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陳藍:致敬“祝融號”,中國火星探索或將實現超越式發展
最后更新: 2023-03-17 09:02:14再來說說中國。
“祝融號”在休眠前工作十分順利。2021年11月,歐洲航天局火星快車軌道器用“盲聽”形式成功接收“祝融號”信號并發回地球,最終轉發至北京航天飛行控制中心。“天問一號”軌道器在2021年11月完成“祝融號”中繼任務后變軌轉入遙感軌道,最終完成了火星全球中分辨率影像數據的獲取和一系列工程試驗。“祝融號”停止工作后,“天問一號”軌道器將長期聚焦于遙感觀察和工程試驗。
我國也計劃了火星采樣返回任務。它就是“天問三號”(“天問二號”為小行星探測任務),預期將于2028年發射兩個航天器:著陸器—上升器組合體、軌道器—返回器組合體。
它們都將于2029年抵達火星。“著上”組合體將實施火星軟著陸。著陸器將用機械臂在火星表面采集樣本,完成后由上升器將樣本于2030年發射至軌道,和“軌返”組合體進行對接并把樣本轉移到返回器。2031年7月,返回器將回到地球,實現樣本回收。
“天問三號”飛行計劃(圖源:CNSA)
我們的方案其實和NASA的計劃很類似,難度和風險也相當大。但我們有不少有利因素。
首先,“天問三號”的樣本采集方式直接簡單,不涉及多臺探測器的交互,風險大大減少。
其次,我們有“嫦娥五號”月面采樣返回的成功經驗。中國是世界上唯一實現無人航天器從地外天體起飛以及地外軌道無人交會對接的國家。和月球相比,火星采樣返回只是規模更大、航程更遠、著陸和起飛難度增加(由于火星大氣層)、一次發射變成了兩次而已。“嫦娥五號”有大量經驗可繼承和參照。
再次,我們有制度優勢。只要目標明確,我們就有意志和能力將它長期執行下去。中國載人航天和月球探測計劃就是最好的例子。
所以,中國極有可能在火星采樣返回上實現對美國的超越。我們不僅在時間上提早兩年(我國2031年,美國2033年),我們計劃采集的樣本也更多(我國一公斤,美國600克)。而且,相信中國的火星采樣返回任務將會把載人登陸火星的相關技術驗證考慮進去,就像“嫦娥五號”作為未來載人登月的技術驗證(縮小版)一樣。
2021年6月,中國在當年的全球太空探索大會上,公布了我們自己的載人登火計劃。這又是一個屢試不爽的“三步走”計劃:近期取樣返回,中期載人登火,遠期火星基地和大規模開發。
如果說第一步取樣返回,我們在可能在時間和采樣重量上超越NASA,那么第二步載人登火計劃中,我們不僅會有和SpaceX火星計劃相當的巨型火箭、可復用軌道轉移級和單級登火艙,而且在地火轉移中會使用堪稱科幻、讓星艦也黯然失色的核熱和核電推進,從而實現技術上的超越。
說起星艦,它已經越來越可能是美國載人登火的希望所在,因為SLS雖然歷經無數次延遲,終于成功完成了“阿爾忒彌斯一號”試射任務,登上了人類在役最大火箭的寶座。但是,它復雜而昂貴的弱點也暴露無遺。不要說火星,就是基于SLS的載人登月計劃也將無比昂貴,未來十年美國能否持續支持這樣一個沒有短期產出的巨型項目,已經是一個很大的問號。
超重/星艦的可復用和低成本有著極大的競爭力,大概率會在未來某一天替代SLS。很難想象NASA會并行于SpaceX執行另一個更昂貴的載人火星計劃。但星艦設計過于激進,隱含的風險極大,最后能否成功仍然有很大的不確定因素。
長九、超重/星艦、SLS Block 2比較(圖源:NASA/SpaceX/網絡)
中國的策略更為穩妥。
載人登月用“長征十號”替代了“長征九號”,讓我們有更多時間優化“長九”的設計。龍樂豪總師一年披露一版的長九方案讓我們看到了其優化的脈絡。
2月28日龍老透露的“長九”最新方案再次用上了200噸級液氧甲烷發動機。安裝30臺發動機的光桿“長九”第一級將實現復用,使得它和超重/星艦的差距進一步減小。
事實上,低成本發射系統不僅是火星計劃的關鍵,也是人類大規模進入太空的基礎。讓人欣慰的是,中國正在這方面急起直追。
正如我在一年半前的文章中所說的,我們也許有機會(也有幸)看到一場波瀾壯闊的火星競賽。那將是一場決定未來百年地球格局和太陽系力量對比的大國競賽。
順便說,在這之前,也就是接下去的十年里,我們將目睹一場同樣精彩的中美載人登月競賽。其實這種和平方式的科技競爭未嘗不是壞事。當初美蘇的太空競賽極大地促進了科技的發展,轉化的技術造福經濟和民生,至今仍在受益。希望中美太空競爭也能造福全人類。
未來幾個月,也許火星上會出現一場沙塵暴,將“祝融號”電池板上的灰塵吹落,電力得到恢復。也許隨著火星溫度變化,系統終于突破閾值恢復工作。也許,環境變化會導致未知的隨機性故障自行修復。如果這樣,我們就把它當作意外的驚喜好了。
不管發生什么情況,“祝融號”終將在火星上一直沉睡下去,直到有一天我們的后人們來到它的身邊。那時,它將成為一個重要的歷史遺跡,會被小心地保護起來,長期存在下去。它身上的那面五星紅旗,將永遠和火星同在。
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