月球上的资源和科学价值,吸引着人类不断地探索和挑战。

2024年,月球将成为人类探索的新前沿。
中国、美国和俄罗斯,还有日本、欧洲、印度等国家和地区都在积极推进自己的月球计划,有的已经实现了月球背面和月球极地的探测,有的正在筹备载人登月和建立月球基地。
01
中国登月计划
随着中国航天事业的进步,我国近年来太空探索活动逐渐增多。
2022年底,中国载人航天工程新闻发言人季启明透露,中国已完成载人月球探测关键技术攻关和方案深化论证,突破了新一代载人飞船、新一代载人运载火箭、月面着陆器、登月服等关键技术,形成了具有中国特色的载人登月任务实施方案。
预计2027年前后完成首飞,有望于2030年前后支撑中国实现载人登月。
02
美国登月计划
美国航空航天局NASA宣布阿尔忒弥斯二号最早可能于2024年11月发射,将搭载三男一女共4名宇航员乘坐猎户座飞船进行为期10天的绕月飞行。
这是自1972年阿波罗17号以来首次飞离近地轨道前往月球的飞行任务。
这一次,NASA为时隔52年重返月球设定了两个任务目标:新型载人登月,以及在月球建立一个长期科研基地。
2024年,月球将成为舞台的中心,对于航天员来讲,重返月球要过多少难关?
重返月球更注重人
1969年阿姆斯特朗的一小步,迈出了人类探索外星球的一大步,之后阿波罗计划分批将12名航天员送上月球。
而阿尔忒弥斯计划的目标不仅是到月球一游,其野心和复杂程度都远远超过前辈。
该计划将在月球轨道上建立名为门户的空间站,近可作为重返月球任务的大本营,不时派遣航天员登陆月球,开发月球资源,远可充当载人登火的前哨基地,在恰当时机派遣先行者登陆火星,尝试建设新家园。
相比之下,历经10余年坎坷后成功组合首飞的SLS重型火箭和猎户座飞船在整个计划中仅是开胃小菜,门户的建设才是第一道主菜。
而在更复杂的系统中,必须更多地考虑航天员的需求和限制。
西方规划的绕月空间站效果图
绕月空间站将由美、欧、日等多方联合打造,主体由动力与推进系统、居住与后勤系统、国际居住舱等核心舱段以及加油舱、气闸舱等功能舱段组成,预计能同时对接猎户座飞船、星舰和货运补给飞船。
该空间站建成后,将成为阿尔忒弥斯计划实施行动的主要基地,猎户座飞船、日本白鹤飞船等负责从地球往空间站补充人员和货物,星舰则负责从空间站往月球(远期可能还包括火星)送人送货。
这相当于在地月空间建立了半永久性驿站,有望开展为期数月的复杂月面任务。

由此,门户能否支持多名航天员长期驻留,一向是外界关注的焦点。
不久前,一些参与过设计工作的航天工程师表示,门户的航天员居住区过于狭小,导致航天员很难站立活动,且舱内大部分空间很可能充斥着设备噪声和振动,进而严重影响航天员的身心健康。
为消除质疑,项目团队决定建造真实尺寸的居住舱模型,测试是否存在威胁航天员的隐患,以便在2024年按计划发射门户首个舱段。
在绕月空间站完工之前,航天员同样任务繁重。
按规划,阿尔忒弥斯计划的第三次任务是载人登月行动。
届时,航天员将乘坐猎户座飞船,由SLS重型火箭送往绕月轨道,与提前发射的星舰改装的登月舱在轨对接。
然后,航天员进入登月舱,前往月球南极降落。
这次航天员的月面之旅预计将比阿波罗计划更充实,可能会少些探险的刺激和乐趣,却要开展更多的细致琐碎的科研活动,重点是寻找可能存在的水资源,调查地质状况,为后续建立月球基地打下基础。
全新挑战无处不在
如今,已有越来越多的普通太空游客造访国际空间站,那么纳入空间站项目的新时代载人登月计划会不会放宽航天员的身体选拔标准呢?答案可能恰恰相反。
从阿尔忒弥斯计划不难看出,新时代的载人登月计划充分吸取了空间站长期运营过程中的经验教训。
