12月2日凌晨發(fā)射嫦娥三號使用的長征3號乙型(CZ-3B)運載火箭是我國研制的三級捆綁式液體燃料運載火箭,其特點是推力大、運載能力強,通過捆綁液體助推器達到提高同步軌道的發(fā)射載荷,可將5噸以上的有效載荷送入近地點200公里、遠地點3.5萬公里的軌道上,同時也可以用于發(fā)射同步軌道、近地軌道的衛(wèi)星。
橫向上看,CZ-3B運載火箭與美國的宇宙神3A、天頂3SL等在同步軌道的運載能力上相差不大,是一種用于發(fā)射地球、月球探測器的可靠平臺,既然我國具備了發(fā)射月球探測器的能力,并能夠像蘇聯(lián)月球17號那樣把月球車送上月面,那么是否意味著也能將宇航員送上月球表面呢?這就要從最基本的登月方案入手,其直接決定著我們通過何種軌道、使用哪種火箭將宇航員送上月球。美國人是唯一把人類送上月球的國家,而且是上個世紀70年代,阿波羅計劃中土星五號重型運載火箭扮演了重要的角色,其使用了月球軌道對接,完全依賴土星五號近地軌道120噸的強大運載能力一次性將登月飛船送入地月轉移軌道。
客觀上說,阿波羅計劃只能為我們提供一些借鑒參考,因為我們無法照搬月球軌道對接方案,即便是未來數年內出現的CZ-5型運載火箭也無法實現,該方案對火箭的近地軌道運載能力要求很高,至少要達到120噸,一次性可將50噸以上的載荷送入地月轉移軌道,達到這樣的能力就需要發(fā)展百噸推力級的氫氧機,以及更大推力的液氧煤油發(fā)動機。
阿波羅計劃之所以沒有使用基于空間交會對接技術的地球軌道交會方式,是因為那個時候空間對接技術并不成熟,美蘇都傾向于研制大推力運載火箭,一次性將有效載荷送入軌道,然而根據當前的航天技術,我國已經掌握了比較成熟的空間對接技術,在缺乏大推力氫氧機的前提下可以通過多次發(fā)射將登月載荷送入地球軌道并進行組裝,然后再前往月球,這樣可以充分發(fā)揮出CZ-2F在載人發(fā)射上的成熟特點,也可以使用到CZ-5火箭相對較大的推力優(yōu)勢。
裝載著阿波羅11號的土星5號火箭于當地時間1969年7月16日9時32分在肯尼迪航天中心發(fā)射升空,全世界觀看發(fā)射現場直播的觀眾人數達到了創(chuàng)記錄的六億人,這一紀錄直到2008年才被北京奧運會的開幕式所打破(10億人)。
參考阿波羅登月飛船的質量,我國未來發(fā)展出的登月組合體總質量至少在50噸以上,其中大部分質量都分配到推進器上,組合式的飛船模塊可以將各個系統(tǒng)的質量分割,這樣利用CZ-5或者改進型就能完成發(fā)射任務,充分利用到我國已經取得的載人航天技術成果,比如基于聯(lián)盟飛船的神舟系列擁有更高的安全性和成熟度,可以作為登月任務中的載人平臺,空間站建設過程中使用到的空間對接技術,可以用于地球軌道交會方案,嫦娥三號中涉及到的月球軟著陸技術以及后續(xù)的月面起飛技術都可以用于載人登月。
如果僅僅依靠目前CZ-5近地軌道25噸的運載能力依然無法滿足登月需求,即便采用安全較高的人員與貨物分離的方式,近地軌道的運載能力也需要提升至50噸以上,因此在進行登月計劃中需要對CZ-5運載火箭進行改進,利用5米直徑的箭體和YF-100、YF-77等技術再配合推力更大的上面級,甚至可擴大箭體直徑,達到8米以上,才有利于登月任務的順利進行,或勝任未來建造月球基地的任務。
備注:從嫦娥三號發(fā)射現場的視頻可以看出,CZ-3B運載火箭的發(fā)射程序主要有起飛、10秒程序轉彎、助推器關機并分離、第一級關機與第二級分離、第二級關機并分離、第三級多次啟動和關機,通過最后的修正后將有效載荷送入軌道。