王翔详解载人登月方案：2030年前送3名航天员上月球

观察者网心智观察所 文

10月31日，第七届载人航天学术大会在北京航空航天大学开幕。会上，中国载人航天工程副总设计师兼月球探测工程总设计师王翔把中国载人登月的整套技术路径讲了个透，并明确表态：2030年前，中国要把航天员送上月球。方案确认走的是两次发射、环月轨道交会对接的路子，乘组共3名航天员，其中2人将真正踩上月球表面。人类离开月球已经半个世纪，重返月球又一次成了航天工程界紧盯的方向。

美国行星学会首席太空政策专家凯西·德赖尔（Casey Dreier）近日接受媒体采访时说，中国打算在载人登月之前，先把一次无人登月任务完整演练一遍。这么做会让2030年前实现载人登月的时间压力变大，但风险能降下来。

德赖尔的原话是：“你肯定不希望载着宇航员飞到月球半路，才发现硬件出了重大问题。”

地月之间的引力通道和轨道怎么设计

地球与月球之间的那片空间，重力场由两个天体共同塑造，环境相当复杂。地球表面引力强，火箭得加速到每秒11.2公里的第二宇宙速度，才能真正挣脱地球引力、进入地月转移轨道。火箭运力要是不够，航天器就没法直奔月球。

飞往月球的路上，航天器会经过一处引力平衡地带。到了距月球约6万公里处，月球引力开始占上风。这时航天器必须在近月点减速制动，也就是做近月制动，把速度压下来，才会被月球引力抓住，变成绕月飞行的卫星。要是不减速，航天器就会沿双曲线轨道从月球旁边掠过，重新掉回深空。

阿波罗时代，美国航天工程师为选哪种登月模式争过很多轮。当时的设想大致有三种：一是直接发射一枚极其庞大的火箭，把能降落也能返回的飞船一口气送到月面，再直接飞回地球；二是在地球轨道上分批发部件，组装好再整体奔月；三是只把一个小型着陆器送下去，指令舱留在环月轨道上等着，月面任务结束后再回去对接。最终得出的结论是，环月轨道对接最能省推进剂、也最能控制航天器重量，是最优解。

半个世纪过去，人类登月的目标区域已经从当年的月球赤道附近挪到了环境更恶劣的月球南极。南极撞击坑底部常年不见阳光，那里可能封存着数亿吨水冰。这些水冰既能给未来的月球基地提供生命维持所需的水和氧气，也能分解成氢气和氧气，直接变成火箭的液氢液氧推进剂。月球南极由此成了建科研基地、乃至将来奔赴火星的关键跳板。

月球南极地形极端，着陆难度很大。那里太阳高度角极低，地形阴影拉得很长，环形山密密麻麻，对航天器的轨道控制精度、推进剂消耗和着陆避障技术都提了很严的要求。面对这样的物理现实，每次轨道转移和分离对接，都得把速度控制和质量计算做到极准。

两枚火箭并行的工程办法

中国这次在会上公布的总体方案，核心就是两枚火箭、两型航天器、两次发射、月轨交会。发射由两枚长征10号运载火箭分别承担：一枚送揽月月面着陆器，另一枚送梦舟载人飞船。两者先后飞向月球，在环月轨道上完成无人与有人的自主对接。

航天界习惯用发射质量衡量一次深空任务的规模。若想把载人飞船、月面着陆器以及奔月全部推进剂在一次发射中一并送入地月转移轨道，火箭近地轨道运力得达到140吨以上，地月转移轨道运力要在50吨左右。当年美国土星5号火箭靠3000余吨的起飞重量，实现了单次发射带齐全套装备，可这种超级运载工具研制周期极长、技术跨度极大，造价也高得惊人。

王翔在会上说得很明确：两次发射的方式跟中国现有技术能力高度匹配，还能让载人飞船和月面着陆器各自独立研制、独立测试。长征10号火箭采用3个5米直径芯级并联的构型，单枚的地月转移轨道运力约27吨。单看一枚长征10号，运力撑不起全部登月装备，但前后两次发射加起来，两枚火箭送入地月转移轨道的总质量就超过50吨了。

化整为零，单枚火箭的研发门槛就降下来了。中国不必等直径接近10米级的超级重型运载火箭研制成功，靠长征10号就能在2030年前登月。外媒分析认为，这种策略绕开了研制周期最长的不确定环节，是立足工程现实的稳健选择。

两次发射方案要付的核心代价，是把系统复杂性挪到了太空交会对接这一步。航天系统得具备在距地球38万公里之外执行高精度轨道交会的能力。中国空间站建设和天宫实验室阶段前后10余年，中国已经完整掌握了近地轨道自主快速交会对接技术，嫦娥5号任务里也完成了月球轨道上的无人对无人交会对接和样品转移。空间站时期攒下的微波雷达、激光雷达和自主制导算法，为这套方案备好了成熟的技术底子。

月球上空的两回分离与两回对接

任务一开始，第1枚长征10号火箭先在海南文昌航天发射场点火升空，把揽月着陆器送入地月转移轨道。揽月着陆器由登月舱和推进舱组成，靠自身动力飞向月球，自主实施近月制动，进入预定环月圆轨道待命。

接着，第2枚长征10号火箭升空，把载着3名航天员的梦舟载人飞船送往月球。梦舟飞船同样进入地月转移轨道、完成近月制动，追上已在轨运行的揽月着陆器。两型航天器在环月轨道完成第1次交会对接，组成组合体在月球上空飞行。

对接完成后，组合体进行舱内环境平衡和系统连通。乘组里的2名航天员穿过对接通道，离开梦舟飞船进入揽月着陆器，对落月系统做全面检查和初始化设置。剩下1名航天员留在梦舟飞船内，担任轨道值班员和通信中继支持者，继续在环月轨道上维持飞船运转。