人类至今没有在外星球上长期驻扎过,太空生活体验普遍是在近地轨道的密封设施内,而那里与月球表面环境显著不同。
所以航天员在月表长期驻留必将面临很多新问题,包括不同重力环境下生理适应性、辐射危害与防护、心理健康维护、太空医学盲区等。
我国载人探月工程的月面着陆器、新一代载人飞船模型已公开亮相(宿东 摄)
在空间站上近似零重力条件,而在月球表面的重力约为地球的1/6。
航天员如果在绕月空间站上居住且不时前往月球表面工作,身体需要在与地面差异很大的不同重力环境中不断调整适应。
这种不定期变化的重力环境很可能对航天员的心血管系统、免疫系统、神经系统、骨骼肌肉等造成目前难以预估的危害。
更麻烦的是,航天员在月球圈长期工作生活,基本失去了地磁场的保护,更容易受到宇宙辐射威胁,身体不适很可能是常见的状况,某些严重的辐射症状更加令人担忧。
事实上,新时代的载人登月任务更加复杂,有可能是人类首次真正意义上的在近地空间以外长期活动,必须重点解决宇宙辐射防护问题。
这还会给未来的载人探火任务提供更多指导性经验。
此外,登月航天员远离地球环境,活动受限,人际关系单一,还要时刻防备着宇宙辐射、设备故障、伤病等风险,预计将承受较大的心理压力。

比如,月球昼夜环境与地球相差极大,昼夜交替漫长,昼夜温差可达300摄氏度,遍布荒漠和死寂,必然影响航天员的生物钟和身心状态,引发行为和认知能力下降。
由于从月球飞回地球至少需要两天半时间,航天员一旦身体出现异常,迫切需要急救,不可能像近地轨道空间站上那样尽快送人回地面或迎来地面紧急支援,这就对太空生命保障系统提出了更高的要求。
总之,航天员在月球圈长期执行任务,对于身心素质和太空医疗系统都将是更大的挑战,选拔工作只会更加严格。
再考虑到航天员的月面科研任务更上一层楼,在专业领域同样不能放松标准。
素质更高帮手多
环境更加不友好,任务更加繁重,无不要求登月航天员具备更完善的综合素质。
美国宇航局给阿尔忒弥斯计划航天员设定的选拔条件为:拥有至少1000小时的喷气式飞机驾驶经验或至少3年的STEM(科学、技术、工程、数学)相关领域工作经验。
值得一提的是,这是美国宇航局有史以来第一次要求航天员申请人拥有STEM领域硕士学位。
之所以要设置如此高的门槛,是因为美国宇航局认为,相比近地轨道飞行任务,登月和长期月球圈居留对航天员的身心素质、创造潜力等要求更高,航天员还必须更加重视团队合作,发挥整体效能。
此外,这次月球科考和实验任务跟阿波罗计划不可同日而语,从而对航天员的专业背景和科学素养提出了特殊要求。
美国航天员在水下模拟失重环境训练
从2022年起,入选阿尔忒弥斯计划的首批航天员陆续接受为期两年的训练,具体项目包括操作和维护空间站、太空行走、驾驶超声速教练机飞行、学习复杂的机器人操作技能等。
基础训练完成后,他们必须通过针对登月任务的专题强化训练。
比如,他们要提升对于登月和月球环境的耐力、适应能力,学会操作登月航天器,熟悉飞行程序与任务,更不用说考核通过任务核心部分——登月与月面活动训练、月球居留训练、月球科学考察及实验操作训练等。
视情况,训练涉及个人和小组合作,甚至是跨系统、全系统参加的大型联合演练。
不过,得益于虚拟现实技术和数字技术的大发展,未来高素质航天员登月前也会有更多帮手。
比如,昂贵、繁琐的实物实景训练项目将逐渐被淘汰,航天员在全景模拟器上可以完成登月舱飞行训练、空间站和月表居留训练,涉及各种科学考察和实验器材的仿真操作考核更是不在话下。
放眼未来,随着大数据应用和信息技术的进步,航天员选拔与训练将获取更丰富、更多元化的数据支撑。
人工智能有可能会参与任务规划、人员优化组合,确保选出特定飞行和科研任务的航天员团队最优解。
