月球基地最終概念圖
我國的月球基地建設計劃,在去年4月已經公佈,大概分三個階段建設。
探月工程總設計師吳偉仁院士在當月舉行的首屆深空探測國際會議上,詳細介紹了逐步實施,最終建成月球科研站的計畫目標。
月球科研站概念圖
首先,是建造一個由機器人建造和運作的早期無人科研站。
再是,將早期科研站升級改造成短期有人照顧維護的科研基地前哨。
最後,才是建造完成長期有航太員駐留,有科學家定期進行科研的正式月球基地。
探月四期工程原計劃
依照公佈的時間表,2025年發射嫦娥六號、2026年前後發射嫦娥七號、2028年前後發射嫦娥八號,到2030年前後,幾大任務完成時,我們的月球科研站基本型也將同時建成。
並且,載人登月大概率在2030年的同一時段實施。
好消息是,原計畫2025年前後進行的嫦娥六號任務,已經明確提前至今年3到5月。
探月計畫順利,嫦娥六號任務提前
而隨著2024年的到來,一旦嫦娥六號順利完成月背採樣返回,整個探月四期工程都有望大大提前。
嫦娥六號模擬圖
嫦娥六號目前已經運抵海南文昌一段時間了。
探測器照片
六號的任務,實際上算是給月球科研站,這一月球基地建設的早期階段打個前站,進一步確定月球南極空間環境,主要是月壤的情況。
嫦娥五號帶回月壤
結合後續的嫦娥七號、嫦娥八號任務,為建造月球基地最終成型進行驗證考察,為載人登月提前打下基礎。
我國載人登月流程圖
到目前為止,人類的許多探測器都曾抵達月球,但仔細盤點,就會發現,我們的探測器抵達月球的方式水平是最高的。
截止2019年,重要月球探測器任務
不像其他國家,為了排名而探月,我們始終穩紮穩打,反而整個進度加快了。
造成的結果就是一步快、步步快。計劃進行的順利程度,連我們自己都感到驚訝。
我們本來的登月計劃,制定的時間表是比美國人慢的。
美國登月計畫時間表(原文版)
但誰曾想,他們美國「老登」的技術退化這麼大,登月火箭研發、試驗慢,登月太空船製造、驗證慢。
美國登月火箭試驗發射狀況頻出
加上NASA合作外包的月球探測器,幾個競標成功的商業航太公司,也是搞得狀況頻出。
貝佐斯的登月太空船
美國的重返月球計畫不得不一推再推。
這樣一快一慢,我們反而可能先一步建成月球基地,先一步完成登月了。
而且,這一系列的提前和成功,也導致了後續相關任務的一個意外變化。
那就是嫦娥七號。
嫦娥七號
我們的嫦娥六號、七號、八號和五號其實都是同批次的產品。
基於我們傳統的有備無患原則,編號單數的一般是任務首選,雙數的則都是備份。
得益於我們每次任務的嚴謹、順利,備份選項從來都沒有啟用,多出來的探測器就可以用來執行新的探索任務。
嫦娥五號關鍵技術節點
雙數的嫦娥六號,也是因為嫦娥五號任務的順利完成,才能夠富餘下來,將被用來執行世界首個月背採樣返回任務。
嫦娥六號是嫦娥五號備份
嫦娥七號的任務是完成未來月球基地的選址和勘測。
通俗講,就是看看月球南極有多少撞擊坑,而哪個坑附近具備建立基地的條件。
月球南極艾肯盆地
可以說任務相當重要。
嫦娥七號演示
要面臨宇宙輻射、低重力、極端溫差、地質問題、資源問題等等等等。
宇宙輻射、低重力、極端溫差這幾個難題,隨著我們前期的嫦娥任務,從嫦娥一號到嫦娥四號,已經可以說是完美解決了。
嫦娥任務(原規劃)
像玉兔二號,當初設計壽命3個月,到如今,已經超過5年,長時間在月球環境工作,顯然我們已經掌握了探測器在月球表面的長時間生存技術。
玉兔二號
剩下的就是地質和資源。
月球基地目標選址附近,大量隕石坑地下有月球形成早期的熔岩洞,這些地下洞穴很可能會影響月表基地的穩定和安全。
月表熔岩洞洞口
再一個,太空人生活必需的氧氣和水,也不能離未來的月球基地太遠。
