嫦娥探月工程四期已于去年年底正式通过立项审批,任务包括嫦娥四号、嫦娥六号、嫦娥七号、嫦娥八号。

嫦娥四号着陆器与玉兔二号月球车正在月球背面“南极-艾特肯盆地”的冯卡门撞击坑内进行原位与巡视探测,月面工作时间已突破三年半,玉兔二号是人类部署月球正常行驶探测作业时间最长的月球车。

航天专家讲解嫦娥四号(嫦娥八号宣示载人登月雄心)(1)

玉兔二号月球车拍摄的嫦娥四号着陆器

嫦娥六号将赴月球背面“南极-艾特肯盆地”,这是我国继嫦娥五号之后的第二次无人月球采样任务,可获取不同区域的月壤样本。

嫦娥七号是针对月球南极进行包括遥感探测、原位探测、巡视探测、极地永久阴影区探测等探测手段在内的大规模综合立体探测任务。

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嫦娥七号效果图

目前,探月四期绝大部分任务已经明晰,唯有嫦娥八号公开信息较少,不过随着时间的推移,相关信息的披露也日渐增多。

先从发射时间来看,嫦娥六号计划2024年前后发射,嫦娥七号也将在2025年前后发射,嫦娥八号则将在2030年前实施发射,这意味着嫦娥八号目前正处于关键技术攻关阶段。

那么,嫦娥八号究竟是做什么的?

还得从探月四期任务的使命谈起,该任务旨在建成国际月面科研站基本型,并突破掌握一系列用于月面科研站建设的关键技术与能力,简而言之就是为国际月球科研站打基础。

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国际月球科研站

国际月球科研站由我国主导发起,基于月球南极预选着陆区密集部署一系列无人探测器,后期可拓展有人与无人协同探测能力。中国人办事向来是谋划长远,嫦娥六号、嫦娥七号都是立足于无人月球探测,而嫦娥八号将前置布局探索有人长期驻留探测技术

然而嫦娥八号也是无人探测器,它又是如何为有人探测积累技术呢?这就涉及到嫦娥八号的一项重要使命,验证利用月壤原位3D打印,这项技术能力将用于后续有人驻留月球科研站的建设。

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嫦娥五号带回地球的月壤样本之一

随着月球资源勘探工作的深入进行,大规模月球探测的前景已经越来越明晰,而要想支撑大规模月球探测,乃至月球资源开发,单纯依靠地球资源进行月球开发,首先在资源投入上会非常巨大,比如一个20吨级的月面舱段,就需要消耗一枚重型运载火箭。

未来月球资源的大规模开发,几个20吨级舱段是无法满足需求的,那就意味着消耗更多的重型火箭,投入产出比会很低,在工程逻辑上也是“本末倒置”,因此就需要千方百计探索用月球资源进行后续工程发展。

近日,华中科技大学成功制备出国内首个模拟月壤真空烧结打印样品的重大进展吸引了各方关注,他们利用此项技术进一步发展出了定名为“月壶尊”的月面基地设计。

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月壶尊

月壶尊月面基地设施形似鸡蛋蛋壳,直径约4米,内部中空,没有横梁等支撑结构,蛋体有3层结构,分别是外层、夹层、内层,夹层形似肋骨,起到结构加强作用,内部空间分为上下两层,分别设立生活区与工作区,此种结构的月球房屋有着很好的结构强度,也能兼顾隔热、防护等性能。

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月壶尊内部功能分区

施工方法糅合了“3D打印”与“烧结”两大技术,用太阳能或激光烧结月壤制备出带有榫卯结构的月壤砖进行砌筑,然后用3D打印月壤加强连接。

3D打印月壤是连续成型工艺,存在结构开裂破损风险,烧结技术则存在月表大数值温差导致结构变形风险,二者结合,用烧结技术可以化解3D打印连续成型难题,而3D打印又可以化解烧结制备技术的结构变形问题,实现了两大制备技术的扬长避短。

月壶尊基地实现了我国在利用月球原位资源进行施工建造从0到1的重大突破,但归根结底这仍然是实验室产品,还没有经历实际任务考验,嫦娥八号将在真实的月球环境中验证利用月壤进行3D打印的技术

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多足机器人

“3D打印”与“烧结”两大技术装备均可融入一款形似蜘蛛的机器人身上,该机器人重约700公斤,分为机械臂与多足移动平台两部分,巧合的是此款多足机器人与嫦娥七号的飞跃探测器十分相似,后者可以基于多足差动实现月表自主移动,同时还具备反复起飞与着陆能力,不仅能自主爬行转移,还能飞。

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用于月球任务的多足机器人

多足机器人将是未来月球科研站的主要移动平台,因为它有着相较于轮式移动平台更为强大的越障能力,可用于巡视探测、货物转移、矿产开采等多用途任务。

月球极区大规模立体探测的嫦娥七号表明了我们建造国际月球科研站的能力,而嫦娥八号将宣示我国载人月球探测的决心与能力,因为只有“有人探测”才需要用到月壤3D打印技术,而这项技术的验证是嫦娥八号的核心任务。

除此之外,嫦娥八号还将验证一项关键技术,那就是大载重月面着陆能力。

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嫦娥八号效果图

嫦娥五号、嫦娥六号、嫦娥七号皆为8吨级月球探测器,在无人探月领域它们都是规模最大的探测器,但是探测器着陆月球的重量则都在1至2吨之间,着陆器皆基于嫦娥三号着陆器研制。

嫦娥八号就不同了,其总体规模也将是8吨左右,但着陆月球表面的装备规模将远超上述任务,首先月面移动平台规模将远超玉兔二号月球车,这是肯定的。再就是着陆器也将远大于嫦娥四号,二者相加的规模预计将达到3至4吨,这意味着我们需要研制全新的着陆器平台。

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嫦娥八号仍将使用长征五号火箭发射

唯有月面到达能力逐步增强,才能满足日后的各项探测任务需求。

嫦娥八号虽为无人探测器,但却在为航天员长期驻留月球探路,这是我国载人月球探测与阿波罗载人登月相比的本质不同。

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目前已经确定的载人环月登月方案

就在探月四期任务进行之际,载人登月相关任务的推进也在持续加速,新一代载人运载火箭要不了多久时间就将迎来关键的分级试飞验证,服务载人登月任务的新一代载人飞船将于2026年前后具备载人飞行能力,按照计划我们将于2030年前后进行基于环月轨道对接的载人登月飞行验证任务,实现载人登月从零到一的历史性突破。

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