神秘会议一锤定音，中国载人登月“路线之争”尘埃落定

原标题：神秘会议一锤定音，中国载人登月“路线之争”尘埃落定 来源：前瞻经济学人

2020年9月18日上午10：00，2020年中国航天大会在福建·福州海峡国际会展中心正式拉开帷幕，这是继2018年和2019年之后召开的第3次大会，主题为“弘扬航天精神，拥抱星辰大海”。

和一些航天工程举国关注不同，从市面上的消息和讨论来看，这次会议作为一次业内活动，外界知道的人不多，关注的人更少。

但是，其重要意义不可小觑。从主办方来看，国家航天局、中国科学技术协会、福建省人民政府是指导单位，中国宇航学会和中国航天基金会是主办方，航天科技和航天科工集团参与，基本上囊括了中国航天业的主要力量。

另外，从时间点上看，2020年也是原先制定的“三步走”计划中，建成大型空间站的最终时间。虽然目前计划有所推迟(传言称2022年建成)，但整体上看，这一时间点依然是中国航天进入下个阶段的关键节点。

所以，尽管吃瓜的普通人什么都不知道，但是航天爱好者圈子还是非常关注的。

而这场会议也没有辜负粉丝们的期待，曝出来了“大料”：作为中国航天工程“皇冠上的明珠”——载人登月工程此前一直存在的“路线之争”终于尘埃落定。

本世纪以来，中国航天工程沿着美苏曾经的脚步稳步推进。载人航天在过去被视为难以超越的障碍，随着2003年秋神舟五号将杨利伟送上太空被打开了口子。

随后的2005年，神舟六号上2名航天员实现多天太空飞行，2008年神舟七号上的翟志刚出舱行走，2013年聂海胜操控神舟十号和天宫一号对接，标志着中国载人航天的技术逐渐趋近成熟。

在这个过程中，很多人开始将目光瞄向下一个目标，也是2个超级大国过去竞赛的最高荣誉——登月。

2007年10月24日，嫦娥一号在西昌卫星发射中心发射升空，并在2009年3月1日成功撞击月球。次年，有记者就载人登月一事采访航天业专家，当时中国绕月工程首席科学家欧阳自远表示，当时还没有时间表，要先完成无人探测，再实施载人登月。

而随着2013年嫦娥三号软着陆月球，放出玉兔号探测器探测月球，嫦娥三号总指挥叶培建透露，中国已开始载人登月工程关键技术的攻关。

于是，长征九号应运而生。

从百度百科上看，长征九号和长征五号系列、长征六号系列、长征七号系列等都被归入第四代长征系列运载火箭当中。

不过翻过往新闻，在2008年左右首先出现我国“无毒、无污染、高性能和低成本”的“新一代运载火箭”的报道时，内容还只有“直径5米的基础模块、3.35米的助推器模块、2.25米的助推器模块，以及直径5米和3.35米的上面级模块”等。

而我们现在知道，长征九号是一款芯级直径达到9.5米、LEO运载能力130吨级的重型火箭(按国际标准是超重型火箭)。也就是说，长征九号并不在一开始的第四代火箭家族里。

事实上，长征九号是和载人登月计划同步进行，从一开始就为登月“量身定做”的火箭。

在2013年我国启动载人登月技术攻关的同时，我国也以载人登月为目标进行了重型火箭的论证，并最早提出了研制600吨级液氧煤油发动机作为主推的设想。

大多数人听到这个消息，第一反应是吃惊。

600吨级液氧煤油发动机!

600吨级发动机是什么水平?美国登月火箭土星5号上的F-1发动机，推力也才150万磅(约680.39吨)，中国如何可以从全球航天第二梯队一下晋升至几乎追上航天霸主冷战巅峰的水平了?而且还有可能和美国SLS争一争现役火箭全球第1?

