“嫦娥”探測器已經(jīng)進入月球軌道，按計劃她將在13日登上月球表面，實現(xiàn)中國第一次月面軟著陸。不久前曾有新聞稱我國航天部門今年首次提出載人登月提案。雖然這一提案未獲通過，但卻說明，中國已經(jīng)開始考慮載人登月。那么，從“嫦娥”奔月到中國人在月球上邁出“中華民族的一大步”還有多遠？

據(jù)統(tǒng)計，算上嫦娥3號和美國“月球大氣與粉塵探測器”，迄今人類已進行了115次飛向月球的嘗試。

“先驅(qū)者1號”和“月球1號”，其實都不是真“1號”

1958年8月，美國首次嘗試發(fā)射月球探測器“先驅(qū)者”號，但是它和運載火箭一起在空中爆炸，因此被改名為“探測者0號”。在那個美蘇太空競賽如火如荼的年代，蘇聯(lián)當(dāng)然不甘落后，在“先驅(qū)者0號”爆炸1個月后，蘇聯(lián)的第一個月球探測器也騰空而起，而且這個探測器的任務(wù)頗有蘇聯(lián)式的“傻大黑粗”范，打算直接在月面硬著陸，或者叫撞擊月球表面。然而蘇聯(lián)的運氣并沒有比美國好，它也在起飛后不久凌空爆炸，蘇聯(lián)此后也將這個可憐的探測器定名為“月球1號A”，以把“月球1號”這個名字留給第一個成功的月球探測器。

博物館中的“月球1號”模型，其實在它之前，蘇聯(lián)還有“月球1號A、B、C”三個發(fā)射失敗的“月球”探測器

冷戰(zhàn)是一個不惜成本的年代，為了爭奪“成功發(fā)射第一個月球探測器”的殊榮，美蘇兩國毫不猶豫地繼續(xù)發(fā)射與前述裝置完全相同的后續(xù)探測器。這些不幸的探測器一個接一個地在空中爆炸。蘇聯(lián)在“月球1號A”之后，又尷尬地把后續(xù)發(fā)射失敗的探測器命名為“月球1號B”、“月球1號C”……直到1959年1月2日的第四個探測器才終于成功掠過月球表面，盡管它仍未能成功實現(xiàn)撞擊月球的目標(biāo)，但還是成為了人類第一個近月飛行器。而美國則通過兩個月后發(fā)射的“先驅(qū)者4號”成功實現(xiàn)近月飛行的目標(biāo)。

隨后雙方仍繼續(xù)以每兩三個月一次的頻率繼續(xù)向月球發(fā)射新的探測器，蘇聯(lián)在1959年9月終于成功撞上月球。1個月后，蘇聯(lián)探測器又成功拍到首張月球背面的照片。

蘇聯(lián)“月球2號”探測器3D模型，當(dāng)時蘇聯(lián)以平均每兩三個月一次的頻率發(fā)射各種月球探測器，失敗率很高

美國“先驅(qū)者”系列等探測器在此期間則是一次又一次發(fā)射失敗，直到三年后的1962年，美國才用全新開發(fā)的“阿特拉斯”火箭發(fā)射“月球硬著陸器”，終于也撞上了月球。同一年，美國總統(tǒng)肯尼迪發(fā)出了“我們選擇去月球”的豪言壯語。美蘇兩國的登月競爭進入新階段。

這一時期，美蘇兩國的月球探測器都是非常簡單的，蘇聯(lián)的“月球2號”只有390千克重。美國的“先驅(qū)者”系列就更輕了，只有4千克重。

美國同時期也不計代價連續(xù)發(fā)射“先驅(qū)者”系列探測器與蘇聯(lián)爭奪第一個“落月”的榮譽，不過“先驅(qū)者4號”只有4公斤重，和“月球”系列不是一個等級

最初的月球探測器重量都很輕，原因是運送它們的火箭運載能力還較弱。這一輪撞月競賽的獲勝者，無疑是蘇聯(lián)。這個時期由于探測器重量太輕，無法攜帶較多燃料甚至根本沒有火箭發(fā)動機，所以實際上雙方的探測器都沒有中途（大幅度）調(diào)整軌道的能力，稍有偏差就不能被月球微弱的引力所捕捉。而且，當(dāng)時的火箭可靠性也很低。這兩個因素相疊加就導(dǎo)致美蘇這一時期像不要錢似的連續(xù)發(fā)射探測器，但成功的卻寥寥無幾。