本次任务首次采用“陆地指挥、海上发射”新模式。
该星由广州大学牵头、广东省天垣科技有限公司(简称“天垣科技”)抓总、西安中科西光航天科技集团有限公司(简称“中科西光航天”)承研承制,是全球首个低倾角遥感星座五羊星座的首颗卫星。
该星采用39低倾角轨道设计,集聚于南北纬39度之间的“地球金腰带”,打破传统极轨卫星观测局限,开启我国低纬度高频遥感观测全新实践,是中国商业航天从“跟随极轨”迈向“定义低纬”的重要里程碑。
随着该星成功入轨,中科西光航天目前在轨卫星数量13颗,标志着该公司在光学遥感领域形成“高光谱+高分”的双能力布局。
聚焦“地球金腰带” 全球半数以上人口、主要经济体与关键生态带,集聚于南北纬39度之间的“地球金腰带”。
然而全球主流遥感星座以太阳同步极轨轨道为主,受球面几何约束,越接近赤道过境越稀疏,同一星座在北京的重访率高于广州、广州又高于赤道。
这导致台风路径追踪、赤潮暴发监测、一年三熟水稻长势研判、粤港澳大湾区城市群扩张监测等高频次需求长期供给不足。
作为全球首个低倾角遥感卫星星座,五羊星座是广州落实航天强国战略、布局商业航天的标志性工程,由广州市政府、国家信息中心、广州大学联合推动,聚焦南北纬39度“地球金腰带”的观测空白,致力构建我国首个面向低纬度区域、具备高分宽幅与全谱段能力的智能化空天信息服务体系,在同等规模下换取远高于极轨星座的重访频次。
作为五羊星座的先导星,西光肆号01星(五羊星座先导A星)承担轨道体制验证、遥感载荷考核、新技术验证、多场景应用示范等任务,是星座规模化组网前的验证星。
先导星的作用在于先期获取在轨实测数据,降低后续批量组网的技术风险。
“这颗卫星从萌芽开始,始终有中国遥感领域权威专家的深度参与。
童庆禧院士、王建宇院士、顾行发院士、王晋年院士、李志忠院士等院士专家,在轨道设计、载荷技术路线、星座落地、产业化应用与场景落地等环节掌舵定向、把脉赋能。
”中科西光航天介绍称,“五羊首星核心主张‘换轨超越,靠谱遥感’——不是跟随极轨做微创新,而是独创性换轨,用39低倾角重新定义低纬度观测。
” 0.5m高分+2m多光谱+30m宽幅红外 支撑这颗星的,是一组硬指标:0.5米分辨率高分相机、2米多光谱相机、30米宽幅红外载荷,一次过境兼顾亚米级精细观测与百公里级宽幅普查;电推进系统与高速数传链路,保障轨道维持与数据即时下传,具备“即感即传即用”的快速响应能力;39低倾角轨道把覆盖压缩到中低纬度,换来这一区域约7倍于一般极轨卫星的重访率。
“卫星各项指标处于目前国内商业遥感单星观测综合性能先进水平”中科西光航天表示,“这也给我们带来不小的挑战。
指标之外,是两重实打实的技术考验。
” 第一重来自低倾角轨道本身。
相比太阳同步轨道,39倾角下卫星在轨经受的太阳入射角、地球红外与反照热流随季节和轨道位置变化更为剧烈,平台结构的承载能力和热控系统的调节能力都面临更高要求,力热设计是研制中的一道硬门槛。
第二重考验来自电推进变轨。
该星需要在较短时间内完成约100公里的轨道高度机动,这种大幅度的轨道位置上下变动,对推进系统的推力精度、平台姿态的稳定控制以及在轨能源供给都是严峻考验,任何一环出现偏差都会直接影响成像质量与任务寿命。
“近年来遥感载荷设计的主流方向,是宽幅覆盖找异常、高分详查看细节,一次过境把两件事都做了。
”中科西光航天表示,0.5米高分相机与30米宽幅红外的协同,让卫星在单次过境时可同时完成精细观测和大范围普查两种模式的数据获取,这也是团队在系统设计中优先保障的能力。