对于当时还依靠75吨级YF20系列发动机送长征二、三、四家族火箭上天的我国航天业来说，这是一个远到不知道什么地方的目标。

但一众航天迷心里隐隐还是有些期待，一旦做成了，且不说争不争第1，稳稳甩开航天第二梯队的国家一大截，不成问题。

2016年，长征九号运载火箭的先期关键技术攻关、方案深化论证阶段正式批复立项，开展总体方案深化论证和以“重型运载火箭总体技术”“大推力液氧煤油发动机技术”“大推力液氢液氧发动机技术”和“大直径箭体结构设计、制造及试验技术”为代表的12项重大关键技术攻关。

此后长征九号的方案一直处于论证当中，并产生了诸多争论。

最初的争论集中在火箭本身，最开始是“全煤油构型还是固推+液氢构型”。

液氧煤油便宜好用，技术储备也相对足一点;固推+液氢则既可以享受到固推的大推力，又可以拥有液氢的高比冲。权衡利弊，最后航天人员选择了便宜的液氧煤油方案。

之后，推力指标又变了，从原来的600吨变成了500吨或480吨，芯二级也提出了220吨级液氢液氧发动机的设想。最终确定了一级480吨级液氧煤油发动机+二级22吨级液氢液氧发动机的方案。

这个方案确定后，又一轮争论爆发。这次的争论更大，且并不局限于长征九号本身。

争论起源于长征九号深化论证开始2年后的2018年。当时网上流传出的一些“内部信息”里，忽然出现了一款新型火箭的影子。

早期消息称，这款新火箭是中国载人航天工程办公室”(CMSA)负责研制的。这个机构起源于1992年9月21日政府正式批准实施的载人航天“921工程”。因此，这枚火箭也被网友称作“921火箭”。

从这款火箭出现以后，原先还算顺利的长征九号研发忽然陷于停滞，尽管关键技术攻关及方案深化阶段研制工作已圆满结束，但直到今天，火箭本身都没有正式立项。当然，其配套的各种子项目子技术还是在继续发展的。

921火箭的进展倒是非常快。就在当年的珠海航展上，其实体模型已经和长征九号一起公开摆在了展台上，随后在越来越多场合出现，并被官方赋予“新一代载人运载火箭”的正式称号。

于是，要长征九号还是要新火箭，中国载人登月项目出现了短暂的技术路线之争。

先来看看2款火箭的具体情况。

长征九号高93米(相当于28层楼房高度，比长征五号整整高出36米)，芯级最大直径10米，是三级半构型火箭。

科普一个基本概念：所谓“三级半”，指的是火箭的分段。1903年，在人类连飞机都没造出来的时候，人类“火箭之父”、俄国航天天才齐奥尔科夫斯基就推导出了火箭在发动机工作期间获得速度增量的公式，即著名的齐奥尔科夫斯基公式：V=ωLn（Mo/Mk）

公式中，v是速度增量，ω为喷流相对火箭的速度，m0和mk分别为发动机工作开始和结束时的火箭质量。

可以看出，在喷流速度一定的情况下，当m0/mk越大，也就是火箭最终质量越小，其获得的速度增量就越大。因此，现在的火箭都制造成几段，1段就是1“级”，从底部到顶部分别是一级、二级、三级……

“三级半”中的那“半”级则指的是助推器。如果带有助推器，则将火箭主体称为“芯”级。

这样，火箭在飞行过程中就可以不断抛去燃料耗尽的一段，减少自身质量，获得更大的速度增量。当然，火箭级数也不能太多，因为级与级之间的连接结构，以及各级各自配备发动机、贮底箱等本身会导致初始重量增加。

长征九号起飞级由芯一级与4枚助推器组成，共12台480吨级YF-130液氧煤油发动机提供5873吨推力，起飞质量4137吨。

芯二级配置2台220吨级YF-90氢氧发动机。

芯三级配置4台50吨级YF-79膨胀循环氢氧发动机。

在这种配置下，长征九号有着恐怖的运力。其近地轨道(LEO)运力140吨、地球同步转移轨道(GTO)运力66吨、地月转移轨道(LTO)运力50吨、地火转移轨道(MTO)运力67吨，运力指标全面超越土星5号。