状态确认完毕，揽月着陆器与梦舟飞船分离。梦舟飞船留在环月轨道持续绕飞，揽月着陆器则靠推进舱动力降轨。到距月面约15公里处，着陆器开启主动减速，用主发动机反推抵消巨大的前进速度，随后进入悬停避障阶段。机载光学相机和三维激光雷达快速扫描地表，自主识别月面坑洼与巨石，挑出平整安全的着陆点，垂直平稳降落。

航天员站上月面后，要干的活不少：科学探测、月面环境测量、地质样本采集，还有月球车巡视。既定科考任务全部做完，两人把采到的月壤和月岩搬进着陆器起飞舱，关上舱门，准备回家。返程同样考测控。揽月着陆器的起飞舱以下部着陆舱为发射平台，点火升空，进入环月轨道去追留守的梦舟飞船。两器在月球轨道做第2次交会对接，2名航天员带着样本穿通道回到梦舟，随后把起飞舱彻底抛掉。梦舟飞船再启动主发动机加速，脱离月球引力，踏上归途，以半弹道跳跃式或者标准再入方式穿过地球大气层，在内蒙古预定着陆场安全落地。

几项关键技术试验也在往前推。

再宏大的深空探索规划，都离不开大量地面验证和试飞测试。

飞船这边，梦舟已经做完零高度逃逸试验和最大动压逃逸试验。零高度逃逸试验设想的是火箭在发射台上待命或点火瞬间出严重故障，逃逸救生系统在地面静止状态点火，把载有航天员的返回舱快速推到安全高度，再开伞，保住乘员性命。最大动压逃逸试验更难，模拟的是火箭高速穿过大气层、空气阻力最大的动态极限点遇到险情，看飞船在巨大气动力冲击下能不能迅速切断连接、安全逃逸。两项试验都圆满成功，梦舟的气动外形与应急救生设计由此得到充分验证。着陆器这边，研制团队已经开展揽月着陆器的着陆综合起飞试验。月面没有空气，降落伞用不上，着陆和起飞都得靠反推火箭发动机与制导控制系统精确配合。借助地面垂直起降试验平台，工程师反复验证了推力调节发动机的响应速度、起落架缓冲机构的抗冲击吸收能力，以及月面重力模拟环境下的起飞控制逻辑。

长征10号运载火箭已完成系留点火试验与低空演示验证飞行。系留点火是把火箭牢牢固定在试车台上再点燃发动机，全系统监测大推力发动机长时间工作时的推力平衡、推进剂供给管线振动和热防护系统表现。低空演示验证飞行则进一步检验火箭起飞后的飞行动力学特性与姿态控制精度。

按研制规划，正式送航天员登月之前，揽月着陆器要先飞一次全流程无人任务。王翔强调，必须让揽月着陆器在无人状态下把载人状态的所有飞行过程全部走一遍，涵盖从火箭发射、进入环月轨道、与目标航天器交会对接、月面着陆、在月面驻留、从月面起飞到再次交会对接的全套关键动作。只有靠无人飞行把潜在隐患彻底排掉，航天员登月才能万无一失。

技术路线上，两边各有各的盘算。

NASA 现在正加紧跟办阿尔忒弥斯计划，前后安排下来的载人和无人月球任务有 20 多次，还联合了好几家商业航天公司共同研发。NASA 局长贾里德·艾萨克曼早前说过，重返月球这件事对美国来说是关键的地缘战略目标，月球南极的水冰资源则相当于去火星之前的热身场地。近日被媒体问到相关问题时，艾萨克曼直言，一旦中国先一步把航天员送上月球，NASA 会受到很大冲击；他还说，真出现那种情况，自己肯定得卷铺盖走人。

中美两国眼下采用的工程技术架构截然不同。NASA是SLS超重型火箭搭配Orion飞船，并选定SpaceX的星舰作为月面人类着陆系统。这套架构理论运输能力惊人，能一次性把数十吨货物和大型居住舱运上月球。可追求大运量，工程实现的門槛也极高。星舰作为月面着陆器自重非常大，从地球轨道飞往月球之前，必须在近地轨道完成多达10次至15次的低温液氧甲烷推进剂在轨加注。迄今为止，这种大规模超低温液体在轨转移加注技术还没在太空里实际验证过。配套的新一代登月舱外航天服，研制进度也落后于原定计划。种种瓶颈拖着阿尔忒弥斯计划的时间表不断后推，原本预定的载人登月节点已经推迟到2028年甚至更晚。

中国这边走的路子，工程思路跟美国截然不同。硬指标卡得很明确：送 2 名航天员上月球考察、取样，然后平安回来，并不要求一开始就往月面投放大体量载荷。技术方案选的是成熟度很高、在神舟和天舟任务里反复验证过的常温推进剂或常规推进剂交会对接系统，飞船吨位不用做得特别大。这种务实的取舍，绕开了当下航天工程里最难啃的两块骨头——极低温流体在轨长期贮存和频繁转注。两枚火箭先后升空，很快完成对接，随即飞向月球，整个飞行流程在数天到十几天内就能跑完一轮，把不可控风险压得很低。2026 年已经接近尾声，离 2030 年那个时间窗口剩下不到 4 年。文昌发射场的专用工位眼下正加紧扩建，新一代航天服和月球漫游车的设计也在加快迭代。环月轨道上的那两次精准对接，既是对中国载人航天工程 30 多年技术底子的全面检验，也会为全人类和平利用月球资源蹚出一条严谨、清晰的技术路径。

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