安全登陆月球和返回地球的三个关键科技问题有待解决

岳中琦

月球是地球唯一的天然卫星，它与地球的平均距离约为384401公里，是地球半径的60倍。月球的质量约7350亿亿吨，相当于地球质量的1/81。它的平均半径约为1738公里，是地球半径的1/3.67。月球表面重力则差不多相当于地球表面重力的1/6。月球和地球之間的万有吸引力造成了地球表面海洋潮汐和地壳固体潮变化現象。

如果我们未来能够安全登上月球表面，那么，我们在月球表面的工作和生活过程就类似我们生活在地球表面的情况，受到月球向月心引力的重力作用。类似地，如果我们将来要安全地登陆月球和返回，也恰好如同我们现在用火箭增速，将我们送出地球，再用降落伞在大气层中降速返回的过程。

因此，我们将来要安全地登陆月球，再安全地返回地球，我们至少要解决以下三个关键科技问题。

第一个关键科技问题：如何在真空和月球引力场中安全降落？

我们在地球上用火箭将飞船和登月机增加速度，送到万里外空。飞船和登月机联合体在以每秒钟数千米的速度飞到月球环绕轨道后，登月机将和飞船脱离。它将以每秒千米以上的速度在数百千米高空下降，安全地落到月球表面。到达月球表面时，它的速度将要降低为零。据说，月球无大气层，四周外空是真空。我们飞船在返回到地球表面时，在大气层中利用空气阻力（如降落伞和机翼）降速方法是无法再在月球表面利用。因此，如何降低其原来高速度（约1到2 km/s）到几乎为零呢？同时，登月机在月球外空具有极大的月球势能。受月球吸引力的作用，登月机的月球势能在下降过程中又要被转化成它的动能，增加它的速度。这个增加的速度也可达到每秒1到2千米。因此，在月球引力场作用下，在真空中，高速登月机如何快速降低它的这两种速度是第一个关键科技问题。否则，登月机就要与月球表面固体物质高速碰撞。我们又需要解决在高速碰撞条件下，登月机而能安全地降落到月球表面问题。

第二个关键科技问题：如何在真空和月球引力场中高速升空？

任何一种登月机在登上月球后，它相对于月球的速度也就等于零。因此，它从月球表面回升到高空时，首先是要克服月球向月心的吸引力，又要极快速地、不断增加其本身速度到每秒数千米。这样，它才可以有每秒数千米的速度再飞回到地球。因此，登月机要从它在月球表面的静止状态，在飞离月球表面到外部高空过程中不断地加速，以不断拥有和增大高速度。从而，它才不会被月球重力改变为抛物运动，再次返回月球表面。因此，登月机将要使用什么的能量和加速器来增速它的速度，脱离月球是第二个关键科学问题。显然，在月球表面，我们是不能像在地球表面一样，建设任何火箭和发射装置来完成这个任务。

第三个关键科技问题：如何在月球外高空进行飞船和登月机重新联接？

飞船在登月机离开后，就会按照某种轨道在月球外高空环绕月球飞行。登月机在离开月球后，它也在月球外高空飞行。在浩瀚的月球外高空，飞船和登月机是如何联系、如何快速地连接将是第三个关键科技问题。飞船和登月机要有某种自动增加和减少速度和改变速度运行方向的功能。在对接时，飞船和登月机的速度一定要相等、同向和同位置。

因此，将来要想安全登上月球和安全返回，我们至少要再解决以上三个科技问题。否则，我们仅能环绕月球，再砸落、碰撞到月球，而永远留在月球表面。这如同天外陨石降落到地球表面，而永远残停留在地球。

2012年12月30日写成于港大办公室