“步入快速发展的又一个黄金十年,我们将向航天强国的宏伟目标迈进。探索浩瀚宇宙是我们义不容辞的历史使命,让我们的思想跨过恒星的距离,遥望未来的美丽家园,牧星耕宇。”中国探月工程总设计师吴伟仁如是说。
▲ 2019年7月20日,俄罗斯“联盟MS-13”载人飞船由“联盟-FG”运载火箭发射升空。(新华社/美联)
月球和深空探测活动是人类研究地球、太阳系和宇宙,开展空间资源开发与利用、空间科学与技术创新的重要途径,全球迄今已发射200多个月球和深空探测器,是人类走出地球家园、探索外层空间的必然选择。
长征五号火箭还将继续筑梦。“十四五”规划中指出,要瞄准空天科技等前沿领域,实施具有前瞻性、战略性的国家重大科技项目,实施星际探测等重大工程。未来,长征五号火箭将为我国载人空间站建设贡献力量。计划在未来2—3年内,我国将应用长征五号B运载火箭,发射载人空间站的核心舱和试验舱,完成载人空间站的主体建设。
长征五号火箭将在深空探测、星际探测中扮演重要角色。不论是行星探测还是小行星探测,长征五号火箭强大的运载能力都是实现目标的重要支撑,不仅可以让探测器携带更多科学探测设备,还可以在轨道设计上拥有更多选择,节省燃料、节约周期。
此外,长征五号火箭还将在卫星发射上实现新突破。在发射高轨大卫星方面,长征五号火箭依然是唯一选择;同时,在发射低轨卫星方面,长征五号火箭也可通过“一箭多星”的方式实现快速组网,大幅缩短星座组网周期。
火星、木星、小行星……
“十年妆成始出阁,驾金车,过天河,寂寥蟾宫,新影更婀娜。玉镜为台舒秀臂,撷仙土,回故国。”网络上,一阕航天人所作的《江城子》刷屏了。
“中国人是不是离登月不远了?”刷屏后,一位网友留下这样一行问题。
正如叶培建院士所言:“人类在地球、太阳系都是很渺小的,不走出去,我们注定难以为继。”
展望未来,我国探月工程四期将构建月球科研站基本型,这一基本型由运行在月球轨道和月面的多个探测器组成。嫦娥七号将对月球南极地形地貌、物质成分、空间环境等进行综合探测。嫦娥八号除继续开展科学探测试验外,还将进行关键技术的验证。
中国的首次火星探测任务“天问一号”探测器与火星已经近在咫尺,将通过一次任务验证火星制动捕获、进入/下降/着陆、长期自主管理、远距离测控通信、火星表面巡视等关键技术,为建立独立自主的深空探测基础工程体系夯实基础,推动我国深空探测活动可持续发展。
火星探测将是中国行星探测的第一步,是深空探测领域从月球到行星的发展历程中承前启后的关键环节,也是未来迈向更远深空的必由之路。
嫦娥五号带回的新样本预计可以给科学家提供理解月球地质、早期历史的信息。
在中国嫦娥系列飞船探月不断取得进展的同时,美、欧、俄、日、印、以等月球计划也在以各自不同的步伐展开。
美俄在冷战结束后的一段时间里对耗资巨大的航天项目投入均大不如前。美国甚至很长时间依靠俄罗斯火箭送宇航员前往空间站。然而,其他有能力的国家对探月和航天发展的兴趣没有止步。21世纪的今天,随着多极化世界的逐步形成,昔日两强争霸太空的局面,开始被美国、中国、俄罗斯、欧洲、日本、印度和以色列等多方竞争与协作的趋势取代。
美国2017年12月正式开启“阿耳忒弥斯”计划:从研制新一代运载火箭和飞船,到最终计划在2024年左右再度送宇航员登月。
▲ 2019年5月9日,美国华盛顿,美国蓝色起源公司发布了一款名为“蓝色月亮”的月球车。该公司创始人杰夫·贝索斯表示,公司有望在2024年前实现载人登月。(新华社/法新)
▲2020年11月22日,弯弯的月亮和两盏红绿灯组成了一张笑脸。(新华社记者 彭子洋摄)
随着世界主要国家探月脚步加快,俄罗斯也再度开始推进探月事业。俄罗斯虽然没有载人登月计划,但是至少准备在2025年之前将3款新式探测器送上月球。
俄罗斯国家航天公司表示,新航天器分别名为“月球25、26、27号”。俄方还表示希望能在2021年发射“月球25号”。与美国计划相似,“月球25号”也将在月球南极地区“找水”,并测试软着陆等技术。(www.xing528.com)
俄罗斯媒体表示,“月球26号”和“月球27号”将在欧洲导航系统引导下在月球着陆,并对月球土壤、表面的岩石和尘埃开展采样研究。俄罗斯预计“月球26号”和“月球27号”将分别在2024和2025年发射。另外,俄罗斯还准备继续发射“月球28号”和“月球29号”,并运送月球车着陆以及采集更多月面标本。
▲2021年1月29日在西班牙马拉加拍摄的满月。(新华社/欧新)
▲2021年1月28日在科威特首都科威特城拍摄的满月。(新华社/法新)
