(原标题:今天才是真正登月50周年:一文俯瞰从阿波罗1号到17号全舰队)
视频:“登月的一小步,人类进步的一大步” 百秒回顾人类6次登月壮举,时长约1分49秒划重点:腾讯科技 文/乔辉
大多数人都只记住了阿波罗11号和阿姆斯特朗的名字。其实,从1969年到1972年,NASA总共执行了从阿波罗11号到阿波罗17号七次载人登月发射任务,其中阿波罗13号由于在飞行途中氧气罐发生爆炸而被迫终止登月行动,提前返回地球。
阿波罗登月飞船上的宇航员都是三人一组,抵达月球轨道后,两位宇航员进入登月舱,降落到月面,另一位宇航员待在月球轨道中指令舱里继续绕月飞行,等待他们归来后再一起返回地球。
以阿波罗11号为例,三位宇航员分别是阿姆斯特朗(Neil Armstrong)、奥尔德林(Buzz Aldrin)和科林斯(Michael Collins)。其中,阿姆斯特朗是指令长,奥尔德林是登月舱驾驶员,科林斯是指令舱驾驶员。阿姆斯特朗和奥尔德林先后踏上月面,科林斯则作为接应留在月球轨道上。
既然有阿波罗11号,也就有前序的从阿波罗1号到阿波罗10号飞船,他们的故事更是很少人知道。下面我们从阿波罗1号讲到阿波罗17号,来一次整个阿波罗工程的大盘点,请系好安全带。
阿波罗1号
阿波罗1号是阿波罗工程首次计划载人飞行试验,本打算在地球近地轨道对指令舱和服务舱进行测试,但遗憾的是,1967年1月27日,在飞行前的一次演练中,指令舱内发生火灾,三位宇航员Gus Grissom、Ed White和Roger Chaffee困在舱内牺牲。
从此之后,阿波罗指令舱改为了60%的氧气和40%的氮气混合气体,且舱门是向外打开的。
三位宇航员牺牲后,应家属的要求,也为了纪念逝去的生命,AS-204被命名为阿波罗1号,一艘从未离开地球的宇宙飞船。
阿波罗2号
宇航员:无
阿波罗2号并非官方称呼,官方称其为AS-201。这是首次对阿波罗飞船进行测试,从代号上看得出来,比上面的阿波罗1号(AS-204)要早。
阿波罗2号进行的是弹道飞行,目的是对飞船服务舱的推进系统进行验证,对服务舱和指令舱的控制系统进行检验,以及对指令舱从太空返回的防热系统进行测试。
阿波罗3号
宇航员:无
同样,阿波罗3号也并非官方称呼,其代号为AS-202。这是第二次对阿波罗飞船进行测试,也是首次搭载飞行导航系统和燃料电池装置。
飞行方式也是弹道飞行,返回时采用了借助地球大气的弹跳方式进行减速,最后拖着降落伞在海上成功降落。
阿波罗4号
宇航员:无
阿波罗4号是首次采用著名“土星5号”火箭发射的飞船。此前的发射采用的是土星1号和土星IB号火箭。本次发射的是完全成熟的火箭和飞船,各项指标满足登月的要求,并真实演练了飞船从月球高速返回地球的过程。
发射后,第三级火箭和飞船进入距离地面190公里的正圆轨道。在围绕地球转了两圈后,第三级火箭点火,进入远地点17000公里,近地点85公里的长椭圆形轨道上,在这次点火完毕后,飞船与第三级分离并接力点火,把轨道调整为远地点18000公里,近地点74公里的更加狭长的椭圆轨道。在经过远地点的时候,飞船又进行了一次281秒的点火,把轨道从椭圆拉成双曲线。这是为什么呢?这是为了把速度提升到第二宇宙速度,模拟未来飞船从月球返回地球的真实情形。
据悉,阿波罗4号在飞船和火箭上共搭载了4098件测量仪器,用于收集各种数据。
阿波罗5号
宇航员:无
阿波罗5号是NASA首次对登月舱在太空进行测试,由土星IB火箭发射进入地球近地轨道。
值得一提的是,发射阿波罗5号的火箭就是此前准备用来发射阿波罗1号的火箭。因为此前的阿波罗1号事故并没有影响到火箭系统。
登月舱由两部分组成:下降级和上升级,英文名分别为descent stages和ascent stage。
下降级的主要作用是支持登月舱的动力下降,以及在月面上着陆。当宇航员完成月面活动,进入登月舱准备返回月球轨道时,下降级可以作为上升级的发射台,永久留在月面上。
上升级包含乘员舱和生命支持系统,底部有火箭。返回时负责把宇航员送入月球轨道,并与轨道上的指令舱进行交会对接,两位登月宇航员与指令舱内的一位宇航员回合,然后一起返回地球。
上升级也丢弃不要,最终会坠落到月球上,借此机会还能制造人工地震,放置在月面上的月震仪可以对震动进行记录。
