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陈蓝:致敬“祝融号”,中国火星探索或将实现超越式发展
最后更新: 2023-03-17 09:02:14再来说说中国。
“祝融号”在休眠前工作十分顺利。2021年11月,欧洲航天局火星快车轨道器用“盲听”形式成功接收“祝融号”信号并发回地球,最终转发至北京航天飞行控制中心。“天问一号”轨道器在2021年11月完成“祝融号”中继任务后变轨转入遥感轨道,最终完成了火星全球中分辨率影像数据的获取和一系列工程试验。“祝融号”停止工作后,“天问一号”轨道器将长期聚焦于遥感观察和工程试验。
我国也计划了火星采样返回任务。它就是“天问三号”(“天问二号”为小行星探测任务),预期将于2028年发射两个航天器:着陆器—上升器组合体、轨道器—返回器组合体。
它们都将于2029年抵达火星。“着上”组合体将实施火星软着陆。着陆器将用机械臂在火星表面采集样本,完成后由上升器将样本于2030年发射至轨道,和“轨返”组合体进行对接并把样本转移到返回器。2031年7月,返回器将回到地球,实现样本回收。
“天问三号”飞行计划(图源:CNSA)
我们的方案其实和NASA的计划很类似,难度和风险也相当大。但我们有不少有利因素。
首先,“天问三号”的样本采集方式直接简单,不涉及多台探测器的交互,风险大大减少。
其次,我们有“嫦娥五号”月面采样返回的成功经验。中国是世界上唯一实现无人航天器从地外天体起飞以及地外轨道无人交会对接的国家。和月球相比,火星采样返回只是规模更大、航程更远、着陆和起飞难度增加(由于火星大气层)、一次发射变成了两次而已。“嫦娥五号”有大量经验可继承和参照。
再次,我们有制度优势。只要目标明确,我们就有意志和能力将它长期执行下去。中国载人航天和月球探测计划就是最好的例子。
所以,中国极有可能在火星采样返回上实现对美国的超越。我们不仅在时间上提早两年(我国2031年,美国2033年),我们计划采集的样本也更多(我国一公斤,美国600克)。而且,相信中国的火星采样返回任务将会把载人登陆火星的相关技术验证考虑进去,就像“嫦娥五号”作为未来载人登月的技术验证(缩小版)一样。
2021年6月,中国在当年的全球太空探索大会上,公布了我们自己的载人登火计划。这又是一个屡试不爽的“三步走”计划:近期取样返回,中期载人登火,远期火星基地和大规模开发。
如果说第一步取样返回,我们在可能在时间和采样重量上超越NASA,那么第二步载人登火计划中,我们不仅会有和SpaceX火星计划相当的巨型火箭、可复用轨道转移级和单级登火舱,而且在地火转移中会使用堪称科幻、让星舰也黯然失色的核热和核电推进,从而实现技术上的超越。
说起星舰,它已经越来越可能是美国载人登火的希望所在,因为SLS虽然历经无数次延迟,终于成功完成了“阿尔忒弥斯一号”试射任务,登上了人类在役最大火箭的宝座。但是,它复杂而昂贵的弱点也暴露无遗。不要说火星,就是基于SLS的载人登月计划也将无比昂贵,未来十年美国能否持续支持这样一个没有短期产出的巨型项目,已经是一个很大的问号。
超重/星舰的可复用和低成本有着极大的竞争力,大概率会在未来某一天替代SLS。很难想象NASA会并行于SpaceX执行另一个更昂贵的载人火星计划。但星舰设计过于激进,隐含的风险极大,最后能否成功仍然有很大的不确定因素。
长九、超重/星舰、SLS Block 2比较(图源:NASA/SpaceX/网络)
中国的策略更为稳妥。
载人登月用“长征十号”替代了“长征九号”,让我们有更多时间优化“长九”的设计。龙乐豪总师一年披露一版的长九方案让我们看到了其优化的脉络。
2月28日龙老透露的“长九”最新方案再次用上了200吨级液氧甲烷发动机。安装30台发动机的光杆“长九”第一级将实现复用,使得它和超重/星舰的差距进一步减小。
事实上,低成本发射系统不仅是火星计划的关键,也是人类大规模进入太空的基础。让人欣慰的是,中国正在这方面急起直追。
正如我在一年半前的文章中所说的,我们也许有机会(也有幸)看到一场波澜壮阔的火星竞赛。那将是一场决定未来百年地球格局和太阳系力量对比的大国竞赛。
顺便说,在这之前,也就是接下去的十年里,我们将目睹一场同样精彩的中美载人登月竞赛。其实这种和平方式的科技竞争未尝不是坏事。当初美苏的太空竞赛极大地促进了科技的发展,转化的技术造福经济和民生,至今仍在受益。希望中美太空竞争也能造福全人类。
未来几个月,也许火星上会出现一场沙尘暴,将“祝融号”电池板上的灰尘吹落,电力得到恢复。也许随着火星温度变化,系统终于突破阈值恢复工作。也许,环境变化会导致未知的随机性故障自行修复。如果这样,我们就把它当作意外的惊喜好了。
不管发生什么情况,“祝融号”终将在火星上一直沉睡下去,直到有一天我们的后人们来到它的身边。那时,它将成为一个重要的历史遗迹,会被小心地保护起来,长期存在下去。它身上的那面五星红旗,将永远和火星同在。
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