黄 震，孙兴亮，余 欢，朱恩涌

(北京空间飞行器总体设计部，北京 100094)

0 引 言

载人登月的飞行模式主要有两种[1]:一种是一次发射、船器组合奔月模式,即载人月面着陆器与载人飞船共同飞行至环月轨道,如美国“阿波罗”计划、苏联登月计划[2];另一种是分别发射、船器独立奔月模式,即载人月面着陆器提前飞行至月球轨道,在该轨道与载人飞船交会对接,实现落月前的人员和物资转移,如美国“阿尔忒弥斯”计划[3]、中国载人月球探测工程[4]。

无论哪种飞行模式,载人登月飞行器的速度增量需求都非常大。其中,载人月面着陆器一般负责近月制动、月面下降着陆和月面起飞,其总速度增量将超过5 000 m/s,约为近地载人飞行器的15倍,如阿波罗任务的载人月面着陆器推进剂与发射质量的占比达到了71.5%[5]。

载人月面着陆器的设计难点在于重量控制[6],从图1中不难看出,重量控制的重点在于控制推进剂的使用量。根据飞行器自身特征,对任务进行合理的规划,选择优化的飞行策略是载人月面着陆器最为关键的设计因素。

图1 阿波罗着陆器质量组成Fig.1 Mass allocation of the Apollo lunar lander

1 载人月面着陆器及其飞行过程

载人月面着陆器质量约26 t[7],由登月舱和推进舱组成,具备自主控制飞行能力,可将两名航天员、月球车、相关载荷送达月球表面,采用轻量化设计提高了结构效率,并具备动力冗余功能来保证航天员的安全。载人月面着陆器是航天员登陆月球后的月面生活中心、能源中心及数据中心,支持开展月面驻留和月面活动,如图2所示[7]。……