历史上有哪些登月计划?火星是人类的下一个登陆目标吗?

目前只有美国在火星任务中明确提出了载人登月和后续载人登陆的计划。2065438+2008年9月,美国国家航空航天局发布了《国家太空探索活动报告》,确定了20182024年后美国在绕月轨道、月球表面、近地轨道和火星四个领域的太空探索活动路线和计划。2065438+2009年3月26日,美国副总统彭斯宣布,载人重返月球的时间表将提前至2024年,美国国家航空航天局正在加紧相关规划。美国历史上曾有过多次登月计划,包括阿波罗计划、重返月球的星座计划和现在的绕月空间站(LOP-G)计划。

阿波罗计划采用月球轨道交会对接方案,飞船总体布局由指令舱、服务舱和登月舱组成。土星5号火箭将阿波罗飞船送入地月转移轨道,然后启动飞船的发动机进行月球轨道注入,然后飞船的指令舱和服务舱继续绕月飞行,宇航员随登月舱登陆月球。航天员完成绕月任务后,在月球轨道与指令舱和服务舱对接,然后放弃升级,离开月球轨道;在重新进入大气层之前,抛弃服务舱,指令舱溅落在太平洋。

重返月球计划采用地球轨道和月球轨道交会对接的方案,分别用两枚火箭Ares-5和Ares-1运送货物和航天员,比阿波罗计划增加了一枚地球轨道交会对接。重返月球计划将在月球表面停留时间从阿波罗计划中最长的三天增加到最长的七天,并提出随着计划的深入将在月球表面的停留时间延长到六个月,并在月球上建立由宇航员生活设施、发电站和通信站组成的月球基地。与“阿波罗”计划相比,总体计划有了明显的变化。

目前,美国国家航空航天局对未来载人深空探测发展的思路与过去相比有了实质性的变化,提出了“地月经济圈”的概念。美国国家航空航天局将通过国际合作在月球近线晕轨道(NRHO)建设LOP-G空间站,可实现随时登陆月球,在此基础上开发月球资源,验证载人登陆火星所需的关键技术,最终实现火星载人探测的目标。根据美国国家航空航天局的发展计划,近地轨道空间站将主要用于验证所需的深空探测技术和能力,LOP-G空间站将主要用于了解人类在深空长期生存存在的问题,在月球表面开展机器人探测任务和载人探测任务,同时满足未来登陆火星的需要(LOP-G中可能部署推进剂库)。

由于自阿波罗计划以来,美国国家航空航天局用于载人探索的预算一直维持在较低水平,美国国家航空航天局将在无法期待未来资金大幅增长的前提下,通过未来载人航天的商业化来加速载人探索。2065438+2009年2月,美国国家航空航天局官方发布公告,号召民营企业参与载人登月技术开发,包括登月系统的着陆舱、太空加油系统、飞船的前期研发。此外,美国国家航空航天局还公布了2028年在私营企业协助下实现重返月球计划的路线图。与支持太空探索技术公司和ATK轨道公司一样,美国国家航空航天局将选择部分参与公司提供资金支持,至少选择两家公司进入任务论证阶段,给予高达数亿美元的资金支持。未来,美国国家航空航天局将与这些公司分担开发成本。

美国太空探索技术公司创始人马斯克在2017年国际宇航大会(IAC)上公布了他的载人登陆火星计划。该计划包括BFR火箭、BFS、用于快速发射和重启的地面发射基础设施以及低轨道微重力推进剂传输设施。总体方案如下:搭载猛禽发动机的BFR火箭发射,火箭与飞船分离。火箭返回发射场后,用加满油的加油船再次发射,加油船与地球轨道上的BFS对接,然后飞船飞向月球或火星,在那里反向着陆。

如果去月球,携带的燃料足够登月后返回;如果去火星,将利用火星表面原有的资源,利用火星大气中的二氧化碳,通过甲烷化反应生成液氧和甲烷。飞船补充燃料后,将独立返回地球,重新进入地球大气层,反向着陆,为下一次任务做准备。与美国国家航空航天局提出的计划不同,太空探索技术公司将使用完全可重复使用的路线来实现未来的载人登月和登陆火星,从而降低成本。太空探索技术公司载人深空探测计划有许多新的技术点,面临巨大的技术挑战。至今没有政府资金支持,全靠发射合同和融资来支撑。然而,一旦太空探索技术公司的计划成功,它将颠覆现有的载人航天模式。

1,运载火箭和载人飞船研发进入新阶段。

随着载人深空探测相关技术的发展,大型火箭和载人飞船的研发也进入了新的阶段,新型火箭不断涌现。用于载人深空探测的火箭不断向重型和超重型方向发展。除了高比冲、大推力,具备节流能力是未来实现重复使用的基础,也是未来火箭研发的发展趋势之一,这得益于新型火箭发动机的研发。新型发动机推力虽然不大,但具有重量轻、推重比大、节流能力强、多次点火、成本低等优点。这样的发动机和火箭显然更符合人类航天未来的发展趋势,也是降低载人航天成本的有效途径。除了第一次,随着载人探索火星被提上日程,液氧甲烷火箭的研发也是各个国家和公司的研究热点。在新型载人飞船方面,将更加注重载人深空往返的任务需求,可重复使用的概念也逐渐深入人心。

2.商业公司越来越多地参与载人深空探索。

随着美国太空探索技术公司和蓝源等商业航天公司的崛起,商业公司在载人深空探测中的作用将越来越重要。商业公司没有大量政府资金支持其新技术研发,未来载人深空探测成本逐渐降低是必然趋势。此外,商业公司提出的载人探索方案往往与传统的任务方案大相径庭。一旦成功,它将颠覆现有的载人航天模式,美国国家航空航天局和其他政府机构提出的传统任务方案将不可持续。

3.载人火星探测是未来的发展目标。

无论是美国、俄罗斯政府,还是商业航天公司,载人火星探测都是他们的长期目标。通过近地轨道载人活动和载人登月,开发和储备登陆火星所需的技术。从这个角度来说,载人登月只是载人登陆火星的过渡和支撑,载人登陆火星甚至建造人类在火箭中长期生存的基地才是其最终目的。

主要航天大国继续将载人深空探测作为重要国家战略投入,月球、火星等低轨道和远距离目标探测先进技术和系统研发持续推进。随着商业航天公司的迅速崛起,他们深入参与载人深空探测,锁定月球,开发地月间空间,并以火星为长期目标不断开发新的系统和技术,推动了载人航天活动商业运营模式的探索。为了巩固载人航天的地位,俄罗斯还表示将进一步发展火箭和载人飞船,并参与美国LOP-G空间站的建设。而美国与其他国家的技术差距明显拉大,遥遥领先。深入的国际合作和商业化是未来载人深空探测的发展趋势。