通过调整助推器数量，长征九号还衍生出配有2枚助推器的长征九号甲(长征-9A)和没有助推器的长征九号乙(长征-9B)，灵活调整运力和成本，适配更多样的任务。

再看看921火箭。

这款火箭整体上比长征九号小一些，火箭长度85米，芯级和助推器直径均为5米，同样采用三级半构型。

这枚火箭起飞级有2个特点，一是国内首次采用CBC构型，二是发动机多。

CBC构型是指直接采用芯一级火箭作为助推器，比如说921火箭，其起飞级包括芯一级和2枚助推器，但实际上可以说是由3枚芯一级火箭构成。这样，在研发火箭时，就能少研发一款助推器，同时在制造火箭时也能靠规模效应分摊成本。

921火箭的发动机非常多。芯一级和每枚助推器各并联7台130吨级YF-100K液氧煤油发动机，一共有足足21台发动机，使其具备2200吨的起飞质量。

芯二级配备2台YF-100K的高空改进型YF-100M液氧煤油发动机，现已知真空推力为146吨。

芯三级配备3台9吨级YF-75D氢氧发动机。

921火箭LEO运力为70吨，LTO运力为28吨。

从火箭大小和具体运力指标上来看，长征九号和921火箭实际上是2个级别完全不同的火箭，理论上不存在竞争关系，完全可以2条路一起走，这有什么可争论的吗?这里涉及到理念和实际、成本和时间的问题。

首先来说说长征九号的优点。

首先是载重大。按照最新流传的消息，经过进一步改进的长征九号可以达到180吨LEO运力、75吨的LTO运力和50吨的MTO运力，如果真能达到这个水平，那么就是绝对的世界第1。即便是按照现在PPT上的方案，运力水平也足以竞争一下这个位置了。

在航天世界中，载重越大，实用性越强。从一开始，长征九号就瞄准了一个冷战巅峰时期世界两大强国都未实现的目标：除了载人登月以外，还要建立月球基地，并建设“地月空间经济带”。

目前，921火箭28吨的LTO运力，确实可以通过分次发射环月轨道站、载人飞船、登月舱，并在近地轨道组装完成，实现登月。上世纪60年代美国“阿波罗计划”就曾论证过这个方案，但是NASA以环节过多导致风险和成本增加将其否决。

如果使用运力和土星五号相当的长征九号，就可以1次将载人飞船和登月舱发射上去，减少发射次数和争抢发射窗口的压力。

而要发射构建月球基地所需的大型设备，那就非至少50吨LTO运力的长征九号不能行了。

但是，载人登月还不是长征九号这把好刀的“刀刃”，其最大的作用，可能在于未来的火星探索上。要实现载人登陆火星，921火箭是无能为力的，至少要37吨MTO运力的长征九号来做。

而如果长征九号的MTO运力真能达到传说中的50吨运力，那么就可以将登火舱和载人飞船送到MTO轨道上。考虑到火星发射任务每隔26个月才有1个窗口，其节省发射次数的意义巨大。

其次，这次长征九号设计采用的发动机，无论是480吨级液氧煤油机，还是220吨级氢氧发动机，还是25吨级膨胀循环氢氧发动机，放眼全世界都是顶尖水平。

如果480吨级分级燃烧液氧煤油机研制成功，其性能将仅次于前苏联传奇的RD-170发动机，中国在这个领域一下子就跨步到了世界第2;而220吨级氢氧发动机如果研制成功，那也同样成为世界第2，仅次于美国的RS68，比欧洲、日本100多吨的设备高一大截。

