阿波羅計劃的“任務”(一)_風聞
diewisch-历史唯物观察者-2019-07-09 07:25
1961年,不載人的“阿波羅”開始試飛,以測試運載它的“土星”火箭在太空中的表現。“阿波羅”的第一次載人任務在1967年。達成了“將一個人類送上月球再安全返回”目標的任務則完成於1969年。在整個計劃結束之前,NASA共完成了6次成功的月球着陸,讓12個人走上了月球表面。
早期的載人任務目標主要圍繞測試宇宙飛船,以及將飛船送入地球或月球軌道。後期,在“阿波羅”11號第一次登陸月球之後的任務,目標是探索月球環境,進行科學實驗以及採集岩石標本。
NASA將“阿波羅”15號、16號和17號任務劃為“J級別”任務,這些任務耗時更長,宇航員將在月球上停留三天。這些多出來的時間允許他們進行更多的實驗,更好地探索月球地理。只有在J級別任務中才部署了月球車,幫助宇航員擴大探索的範圍。在J級別任務以外,還有其他多種級別的任務,從A級別直到I級別,強調了是否載人、實驗需要哪些設備、攜帶哪些裝備等任務細節。
整個計劃期間共有382千克的月岩和月壤被帶到地球。對於“阿波羅”計劃樣本的研究極大地促進了我們對月球構成和地質史的理解。計劃的其他收益包括遠程通信、計算機和航空技術的科學進步。
“阿波羅”計劃本應持續到“阿波羅”20號,但是預算削減迫使計劃提前退役。在“阿波羅”11號成功登月後,政府削減了NASA的資金,NASA同時還將資金轉移到研發勢頭正猛的航天飛機上。此外,一枚原本用於“阿波羅”計劃的“土星”5號運載火箭轉為用於發射“天空實驗室”。因為這些原因,“阿波羅”17號成了最後的“阿波羅”任務,1972年12月14日,人類最後一次踏上月球。然而,“阿波羅”的硬件在多年後依然在使用,包括歷史性的“阿波羅”-聯盟號任務,以及在天空實驗室任務中來往運送任務成員。

肯尼迪航天中心
1949年以來,美國軍隊一直在位於佛羅里達海灣東部的卡納維拉爾角空軍基地進行火箭發射。之所以選擇這個地點,是因為這裏允許將火箭射向大洋,最大程度上降低了人口密集地區的風險,同時因為接近赤道,也通過地球自轉給予火箭更大的推力。“水星”計劃、“雙子星座”計劃和早期的“阿波羅”任務都從這裏開始,然而它的環境卻無法匹配“土星”5號火箭,因此機構官員開始另選新址。
肯尼迪航天中心於1962年在梅里特島(Merritt Island)開始建造,與之前的空軍基地離得不遠。在這裏,人們會建造航天器裝配大樓,以及配套的發射控制中心,40米寬的軌道,用於航天員和任務附屬成員工作和檢驗的建築,一個新聞中心,以及各種附屬建築,還有一座全新的發射基地。這裏會有兩個發射點,39A和39B(2015年又加上了小一點的39C),這些發射點安全地位於發射指揮中心5千米之外。在發射準備階段,航天員會通過無線電和發射指揮中心聯通,只有在發射之後,當火箭已經離開發射塔,信號才會轉給得克薩斯休斯敦的指令艙通信員。得克薩斯的氣候更乾燥,也更少受到風暴影響,因此是一個更適宜建立通信中心的地方。
第一次在肯尼迪航天中心發射的是一次無人任務,1967年的“阿波羅”4號,從39A發射升空。之後幾乎所有載人任務都會從這個發射點升空,除了“阿波羅”10號,這是因為當時“阿波羅”11號已經在39A開始準備。接着是“阿波羅”任務、“阿波羅”-聯盟號任務以及天空實驗室任務,肯尼迪航天中心被改造以適應航天飛機任務,一直運轉到2011年。
SpaceX,一個私有的航天企業,目前在使用39A。在2014年簽署了一份為期20年的租約後,他們獲得了許可,可以改建以適用於“獵鷹”火箭的發射,這包括改建發射點和建造一個新的航天器裝配大樓。同時,從2012年開始,NASA已經在準備讓39B成為新的航天發射系統,可以承載與“土星”5號推力相當的火箭。在沒有其他航天發射任務時,NASA也允許這個發射點用於其他商業用户。新的發射點39C在39B邊上建造。它的設計便於為更小的火箭服務,希望小一點的公司可以有機會進入商業航天市場。
卡納維拉爾角發射基地

