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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

时间:2019-07-24 05:53来源: 作者:admin 点击: 31 次
划重点: 阿波罗1号:在飞行前的一次演练中,指令舱内发生火灾,三名宇航员牺牲;阿波罗8号:首次载人飞往月球轨道,并拍摄到著名的“地升”照片;阿波罗11号:首次载人登月,阿姆斯特朗说出“个人的一小步,人类的一大步”;阿波罗13号:飞往月球的过程中氧气罐爆炸,放弃登月。经历了九死一生的考验,最终安全返

划重点:

阿波罗1号:在飞行前的一次演练中,指令舱内发生火灾,三名宇航员牺牲;

阿波罗8号:首次载人飞往月球轨道,并拍摄到著名的“地升”照片;

阿波罗11号:首次载人登月,阿姆斯特朗说出“个人的一小步,人类的一大步”;

阿波罗13号:飞往月球的过程中氧气罐爆炸,放弃登月。经历了九死一生的考验,最终安全返回了地球;

阿波罗15号:首次使用月球车,大大增加了宇航员在月面上的活动范围;

阿波罗17号:最长时间的月面行走和月轨驻留。最后一次阿波罗登月。拍摄了微信开机画面使用的地球照片。

腾讯科技 文/乔辉

图注:登月第一人:阿姆斯特朗与登月舱。由奥尔德林拍摄。

北京时间1969年7月21日上午10点56分(美国东部时间7月20日22点56分),著名宇航员尼尔·阿姆斯特朗代表人类首次踏上月面,说出了那句家喻户晓的名言“个人的一小步,人类的一大步”。19分钟后,另一位宇航员奥尔德林也踏上了月面,并留下了那张经典的脚印照片。

图注:登月第二人:奥尔德林和他在月面上留下的脚印。从头盔的反光中能够看到给他拍照的阿姆斯特朗。

2013年,第64届国际宇航大会期间,腾讯科技曾经采访了奥尔德林,亲自聆听他讲述当年登月的故事。本文在阿波罗11号章节有详细介绍,请慢慢往下看。

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。

阿波罗工程徽章

美国总计六次成功登月,共有12名宇航员踏上月面,他们在月面上还展开过各种科学实验,例如在月面放置月震仪和激光角反射镜等。此外,他们还采集了总共382公斤的月岩和土壤样本返回地球。

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。

图注:阿波罗一号的三位宇航员。从左向右:Grissom、White和 Chaffee。

调查表明,起火是由于电路火花引起的,在舱内纯氧的条件下,尼龙质材料燃烧很快,燃烧产生的高压死死压住了舱门,由于舱门是向内开启的,因此,宇航员打开更加困难。

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。

图注:烧毁的阿波罗1号指令舱。

阿波罗1号的原始代号为AS-204。其中,AS代表“阿波罗-土星五号”任务;2代表使用的是升级版的土星一号火箭“土星IB”;04代表第四次飞行任务。

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

图注:AS-201(阿波罗2号)起飞。

发射日期:1966年2月26日

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

图注:AS-202任务(阿波罗1号)起飞。

发射日期:1966年8月25日

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

图注:阿波罗4号发射升空。首次采用土星五号火箭。

发射日期:1967年11月9日

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

图注:发射阿波罗五号的土星IB火箭矗立在发射架旁。

发射日期:1968年1月22日

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。

图注:登月舱已经安装在了适配器上。

在阿波罗5号任务中,NASA主要对登月舱的下降级火箭和上升级火箭进行测试。

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

图注:阿波罗6号发射。

发射日期:1968年4月4日

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

图注:阿波罗7号任务徽章。

发射日期:1968年10月11日

返回日期:1968年10月22日

宇航员:Wally Schirra、Donn F. Eisele和Walter Cunningham

图注:三位阿波罗7号宇航员(左起):Eisele, Schirra Cunningham

阿波罗7号是首次载人的阿波罗飞船。本来阿波罗1号执行首次载人发射,但由于火灾事故导致3位宇航员牺牲,文章开始部分我们有详细说明。

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。

图注:阿波罗7号首次进行太空直播。

阿波罗7号在太空驻留了11天,并实现美国首次在太空电视直播。在太空的11天其实并不怎么好过,难吃的食物和粪便处理系统散发的恶臭令宇航员们非常难过,指令长Wally Schirra还一度感冒,宇航员们和地面指挥人员也闹过不愉快,但最终还是完成了既定任务。