当然,阿波罗5号的登月舱没有离开地球,只是在地球轨道上进行了演练。
阿波罗6号
宇航员:无
阿波罗6号飞船由土星五号火箭发射,也是最后一次非载人阿波罗飞船测试。
本次发射的目标是:验证火箭把飞船射入地月转移轨道的能力;再次验证飞船返回地球时的热防护性能。
但遗憾的是,土星五号的二级火箭有部分发动机出现故障。燃料管路的破裂,导致二级火箭的两个发动机提前关机,好在通过其他二级火箭发动机和三级火箭发动机的延长工作,弥补了推力的不足。祸不单行,三级火箭发动机关机后无法重启,飞船没能进入地月转移轨道,被搁浅在近地点173公里,远地点360公里的停泊轨道上。
这里插一句说明一下:土星五号的二级火箭有5个氢氧发动机,三级火箭只有一个氢氧发动机。
NASA决定采用飞船本身的发动机进行轨道高度提升,最终把飞船推到远地点22000公里的高度,然后俯冲下来验证飞船再入大气层的过程,就像之前阿波罗4号做的那样。
阿波罗6号发射时,并没有上当天媒体头条,因为那天马丁·路德·金被枪杀于田纳西州孟菲斯城。发射前5天,美国约翰逊总统宣布不再寻求连任等等。这些重大社会事件转移了媒体和公众的注意力。
阿波罗7号
返回日期:1968年10月22日
宇航员:Wally Schirra、Donn F. Eisele和Walter Cunningham
这样,阿波罗7号就接替了阿波罗1号的飞行任务,在近地轨道测试指令舱和服务舱。
阿波罗7号并非使用土星五号火箭发射,而是采用推力小一些的土星IB。阿波罗7号不搭载登月舱,载荷要小很多,也不向月球飞行,土星IB足够用。这也是土星IB火箭首次发射载人飞船。
阿波罗8号
返回日期:1968年12月27日
宇航员:Frank Borman;Jim Lovell;William Anders
阿波罗8号的成功,坚定了美国能够在60年代末登陆月球的决心。
阿波罗9号
返回日期:1969年3月13日
宇航员:James McDivitt;David Scott;Rusty Schweickart
宇航员首次进入登月舱,还进行了舱外太空行走。本次任务验证了登月舱载人的可靠性,为后续阿波罗10号的登月演练铺平了道路。
阿波罗10号
返回日期:1969年5月26日
宇航员:Thomas P. Stafford;John Young;Gene Cernan
阿波罗10号完全是对后续阿波罗11号载人登月的全面演习,就差真正登月了。登月舱轨道高度最低至月面14.4公里。围绕月球转31圈后离开,并最终成功返回地球。
2016年,探索频道播出了一个电视节目,节目中说,宇航员飞行至月球背面的时候听到了奇怪的声音,有人认为是外星人存在的证据。但后来分析表明,这很可能是指令舱和登月舱发生信号干扰所致。
阿波罗11号
返回日期:1969年7月24日
宇航员:阿姆斯特朗、奥尔德林和科林斯
2013年,在北京召开“国际宇航大会”期间,本文作者非常有幸采访到了奥尔德林,他是登月舱的驾驶员。
在问及是否相信存在地外智慧生命时,他说:“我不知道,要说相信或不相信,必须要有证据支持,目前还没有证据。但是,宇宙中存在数以亿计的行星,在其他地方应该存在智慧生命。但到目前为止,我们还不知道如何和他们通讯或到达他们那里。因此,我们只能耐心等待”。
阿波罗12号
返回日期:1969年11月24日
宇航员:Pete Conrad;Richard F. Gordon Jr;Alan Bean
我们知道,阿波罗11号登月的时候,由于原定着陆区域不平整,飞船进行了重新调整,冒了极大风险。阿波罗12号飞船非常顺利,按照既定着陆地点着陆。阿波罗12号的着陆点也是1967年NASA发射的无人探测器“勘测者”3号的着陆地点。在月球行走的过程中,他们还从勘测者3号上取下了一些部件带回了地球。
值得一提的是,阿波罗12号发射升空大约20秒内,竟然两次被闪电击中。第一次闪电导致电子设备主动切断了飞船上的燃料电池,第二次闪电又导致一些仪器暂时罢工。幸亏飞船上的备用电池启动,才避免了悲剧的发生。飞船进入地球轨道后,进行了各项检查,在确定没问题后,飞船得以继续向月球进发,最终成功登陆月球并安全返回地球。
阿波罗13号
