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阿波罗计划,开启载人登月之旅。

 心容乾坤 2022-11-28 发布于河北
52年前的今天,阿波罗11号实现了首次载人登月,这是人类第一次踏足到另一个星球。阿波罗计划对人类社会的政治、科学、技术、经济、生活甚至精神等带来了巨大影响和促进作用,从现在和可以预见的将来来看,阿波罗计划还将在各方面对全球影响多年。阿波罗计划的缘起、战略、历程、方案、技术、成就和教训等,构成了我们共同的知识底色的一部分,也为人类发展载人航天、探索浩瀚宇宙留下了宝贵的财富。

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阿波罗11号航天员:阿姆斯特朗(左)、科林斯(中)和奥尔德林(右)
庞大的月球探测计划
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阿波罗计划,是美国从1961年到1972年组织实施的一系列载人登月飞行任务,目的是实现载人登月飞行和人对月球的实地考察,为载人行星飞行和探测进行技术准备。整个登月工程分以下几个部分:确定登月方案;实施为登月飞行做准备的4项辅助计划;研制土星号系列运载火箭;研制“阿波罗”飞船;进行试验飞行;实现载人登月飞行。
确定登月方案包括论证飞船登月飞行轨道和确定载人飞船总体布局,相应地确定了由指令舱、服务舱和登月舱组成的“阿波罗”号登月飞船的总体布局。
为了研制发射“阿波罗”飞船用的大推力运载火箭土星5号,美国先研制了土星1号和1号B火箭,用以获取研制经验和进行试验飞行。此后研制成功的土星5号重型火箭近地轨道运载能力达127吨,这一能力至今仍是举世无双。

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土星5号重型火箭发射
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适合的载人登月方案
整个阿波罗登月工程历时约11年,到1972年12月第6次登月成功结束,耗资255亿美元。在工程高峰时期,参加工程的有2万家企业、200多所大学和80多个科研机构,总人数约40万。严格而科学地管理几十万人奋斗8年,实现登月工程,集中体现了现代科技的水平,推动了航天技术的迅速发展。其主要负责人是冯·布劳恩。

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勘测者月球着陆器
在实施过程中,登月方案的确定花了很长时间,直到1961年5月25日肯尼迪总统正式宣布美国将实施阿波罗登月计划时,美国国家航空航天局仍没有在登月方案上形成统一的意见。此后又经过了半年多的紧张研究和详细论证,才于1962年最终选定月球轨道对接法。
所谓月球轨道对接法,就是将1艘载有3名航天员的飞船发射到月球轨道上,然后2名航天员乘登月舱在月面上降落,进行月面探险,另1名航天员仍留在指令舱中绕月球轨道飞行,并进行科学实验。返回时,月面上的2名航天员启动登月舱的上升级发动机飞上月球轨道与指令舱交会对接。2名航天员进入指令舱后,抛弃登月舱的上升级,脱离月球轨道返回地球。在再入大气层前,抛弃服务舱,仅指令舱在太平洋上溅落。这种方法的好处是只需在月面上降落小型登月舱,但在轨对接的成功与否直接决定了航天员的生命安全。

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登月舱上升级与指令舱—服务舱组合体在月球轨道上交会
那么,为什么不采用直接登月法,即把整个飞船直接送入月球表面?其实这种方法科学家早已考虑,认为比较简单和安全,但对运载火箭的要求太高,而且大型飞船在月面上着陆有可能陷入尘土中。

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月面工作结束后航天员返回登月舱,进入上升级,上升级从登月舱上起飞,离开月球表面上升。
阿波罗工程负责人冯·布劳恩及马歇尔航天中心则偏爱另外一种方法——地球轨道对接法,其优点是既不需要研制超大型运载火箭,也比月球轨道对接法安全,但存在大型飞船在月面着陆的困难。
经过众多科学家对上述三种呼声很高的方案进行反复比较、分析,最终的结论是:采用月球轨道对接法进行载人登月更符合当时情况。
精巧的载人登月飞船
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在登月方案确定后,研制新型载人飞船就成为登月工程的“重头戏”了。“阿波罗”是人类发射的第一种、也是目前惟一一种登月式飞船,构思十分巧妙。其技术对今天将要进行的月球基地建设和载人火星探测也有重要的参考价值。