所以,在月球南極附近選擇合適地點、進行詳細勘測,就成為月球基地建造準備階段的最後一步。
執行這個任務的嫦娥七號,可以說是月球基地建設的先導。
在基地選址問題上,目前南極建設基地的想法佔據主流。
一是,月球南極很有可能存在大量的水冰,就近取用方便。
撞擊坑的可能水冰含量
二是,熔岩洞的洞口在南極地區較多,建造基地或實驗都是很好的。
嫦娥六號,前往月背,目標就定在南極艾肯盆地地區。
月亮
在這一區域採樣返回,對區域的月壤進行分析檢測,也由六號來承擔。
而嫦娥六號任務,需要新的中繼衛星,
畢竟大噪橋衛星雖然燃料剩餘還能支援8年,但5年的設計壽命已經達到,再用難免出錯。
這就需要重新打一顆中繼星,而且要在嫦娥六號到達之前先打上去了。
中繼衛星模型
大噪橋二號的任務應運而生。
大噪
中繼星
本來,七號是設計的自己攜帶衛星做中繼,嫦娥六號和鵲橋二號的出現,讓嫦娥七號的中繼衛星載重完全可以去掉,本來8.2噸的重量空間就能更好的搭載新設備了。
嫦娥七號模型概念圖
依照鵲橋二號的重量估算,能省下1噸多的重量。
多出來的載重用來提高著陸器和月球車重量,使得安裝更多更強的儀器,成為可能。
嫦娥七號新構型
飛躍探測器
這是嫦娥七號任務的創新點,如果成功,將是世界上第一個在月球飛行的探測器。
在月球隕石坑深處,有一些永遠不會被太陽照到的地方,也就是月面永久陰影區,這一塊是水冰最可能存在的區域。
月球撞擊坑
對月面永久陰影區的勘察,巡視車速度有限,不能深入太遠。但探測器如果可以巡視飛行,就能解決這個問題。
飛躍探測器模擬
嫦娥七號的飛躍式探測器,有我們設計的獨立飛控系統、動力系統以及著陸系統。
沒錯,它不是一飛就完,而是能在月球反覆起降。
著陸後,甚至還能用著陸腿行走。
六足版飛躍探測器地面測試
妥妥的空地兩棲。
這種設計能讓探測器探索更大區域。
原本的設計是這樣的,斜面可以接收較低角度的陽光,在南極地區方便充電。
早期飛躍探測器
但載重空間增加後,我們做了新改進。
主體結構變成稜台結構,樣子也由金字塔形,變成更平衡的扁盒形。
新舊方案對比
將能更適應極地的太陽光照,使得棱台結構填充的太陽能電池,可以從多個側面接受極低角度的光照,可充電時間大大增加了。
新構型飛躍探測器
在陽光下充電後,它將飛入永久陰影區撞擊坑進行探測,以獲取水冰存在證據。
電量降低後,能快速飛離陰影區,再充電。
這樣來回進行探測,探測效率和範圍都能得到保障。
著陸器
著陸器概念圖
變化不大,攜帶月球車和飛躍探測器,降落月球背面。
除了常規的探測任務,它也將作為未來構成科研站基本型的重要部分,將有更多功能。
簡易科研站
壽命設計也是達到了8年,按照我們的一貫作風,延長壽命,持續工作個10多年,應該不是幻想。
著陸器想像圖
著陸器還將驗證精準定位自主降落功能。
因為月球基地的選擇,既要光照期長(有電),又要離陰影區近(有水)。
所以著陸區可選區小了許多。
降落首選區域
我們的落月,就要求最好正中靶心。
一旦實現超高精度的降落,也算是為未來載人登月鋪好了路,我們的航太員登月也會更安全放心。
軌道器
可以說是嫦娥七號任務的資訊控制中樞。
軌道器與著陸器分離示意圖
軌道器將繞月飛行,居高臨下,掃描月球地形地形。
相較於早期的嫦娥任務所得到的月球影像,嫦娥七號攜帶了更先進的光學遙感設備和月球微波成像雷達,可以對南北兩極永久陰影區的撞擊坑,進行高解析度雷達成像。
掃描月球
也同時給予飛躍探測器規劃最佳飛行路徑,分辨率優於0.3米,可直接辨別永久陰影區中對飛行和著陸有阻礙作用的障礙物。