▲2013年1月26日,一轮满月从美国阿拉斯加州安克雷奇的楚加奇山后升起,映照在库克湾的水面上。(新华社/美联)
欧洲航天局的探月计划既包含独立自主研发部分,也有与多国、特别是美国合作的部分。脱欧之后的英国也会在具体项目层面继续参与到欧洲和美国的太空计划中去。在大推力火箭方面,欧洲已经参与到美国新型大推力火箭的研发制造项目中,并将参与美国的载人登月计划。与此同时,欧洲也在开发自己的月球登陆器,以及为最终在月球建立基地并进而探索火星做准备。欧洲航天局近期声明,已与欧洲火箭制造商达成合作协议,将在2025年前开始登月,并谋求最终建立月球基地。
印度“月船3号”探测器登月项目已启动,各项工作“平稳运行”。“月船3号”将在“月船2号”基础上展开。
“月船2号”是印度第二个月球探测器。这一探测器2019年7月22日发射升空,但在9月7日尝试在月球表面软着陆时失联。印度空间研究组织此后多次尝试恢复通信未果,外界普遍怀疑“月船2号”着陆器已在月球表面坠毁。不过,作为任务的一部分,“月船2号”的轨道器仍停留在月轨,开展系列实验。
日本太空计划类似欧洲,也是基于与各盟国合作和自主开发双轨式推进。日本与美国签署了协议,正式加入了美国主导的“阿耳忒弥斯”计划,并希望最终能送日本“太空人”登月。此前,日本太空人野口聪一已经成功参与美国宇航计划进入国际空间站。此外,日本宇航研究开发机构也计划在2022年送无人探测器登月观测。
综上所述,月球探测是一项先进科学与技术的综合与创新,是一项长周期、大投资的重大工程。纵观世界各国21世纪月球探测计划,与初期的月球探测相比较,重返月球,建立月球基地的目标更明确,规模更宏大,参与国家更多。月球不属于任何国家,但谁先利用,谁先获益。
未来数十年,月球科学研究、资源勘探及开发利用将是世界主要航天国家的重点。发展趋势为:
一是充分利用无人、载人、人工智能等手段,实现月球持续探索和利用。
上述美国和俄罗斯等国的月球探测规划中,其最终目标均瞄准月球的综合开发和应用,未来将开展一系列无人月球探测任务,利用月球探测和环境开展核心技术验证,为实现载人登陆火星的长远目标奠定技术基础。
二是月球资源勘探和开发利用是未来发展的热点,从科学探索向勘探应用发展。
20世纪90年代以来,主要航天国家在推进月球探测活动的同时,还开展了月球原位资源利用(ISRU)技术的研究。利用月球固有的矿产资源,满足月球基地建设对基础性原材料的需求,成为未来月球开发与利用的重要内容之一。月球探测的下一步仍是利用先进机器人技术、先进钻岩技术、先进测量分析技术等对月球资源及其蕴藏量进行全面深入的勘察,为载人登月和建立月球基地获取重要的数据资料。
三是未来月球探测任务是能源和潜在资源的开发和利用为主。
月球探测将以月球资源、能源和特殊环境利用以及通过月球走向更远深空为目标,利用月球特殊的环境条件开展天文观测、空间科学研究和技术试验验证等。
从发展趋势看,未来数年月球探测活动将主要针对以前探测较少的月球背面和月球极区展开深入的探测和研究。目前,只有美国、俄罗斯和中国成功实施了月球软着陆任务,2019年印度的月船-2任务软着陆失败。在NASA的未来探索空间探索规划中已将“月球南极艾特肯盆地采样返回”列为“新疆域”计划的第4项任务的备选项目。俄罗斯提出的新探月计划中,将探测重点瞄向月球南极,计划向月球南极发射着陆器,以及实施月球采样返回任务。欧洲积极发展月球极区着陆技术,计划与俄罗斯合作实施“月球-27”极区着陆/巡视任务,勘探月球极区资源。日本正着力发展月球精确着陆技术和月球机器人技术,旨在开展月球资源环境勘察和利用。
四是最终月球探测将以商业化活动为主。
▲2021年1月18日, 国家航天局、中国科学院联合举办“大使走进中国探月工程”活动,邀请部分外国驻华使馆及国际组织人员来到嫦娥五号任务地面应用系统总体单位国家天文台,宣介《月球样品管理办法》,颁发嫦娥五号国际合作伙伴纪念牌,参观月球样品存储和处理设施设备。(新华社记者 金立旺摄)
由于月球未来的任务规划主要以科学探测为引导,开发和利用月球为目的,必然会带来利益之争。同时,这也是月球探测技术发展成熟并不断转化利用的趋势。未来月球探测任务,应以推进商业化探月能力建设为主,月球探测技术商业化,鼓励商业公司探索和利用月球资源,实现月球科学价值研究与潜在资源勘探,演示验证低成本的载人登月探测技术。
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