阿波羅計劃的“硬件”（一）_風聞

diewisch-历史唯物观察者-2019-07-08 14:08

2019-07-08

本文選自《阿波羅·一部看得見的航天史》

作者：【英】扎克·斯科特

譯者：陳朝

肯尼迪於1961年5月25日在議會發表演説：“首先，我深信我們的國家將在這個十年結束前完成一個目標，即讓宇航員登陸月球並安全返回。沒有任何單一的航天計劃會比這個更能使人類振奮，也沒有任何計劃比此對遠程宇宙探索更重要。也沒有任何計劃像登月一樣昂貴且充滿挑戰。”

我們選擇在這個十年登月以及選擇實現其他目標，不是因為它們容易，而是因為它們困難，因為這一目標有助於我們最大限度地組織和衡量我們的能力和技能，因為這個挑戰是我們樂於接受的，因為這個挑戰是我們不願推遲的，因為這個挑戰是我們志在必得的。

阿波羅計劃（Project Apollo）或作阿波羅工程，是美國航空航天局從1961年至1972年從事的一系列載人航天任務，於1960年代的10年中，主要致力於完成載人登陸月球和安全返回地球的目標。阿波羅計劃是航空航天局執行的迄今為止最龐大的月球探測計劃，“阿波羅”飛船的任務包括為載人登月飛行作準備和實現載人登月飛行，已於1972年底結束。迄今（2019年）40多年來還沒有過其他的載人航天器離開過地球軌道。阿波羅計劃詳細地揭示了月球表面特性、物質化學成分、光學特性並探測了月球重力、磁場、月震等。後來的天空實驗室計劃和美國、蘇聯聯合的阿波羅-聯盟測試計劃也使用了原來為阿波羅建造的設備，也就經常被認為是阿波羅計劃的一部分。

地球是人類的“搖籃”。載人航天和深空探測將幫助人類無止境地探索未知的太空，拓展知識的邊界，在新的世界中鑄就不斷延伸的登天之路。今年中國嫦娥五號將搭載長征五號再次前往月球，回首阿波羅計劃，人類航天征程道阻且長，除了非凡的勇氣，犧牲精神也不可或缺。

“阿波羅”計劃從1961年運行到1972年，將永遠作為人類奮鬥的里程碑被人類銘記。它是歷史上第一次使人類離開我們的星球，去探索另一個世界的征程。它的成就本身已經令人震驚，還不論為達成這樣的成就所付出的難以估量的努力。巨大的技術跨越，海量的資金支持和人數眾多、技術高超的工作團隊都是使計劃成功的重要因素。“阿波羅”計劃擁有的資源投入是一個國家在和平時期能提供的最大的投入。在鼎盛時期，它共僱用了40萬人，前後花費了240億美元，可摺合今天的1100億美元。

美國將如此巨大的資源投入這一項目，原因在於和蘇聯一起參與的太空競賽。作為第二次世界大戰的遺產，政治和經濟上深刻的分歧讓兩個超級大國產生競爭，引發了冷戰。儘管雙方沒有發生正面的武裝衝突，兩國還是不斷尋求優勢以便威懾對方。通過發展宇航技術，雙方不僅展示了自己是多麼的先進，還暗示了它們能夠在世界任何地方投放核彈的能力。1957年，蘇聯已經發射了第一顆衞星（“斯普特尼克”1號），後來又將第一名宇航員尤里·加加林（Yuri Gagarin）在1961年4月12日送上了太空。美國明顯落後了。為了趕上蘇聯，肯尼迪總統提出了挑戰：“讓一個人類登上月球，再安全地返回地球。”於是，“阿波羅”計劃誕生了。

“阿波羅”計劃是美國國家航空航天局（NASA）運行的第三個載人航天工程。最早的工程“水星”計劃始於1958年，結束於1963年。它的主要目標是送一台載人航天器進入地心軌道，完成四次飛行。NASA證明了它們可以將人送入太空後，就開始了“雙子星座”計劃，這一計劃在1961年到1966年與“阿波羅”計劃並行。它的目標是測試“阿波羅”計劃中必要的太空旅行技術。“雙子星座”計劃主要研發和論證了兩架航天器在太空中對接的技術，這對於月球着陸至關重要。

“水星”計劃與“雙子星座”計劃幫助NASA的科學家、工程師和宇航員儘可能地做好了準備。但是“阿波羅”計劃還有更多挑戰需要面對。對投身於任務的數千人來説，通過他們的決心、專注和協作的努力，“阿波羅”計劃成了人類成就的巔峯，也永遠證明了人類一族在設定偉大目標後能夠達到的成就。

航天器

為了實現讓人類登上月球再安全返回的目標，NASA的科學家決定使用他們稱之為“月球軌道交會”的技術。這意味着他們會發射一艘宇宙飛船，攜帶着月球着陸器進入月球軌道。一旦到達月球軌道，着陸器就會分離並帶着成員降落到月球表面以便他們探索月球。當航天員回程時，他們會乘坐登月設備的一部分發射升空，回到軌道上的飛船。他們回到主飛船之後，就會拋棄登月設備再返回地球。主飛船被稱為指揮/服務艙，而登月設備則叫作登月艙。