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阿波罗载人登月飞船剖视图
“阿波罗”总高29米,重约50吨,由指令舱、服务舱和登月舱3部分组成,发射上升段时还有救生塔。其中的指令舱是航天员生活和工作的地方,也是全飞船的控制中心;服务舱装有主发动机、姿控和电气系统;特设的登月舱由下降级和上升级组成,用于降落到月球表面和离开月面。

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阿波罗载人登月飞船结构
阿波罗飞船沿用了水星号飞船的发射救生系统,目的是在运载火箭第2级工作前20秒内,如果发生紧急事故,该系统可将指令舱弹出并安全回收。
飞船研制出来后,相继进行过6次无人亚轨道和环地轨道飞行、1次环地飞行、3次载人环月飞行,最后才正式进行了登月飞行。
登月飞船说起来简单,实际上十分复杂。例如,阿波罗13号在飞往月球的途中因服务舱出现严重故障,别说登月,其上面的3名航天员差点命丧太空。还有3名航天员在阿波罗1号飞船内做发射前的飞行实验时,因实验中电路短路引起失火而被牺牲。但是,这些都没能动摇人类登月的决心,最终有6艘飞船载12人登上了月球。
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硕果丰厚的登月工程
在6次成功的登月飞行中,共有12名美国航天员登上月球,在月球上一共停留了近280小时,在月面共出舱活动80小时36分,足迹达100千米,带回岩石样品约385千克,为月球研究提供了直接的依据,大大充实了人们对月球的认识。

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航天员采集回来的月球岩石样品
航天员在月球上钻取了3米深的月球岩芯,发现土壤多达57层,每层代表一次陨石冲击,还测量了月球内部发出的热流,从而结束了100多年来关于月球是冷还是热的争论……。另外,1985年科学家们通过对阿波罗登月飞船的航天员带回的月球岩土样品的分析,证实了月球上存在一种非常有用的核能源氦-3,这一发现给月球的研究和探测工作注入了巨大动力。

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1978年美国赠送给中国1克月岩,其中半克收藏于北京天文馆
登月航天员在月面安放的各种科学仪器也为科研人员提供了大量有价值的数据。例如,利用各次登月飞行中登月航天员安放的5个“阿波罗月面实验装置”(其中由阿波罗12号航天员安放的装置工作长达8年),地面科研人员能够测定月球上11个地区的月震,甚至可提前一个月加以预报。月面的仪器还向地面发回了有关月面温度变化、宇宙射线及陨石撞击等情况的大量数据。直至1977年10月1日,即最后一次阿波罗登月飞行后近5年,美国航天局才停止接收月面仪器发回的数据。

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航天员在月面展开的月面试验装置
阿波罗计划的实施,在美国带动起了液体燃料火箭、微波雷达、遥控作业、无线电制导、超高强度和耐高温合成材料、新型电子计算机、药物及生物工程等一大批高科技工业群体。后来,该工程的人工智能、机器人和遥控作业等许多技术成果又转移到民用,促进了科技与工业的整体发展与繁荣,其二次开发应用的效益,远远超过阿波罗计划本身所带来的直接经济与社会效益。
阿波罗计划产生了3000多项专利技术,其中1000多项用于民用。美国在20世纪后10年能够保持高速、高效增长,很大程度得益于阿波罗载人登月工程派生出的约上千种应用技术成果或专利在经济领域的应用,美国领先于世界的信息、生物和新材料等高新技术,很大部分来自对月球探测技术的消化、优化和二次开发。
伴随着阿波罗计划的落幕
人类再未踏足月球
但这并不代表人类停止探索星空
半个多世纪过去了
世界载人航天不断取得新的成就
中国空间站也进入在轨建造阶段
中国人进入了自己的空间站
未来
中国载人航天还将继续前进
向更深更远的星空出发
为人类探索宇宙作出更大贡献
编辑/方超
中国载人航天ID:zairenhangtian

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