在21世纪的载人登月竞赛中，工程师们必须直面一个关键问题：若主发动机在任务中失效，将会带来怎样的后果？
随着中美两国登月计划持续引发全球关注，中国科研团队近期发表的一篇学术论文，恰好深度揭示了中美载人登月方案在安全设计理念上的显著差异。自阿波罗时代起，美国大型深空探测器长期倾向于采用单主发动机设计。这意味着无论是下降段还是上升段，飞行器都完全依赖唯一的主发动机，一旦出现故障便无备份可用。这种设计“暴露出了一些突出的缺点”。相比之下，中国采用“四台可变推力主发动机＋多重冗余”的系统架构，大幅降低了安全风险。有分析认为，美国传统的单一主发动机布局与中国多发动机冗余设计，从侧面反映出双方在航天安全理念与人类生命价值认知上的不同取向。
美国宇航局载人绕月飞行测试已进入最后阶段 IC Photo 资料图
回顾航天史，从20世纪60年代的阿波罗登月舱，到美国国家航空航天局（NASA）为“阿耳忒弥斯计划”打造的新一代“猎户座”飞船，美国飞行器的总体架构长期依赖单台大推力主发动机来完成关键任务。在下降阶段，一台主发动机全程负责控制从环月轨道降落至月面的复杂过程；在上升阶段，同样是一台主发动机作为返回轨道、踏上归途的唯一动力保障。一旦这台发动机失效，整个任务将陷入无备用方案的困境。
今年3月发表于《中国空间科学技术》期刊的一篇同行评议论文明确指出，纵观国外大型深空探测飞行器，暴露了一些突出缺点，包括结构布局利用率较差、主发动机缺乏冗余备份、系统设计过于复杂。而中国研制的载人探月飞行器则重点实现了以下创新与技术突破：首先，主发动机的冗余备份设计显著提升了飞行器的可靠性与安全性，推进系统在方案设计上保证了各发动机工作状态高度一致；其次，采用共底贮箱结构，大幅提高了结构利用率，并为共底贮箱配套设计了一套确保可靠安全的增压系统。
图表解析：一张图带你快速了解“梦舟”与“揽月” IC Photo 示意图
具体而言，中国将安全希望寄托在四台发动机而非一台之上。这意味着如果其中某一台完全失效，剩余三台仍可提供与“猎户座”飞船整套主发动机相当的推力。而且安全保障远不止一层。即使主推进系统遭遇严重损伤，登月舱仍配备有六台较小的轨道控制发动机，可在月面紧急点火，协助飞行器快速上升。
公开资料显示，中国的揽月着陆器总质量约为26吨，由登月舱和推进舱两大部分组成。其中登月舱的发动机模块包括4台7500N主变推力发动机以及多台姿轨控发动机。推进系统的所有功能模块均采用主备冗余设计，任一分支出现故障均可通过重组确保安全，应急模式下还可使用2台主发动机配合小轨控发动机辅助实现月面起飞。
这里自然引出一个问题：如果四台发动机比一台更安全，为何不普遍采用这种设计？
答案在于重量控制。
更多发动机意味着更大的质量负担。中国团队通过一项结构上的天才设计成功解决了这一难题——共底贮箱。在采用压送推进系统的载人深空飞行器中，中国首次使用了一种让氧化剂与燃料共用隔板（即“共底”）的贮箱方案。相比之下，此前所有设计中，登月器均使用两个独立贮箱，这意味着结构重量翻倍、可利用空间大幅缩减。
中国登月舱推进系统采用甲基肼/四氧化二氮双组元推进剂，配置4副椭球形共底贮箱，容量超过5000L，可加注6吨多推进剂，贮箱压差可靠维持在0.15~0.23MPa。通过让两种推进剂共用隔板，这种设计消除了贮箱本身的结构冗余。研究人员表示，这一创新可节省“百公斤级”的重量。正是这些节省下来的重量，使安装四台发动机而非一台成为可能。采用复合材料后，这种贮箱相比传统金属结构减重超过20%。同时，该结构本身还能承担载荷，成为飞船框架的一部分，从而进一步优化整器质量。
论文展示了完整系统热试车获得的实测数据。结果证明，研究团队能够将四台可变推力发动机同步控制在推力偏差不足100N的水平，从而确保着陆器不会因推力失衡而发生致命翻滚。试验结果还显示，高风险的共底贮箱压力控制问题已得到有效解决。
如果其他国家希望复制这种“四发动机＋共底贮箱”方案，就必须掌握在极窄安全裕度下对共底贮箱进行自主压力控制的核心能力。同时，还需要实现多台可调推力发动机之间的推力同步一致性。而随着发动机数量增加，这一问题的技术复杂度会呈指数级上升。
值得关注的是，目前NASA的载人登月系统（HLS）已选定两家商业公司方案，包括SpaceX“星舰”HLS和蓝色起源的“蓝月”载人版，并已转向多发动机集群布局，与“阿波罗”传统架构有所不同。但上述两型着陆器距离任务就绪仍有差距，前者仍待完成在轨加注与综合验证，后者仍处于研发测试阶段。
由SpaceX研发的“星舰”HLS是一种高达50米的不锈钢巨型飞行器，计划执行月面着陆任务。尽管这一设想雄心勃勃，但许多资深航天专家担忧，如此高度的飞行器在月面着陆涉及极其复杂的物理问题，这意味着乘员将面临巨大风险。
美国“阿耳忒弥斯计划”在此前的人类飞行测试中已遭遇氮气泄漏，以及隔热罩保护层受损等令人担忧的技术问题。这些问题可能是致命的，这也使得美国赶在中国实现登月之前重返月球的压力正在不断增大。
相比之下，中国载人登月计划正有条不紊地稳步推进。截至2026年初，中国长征十号运载火箭、梦舟载人飞船、揽月月面着陆器等主要飞行产品研制进展顺利，已陆续完成梦舟载人飞船零高度逃逸、揽月着陆器着陆起飞、长征十号运载火箭系留点火、长征十号运载火箭系统低空演示验证与梦舟载人飞船系统最大动压逃逸飞行等多项大型试验。揽月着陆器已于2025年10月完成初样阶段主要工作。
我国计划在2030年前实现载人登月目标。后续还计划发展具备大范围移动能力的月面移动实验室，并最终建设具有长期驻留能力的月球科研站。