“軟著陸”競爭——打了個平手

在美蘇都將月球作為展示自己國家實力的最佳廣告牌后，蘇聯(lián)憑借火箭技術(shù)上的暫時優(yōu)勢（蘇聯(lián)此時已經(jīng)可以發(fā)射數(shù)百公斤重的探測器，有足夠的重量和燃料進行變軌），迅速開始實施在月球表面“軟著陸”的計劃。從1963年到1966年，蘇聯(lián)平均每年進行3次“月球軟著陸器”的發(fā)射，期間還有多次繞月、近月探測器的發(fā)射。但上世紀(jì)50年代末到60年代初的測控技術(shù)水平還很低，要執(zhí)行落月任務(wù)運氣的因素很大。結(jié)果，蘇聯(lián)當(dāng)時所有“月球軟著陸”試驗全部失敗，有的撞毀在月球表面，有的錯過月球飛入太空深處，有的則出師未捷身先死。

直到1966年1月31日，在11次失敗的嘗試之后，蘇聯(lián)“月球9號”探測器終于輕輕落在月球表面，并在月球表面工作了8個多小時。這次落月意味著，人類活著踏上月球表面是一件可能的事情。

4個月后，美國首次進行月球軟著陸試驗，“勘測者1號”探測器成功降落在月球表面。美國的首次落月試驗就取得了成功，體現(xiàn)了美國在系統(tǒng)工程方面對蘇聯(lián)的優(yōu)勢。雙方的第二回合蘇聯(lián)時間上小勝一局，但總體來看雙方實屬平手。

燒錢競賽中，家底厚的一方終于笑到最后

雙方接下來開始利用手中的探測器對月球進行深度探測，美國一而再再而三地連續(xù)發(fā)射“勘測者”系列探測器，到1968年1月7日“勘測者7號”為止，美國的7次落月試驗中6次取得成功。這一事實說明美國的登月技術(shù)已經(jīng)進入成熟階段。

美國“土星5號“火箭第一級5臺F-1發(fā)動機是目前人類制造的最大火箭發(fā)動機

與“勘測者”同時進行的是“阿波羅”飛船和“土星5號”巨型火箭的研制和測試，這個火箭和飛船組合從一開始就是專門為了實現(xiàn)肯尼迪總統(tǒng)“我們選擇去月球”的諾言而研發(fā)的，為此項目投入的資金、物力難以計數(shù)。

F-1超大型火箭發(fā)動機本是1955年起為美國空軍研制的，但空軍認為不論是用來發(fā)射彈道導(dǎo)彈還是衛(wèi)星，這種發(fā)動機都過于巨大，因而將它放棄。此后美國航天局為了“阿波羅計劃”接手繼續(xù)開發(fā)。這臺發(fā)動機可以說是美國登月的關(guān)鍵，在那個沒有計算機模擬技術(shù)的時代，航天局下屬的馬歇爾航天中心靠實物試驗的方法逐漸完善了這種發(fā)動機，可說是完全不惜成本。以該發(fā)動機為基礎(chǔ)的“土星5號”火箭成本在當(dāng)時高達2億美元，而該火箭總研制費用高達96億美元。（60年代的1美元購買力約相當(dāng)于今天的25美元）

不惜成本的大投入換來了回報，1968年12月21日，“阿波羅8號”飛船成功繞月飛行，美國距離載人登月只有一步之遙。

美國“阿波羅8號”飛船首次繞月飛行成功，美國距離登月一步之遙

相比之下，蘇聯(lián)的登月之路則遇到了坎坷，兩次軟著陸試驗之后，蘇聯(lián)轉(zhuǎn)而發(fā)射大量的繞月飛行器，平均每年發(fā)射5個“探測器”衛(wèi)星飛向月球。這同樣耗資巨大，不過相比美國的“燒錢”速度，蘇聯(lián)可就遠遠不及了。