如此大的进步，无怪乎消息刚刚传出时，大多数人都持不相信的态度。但是只要实现了，就足以奠定中国航天强国的地位。

此外，在480吨级分级燃烧液氧煤油机研制成功后，将双燃烧室拆开，可以简单改造成240吨级发动机，替代现在使用的YF-100发动机。这款发动机使用场景很多，包括长征五号的助推器。经过改进，长征五号的运力也能赶上921火箭，后者就失去了研制的必要。

与此同时，作为“工业皇冠上的一颗明珠”，如此高目标项目的制定和进行，必然给配套产业带来巨大的动力(或者说压力)，推动高、中、低端产业加快升级。

第三，除开技术和实用性原因，航天作为制造业的尖端，体现的是一个国家的综合国力，大型航天工程有着非同一般的宣传效应，给人带来巨大的心理冲击。

比如说，1958年苏联发射了世界上第1颗人造卫星“斯普特尼克”，给以全球霸主自居的美国上下造成了极大震动，美国人还专门造了一个词“斯普特尼克时刻”，形容感觉受到威胁和挑战的时刻。

美国在1969年率先登上月球，牢固了自己全球科技霸主的地位。而其中土星五号这个巨大的圆柱体在漫天火光和烟尘缓缓升起的场景，以及总设计师冯布劳恩站在F1发动机巨型喷口前的照片已经成了传世经典，至今让人惊叹。

无疑，如果中国也来这么一套超级工程，既能对外秀一秀肌肉，也能对内提振国民信心。此外，除了国与国之间的竞争，冲出地球、探索宇宙本质上还是一项属于全人类的事业，如果成功，相当于为全人类的未来做了贡献，对于国家地位的提升极为有利。

然而，研究这么一款火箭也有缺点。

最大的问题在于，长征九号配套的3款世界顶级发动机，虽然技术水平极高，但这也意味着难度、风险极大，项目延迟的可能性很高。

尤其是氢氧发动机的研制，此前长征五号就是因为YF-77氢氧发动机的研发问题，另长征五号遥二火箭失败后，整体研发冻结了2年，拖累了整个航天计划。

除发动机以外，新火箭还有诸多技术难关。当年官方宣称长征五号使用了90%的新技术，长征九号预计也不会差太多。

其次，新技术多意味着研制时间长。中国载人登月计划已经一拖再拖，从早前的2025年前后已经推迟到了2030年前后。而在当前国际社会形势诡谲、暗流涌动的情况下，登月的时间已经不容再拖。如果落后太多，对国际形象和国民信心都有影响。

另外还有很重要的一点是，虽然长征九号在技术上先进，但是在理念上显得有些落后。从当前的设计方案看，设计师并没有考虑到回收复用的情况，也几乎没有改进的可能。

而在当前，马斯克的SpaceX已经在航天领域掀起了低成本、可回收复用火箭的风潮，如果不考虑这一点，研发出来的火箭常常被视作“落后”的，这也是很多人不看好长征九号的原因。

在这种情况下，921火箭就是长征九号的最好替代品。

首先，它的技术风险很低。上面说到，以中国航天的技术水平，要研发480吨级液氧煤油发动机、220吨级液氢液氧发动机这样级别的性能怪兽，还是挺让人不放心的。

而新火箭基本上都采用成熟技术，比如YF-100K就是已经非常成熟的120吨级液氧煤油发动机YF-100的泵后摆改进版本。后者目前已经服役50多台，没有1台出错。

在利用成熟技术的情况下，921火箭的研制可以非常快。NASA已经宣布要在2024年将一男一女送上月球，采用921火箭的话，中国在时间上不会落后太多。当然，考虑到波音这十几年在航天领域的“拉胯”表现，中国反超也不是不可能的。

另外，从设计上看，921火箭从一开始就考虑到了未来回收复用的事。多发并联设计是火箭回收的前提。引擎数量越多，推力控制就越灵活，在复杂的回收下落阶段就控制得越好。以目前引擎的节流能力，3台以下数量的引擎并联几乎不可能做到一级回收，最多只能回收引擎。

