10月26日，神舟十七號載人飛船升空,，運送3名航天員進入“天宮”。除在近地軌道活動外,，中國航天員計劃在2030年前登上月球,。之前載人航天工程副總設計師楊利偉透露，載人登月可能作為“中轉站”，將來中國航天員會到更深遠的太空去探索,。航天員為何要飛向深空,？載人登月如何發(fā)揮“中轉站”作用？廣大航天人又需要突破和掌握哪些關鍵技術,，以便幫助航天員克服困難呢,？

　　近地軌道“打前站”

　　自美國阿波羅載人登月系列任務結束以來，各國載人航天任務長期被限制在近地軌道,。即使如此,，近地軌道載人航天任務的重要目標之一仍然是為深空載人飛行“打前站”。換句話說,，在近地軌道上積累了足夠的技術經(jīng)驗后,，人類必然會飛向深空。

　　一方面,，當前載人深空任務的首要目標是科學探索,，盡管無人深空探測任務取得了諸多成就，但更加復雜精細,、難度更大的任務仍希望得到專業(yè)航天員的幫助,。在美國阿波羅登月系列任務中，地質(zhì)學博士哈里森·施密特是不可或缺的科研專家,。

　　在阿波羅17號登月任務中,，他運用專業(yè)知識，收集了大量月球樣品,，其價值超過之前5次載人登月任務中獲取的月球樣品總和,。而在更加遙遠的火星等天體上，地面團隊對任務作業(yè)環(huán)境更加陌生,，高效篩選取樣工作面臨著更大的挑戰(zhàn),，專家型航天員無疑能夠發(fā)揮至關重要的作用。

　　另一方面,，瞄準深空目標的航天器時刻承受著宇宙環(huán)境的嚴峻考驗,，在當前技術條件下，航天員近距離維護工作往往可以發(fā)揮奇效,。

　　哈勃空間望遠鏡在發(fā)射后暴露鏡片曲率偏差等問題,，航天飛機多次運送航天員對其進行維護，解決了“近視眼”故障,，還不斷實施更新升級,。隨著人類的探索目光不斷投向深空，飛出近地軌道的探測器越來越多,。價值上百億美元的韋伯空間望遠鏡等運行在宇宙空間中,，還有多國的著陸器,、月球車、火星車等“腳踏實地”開展工作,。

　　事實上,，深空探測器既要滿足日益復雜的任務要求，又要克服更加嚴酷的環(huán)境條件,，純粹依靠自身維護,，難度很大，幾乎必然遭遇小事故,。如果像航天時代早期那樣輕易拋棄故障探測器，重新制造,、發(fā)射,，恐怕有關方面難以承受上漲的成本。因此,，航天員及時伸出援手,，定期提供航天器檢修升級服務，有望收獲事半功倍的成果,。

　　更進一步,，隨著深空探測和載人航天技術不斷進步，開發(fā),、利用地外資源的航天愿景已被多方提上日程,，一系列官方或商業(yè)力量主導的計劃初露端倪，航天員勢必參與其中,。至于科幻作品暢想的建設持續(xù)性地外人居設施,，培養(yǎng)“太空人”“月球人”等，不僅是近百年來人類念念不忘的宏偉目標,，更有望在本世紀內(nèi)成為現(xiàn)實,。

　　月球“中轉”好處多

　　想要充分開發(fā)、利用太空資源,，航天員乃至太空建設者未必總是從地球出發(fā),，追求看似便捷的“直達”旅程。未來,，月球很有可能成為對他們至關重要的“中轉站”,。

　　根據(jù)各方研究和規(guī)劃，月球的“中轉站”作用主要體現(xiàn)在3個領域,。

　　其一,，開展月球資源原位利用。

　　在大眾心中,，月球是荒涼貧瘠的,。其實,，月球蘊藏的資源相當豐富。根據(jù)遙感探測和采樣檢測,，月壤月巖含有大量氧化硅,、氧化鈣、氧化鋁和氧化鐵,，還有硫,、鎵、銦等元素,。月球極區(qū)潛藏的水冰資源更是引發(fā)了各方高度關注,，未來航天員很可能嘗試在月球表面制取液態(tài)水和液氫液氧推進劑，供應人類生活和航天器補加所需,。

　　當然,，月球極地的永久陰影區(qū)往往處于零下220攝氏度的酷寒中，現(xiàn)有機械設備難以運行,，開采,、利用水冰資源面臨不少困難。有科學家提出了更有可行性的辦法：航天員攜帶少量水登月,，通過電解水,，獲取氫氧原料，氫再與月壤中的氧化鐵等發(fā)生還原反應,，重新生成水,，從而維持氧氣供給。

