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中国、俄罗斯合作建设月球基地,谁占了谁的“便宜”?

黄琨

航天

新年假期归来,一条重磅新闻让科技爱好者们打醒了精神:

“俄罗斯政府宣布与中国联合建立月球科研站的计划,目前双方正在研究该项目的技术实施问题。”

在很多人看来,俄罗斯作为苏联的继承人,航天技术方面理当远超中国,合作对中国登月有好处。但是航天爱好者的第一反应可能是“天问一号”那早夭的前辈——

萤火

事实上,中国和俄罗斯在这方面合作,谁占了更多“便宜”还不好说。

俄罗斯航天技术固然曾经辉煌过,但是就月球工程本身而言,俄罗斯也并不比中国当前的水平高多少,而且近几十年因经济原因在下坡路上猛踩油门,呈现出一派萧条景象。

先不说新闻中还没影的月球基地,在俄罗斯之前公布的载人登月方案中,俄罗斯航天业在工程/技术方面的落后就可见一斑。

窘迫的载人登月计划

当地时间2月16日,据塔斯社报道,俄罗斯正酝酿使用“安加拉”系列运载火箭进行载人登月计划,方案是近地轨道组装。

具体方案是,使用4枚“安加拉-A5V”运载火箭,分别将1艘载人飞船(轨道舱)、1个登月-返回舱以及2个氢氧助推器发射到近地轨道。

载人飞船首先发射到近地轨道后待机,随后发射一枚氢氧助推器与其会合,在轨组装成载人飞船-助推器组合体。紧接着,使用同样步骤,让登月-返回舱和氢氧助推器也在近地轨道对接,组装成登陆-返回舱-助推器组合体。

都组装完之后,2个组合体分别在助推器推动下,飞至将载人飞船和登月-返回舱送至椭圆轨道,随后助推器分离,载人飞船和登陆-返回舱进入环月轨道并对接。

随后就是传统的登陆-返回环节。

整个计划看下来,就是2个字——“复杂”。

而复杂的背后,又透露出2个字——“窘迫”。

首先科普一下登月方案。过去提出过的登月方案共有4种:

1、直接落月,使用1枚超级火箭,将所有登月、返回所需的人和物一次性送上月球表面。这个方案的优点是简单,只需1枚火箭,不需要多次等待发射窗口,也不像后来的方案一样存在太空对接的风险。然而,这对火箭的推力和运力提出了巨大要求,至今也没造出来。

2、月球轨道一次发射,直接将载人飞船(轨道舱)、登月-返回舱发射到月球轨道上,随后登月-返回舱登月,再抛弃登月舱,让返回舱和载人飞船对接,一起飞回地球。这一方案只需要1枚大型火箭,但是返回舱和载人飞船需要在远离地球的月球轨道自动对接,难度较高。

3、月球轨道组装,将载人飞船(轨道舱)、登月-返回舱分别发射到月球轨道上进行组装,这种方案和上一种类似,但是需要多发射1次,同时也需要设备更多次在月球轨道上对接,增加了风险。

4、近地轨道组装,也就是俄罗斯规划的方案,将载人飞船、登月-返回舱、助推器发射到近地轨道上组装,再通过助推器将各个模块送到月球轨道再次组装,随后的方案和第3种一样。

这个方案的坏处多多,包括需要多次发射,多次等待时机窗口;模块大小受限;模块需要在近地和月球多次对接,风险巨大等等。而其唯一好处就是对火箭的要求更低,只需要把单个模块打到近地轨道就行。

过去的美国“阿波罗”计划采用的是第3种方案,根据多方消息,中国正在论证的登月方案也都是第3种,只有俄罗斯是第4种。

之所以会这样,是因为俄罗斯现在已经拿不出能够将模块送到月球轨道的火箭了。

拉胯的运载火箭

俄罗斯目前规划使用的是安加拉-A5V火箭,属于“安加拉”系列,这是俄罗斯在苏联解体后“自主”论证的新运载火箭系列,目的是开发一系列低成本、模块化的火箭家族,使用通用技术。