921火箭通过加装着陆腿和格栅舵，调整分离时间，就能实现一级助推整体回收，降低发射成本。

当然，这款火箭也不是没有缺点。其最大的缺点就是前面说到的，有很多长征九号能做的事它做不了，还有很多事，比它更小的长征五号也能做，而且上文也说了，经过改进后的长征五号也有全面替代它的能力。总体上看，921火箭有点“高不成低不就”的意思，只能作为“登月专用舰”使用。

而为了载人登月这1项任务专门研制火箭，有没有这个必要呢?

另外一个对921火箭的质疑，出自其“多发并联”的设计。原因无他，上世纪前苏联用来对标土星五号的N-1火箭连续4次在空中爆炸，使其登月美梦粉碎的经历，在人们心中留下了巨大的阴影。

N-1火箭发射机配备了30台Nk-15液氧煤油发动机，其比冲值领先于当时绝大多数煤油液氧发动机，甚至碾压了土星5号第一级的F-1引擎，在当时是“神器”一般的存在，按理说登月绰绰有余，然而最终却失败了。

作为那个年代2项声势最浩大的“形象工程”，用5台发动机的土星五号成功，用30台发动机的N-1失败，这使得“多发并联不靠谱”成为很多的刻板印象。

多发并联方案虽然带来了推力控制上的灵活性，但首先你得有控制能力。毫无疑问，发动机越多，控制起来就越复杂，飞行控制系统研发就越困难，苏联在电子工业上的羸弱在这个问题上一览无遗。N-1火箭发射4次失败，有3次和飞控电脑KORD错误控制有关。

此外，多发并联还涉及到振动问题。液体火箭存在一个叫做“纵向耦合振动”的问题，也就是其结构与推进系统相互作用而产生的不稳定振动。简单说就是火箭本身的振动和里面液体燃料振动频率接近或一致引发振动幅度不断的问题。

通常，这个问题要通过调整燃料输送来解决，当发动机越多时，这种调整就越复杂。

此外，纵向耦合振动会使整个火箭出现不稳定状态，振动量级超过设计允许值时会影响火箭上仪器、设备的工作可靠性。火箭发动机越多，配套的管线之类也越多，为了控制重量，其结构强度也会受限，应对振动的能力也有限。

N-1火箭最后一次发射，就是在遭遇纵向耦合振动后，发动机供给管道爆裂，使已经飞到40公里高空的火箭爆炸。

不过，这些质疑随着SpaceX猎鹰九号以及重型猎鹰火箭的出现，逐渐被打消。猎鹰九号采用9台梅林发动机并联的方式，取得了良好效果。重型猎鹰火箭更是使用3*9台梅林发动机的方式，也成功试射。

从技术上说，以我国目前的电子工业水平，相信是不存在研发控制系统方面的瓶颈的。至于说共振问题，这里不得不提出现在之前引发热议的《限制出口技术目录》上的大型振动平台。

中国目前已经造出50吨级振动平台，70吨级也早在2013年就研制成功，而国外由于需求停滞，在这方面一直止步不前，目前振动台最大推力停留35吨。这为中国解决超大型火箭的振动问题打下了良好的基础

对于长征九号和921火箭的争论，就集中在以上内容中。

不过，这个争论只是民间争论，在官方层面上，这个选择似乎已经做出了。

在今年的航天大会展出的PPT上，登月方案中已经没有了长征九号的身影，只剩下新一代载人运载火箭。

同时，中国载人航天工程副总设计师周雁飞也在会上提到，正在深化论证的方案中，负责将载人飞船、月面着陆器送入地月转移轨道的是新一代载人运载火箭。根据周雁飞的描述，火箭“继承了现有发动机及箭体结构成果和研制条件”无疑也排除了长征九号的可能。

显然，中国载人登月火箭的“路线之争”，已经尘埃落定。

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