　　科幻電影中暢想的月球航天發(fā)射場

　　其二,，顯著提升航天發(fā)射效率,。

　　有研究指出，一方面,，相比幾乎完全失重的空間站和“太空港”,，月球表面存在重力，更符合人員的工作生活習慣,；另一方面,，月球引力僅有地球的1/6，引力半徑約為地球的1/10,，又不存在空氣阻力,，因此有望顯著降低航天發(fā)射難度。經(jīng)初步計算,，相比地球,，從月球發(fā)射航天器到地月引力平衡點所需的能量和成本差距達到3個數(shù)量級。采用特殊設計后,，航天器的強度和質(zhì)量也有望顯著降低,?？梢哉f，月球是未來人類理想的航天發(fā)射場,。

　　其三,，助力“太空超級工程”。

　　長期以來,，人類暢想了一系列“太空超級工程”,，比如發(fā)電潛力巨大的空間太陽能電站、容納大量人口定居的太空城市等,。不過,，受限于航天發(fā)射能力、綜合成本,、能源轉化效率等,，這些設想遲遲無法成真。

　　如果把“太空超級工程”的建設和發(fā)射基地放到月球上,，情況很可能大不一樣。月球蘊藏礦產(chǎn)資源豐富,，科研人員已在嘗試利用模擬月壤3D打印制造建筑材料,、太陽能電池板、超導設備等,，加上月球發(fā)射基地的先天性優(yōu)勢,，“太空超級工程”似乎更適合從月球取材。這種美好前景很可能促使各方進一步加大探測,、開發(fā)月球的投入,，形成良性循環(huán)，支持更遙遠的深空探索活動,。

　　“攔路虎”不可小視

　　盡管載人深空探索存在可觀需求和光明前景,，但仍有一系列“攔路虎”等待著航天人去戰(zhàn)勝，從而為大規(guī)?？茖W探索和開發(fā)活動奠定基礎,。

　　首要的“攔路虎”恐怕是速度。根據(jù)齊奧爾科夫斯基公式,，對于同一枚火箭來講,，火箭和航天器所需達到的末速度越高，有效運力越低,。比如,，火箭奔向月球所需速度遠遠高于進入近地軌道，因此地月轉移軌道運力僅有近地軌道運力的一小部分,。在落月任務中,，航天器進入月球軌道后,，近月制動等會消耗大量推進劑，削弱有效運力,。最終,，近地軌道運力118噸的美國土星5號火箭僅向月面投送了不足7噸的登月艙。

　　載人深空任務促進了重型火箭研發(fā),，為此付出了很大的時間和經(jīng)濟成本,，而且應用范圍狹窄，不利于充分吸引社會力量參與,。隨著技術進步,，一度被拋棄的多臺中小推力發(fā)動機并聯(lián)、多枚芯級捆綁的火箭設計方案重新受到青睞,，有望顯著降低綜合成本,，應用于更多類型的發(fā)射任務。至于核熱推進,、核電推進等新概念動力方案,，隨著基礎技術和工程方法獲得突破，在不遠的未來有望實用化,。

　　解決了運力問題后,，載人深空探索還會面臨健康生存方面的“攔路虎”。由于飛行時間長,，航天器需要攜帶更多的空氣,、水和食物等，提供更大的人員活動空間和工作更長時間的生命維持系統(tǒng),。有研究表明,，持續(xù)飛行7天，單人適居性空間只需5.19立方米,，而持續(xù)飛行半年,，單人適居性空間會增加到26.85立方米。深空載人航天器的體積,、質(zhì)量必然大增,，對動力和運力提出了更高的要求。

　　目前航天器的動力和速度意味著,，除了載人登月外,，載人深空探索往往要持續(xù)飛行數(shù)百天，必須增加深空居住艙,，且防護輻射性能更強,，保障航天員健康和電子設備正常運行。航天員的心理情緒隱患,、深空通信等問題也需要進一步研究,。

　　航天員想要登陸外星球,，專門的著陸器必不可少。作為“初級”載人深空探索,，在載人登月任務中,，著陸器主要做好精確反推減速工作。在火星著陸期間,，航天器不僅減速幅度更劇烈,，還要處置大氣層中高速摩擦生熱、減速傘“力不從心”等問題,。至于小行星著陸任務,，更復雜微妙的引力場、地質(zhì)條件等都是影響成敗的關鍵因素,。

　　當航天器從深空返回地球時,，再入大氣層的速度顯著超過近地軌道返回，因此再入控制,、熱防護等必須滿足更苛刻的指標,。

　　總之，載人深空任務全流程普遍存在技術不成熟之處,，有待攻關和驗證,。拿載人登月充分“練手”，以月球為飛向更遙遠深空的“中轉站”,，很可能是航天人最高效的選擇。