虽然说是“新”,然而其最核心的部分——芯一级发动机RD-191和二级发动机RD-0124,实际上依然吃着苏联的“老本”。后者技术方案源于联盟号火箭的三级发动机RD-0110,前者更是被称为“神器”的RD-170发动机的衍生版本。

即便如此,俄罗斯持续萎缩的工业,让他们连老老实实地把“老本”吃下去也无法做到。

按照中美的方案,要搭载足够的人员和设备,载人飞船的重量要大于20吨,余下的模组重量也有20多吨。

根据最初的规划,安加拉系列火箭本来在同样的通用模块下,应该衍生出安加拉A1.2、安加拉A3、安加拉A5、安加拉A7系列火箭,前面几款覆盖3.7-40.5吨的LEO(近地轨道)载荷。

另外还有1款停留在PPT上的安加拉A100火箭,LEO载荷在110吨。虽然没有公布GTO(地球同步转移轨道)载荷,但是以美国土星5号LEO载荷120吨、LTO载荷45吨计算,安加拉A100的LTO载荷完全有可能也达到45吨左右的。

然而,俄罗斯目前的工业水平,完全无法完成这一系列火箭的开发工作,安加拉A3、安加拉A7、安加拉A100以及安加拉A5的一系列衍生型号研发工作都被取消,只剩下LEO载荷3.7吨的小型版本安加拉A1.2和载荷24.5吨的中型版本安加拉A5。

取消

而且,即便是安加拉A5这个集中了项目所有余力的“独苗”,俄罗斯人开发起来也是磕磕绊绊。该火箭虽然抢在我国长征五号之前,在2014年12月实现首飞,但只是一次亚轨道飞行。而且此后6年间,因为缺钱,安加拉A5没有进行1次飞行,直到去年12月才发射了第2枚。

根据俄罗斯航天网的消息,安加拉A5V是基于安加拉A5的改型,通过更换上面级发动机,实现35-37.5吨的LEO载荷,LTO载荷只有约10吨,将在2023年第四季度投入使用。

可以看出,以俄罗斯现有的火箭水平,只能分别多次将35吨以下的载荷运送到LEO轨道,在轨道组装后,再飞往月球。

而以中国目前的技术和工业能力,完全有可能实现第3种方案,而且还有余力在经济性和稳健性之间做取舍,选择不同的方案。比如像俄罗斯这种方案,虽然我国目前依靠长征五号就能实施,但显然我国航天人员看不上,已经被排除出备选方案了。

目前,我国筹划中的长征九号重型火箭,LTO(地月转移轨道)运力50吨,完全可以胜任月球轨道一次发射方案;考虑到长征九号新技术过多,我国还有完全依靠成熟技术,可以在短时间开发出来的“921”火箭方案,LTO运力28吨,可以通过2次发射,实现登月模块月球轨道组装。(具体对比可以参考本站文章《神秘会议一锤定音,中国载人登月“路线之争”尘埃落定》)

值得一提的是,就在24日晚间,网上一段央视采访片段中,国家航天局副局长吴艳华明确提到,“现在国家已经确定将研制重型运载火箭长征九号……下一步如果有载人登月、载人登火这些超大型航天工程一个必备的运载工具”。

此前长征九号长期处于论证状态,迟迟未能立项,早就让国内航天爱好者等得心焦。如今终于有确切消息,让大家心里一块石头落了地。

因此,中国和俄罗斯共同建设月球基地,从现实能力上看,颇有一点中国“科技扶贫”的味道。

互帮互助

当然,在航天方面,中国依然有要向俄罗斯学习的地方。例如,作为有长期运营和维护空间站的国家,俄罗斯的经验是正在建设自己空间站的中国需要学习的。

而且,俄罗斯在载人航天领域依然拥有很多独步天下的技术积累和经验沉淀,苏联的“老本”还十分丰厚,即便是美国,有时也需要向俄罗斯“取经”。中国作为后起之秀,可以向俄罗斯学习的东西还有很多。


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