阿波罗8号

图注:阿波罗8号徽章。

发射日期:1968年12月21日

返回日期:1968年12月27日

宇航员:Frank Borman;Jim Lovell;William Anders

阿波罗8号宇航员(左起)ovell, Anders和Borman。

阿波罗8号是第二次载人阿波罗飞行任务,也是首次载人飞出地球,飞到月球轨道的任务。从地球飞到月球,飞船总共耗时68小时,然后在月球轨道上绕行了10圈,大约20个小时。

图注:著名的“地出”照片。由阿波罗8号宇航员拍摄。

阿波罗8号的宇航员拍摄到了著名的“地出”(earth rise)照片。这种景观只能在月球上看得到,我们在地球上只能看到日出和月出。地出的景象不是由于月球的转动,而是由于飞船从月球的背面飞出时,看到的景象。

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

图注:阿波罗9号徽章。

发射日期:1969年3月3日

返回日期:1969年3月13日

宇航员:James McDivitt;David Scott;Rusty Schweickart

图注:阿波罗9号宇航员(左起):McDivitt, Scott和Schweickart。

阿波罗9号是第三次载人阿波罗飞行任务,主要是在地球轨道上对登月舱的上升级火箭和下降级火箭的点火系统进行检验,对登月舱与指令舱的交汇对接系统进行检验。

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

图注:阿波罗10号徽章。

发射日期:1969年5月18日

返回日期:1969年5月26日

宇航员:Thomas P. Stafford;John Young;Gene Cernan

图注:阿波罗10号宇航员(左起);Cernan, Stafford, 和Young。

阿波罗10号是第四次载人阿波罗飞行任务,也是第二次载人飞出地球,飞到月球轨道。

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。

图注:阿波罗10号登月舱准备对接指令舱和服务舱。

根据2002年的吉尼斯世界纪录,阿波罗10号创造了载人飞行器的速度纪录!在返回地球的时候,速度峰值达到了11.08公里每秒。

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

图注:阿波罗11号的任务徽章。

发射日期:1969年7月16日

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

图注:阿波罗11号宇航员(左起):阿姆斯特朗、科林斯和奥尔德林。

阿波罗11号是第五次载人阿波罗飞行任务,也是首次把人类送上月球表面。关于阿波罗11号的故事已经讲了半个世纪,资料可谓汗牛充栋,本文在开头也有讲解,这里就不再重复详细介绍。

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。

图注:月面上的奥尔德林。从头盔的反光中能看到阿姆斯特朗。

在阿姆斯特朗踏上月面19分钟后,他也踏上了月面。我们经常能看到的宇航员站立在月球上的照片,绝大多数都是奥尔德林。月球上的那种著名的脚印照片也是奥尔德林留下的,并非阿姆斯特朗。在月面行走的时候,大多数时间都是阿姆斯特朗拿着相机,因此奥尔德林留下的照片更多。

2013年,奥尔德林在接受腾讯科技的采访。

腾讯科技采访奥尔德林的要点如下:

土星五号火箭起飞非常平稳,甚至比后来研发的航天飞机还要稳定;

当飞船进入太空后,可以看到地中海、大洋中的岛屿,具体细节看不清楚;

在飞向月球的途中,并没有看到传言中的UFO现象,看到的是飞船丢弃部件反光形成的亮点;

