2018年12月8日凌晨，西昌卫星发射中心。长征三号乙火箭点火升空，尾焰把山脊照得发白。它护送的是嫦娥四号——人类第一个在月球背面软着陆的探测器。月球背面永远不朝地球，无线电信号被月球本体挡住，地面没法直接“喊话”。火箭必须先把探测器送上地月转移轨道（从地球飞向月球的过渡轨道），后续再由“鹊桥”中继星（在月球背后转发信号的通信卫星）传话。问题来了：这条“天梯”怎么搭？
火箭不是一根“大炮仗”，而是多级接力
一句话说，运载火箭（把航天器从地面加速到预定轨道速度的交通工具）干的是“送货”的活：把载荷送到足够高、足够快的位置。你可以把它想成搬家：大柜子要抬上六楼，几个人分段接力，每上一层就换人，抬完一层就把空纸箱扔掉减重。火箭的“级”就是接力班组，燃料烧完的贮箱和发动机被抛掉，剩下的部分继续加速。
长征系列并不是某一个型号，而是一个运载火箭家族。1970年，长征一号把东方红一号卫星送入轨道；此后长征二号、三号、四号、五号、六号、七号、八号、十一号等陆续承担不同任务。它们像不同吨位的货车：送近地轨道卫星、送地球同步轨道通信卫星、送载人飞船，也送月球和火星探测器。
把8吨“快递”送到月球，难在哪
难在速度。环绕地球的第一宇宙速度（贴近地球表面绕圈所需的最小速度）约7.9公里/秒，脱离地球引力飞向月球，大约要接近第二宇宙速度（脱离地球引力所需的最小速度）11.2公里/秒。长征五号在地月转移轨道的运力约8.2吨，近地轨道运力约25吨——25吨大约相当于5头成年大象。换句话说，它能把“5头大象”送到200至400公里高的近地轨道，或把一辆小货车大小的探测器送往月球。
速度有多快？探测器进入地月转移轨道时约10.9公里/秒，约每小时3.9万公里。北京到上海直线距离约1200公里，按这个速度大约2分钟。但快不是全部，精度同样要命：速度偏差一点，探测器就可能错过月球，飞向更远的深空。
火箭的“力气”来自推进剂和发动机。以长征五号为例，起飞质量约869吨，起飞推力约1078吨，其中大部分是液氢液氧和液氧煤油推进剂。液氢液氧燃烧后主要产生水蒸气，比冲（单位推进剂产生的推力效率）高，适合末级长时间工作；液氧煤油密度大、推力大，适合助推器。你可以把它理解成厨房里的“大火爆炒”和“小火慢炖”分工：起飞阶段要猛火，末级要精细调火。
从东方红一号到空间站，火箭改变了什么
火箭把“天文”从地面搬到了太空。地面望远镜要穿过大气层，大气抖动会让星光“眨眼”，还会挡住紫外线和部分红外线。把望远镜送上轨道，就能避开这层“毛玻璃”。哈勃空间望远镜、詹姆斯·韦布空间望远镜都是这么工作的。中国的空间站同样依赖长征系列运载火箭：长征二号F发射载人飞船，长征五号B发射空间站舱段，长征七号发射货运飞船。
但火箭不是万能钥匙。可重复使用能不能把发射成本降一个数量级，目前尚无定论；重型运载火箭的研制进度，也要以官方发布为准。火箭点火、入轨、着陆是已经发生的工程事实，而“未来票价会降到多少”仍属于预测，不能把计划写成结论。
回到月球背面
嫦娥四号最终在月球背面着陆，靠的是火箭、中继星和地面测控的接力。火箭只负责“扶上马、送一程”，后面的路要探测器自己走。下次你看到夜空里的月亮，可以想一想：如果把月球背面比作一个永远背对着你的房间，长征系列就是那把把钥匙送进锁孔的梯子。
当火箭的运力继续上升，我们最先该把什么送往月球？是更大的望远镜，还是更重的采样返回器？这个问题，可能比火箭本身更难回答。
延伸阅读
- 中国国家航天局官网：www.cnsa.gov.cn
- 纪录片《飞向月球》（中央广播电视总台，2019）
- 《望向星空深处》，蒂莫西·费里斯著，天文科普读物