速度增量放大了飞行器质量[1],导致任务规模庞大(如表1所示,表中地月转移加速由火箭末级执行,比冲4 560 m/s;其他由飞行器执行,比冲3 100 m/s),一次载人登月任务运载火箭起飞规模约是近地载人航天任务的6～8倍,起飞质量 3 000～4 000 t的运载火箭仅能够将2名航天员送达月面。阿波罗计划采用直接奔月飞行方案,每次任务需要一枚质量约2 950 t的土星五号运载火箭和一艘质量约46 t的“阿波罗”飞船,将3名航天员送往环月轨道,其中2人着陆月面。苏联N1-L3计划采用直接奔月飞行方案,每次任务需要一枚质量约2 735 t的N1火箭和一艘质量约15.4 t的L3组合飞船,乘组2人,其中1人着陆月面。阿尔忒弥斯计划每次任务需要将1艘“猎户座”飞船和1个商业月面着陆器送往月球附近近直线晕轨道NRHO对接,航天员乘坐着陆器着陆月面。我国载人月球探测任务采用环月轨道对接飞行方案(见图1),每次任务发射2枚质量约2 200 t的新一代载人运载火箭[2],分别将26 t的月面着陆器和26 t的载人飞船送往环月轨道对接后执行载人登月任务,乘组3人,其中2人着陆月面。……