美國的登月也并非一帆風(fēng)順，圖為起火燒毀致宇航員死亡的“阿波羅1號”飛船

蘇聯(lián)在研制載人飛向月球的火箭時遇到了巨大的阻力，蘇聯(lián)此時用于發(fā)射月球探測器的“質(zhì)子-K/D”火箭起飛重量為691噸，只能送5噸左右的物體飛上月球。而“土星5號”重達3000多噸（被戲稱為“太空驅(qū)逐艦”），可以將40噸左右的物體送上月球，這是載人登月的關(guān)鍵。蘇聯(lián)為了實現(xiàn)載人登月的目標(biāo)，也開發(fā)了“土星5號”這樣級別的火箭，代號為N-1，起飛重量2700多噸，也是一個超級“怪獸”。

由于沒有及時下定決心開發(fā)巨型火箭發(fā)動機，蘇聯(lián)N-1火箭第一級采用30臺發(fā)動機并聯(lián)，是導(dǎo)致悲劇的主要原因

然而這時雙方“家底”的差距就顯現(xiàn)出來了，蘇聯(lián)同樣考慮到F-1這樣的巨型發(fā)動機過于“浪費”的問題，沒有下令研制此種發(fā)動機。為了登月，他們不得不在N-1火箭上采用了一個令人目瞪口呆的方案，其第一級火箭竟整整安裝了30臺發(fā)動機。如同向日葵花盤一樣密布發(fā)動機的火箭看起來充滿了怪異的美感，但這一設(shè)計帶來的嚴(yán)重問題就是其燃料系統(tǒng)極為復(fù)雜。以60年代蘇聯(lián)的技術(shù)工藝水平，這樣復(fù)雜的設(shè)計無法穩(wěn)定工作。（蘇聯(lián)70年代后又回頭來開發(fā)類似F-1的大型火箭發(fā)動機，并生產(chǎn)數(shù)十臺，說明蘇聯(lián)并非沒有能力研制此類火箭。今天看來，50-60年代的技術(shù)路線失誤，與蘇聯(lián)火箭之父科羅廖夫意外身亡后其繼承者缺乏政治影響力有一定關(guān)系。）

重達2700噸的N-1火箭

N-1和“土星5”號的體積重量已經(jīng)趕上二戰(zhàn)時代的驅(qū)逐艦

結(jié)果眾所周知，過高的復(fù)雜度導(dǎo)致N-1火箭的可靠性只能用災(zāi)難來形容。美國“土星5號”的13次發(fā)射無一失敗，而N-1火箭僅有的4次試射全部失敗，其中三次在飛行中爆炸，剩下的一次更加慘烈，火箭直接在發(fā)射臺上爆炸，2000多噸煤油和液氧引發(fā)的大爆炸甚至將發(fā)射場的掩體也炸得粉碎，連觀看試射的戰(zhàn)略火箭軍司令員也尸骨無存。

至此，盡管蘇聯(lián)的登月飛船研制工作已經(jīng)完成，30人的登月宇航員團隊已經(jīng)組建，整個登月計劃只差大型火箭就可完成。但在最關(guān)鍵一環(huán)上的失敗還是導(dǎo)致整個雄心勃勃的載人登月計劃徹底垮臺。

蘇聯(lián)的登月計劃除了大型火箭外已經(jīng)“萬事俱備”圖為蘇聯(lián)登月艙（右側(cè)為模型）

由于N-1火箭的失敗，這幅圖景永遠無法成真了

蘇聯(lián)人只能無限惆悵地看著美國宇航員阿姆斯特朗于1969年7月16日，站在月球表面對全世界說：“這是我個人的一小步，卻是人類的一大步”。

1970年和1973年，蘇聯(lián)成功發(fā)射“月球16號”探測器和“月球17號”兩個探測器，這兩個探測器重量都是5.6噸，其中“月球16號”搭載了一個可以返回地球的返回艙，而“月球17號”則搭載了“月球車1號”探測器，蘇聯(lián)終于實現(xiàn)了繞月、軟著陸、月面巡視、返回地球的四部曲，然而與美國的“阿波羅”計劃相比，蘇聯(lián)的這些成就幾乎完全吸引不了世界的眼球。

