海納百川》月神與嫦娥 中美奔月勢均力敵(趙爾東)

3月31日在北京航天飛行控制中心拍攝的天舟二號受控再入大氣層任務模擬圖像。/新華社

美國發展太空的預算來源應不止於美國太空總署NASA,NASA 2021全年預算約爲250億美元 (約爲大陸華爲公司2021年營收的25%),從發展太空的總體實力看,美國超過中國許多,中國雖在急起直追,仍需假以時日。

最近中、美都在準備載人登陸月球,但載人登陸月球並不需要用到發展太空總體實力的所有能力,從這一輪的美國月神Artemis與中國嫦娥看,中美兩國的奔月實力,可謂勢均力敵。

2021年中國航天發射總數達55次、美國51次、俄羅斯25次、歐盟6次。據新聞報導,今年2022中美兩國的首發人造衛星或航天器的發射都不順利,但瑕不掩瑜,之後的發射基本上都是越來越順。

此外,2021年中國空間站還成功進行了20噸重的天和核心艙、天舟二號、三號兩個貨運飛船、神舟十二、十三兩艘載人飛船的發射。中國在火星上的祝融號火星車與其在火星軌道上的天問一號已超過其設計壽命在軌運行557天以上。

中國於2004年正式開展 「嫦娥」 探月工程,分爲 「無人月球探測」、「載人登月」、和「建立月球基地」 三個階段,簡稱之爲「繞、落、回」。嫦娥一號於2007年 由運載火箭長征三甲成功發射升空,於2009年受控撞月。

嫦娥二號是嫦娥一號的姐妹星,於2010年由長三甲火箭成功發射,主要是爲月球探測第二期工程積累工程經驗。嫦娥二號搭載了7臺有效載荷,獲取了更多的科學探測資料。

嫦娥三號於2013年由運載火箭長征三號乙加強型成功發射升空登月,實現了中國探測器首次在地外天體的軟着陸和巡視探測,成爲繼蘇俄、美國之後第三個在月球軟着陸的國家。嫦娥三號實現了從距離月球15公里高度安全下降至月球表面,比蘇俄和美國的軟着陸的技術更爲先進。嫦娥三號爲 四號的飛行開路。

嫦娥四號是嫦娥三號的備份星,於2018年由運載火箭長征三號乙發射併成功在月球揹着陸, 以此中國於2019年1月11日成爲人類有史以來首個並且迄今仍是唯一登陸月球背面的國家。 嫦娥四號及其月球車玉兔2號 開展了月表地形地貌與地質、月球內部結構、及太陽系內已知最大的隕石坑的探測。嫦娥四號 及其月球車玉兔2號的通信訊號,通過已在L2 點上恭候的中國「鵲橋」中繼星與地球管控保持幾近真時(Real time)的視頻與高速數據的寬帶通信,中國是世界目前唯一能與月背進行通信的國家。嫦娥四號還做了若干人類首次從電磁環境安靜的月背的天文觀測。

嫦娥五號 是中國探月工程 「繞落回」 三步走中的收官之作,於2020年底由運載火箭長征五號遙五成功發射,其後從月球採集兩公斤的月球土壤併成功送返回中國。其關鍵技術是把採集的月壤等樣本送到着陸器的上升器,從月面起飛到繞月球軌道上,再通過交會對接,轉移到返回器。中國已有近地軌道交會對接技術 (2011年神舟八號載人飛船與天宮一號交會對接),但在38萬公里外的月球軌道上進行交會對接並返回地球,想是人類航太史上的第一次。

帶月壤的返回器從38萬公里遠的月球返回地球時,其速度接近每秒11公里的第二宇宙速度 (一般航天器返回多爲每秒8公里的第一宇宙速度)。爲避免被大氣層高溫燒燬,返回艙用了 「跳躍式」 返回 (Reentry)技術,有如打水漂一樣,讓返回器高速進入大氣層再跳出大氣層,然後再以較爲安全的第一宇宙速度進入大氣層,確保了返回艙與月壤都安全降落。

目前尚未看到嫦娥六號、嫦娥七號 和 嫦娥八號三項的硬性規定任務與發射時間(有說嫦娥七號到月球南極探測,嫦娥六號往月球採樣返回,嫦娥八號 去搭建月球科研站等),可是計劃或趕不上變化,如今嫦娥奔月已提上日程,這六、七、八 號三個探測器的任務,想會重新編排。

中國計劃在月球上設立科研基地,與中國空間站的建設珠聯壁合,將會有太空人員長期駐留從事各種地球環境達不到的科研活動,並開放國際合作,例如中國已與德國有合作,並已與俄國達成在2030年以後在月球共建共營協議。

美國自1969年成爲人類首次也是迄今唯一登陸過月球國家以來,現在的「月神 Artemis」奔月,有如穆桂英的第二次掛帥,與第一次已相隔好幾十年了,自太空梭於2022年停飛之後,到最近美國SpaceX發射衛星成功之前,美國來往空閒站與一些衛星的發射,大都外包給俄國。

前屆政府要求NASA在2024年載人登陸月球,經這一屆政府的調整,美國「月神 Artemis」要在2028年之前載人登陸月球,想這與「嫦娥」的時間大致相當。

新上任的NASA署長聲稱中美太空競爭已然開始,「月神 Artemis」奔月採用了全新技術的SLS的運載火箭,是個大力丸,其推力媲美1969年人類首次載人登陸月球的Saturn V 運載火箭,SLS有430萬公斤的推力,能把50噸重級的酬載送到月球,日前已成功通過了試射,中國的大力丸長征五號運載火箭也已經把50噸重級的酬載送到月球,但作爲載人運載火箭,據報導目前尚在研製試飛階段,想到預計發射時,亮劍將不是問題。

SLS搭載的「月神 Artemis」 將包括一個多功能載人艙和撘配的重要物資、設備器材、科學實驗等的貨櫃艙。與「嫦娥」一樣,都會有不同版本用來另外支援空間站與深空探測。

臺灣有不少科技是世界一流的,想臺商要在美國SLS與「月神 Artemis」工程業務中分一杯羹,恐非易事,但臺商在大陸的業務能享國民待遇,爭取「長征五號」與「嫦娥」工程業務,說不定是水到渠成的。(作者爲航太工程師)

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