中国已官宣载人登月：月球上没有发射台，登月飞船将如何返回？

人民日报官方微博于10月22日发表博文称，中国航天科技集团有限公司党组书记、董事长吴燕生表示：我们将进行载人月球探测、月球科考基地的建设、火星采样返回，实施小行星探测等，中国人探索太空的脚步将迈得更稳、更远！

在这些让人眼花缭乱的计划中，载人登月无疑是大家最关心的，那么中国用来载人登月的火箭准备好了吗？月球上没有发射台，未来的登月飞船又将如何返回？

登月火箭：从长征9号到长征五号登月版

中国载人登月最早可以追溯至1991年，当时中国的航天专家提出了月球探测工程，1998年，国防科工委论证了月球探测工程的大致流程，分为“探”、“登”、“驻”三大步骤，分别指的是无人探月、载人登月、长久驻月等几步。

其中无人探月部分就是后来国务院在2004年1月批准并命名的嫦娥工程，分为绕落回三步曲：

• 一期绕月：嫦娥一号、嫦娥二号分别于2007年和2010年成功实施，进入环月轨道，取得了月球表面的大量数据；
• 二期落月：嫦娥三号、嫦娥四号，分别于2013年和2018年成功实施，其中嫦娥四号登陆的还是月球背面的艾肯特盆地，为此还发射了一枚鹊桥中继通信卫星。
• 三期采样返回：“小飞”测试返回和嫦娥五号正式采样返回，分别于2014年和2020年成功实施，在风暴洋吕姆克山附近采到了1731克月球土壤。

“探月”结束，登月正式实施，用什么火箭？

迄今为止只有两种专门设计用来登月的火箭，一种是前苏联的N1火箭（可惜从来没成功发射过），另一种就是土星五号，两种火箭规格有些不一样，前往月球的方式也有些差别，参数大致如下：

• N1火箭：起飞重量2750吨，地月转移轨道载荷为23.5吨；
• 土星五号：起飞重量为2950吨，地月转移轨道为43.5吨；

N1火箭的设计思路为分两次发射，然后在月球轨道上组装事实登陆，而土星五号的思路则是一次发射，然后前往月球直接登陆后返回。

虽然两种类型的火箭虽然思路与性能参数都不一样，但有一个特征，最终组合的飞船重量都在45吨左右，N1火箭是23.5吨2次，而土星五号火箭则是43.5吨一次。

右1为登月火箭

原因很简单，登月火箭的地月转移轨道需要40~50吨左右的运载量，因为登月飞船是一个组合体，如果按照阿波罗时代来分析结构，一般会有如下几个部分：

1、指令舱：全船指挥中心，需要返回地球；

2、服务舱：包含燃料、电池与氧气以及食物与后勤支持

3、登月飞船：飞船+上升级、下降级，包含燃料与月面行动后勤支持；

其中指令舱的重量为5557千克，服务舱的重量为23344千克，登月舱飞船总质量为14877千克，加起来刚刚在土星五号的地月转移轨道极限之内。

三人制登陆月球的飞船结构差不多就是这个质量，即使现代飞船和火箭等制造技术已经比50多年前先进，但火箭载荷能力基本也要同一个数量级。

为何从CZ-9变成CZ-5DY？

从现阶段看，我国没有任何一种火箭可以满足要求，只有计划中的CZ-9巨型火箭才能符合载人登月的要求。CZ-9火箭预计将于2028年首飞，它的性能参数大致如下：

• 助推器：x 4，每个助推器为2台480吨级高压补燃液氧煤油发动机（YF-130）
• 芯一级火箭：4台480吨级高压补燃液氧煤油发动机（YF-130）；
• 芯二级火箭：2台220吨级高压补燃氢氧发动机（YF-90）
• 三级火箭：4台25吨级膨胀循环氢氧发动机（YF-79）

其尺寸也是前所未有的，助推器直径为5米，一级芯火箭直径为9.5米，总高度为100米的巨型火箭，近地轨道运载能力为150吨，这个运载能力能将两个全装备的天宫空间站送入太空。地月转移轨道则为50吨，地火转移轨道为44吨。

从载荷来看，CZ-9能满足载人登月以及多枚火箭组成载人登陆火星的任务，而在2028年这个时间节点之后这些工作都可以铺开，可以说CZ-9成功后中国的载人航天事业将翻开全新的一页。

CZ-5DY横空出世，为什么会这样？

正当大家持续关注CZ-9巨型火箭发动机的进展时，一个意外的消息让大家有些吃惊：2022年7月份，龙乐豪院士在《科创中国·院士开讲》第十二期节目中公布了中国载人登月计划，时间指向是2030年。

龙乐豪院士介绍了整个登月计划的内容，其中有非常关键的几个内容：

• 1、研制新一代载人火箭；
• 2、载人登月时间为2030年前后，可能提早也可能略微延迟；
• 3、载人登月火箭总共发射两次，在环月轨道对接；
• 4、登月环节包括：登、巡、采、研、回 四个环节；
• 5、登月火箭详细技术参数；

令人意外的是火箭已经从CZ-9巨型火箭改成了新一代研制载人火箭，而这个火箭正是CZ-5DY，也就是CZ-5的登月型：

• 助推器：x 2，每个助推器为7台120吨级的YF-100K发动机；
• 芯一级火箭：7台120吨级的YF-100K发动机；
• 芯二级火箭：2台150吨级的YF-100M发动机；
• 三级火箭：3台9.4吨级YF-75E发动机；