這些飛船不會擁有自己前往月球的能力。為了擺脱地球引力的牽制，需要一枚巨型火箭，於是人們製造了“土星”5號運載火箭（Saturn V）。它是一台三級火箭，也就是説它有三個部分可以逐一點火，每一個部分在使用之後都可以分離。拉丁文數字“V”是5的意思，表示共有五台F1火箭發動機，用以在發射時將火箭推上天空。

除了送人類到達月球而知名的“土星”5號運載火箭，“阿波羅”計劃也使用了其他更小的火箭。早期的無人任務中使用了“小喬”2號（Little Joe II）、“土星”1號（Saturn I）和“土星”1B號（Saturn IB），用於測試火箭和導航技術，併為未來的載人任務收集數據。除了“土星”5號，“土星”1B號是任務中唯一曾經載人的火箭，僅有過一次載人飛行。

指揮/服務艙

指揮/服務艙（CSM）分為兩部分：指揮艙（Command Module, CM）和服務艙（Service Module, SM）。這兩部分在任務進入最後階段之前始終連接在一起。

三名宇航員會乘坐指揮艙，艙中注入氧氣與氮氣，並調節成適宜的温度。他們端坐在調整好的座位上，座位位於儀器和控制設備之後，可以根據任務的不同階段和飛行狀態朝向不同方向。指揮艙的五個舷窗可以看到外面的宇宙空間，也用於在和登月艙對接時進行引導。指揮艙有12個推力器，在和服務艙分離之後啓用，用於控制它返回地球大氣層。

服務推進系統（Service Propulsion System, SPS）發動機掛載在服務艙上。在“土星”5號運載火箭用完並分離後，這一系統提供了主要的推力。服務艙的反應控制系統（Reaction Control System, RCS）連接了四台四向推力器，用於調整飛船。服務艙內是燃料和氧化劑罐，以及用於將推進物送入發動機的壓力罐。服務艙中也安裝了燃料電池和化學電池，為指揮艙提供電力。在任務快要結束，飛船準備進入大氣層時，服務艙會和指揮艙分離，只有指揮艙帶着任務成員返回地球。空氣的摩擦力會讓服務艙在返回大氣層時燃燒完畢。

指揮/服務艙

總質量：30080千克

淨重：11165千

指揮艙

成員：3人

總質量（含成員）：5560千克

未裝載質量：5150千克

可活動空間：5.9立方米

加壓空間：7.65立方米

攜帶飲用水：15千克

攜帶廢水：26.5千克

總電量：121.5安

減速傘：2×5米

飛行員降落傘：3×2.2米

主降落傘：3×25.4米

指揮艙側視圖

指揮艙俯視圖

指揮艙內部空間

服務艙

總質量：24520千克

未裝載質量：6015千克

服務艙貯罐

服務艙的反作用控制系統

推力器：16個

推力（每個）：450牛

燃料：一甲基肼

氧化劑：四氧化二氮

燃料質量：200千克

氧化劑質量：410千克

服務艙推進系統

發動機：AJ10-137

推力：91000牛

燃料：航空肼50

氧化劑：四氧化二氮

燃料質量：6915千克

氧化劑質量：10980千克

指揮艙反作用控制系統

推力器：12個

推力：420牛

燃料：一甲基肼

氧化劑：四氧化二氮

燃料質量：24千克

氧化劑質量：48千克

服務艙側視圖

登月艙

登月艙包含兩部分：下降級和上升級。這兩部分連為一個單元，在宇航員要離開月球表面時指導他們。登月艙有四條承重腿，用於在月球時支撐自身，它們在“土星”5號運載火箭運載過程中會摺疊起來節省空間，只有到了月球軌道才會展開。登月艙只能在真空中操作，它的空氣動力學設計不適合在大氣層內飛行。

在下降級上安裝有下降級推進系統（Descent Propulsion System, DPS），這個系統在飛船着陸時用於減速，也給宇航員足夠的時間懸空挑選適合的着陸地點。DPS包括壓力罐、氧化物罐和燃料罐，以及發動機和把它們連接在一起的裝置。在後期的任務中，月球車也安裝在下降級上。當任務成員準備好離開月球后，下降級會和上升級分離，成為一個發射平台。“阿波羅”任務最終在月球表面留下了6台登月艙下降級。

上升級是任務成員的小空間，可以搭載兩人，以及飛行控制系統和其他儀器。內部有着縱橫交錯的吊牀，以便航天員休息、睡覺。它像指揮艙一樣擁擠，外部也安裝了4組四向反應控制系統推力器用於操作。如果指揮艙推進器停止工作，登月艙推力器也可以用於推進飛船。上升級也包含上升級推進系統（Ascent Propulsion System, APS），當月球表面任務結束需要起飛時啓用。一旦進入軌道，在任務成員返回指揮艙之後，登月艙上升級就會被分離射入太陽軌道或者在月球上墜毀。

登月艙

總質量：15305千克

未裝載質量：6850千克