“阿波羅”計劃為美國贏得了巨大的聲望，是冷戰(zhàn)中美國最重要的勝利之一

蘇聯(lián)“月球17號”探測器，其頂部有返回艙可以返回地球

蘇聯(lián)“月球20號”返回艙，雖然蘇聯(lián)也已完成登月的“四部曲”但此時已經(jīng)無人在意

轟轟烈烈的登月競賽到1972年美國“阿波羅17號”返回后就冷卻了下來。1976年，蘇聯(lián)“月球24號”再次從月球取回樣品，但此時公眾早已不再關(guān)心遙遠的月球，兩國不久后開始了空間站、航天飛機領(lǐng)域的新競爭。美蘇登月競賽至此終于告一段落。

“月球16號”和“月球車2號”

美國登月計劃的最大收獲，除了巨大的宣傳價值，在工程學(xué)方面也收獲巨大。從登月計劃中獲得的系統(tǒng)工程、系統(tǒng)可靠性方面的科研經(jīng)驗直接支持了今天科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，奠定了許多現(xiàn)代技術(shù)的基礎(chǔ)。

登月工程完成后，美國剩余的“土星5號”火箭又執(zhí)行了“天空實驗室”空間站的發(fā)射任務(wù)

此后的幾十年里，人類再沒有打擾月宮的清凈，大多數(shù)月球探測計劃都不涉及在月面軟、硬著陸。直到21世紀(jì)，人們對于這顆衛(wèi)星的興趣才開始恢復(fù)。第二次“月球熱”仍然是由國家競爭推動的。

2007年，日本“月亮女神”探測器搶在中國“嫦娥1號”探測器一個月前發(fā)射，正式宣告了新一輪登月競賽的開始。2008年，印度“月船1號”探測器升空，這個“月船”計劃發(fā)射一個“月球撞擊探測器”，實現(xiàn)自1976年以來第一次有控制的人造物降落。不過和過去許多類似的月球任務(wù)一樣，“月船1號”并未取得成功。2009年，美國發(fā)射“月球勘測軌道飛行器”，開始“重返月球”計劃。2011年，美國“重力回溯及內(nèi)部結(jié)構(gòu)實驗室”雙星發(fā)射成功，于今年撞擊月球表面，終于打破了月宮近40年來的寧靜。

沉寂了30多年的月球即將迎來新的造訪者

美國這一輪“重返月球”當(dāng)然不是與日本和印度較勁，讓美國航天局有緊迫感的，是中國的探月工程。2007年，中國“嫦娥1號”探測器飛向月球，中國的首次月球探測就成功實現(xiàn)了繞月飛行，隨后在地面控制下成功撞擊月球表面。而“嫦娥2號”作為“嫦娥1號”的備份探測器比她“姐姐”走得更遠，繞月之后又飛向更遙遠的太空，先后飛到了地日拉格朗日點L2（地球和太陽的引力平衡點，許多科幻小說中未來放置可永久居住空間站的地方）；探測了一顆小行星；之后進一步飛向深空，成為迄今中國人發(fā)射的走得最遠的航天器。對比美蘇當(dāng)年的探月，我們可以發(fā)現(xiàn)中國“嫦娥”系列的技術(shù)起點、工程可靠性、實際探測效果已不可同日而語。中國是站在新世紀(jì)的肩膀上實施自己的登月計劃。

“嫦娥3號”和“玉兔”完成了蘇聯(lián)“月球16”號的任務(wù)，實現(xiàn)了月面軟著陸和月面巡視，不過它的技術(shù)水平比當(dāng)年高得多

目前即將著陸的“嫦娥3號”+“玉兔”與蘇聯(lián)“月球16”+“月球車1號”的基本功能相似，未來的“嫦娥5號”則與“月球17”號探測器類似。但是由于電子技術(shù)、工程技術(shù)的進步，中國的月球探測器將能夠在月球表面進行更多的試驗，取得的觀測和實驗數(shù)據(jù)也會更多、更好。更重要的是，“嫦娥5號”將40年來首次從月球表面取回樣品。