返回日期:1970年4月17日
宇航员:Jim Lovell;Jack Swigert;Fred Haise
为了便于后文的理解,这里再简单介绍一下阿波罗飞船的三舱结构:服务舱+指令舱+登月舱。
服务舱最大,有主火箭发动机和各种能源物质;指令舱是宇航员的主驾驶舱,也是唯一返回地球的仓段;登月舱顾名思义就是登陆月球使用的仓段。
在飞往月球的过程中,宇航员听到了很大的声音,开始以为是受到了流星的撞击,然后发现电力系统开始出现问题,电压急剧下降。由于服务舱的供电系统是靠的氢氧燃料电池,因此氧罐的爆炸是致命的。虽然指令舱里也有独立的供电系统,但只能使用十几个小时,还要保留到最后返回地球时候使用,他们只好使用登月舱作为救生艇。发生事故后,NASA已经决定终止登月,因此,登月舱更换了使用方式。
登月舱只能支持2人1.5天的生活,现在要支持3人4天的生活,无疑要面对极大的问题。服务舱和指令舱使用的都是燃料电池,在提供电力的时候,还能附带提供饮用水。而登月舱里的电力供应依靠的是银锌电池,非燃料电池,不能提供饮用水。另外,为了节约用电,还要珍惜利用。这样,蜷缩在登月舱里的宇航员面临缺水、缺电的问题。登月舱里的温度甚至下降至4摄氏度,非常寒冷。
总结一下,宇航员面临的电力问题是:服务舱的电力系统不可用;指令舱里的电力不敢用;登月舱里的电力要节约用。
发生事故时,飞船已离开地球33万公里,进入了月球的引力范围,要想直接掉头返回,需要速度的改变量为1.8公里每秒,服务舱的主发动机没法使用,登月舱的发动机推力有限,直接掉头返回的方案不可行。NASA决定继续往月球前进,让月球引力帮飞船掉个头,然后借助登月舱的发动机协助返回。
他们在绕行到月背的过程中,还创造了一个纪录:成为迄今为止离地球最远的三个人。
通常,阿波罗飞船返回地球的过程中,都会经历大约4分钟的“黑障”,这个阶段通信中断。阿波罗13号却经历了6分钟的黑障,地面指挥人员为他们捏了一把汗。
最后,飞船拖着降落伞安全降落在南太平洋海域,随后被打捞船救起。三名宇航员身体状况总体良好,真是一场惊心动魄的营救。
1995年,《阿波罗13号》同名电影上映,该电影非常真实的还原了事件的过程,建议还没看过的朋友看一看。
阿波罗14号
返回日期:1971年2月9日
宇航员:Alan Shepard;Stuart Roosa;Edgar Mitchell
登陆月球后,Alan Shepard和Edgar Mitchell进行了两次月面行走,收集了48公斤的月岩,展开了几项科学实验,Alan Shepard还打了两杆高尔夫球。
经历过阿波罗13号事件后,阿波罗14号的服务舱经过了许多改进和优化,防止此类事件再次发生。
前面我们也提到,在阿波罗11号登月的照片中,普通人很难区分阿姆斯特朗和奥尔德林。从阿波罗13号起,指令长的舱外宇航服的腿和胳膊上装饰有红色条纹,以示区分。由于阿波罗13号未能成功登月,阿波罗14号就成了首次在月面上使用这种宇航服的登月任务。
阿波罗15号
返回日期:1971年8月7日
宇航员:David Scott;Alfred Worden;James Irwin
宇航员David Scott在月面真空环境中还进行了锤子和羽毛同时下落的演示实验,证明了在真空环境中,沉重的锤子和轻飘的羽毛同时落地。据说羽毛来自一只矛隼。
阿波罗16号
返回日期:1972年4月27日
宇航员:John Young;Thomas Mattingly;Charles Duke
两位登月宇航员John Young和Thomas Mattingly在月面上停留了71个小时,进行了三次月面行走,总计20多个小时。
阿波罗17号
返回日期:1972年12月19日
宇航员:Eugene Cernan;Ronald Evans;Harrison Schmitt
宇航员Harrison Schmitt另一个身份是地质学家,本来计划让他执行阿波罗18号任务,但阿波罗18号取消。科学协会要求NASA想办法派一名地质学家,而不是受过简单培训的宇航员去执行科学考察任务。最终,Harrison Schmitt作为登月舱驾驶员踏上了月面。
按照原计划,还有阿波罗18号、19号和20号,但都在1970年取消了。