39A和39B發射基地

“阿波羅”1號
第一次載人任務“阿波羅”1號,原名為“AS-204”,原定於1967年2月21日發射,但任務因為發射前測試的災難而取消。三名宇航員——弗吉爾·格里索姆(Virgil Grissom)、愛德華·懷特(Edward White)和羅傑·查菲(Roger Chafee)犧牲。為了悼念這一悲劇,也為了機組成員遺孀的心願,這次試驗任務重新命名為“‘阿波羅’1號”。
這一事件發生在1967年1月27日,佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地的發射排練測試中。當大火燃起時,三名機組成員在發射位置就座,被封閉在指揮艙中。高壓而富含氧氣的環境導致烈火迅速蔓延。地面工作人員衝過去幫助,但是當他們到達之前,指揮艙就破裂了,爆出烈焰和濃重的黑煙。
事後,NASA召集了一個事故調查小組查找起火的原因。儘管確切的火因始終未能確定,小組還是發現了一系列設計和製造的缺陷。隨着主工程開始修正,“阿波羅”飛行也被暫停。整整20個月之後,第二次將人送上飛船的任務才開始,即“阿波羅”7號。
“阿波羅”7號
美國東部標準時間1968年10月11日上午11點02分,“阿波羅”7號在肯尼迪角空軍基地起飛。成員包括指揮官沃爾特·施艾拉(Walter M. Schirra),指揮艙駕駛員唐·埃斯利(Donn F. Eisele)和登月艙駕駛員沃爾特·坎寧安(Walter Cunningham),這是唯一一次使用“土星”1B號火箭發射的載人任務,也是最後一次在肯尼迪角空軍基地發射的任務。
“阿波羅”7號的目標和不幸的“阿波羅”1號一樣:載人情況下測試指揮/服務艙的繞地飛行。任務用於測試指揮/服務艙,因此沒有攜帶登月艙。因為重量降低了,並且僅需要在近地軌道飛行,所以選用了“土星”1B號火箭。在此之後的所有任務都將使用“土星”5號運載火箭。
飛行任務十分成功,飛行器和宇航員在之後的11天中繞地飛行163次。他們在指揮艙中第一次進行了來自太空的電視直播。指揮艙較之前美國的太空計劃(“水星”和“雙子星座”)寬敞得多,能讓宇航員吃上熱飯,讓繞地飛行變得可以忍受。儘管他們已經努力讓旅程變得舒服一點,漫長的飛行還是折磨着宇航員。他們變得急躁,抱怨食物的選擇(大多是一些高熱量的甜食!),並且頂撞太空艙通信員。施艾拉的感冒讓情況變得更為複雜。然而這些只是一次非常成功的任務的小麻煩。在任務的第十天,飛行地面時間(Ground Elapsed Time, GET)259:43時,指揮艙與服務艙分離,準備返航。機組準備將指揮艙的鈍端向前進入地球大氣層,以製造最大空氣阻力,儘可能地為飛船減速。指揮艙降落傘提供了更大的制動力,三名宇航員在1968年10月22日(260:09 GET)落入大西洋。這次任務的表現給了NASA信心,讓他們決定在兩個月後將“阿波羅”8號送入月球軌道。

