刊登日期 : 2021-12-14
中國載人航天工程不斷突破,當局除了鎖定2030年前後實現載人登月,太空人登陸火星、建立火星基地的計劃亦逐步清晰。該計劃比載人登月更複雜,每次遠征要出動最少8枚火箭,飛船等航天器要在地球和火星軌道上交會對接多達10次以上,而太一次來回或要3年。這個雄心壯志的登陸火星計劃,最快在2033年實現。
中國航天|中國將建火星基地和星際艦隊
中國航天科技飛速發展,或許對很多航天迷來說,中國人登陸火星是「早晚的事」,但具體甚麼時間、用甚麼方式實現呢?
中國航天集團一院院長王小軍在2021年6月的全球航天探索大會視象演講中,就講述了載人登火的設想,這即使不是中國太空人登陸火星的最終方案,但相信起碼是現階段的計劃方案,航天迷可作參考。
根據傳媒報道,王小軍在報告中先講述中國首次探火任務,包括「天問一號」探測器和「祝融號」火星車的概況,然後再提出登陸火星的路線圖。
他透露,中國載人火星探測將會作「三步走」,第一步屬於技術準備階段,會先由機器人到火星採樣返回,並考察未來的火星基地選址,以及進行「原位資源利用和建設」。
「原位資源」一詞大眾比較陌生,它可以理解為基地附近的自然資源,而「原位資源利用和建設」也就是「就地取材」,例如從火星地表下抽水或直接獲取氧氣等,這對彌補火星探測的補給限制非常重要。
這一步總體目的在於為初期載人火星任務搭建平台,從軌道前哨站開始,為太空人着陸火星和最終建立火星基地做準備。
而第二步屬初步應用階段,主要任務是載人環繞火星、火星軌道探測,再到太空人着陸火星、建設火星基地等。
第三步則是「航班化探測」,當中包括打造大規模的星際運輸艦隊、對火星大規模開發與應用等,形成火星「經濟圈」。
中國航天|多枚火箭合作 太空軌道組裝飛船
王小軍指出,地球和火星之間存在循環軌道,可以定期往返兩個星球之間,適用於長期多次的載人火星探測任務,而「出發時間」包括2033年、2035年、2037年、2041年、2043年等。
他透露,在第一步的機器人火星探測階段,當局會採用重型運載火箭,直接將探測器發射至「地(球)火(星)轉移軌道」;探測器採用化學推進,到達火星附近後以反推方式「煞車」,進入火星軌道,再進行後續任務,這與「天問一號」的操作類似,技術難度較低。
但從第二步開始,操作方式、應用的運輸系統會複雜和科幻得多。
根據王小軍的說法,遠征火星會涉及「載貨轉移級」和「載人轉移級」兩個航天器,前者或可理解為一艘大型貨運飛船。
由於貨運飛船的重量和體積太大,無法一次過發射上太空,所以它的大型組件會由運載火箭分批送上地球的低軌道,然後在軌道上組裝。此後它將被送上更高的地球軌道,再自行點火進入「地火轉移軌道」,飛向火星。
進入火星軌道後,貨運飛船先會釋放部分設施,讓它們降落在火星表面,而包括着陸器和上升器等部份會繼續在軌道上「等候」。
至於「載人轉移級」,或可以視作一艘大型載人飛船,它的居住艙等部份亦會分段由多枚火箭射上太空,並在地球軌道上組裝。稍後太空人乘搭的航天器會由載人航天專用的火箭發射,並在地球軌道與「載人轉移級」組合,然後飛往火星。
當載人飛船抵達火星軌道,它便會與貨運飛船連接,太空人會使用着陸器和上升器組合體降落火星,並開展基地建設和探測。
直到任務完成,太空人會乘搭上升器返回軌道上的太空船組合體,並駕乘其中的載人太空船返回地球。
中國航天|中國是首個把太空人送上火星的國家?
根據王小軍的報道,要把貨運、載人飛船的各部份從地球送上太空,就要出動7枚重型運載火箭;把太空人送上地球軌道,又要一枚載人航天專用的火箭。也就是說,每一次登陸火星任務要動用8枚火箭,比載人登月的「兩發火箭合作」更「大陣仗」。期間航天器交會對接次數,也就是在太空中組合、分離、再組合、再分離的次數,可能多達十餘次。
另外,地球和火星的距離最遠達到4億公里,最近也有5,500萬公里,太空人的飛行時間將是非常漫長,內地傳媒引述王小軍報告內容稱,這將是「往返數百天」,而太空人在火星上駐守的時間為500日。
由於載人飛船需要攜帶糧食等物資,飛行時必須盡量節省燃料,如果選擇最「慳力」的「赫曼轉移軌道」來往火星,單程要260天左右(比無人飛船的最短約7個月要長一些),以此計算,太空人來回加上駐守火星的時間,每次任務或要接近3年。
最後要一提的是,王小軍的報告提到「出發時間」最早是2033年,無獨有偶的是,美國早提也提出了2033年太空人登陸火星的計劃,只是以目前情況來看,其落實機會不大。這即是說,如果中國按時展開計劃,便可能是第一個送人類上火星的國家。
當然,中國也有航天迷質疑,王小軍提及的2033年,應該只是適合出發的時間,未必就是出發時間,因為中國的重型運載火箭和其他配套未必能趕上進度。當然,2033年距現在並不遠,中國太空人登陸火星的計劃會否在這一年實現,大家拭目以待。
延伸閱讀:美航天局計劃2033年登陸火星