赋能“一带一路”空间信息走廊 据了解,作为“一带一路”空间信息走廊的技术验证先锋,西光肆号01星(五羊星座先导A星)组网后将覆盖我国南部15省市,辐射东南亚、非洲、南美等广大低纬度区域,提供高频次遥感数据供给。
对内可支撑城市治理、防灾减灾、生态保育、精细农业、河湖监测等多元场景;对外可依托“海上丝绸之路”输出空间信息服务能力,助力区域灾害预警、资源普查、跨境生态协同治理,为低纬度地区可持续发展注入天基动能。
值得一提的是,该星也是我国探索国际空间合作新范式的重要载体,已纳入亚太空间合作组织(APSCO)星座与亚洲大洋洲地球观测组织(AOGEO)数据资源体系,深度参与“一带一路”空间信息走廊建设,在全球空间治理中贡献中国方案与中国力量。
完成“高光谱+高分”双能力布局 “高光谱”一度是中科西光航天最鲜明的标签。
该公司是一家全自主研发高光谱卫星及遥感数据服务的商业航天公司,先后成功研制并发射多颗高光谱卫星,精准布局卫星研制、星座运营、载荷定制、数据应用全链条业务板块,服务于农业、林业、水体、矿产、双碳等重要领域。
据了解,西光肆号01星(五羊星座先导A星)是中科西光航天研制的首颗高分卫星。
作为该星的承研承制单位,中科西光航天承担了星地一体化顶层设计、卫星系统总体论证与研制,以及整星总装、测试和试验等全流程工作,形成从载荷研制、整星设计到总装集成测试的全链条研制体系。
“西光肆号01星是我们研制的首颗高分辨率光学卫星,与此前多颗高光谱卫星形成互补,标志着公司在光学遥感领域形成‘高光谱+高分’的双能力布局。
”中科西光航天表示,团队把在高光谱领域积累的载荷设计、整星集成和质量控制能力,迁移到高分光学与宽幅红外协同的新任务上,“不仅专注高光谱,更具备了全谱段遥感能力。
” 三地协同铸星 西光肆号01星(五羊星座先导A星)既是跨区域协同创新的生动缩影,也是卫星制造、载荷研制、地面系统、应用服务全产业链贯通的典型范例。
西安坐拥深厚航天工程积淀,中科西光航天扎根于此,主导卫星平台总装与工程实现,筑牢制造端核心能力;长三角集聚前沿科创资源,常州星遥光宇、天汇空间研究院深度参与,攻关核心遥感器、光学系统与地面数据系统;粤港澳依托产业与场景优势,广州大学孵化的天垣科技担纲星座总体运营与应用服务,面向中国南方和全球低纬度地区拓展落地价值。
三地优势互补、资源互通,构建起从制造到应用的完整闭环。
以西光肆号01星(五羊星座先导A星)为起点,中科西光航天将携手广州大学、天垣科技等各方,依托在轨实测数据稳步推进后续业务星组网,持续把科研优势转化为数据产品与行业服务能力,助力我国低纬度遥感事业与商业航天高质量发展。
只不过,会不会提前多久,这个可能会看我国整个月球任务的进度情况,一般来说,从个人的角度来讲,应该就是在2029年左右进行,不太可能直接踩到线上来是吧,那下面我们就先看看着陆器的问题。
揽月着陆器要无人飞行:1次载荷不超50kg 对于揽月着陆器来说,其实这是我国月球计划之下最为核心的部分,因为要上月球,月球着陆器就是核心,它是带航天员,物资等上月球的关键。
按照我国针对揽月着陆器的设计来看,由登月舱和推进舱组成,主要用于环月轨道与月表间的航天员运输,可搭载2名航天员往返,并可携带月球车和科学载荷,是航天员驻月期间的月面生活中心、能源中心及数据中心。
只不过,这里大家看到2人不要误解,我国首次登月任务计划是3人前往月球,到月球表面是2人,这个要分开,这也说明了其中1人是在轨支持任务了。
所以,这一次我国发布的揽月着陆器进行无人飞行任务,那也说明了我国在正式“载人登月”前,要进行测试,确保各个航天器,火箭等系统的稳定性,这都是常态化的事情。