“嫦娥5號”將是1976年以來首次從月球帶回樣品的航天器

蘇聯(lián)從月球取回的土壤樣品

那么，我們的下一步什么時候邁出呢？

首先，在“嫦娥5號”成功后，我國深空測控、通訊技術(shù)、系統(tǒng)可靠性、地月環(huán)境科學(xué)等方面就都已經(jīng)達到載人登月的要求，接下來只是如何將宇航員送到月球了。

正如我們前面所說，將宇航員送到月球的關(guān)鍵是巨型火箭，目前技術(shù)水平下，能夠?qū)崿F(xiàn)這一目標(biāo)的火箭起飛重量將在3000噸左右，月球軌道載荷至少30-40噸。這樣的火箭過于巨大，用來發(fā)射近地軌道載荷實際是比較浪費的——當(dāng)然，其近地軌道運載能力在100噸以上，可以直接將空間站送入太空——如果研制這樣的火箭，基本可以確定載人登月項目已經(jīng)納入航天計劃。

中國航天總公司年報中的新一代運載火箭型譜中包括了與“土星5號”級別相近的“長征9號”，這樣級別的火箭目前最重要的用途就是載人登月

據(jù)中國航天總公司的年度報告，中國未來的火箭系列中最大型的火箭名為“長征9號”，該火箭起飛重量3000噸以上，近地軌道載荷130噸以上，月球軌道載荷50噸以上。據(jù)外媒近日報道，“長征9號”的發(fā)動機已經(jīng)開始試制工作。今天，這種“載人登月專用”發(fā)動機的研制，仍比我國此前所有火箭發(fā)動機研制難度更高，風(fēng)險更大。以“土星5號”為例，該火箭1955年開始設(shè)計，12年后首次發(fā)射，14年后首次登月，耗資96億美元。如果中國能夠以與“土星5號”同樣的速度和成本完成“長征9號”的研制，我們將在2027年前實現(xiàn)載人登月，單在火箭項目上耗資2400億美元?？紤]到21世紀(jì)超級計算機的技術(shù)進步，我們或許能用一半以下的成本完成“長征9號”的研制，即1200億美元，這相當(dāng)于中國2013年軍費總額（1143億美元），相比之下，三峽工程總耗資也只有900多億美元。載人登月項目耗資如此巨大，今年首次提案被否決并不意外。

長征5號火箭想象圖

不過，技術(shù)的發(fā)展也帶來了一種新的可能性。當(dāng)年，美蘇兩國在登月方案驗證階段認為，將載人飛船分多次由較小的火箭發(fā)射升空，在軌道對接后飛向月球的方案風(fēng)險過高。當(dāng)時的航天發(fā)射成功率在60%-80%之間，因此多次發(fā)射連續(xù)成功的概率可能在50%以下，而登月之旅中一旦有一次發(fā)射失敗，整個月球任務(wù)即告失敗，這樣的成功率對于涉及到宇航員生命安全的項目來說是無法接受的。隨著工程技術(shù)水平的進步，現(xiàn)代航天發(fā)射成功率已超過90%，軌道對接成功率則接近100%，我國也已經(jīng)通過天宮1號驗證了相關(guān)技術(shù)。用這個方案登月的可行性正在不斷增加。

目前中國正在研制的長征5號火箭的近地軌道運載能力可達25噸，比長征2號、3號提升一倍。如果該火箭研制成功，且安全性、可靠性方面能夠達到目標(biāo)，那么它完全可能提前實現(xiàn)中國的載人登月夢。如果這一方案最終被認為可行，那么我國在2020年前后就能做好載人登月的準(zhǔn)備。

或許，距離“中華民族的一大步”到來的日子，沒有我們想象的那么遠。

最后，給對航天技術(shù)感興趣的朋友推薦一款游戲《坎巴拉太空計劃》，你可以從一個個零件起步實現(xiàn)你自己的“登月”夢哦

失敗是成功之母，不要氣餒，游戲里你不會遇到資金和國力的瓶頸，盡情嘗試各種組合方案吧

專題 > 嫦娥奔月 嫦娥三號總師激動捂臉 疑似擦淚 嫦娥三號落月全程視頻 落月成功 全球第三 動畫模擬嫦娥三號月面軟著陸