这枚火箭的助推器和一级芯的直径都为5米，总高度88.5—91.6米，起飞重量为2184—2189吨，近地轨道载荷为70吨，地月转移轨道载荷为27吨。

看到这个参数时大家就知道这次登月至少要有两次发射才能完成任务了，而龙乐豪院士的资料中也显示，这次登月任务会在环月轨道对接。

基本上的流程是指令舱和服务舱会在一枚火箭内发射，登月飞船则在另一枚火箭中，两枚火箭可以同时发射，也可以在不同工位先后发射，升空后一般可以直接转入地月转移，应该不需要经过多次轨道加速再进入地月转移轨道，毕竟专门为登月设计的火箭肯定不会如此不济，而且载人登月也要求直接进入地月转移轨道，可不允许慢吞吞的通过霍曼转移轨道慢慢搞。

地月转移轨道

龙乐豪院士并没有确认为什么要从CZ-9换成CZ-5的登月型，不过CZ-5的载人型到登月型也就差了几个助推器以及芯级的部分配置，差别还真不是特别大，因此由此衍生出来的CZ-5DY就成了CZ-9的双保险。我国的CZ-2F载人火箭实在用得太久了，未来还是要有新一代的载人火箭，而从载人火箭上衍生出登月型来则更为稳妥和保险。

这种轨道适合低成本的探测器，不适合载人登月

月球上没有发射台，中国登月飞船如何返回？

登月飞船如何从月面起飞确实是一个非常有趣的问题。火箭从地面上起飞时有一个庞大的发射场，比如卡纳维拉尔角、欧空局的圭亚那发射场、俄罗斯的拜科努尔、中国的文昌航天发射场等这些都是全球知名的航天发射场，但在月球上似乎从来没有建造过这样的发射场，火箭还能回来？

答案是完全可以回来，因为返回时的质量差异，比如上文已经说明了，从地球发射火箭总质量为3000吨左右，但抵达月球轨道时质量只有45吨不到，而抵达月面的质量只有15吨左右，真正从月球轨道返回地球的质量也就只有一个指令舱的重量。

比如阿波罗的登月飞船抵达月面软着陆后，下降级的有四个液压撑脚维持登月飞船的水平状态，而登月飞船设计是分成两部分的，一部分为下降级，包含登月减速火箭以及燃料和液压支撑系统，另一部分为上升级，包括登月飞船和起飞火箭。

起飞时以下降级或支撑平台发射上升级，此时下降级就是一个火箭发射场！其中阿波罗的某次任务就有遗留在月面上的摄像机拍摄了起飞视频，看着还是挺震撼的。

阿波罗登月飞船有缺陷：新一代登月飞船或许不会这样设计

阿波罗的登月飞船设计无疑相当经典，但它也有一个致命缺点，登月的下降级和上升级是两台发动机，原本只需要一台即可，由于准备抛弃下降级，因此在登月飞船上还得另外配置一套火箭燃料储存系统，也要配置两台发动机与控制系统，这无疑增加了复杂度。

在阿尔忒弥斯计划中，登月飞船已经从阿波罗时代的上升和下降段换成了SpaceX的星舰登月版，这是一种可以重复使用的单级火箭，与能返回地球的星舰不一样，登月星舰没有防热瓦，推力也小很多，因为月球的重力加速度比地球小得多。

登月星舰从月球轨道上降落月面，完成任务后再从月面起飞，不抛弃任何质量，只需要不断加注燃料即可多次完成登月任务，这也是阿尔忒弥斯任务的最关键的一步，那么我国的登月飞船会采用这种方式吗？

从龙乐豪院士发布的资料中来看我们的登月飞船结构可能与阿波罗中的登月飞船结构更接近，比如有存在了明显的月面着陆结构与返回飞船，但不能判断是分离的还是不分离的：

当然也不排除这只是一个示意图，因为阿波罗登月的飞船结构确实很经典，但也太落后了，就算不设计成星舰那样重复利用，也应该会设计成上升级和下降共用发动机，不会在月面丢弃掉大量结构，否则登月飞船的复杂度反而会大幅增加。

假如在月面不丢弃任何质量，那么会有一个问题产生，降落时靠近月面时火箭推力是比较小的，相对“吹起”的飞沙走石会相对比较少，而起飞时推力是最大的，那么可能会激起地面砂石破坏飞船尾部，笔者估计登月的宇航员应该会将飞船火箭喷口周围可能会影响起飞的砂石都给清理走（其实下降时应该吹得差不多了）。

延伸阅读：阿尔忒弥斯计划太复杂，或要大幅延迟

中国的登月计划其实早就有眉目了，这也给了重返月球的阿尔忒弥斯计划强大的压力，尽管美国已经在1969年登月过一次，但这次如果被中国领先也是非常没有面子的，因此阿尔忒弥斯计划一定会赶在中国登月计划前实施。

就目前而言，2024~2025年登月也确实是远超中国计划的2030年的，但美国的阿尔忒弥斯计划和火星采样返回计划一样，实在是太庞大了，笔者大概描述下各位就知道了：

1. 在地月系拉格朗日的L1点上建设一个月球空间站；
2. SLS火箭只是一枚将猎户座飞船送往月球空间站的火箭；
3. 星舰月球版是从月球空间站再登陆月球的飞船；

星舰可以往返月面与空间站之间，形成“定期航班”，而且猎户座飞船也可以在地球与月球之间形成“定期航班”，两者的临时落脚点就在月球空间站，这个也被称为“深空门户”，还可以从这里前往火星等。

这个计划相当完美但太过庞大，目前用航天飞机遗产研发的SLS火箭已经发生了N次问题，让阿尔忒弥斯的粉丝们失望了一次又一次，SpaceX的星舰也是流年不利，目前还看不到时间表，因此笔者非常怀疑阿尔忒弥斯会在2025年继续跳票，假如成真的话，这个时间表就会非常接近中国登月计划的时间，也许中美两国会形成一次二十一世纪的登月竞赛。