看到沒,這也表明,嫦娥七號這幾個部分不是孤立的,它們在38萬公里外的月球仍然能互相聯繫,互相輔助。
其實,這也是未來無人機器人建造月球基地的預演。
多個無人機器人分工合作,相信月球基地的建造也會更順利。
軌道器與著陸器分離
可以說,即使嫦娥七號任務結束,軌道器也將長期繞月飛行,成為一顆事實上的繞月遙感衛星,充當我們在月球天空的千里眼。
月球車
繼承了我們玉兔月球車的傳統,嫦娥七號也將攜帶我們自己的月球車,玉兔三號。
事實上,玉兔三號的測試工作,已經進行的相當全面了。
玉兔三號寒區測試
月球車的登月任務也肯定離不開未來的基地建設,它將攜帶月表磁場測量儀,隨著在月球的行走,進一步測試各種儀器在月面的運作情況,看看月面施工條件具體如何,這也會決定我們最終在月球上用什麼設備進行基地建設。
除此之外,阿聯酋的月球車也將搭載順風車登月。
拉希德二號
倒也不用擔心站太大空間,拉希德二號,重10公斤,是個偏小型的月球車。要知道,我們的玉兔三號有800公斤重。
我們的"大客戶"
未來,甚至有可能有更多國家合作,增加設備。
其實,我們也可以申報,如果有能力
有人說,我們能自己做,為什麼還要別國,就不能自立嗎?
首先,美國為了登月和建造月球基地,很是拉攏了一批國家,還簽訂了一個"月球宣言",大言不慚的聲稱月球要遵守他們簽訂的月球法律。
我們必須反制,合縱連橫就是一個必要的策略。
另一個,阿聯酋這次為了加入嫦娥七號任務,光是合約費用,就給了我們360億人民幣,近52億美元。
簽約
我們的嫦娥一號到五號,之前公佈的總花費,才大約84億人民幣。
就是這次的嫦娥七號單獨花費,預計也就50億人民幣。
阿聯酋花360億當去月球的船票,足夠我國再向月球發射7、8次類似的任務了。
雙贏
嗯,很有誠意。我們後續也將共享探測結果給阿聯酋。
所以,你說,乾不干吧,嫦娥七號還沒發射,整個任務甚至已經是獲利了。
我看,美國你也可以等一等,我們載人登月完成,你花幾百億的路費。
我們把你的太空人捎上去,來個月球一日遊,也算你重返月球了。
豈不兩全其美。
特殊設備
嫦娥七號還有一個很特殊的月震儀,前一階段,美國媒體誇大性的報道月震,我們當然不能被擾亂視線,但也要提高警惕。
降落階段也會產生輕微月震
月震確實會影響月球的基地安全性。
所以,我們也是突發奇想,既然有的洞穴或月表有崩塌風險,那我們就提前製造月震,摧毀結構不穩定的洞穴。
對,我們這款月震儀,不僅能監測月球自然震動,還能監測人工製造月震。
阿波羅的月震儀
沒錯。
嫦娥七號的月震儀,帶了一個叫「月壤侵徹式勘察器」的東西,將在距離登陸器500至1000米距離,進行侵徹實驗,在深度1.5米的位置製造人工月震。
月震儀招標公告
同時探測可供選擇的熔洞,並驗證其結構強度。
嫦娥七號任務完成後,我們的月球基地選擇和勘測也基本上完成了。
可以說,未來月球基地的建造方式和運作方式,都將受嫦娥七號實驗結果的影響。
月球基地想像圖
舉個例子,如果南極撞擊坑裡有大量水冰還好。
萬一,我們沒有發現水冰,或是當地的水冰太少,我們也有別的預案。
我們會採用新的方法,在月球用月壤提取水,嫦娥五號任務已經證實月壤中含少量水了,只要月壤的量跟上,水是可以大量製備的。
嫦娥五號採樣月壤含水量
另一個,月球上含有大量的鈣鈦礦,我們也已經驗證了從裡面提取氧氣的技術。
月球製氧研究已經驗證
所以,期待嫦娥七號,它將是我們月球基地建設的急先鋒。
2026年,甚至更早的2025年,嫦娥七號任務完成之日,
我們就可以說出那句話了:
好了,開工吧!
月球基地建設
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