也就是借用这样的机会,我国推动一次无人上月球的测试,按照说明情况来看——这一次征集的载荷,单次任务搭载载荷总质量不超过50kg,总功耗一般不超过100W,这也说明了给出的空间还是较大,具体搭载什么,可能需要在后续公布了才知道。
所以,针对这一次任务来说,也是值得期待的,要进行无人飞行任务了,在无人飞行之后,必然也就会推动载人登月任务的执行,同时,要发射月面着陆器的话,我国登月火箭系统等方面的测试,也会到来,而且本身从方案来讲,我国是要利用2枚火箭来执行任务,那就是先采用两枚运载火箭分别将月面着陆器(“揽月”)和载人飞船(“梦舟”)送至地月转移轨道。
这说明了可以单独发射月面着陆器测试,但要测试整个系统的话,那肯定也是要进行梦舟飞船的发射测试才行,这还是组合体,具体的安排,就看我国后面航天中心公布了再看看。
中国2030年前登月,能更快吗? 的确,针对我国整个月球计划来说,一直都是说在2030年前登月,但是相对来说,快也不是没有可能的,我前面也说了,一般来说,在2029年左右的概率是最大的,因为在此前,我国深空探测实验室就给出了一个时间表,那就是在2029年-2030年前登月,这说明了最快还是有可能在2029年,只不过,这一切都是取决我国的整个月球计划的执行过程,只有执行了,才是确定性的。
而从如今的揽月着陆器的征集载荷问题来讲,其实也说明了我国很可能会加速推进了,可以说针对登月任务来说,提前进行测试,这完全也是可以理解的,毕竟测试就是最为核心的。
如果测试都没有问题,那下一步就可以进行载人登月,要是出现了一部分的问题,那还是可以进行相关性的调整,也是具有充足的时间,所以,其实节点还是足够了。
而且,我国在今年也宣布了要进行长征十号甲,梦舟一号飞船的测试,当下还没有给出明确的调整时间,要是整个都测试完成了,后续只需要进行升级测试就行了,毕竟这都是我国登月之下的先锋版。
同时,载人登月火箭依照初期的节点,也是在2027年进行测试,这些都是相互相的,那么,我们就等待时间的到来吧,我国反正也是多次对外公布了,载人登月稳定推进,那说明了一切都没有问题。
如果真的存在变化,我国肯定早就做好了说明准备,不会类似于要执行人了,临时进行任务的改变,大家完全可以放心,不排除我国更快的登月,至少在任务节点之下,都在加速推动之中,这就是趋势。
载人登月难不难? 对于载人登月来说,肯定是难得。
自从美国阿波罗计划之后,人类再也没有执行过载人登月,就算是美国重启载人登月任务——执行重返月球计划,美国也是面临各种困境,这不仅是烧钱的问题,还是技术上的问题,都是挑战性的。
当然,在载人登月的过程之中,也是推进人类走向深空的关键,所以,都进行。
那到底有多难? 如在执行载人登月任务的过程之中,对飞船要求有极强的变轨能力,因为登月舱要进行近月制动,其变轨速度大约在八九百米每秒,且要留相当的变轨能力从环月轨道返回月地转移轨道。
登月舱着陆月面和返回环月轨道的速度增量都接近两千米每秒,要实现这个速度,飞船一半以上的重量都是推进剂,而且还需要精确的测控能力,对地面具有动态观察能力,自主调整能力等等,这些都是任务之下的难题。
所以,如果很简单的话,世界上早就有很多国家都已经执行了载人登月任务了,也就是难,如今也没有看到多少国家突破,而且在阿波罗计划之后,当下也还没有谁完成过载人登月任务,这就是问题的根本。
那么,时间虽然紧张,但是在执行载人登月任务之下,我们必须确保每一次的任务都可以完美的执行,并且确保火箭,飞船等方面全面的稳定,具有安全性等之后,才会开启登月任务,前夕的无人测试就是确保的关键。
而我国这一次发布揽月着陆器要无人飞行,其实也就是其中测试的一部分,那么,我们期待早点到来,只要无人测试稳定了,那么载人登月的任务也就来了,这就是趋势。