当踏上月面的时候,他感觉周围一片荒凉、毫无生机。

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

图注:阿波罗12号任务徽章。

发射日期:1969年11月14日

返回日期:1969年11月24日

宇航员:Pete Conrad;Richard F. Gordon Jr;Alan Bean

图注:阿波罗12号宇航员(左起):Conrad, Gordon, 和Bean。

阿波罗12号是第六次载人阿波罗飞行任务,也是第二次把人类送上月球表面。着陆地点位于月面的“风暴洋”,当然这里并没有水。

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。

Pete Conrad 正在研究之前降落到月球的“勘测者3号”探测器。

阿波罗12号首次携带彩色摄像机到月球,但在使用过程中由于不小心对准了太阳,导致摄像机毁坏。

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

图注:阿波罗13号任务徽章。

发射日期:1970年4月11日

返回日期:1970年4月17日

宇航员:Jim Lovell;Jack Swigert;Fred Haise

图注:阿波罗13号宇航员(左起):Lovell, Mattingly和 Haise。

阿波罗13号是第七次载人阿波罗飞行任务,也是第三次打算在月球着陆的飞行任务,但由于中途飞船服务舱氧气罐发生爆炸,没能登陆月球,但成功返回了地球。

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。

图注:毁坏严重的阿波罗13号服务舱。

经过艰难的航行,三舱组合体终于返回地球附近。他们首先把服务舱丢弃掉,惊讶发现服务舱的受损程度远超他们的想象,并拍摄了照片。三个半小时后,他们把与指令舱相连的登月舱也丢弃掉,准备开始再入大气层。

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。

图注:完成“救生艇”任务的阿波罗13号登月舱。最后坠毁于南太平洋上空。

服务舱和登月舱则无控进入大气层,最后在南太平洋上空坠毁。南太平洋海域陆地很少,经常是航天器的归宿场所,有“航天器坟场”的称呼。2019年7月19日晚上,我国“天宫二号”空间站完成使命,也坠毁在这片海域。

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

图注:阿波罗14号任务徽章。

发射日期:1971年1月31日

返回日期:1971年2月9日

宇航员:Alan Shepard;Stuart Roosa;Edgar Mitchell

图注:阿波罗14号宇航员(左起):Roosa, Shepard和Mitchell。

阿波罗14号是第八次载人阿波罗飞行任务,也是第三次成功登陆月球的飞行。

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。

图注:月面上的阿波罗14号登月舱。

宇航员Stuart Roosa还携带去了数百颗树的种子,在返回地球后送到世界各地种植,被称为“月亮树“。Stuart Roosa作为指令舱驾驶员并没有踏上月面,而是留在月球轨道上静静等待另外两位宇航员从月面归来,再一起返回地球。

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

图注:阿波罗15号任务徽章。

发射日期:1971年7月26日

返回日期:1971年8月7日

宇航员:David Scott;Alfred Worden;James Irwin

图注:阿波罗15号宇航员(左起):Scott, Worden,和Irwin。

阿波罗15号是第九次载人阿波罗飞行任务,也是第四次成功登陆月球的飞行。

图注:Irwin和月球车合影。

阿波罗15号的宇航员比此前在月面停留的时间更长,更加注重科学任务。阿波罗15号还首次使用月球车,活动范围更大。他们在月面累计行走18.5个小时,收集了77公斤的岩石。

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

图注:阿波罗16号任务徽章。

发射日期:1972年4月16日

返回日期:1972年4月27日

宇航员:John Young;Thomas Mattingly;Charles Duke

图注:阿波罗16号宇航员(左起):Mattingly, Young,和Duke。

阿波罗16号是第十次载人阿波罗飞行任务,也是第五次成功登陆月球的飞行。

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。

图注:Charlie Duke放置在月面上的全家福。

他们还驾驶月球车行驶了26.7公里,收集了95.8公斤的月岩。Charles Duke还把自己的全家福放到月球表面。

阿波罗17号

图注:阿波罗17号的任务徽章。

发射日期:1972年12月7日

返回日期:1972年12月19日

宇航员:Eugene Cernan;Ronald Evans;Harrison Schmitt

图注:阿波罗17号宇航员(左起):Schmitt, Cernan和Evans。

阿波罗17号是第十一次载人阿波罗飞行任务,是第六次成功登陆月球的飞行,是最后一次阿波罗登月,也是首次由专业科学家宇航员参与的登月行动。

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。

图注:这张照片是阿波罗17号飞往月球的过程中拍摄到的地球,也是微信开机画面展示的地球。

阿波罗17号在月面停留超过72小时,增强了科学考察项目,并第三次驾驶月球车在月面行驶。阿波罗17号打破了多项载人登月纪录:最长时间的月面行走,最大的月岩样本,在月球轨道上停留了最长的时间。

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。

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