“阿波羅”8號
這是“阿波羅”計劃中第二次載人飛行。這次的任務是將指揮/服務艙送上月球軌道再返回地球。
指揮官弗蘭克·波爾曼(Frank Borman),指揮艙駕駛員吉姆·洛威爾(James A. Lovell)和登月艙駕駛員威廉姆·安德斯(William A. Anders)是本次任務的成員,收穫了一連串意想不到的“第一次”:第一艘離開地球軌道的載人飛船,第一艘進入月球軌道的載人飛船,第一次對月球表面進行電視直播,第一次使用“土星”5號運載火箭進行載人發射,以及任務成員成了第一次看到地球全貌的人類。但最重要的是在“阿波羅”7號驗證了指揮艙可以進行太空飛行後,NASA再一次證明他們飛往月球並返回的軌道和操作是可行的。
“阿波羅”8號在美國東部標準時間1968年12月21日7點51分於肯尼迪航天中心發射,未來的所有“阿波羅”任務都會從這一基地發射。在發射中,“土星”5號運載火箭的頭兩級燃盡並分離,使飛船加速並進入高層大氣。第三級火箭啓動並加速到超過28000千米每小時,將他們送入地球軌道。在軌道上,任務成員測試系統準備將飛船送入地月轉移軌道,調整開始於飛行地面時間02:50。此時“土星”5號運載火箭的第三級火箭再次啓動,將他們帶離地球軌道並駛向月球。因為沒有月球登陸的計劃,所以飛船沒有攜帶登月艙。取而代之安裝在相應位置的是“登月測試模塊”,這個模塊重量等於登月艙以測試。
“阿波羅”飛船用了三天飛抵月球,他們會使用服務推進系統(Service Propulsion System, SPS)讓發動機減速,進入橢圓軌道。SPS發動機會在此點火,在繞月兩圈後進入月球海拔110千米的近圓軌道。任務中宇航員在聖誕前夜進行了電視直播,在當時覆蓋了最大面積的地球觀眾。“阿波羅”8號飛船在大約20小時內繞月飛行了10次,其間宇航員調查並拍攝了月球表面。在最後一圈飛行中,飛船準備好進入月地轉移軌道(TEI),他們再一次將SPS發動機點火,此時他們位於月球離地球較遠的一側,這將為指揮/服務艙提供需要的速度以離開月球軌道進入返地軌道。返程途中宇航員有機會放鬆,只需繼續監控飛船設備。在降落之前一小會兒,他們分離了服務艙,服務艙會單獨進入大氣層並在墜落之前燒燬。指揮艙和成員在12月27日,飛行地面時間146:59返回,降落在北太平洋。

“阿波羅”9號
“阿波羅”9號的主要任務是測試以確保登月艙是一艘自給自足的飛船,同時實際操作登月艙和指揮/服務艙的交會對接。任務在美國東部標準時間1969年3月3日11點發射。因為登月艙現在已經裝載,這是“阿波羅”/“土星”5號運載火箭第一次攜帶全套登月任務裝備發射。任務成員有指揮官詹姆斯·麥克迪威特(James R McDivitt),指揮艙駕駛員大衞·斯各特(David R Scott)和登月艙駕駛員羅素·施威卡特(Russell L Schweickart)。
“阿波羅”9號會在地球軌道上完成主要目標,在這裏登月艙和指揮/服務艙將對接兩次。第一次在第一天進行,在“土星”5號運載火箭的第三級(S-IVB)將飛船送入地球軌道之後。此時登月艙還連接在第三級之上,指揮/服務艙將分離,調轉180度並用對接艙口和登月艙相連。此時第三級火箭將脱離,利用最後的推力進入太陽軌道。幾天後,在一些登月艙的功能測試之後,施威卡特准備進行一次宇航員艙外活動。他爬出登月艙門,穿着新設計的“阿波羅”宇航服。這種宇航服是第一種自帶生命維持系統的宇航服,在此之前宇航員依靠一條連接到宇宙飛船的“臍帶”。施威卡特的太空行走進行了37分鐘,由於待在外面太久,噁心導致他的一些行動失敗。斯各特在指揮艙中拍攝了他的太空行走。
在任務的第五天,麥克迪威特和施威卡特進入登月艙,練習一些在月球着陸過程中會使用的操作。包括和在指揮艙中的斯各特分離,代替着陸行動,他們用登月艙的降落級發動機將自己推入更高的179千米軌道。一小段時間後他們可以分離降落級部分(正常情況下這部分會留在月球),然後用起飛級發動機回到指揮/服務艙,進行第二次對接。兩部分飛船連接六小時後,宇航員進入指揮/服務艙,分離登月艙,讓它留在月球軌道直到墜毀。
這次任務大獲成功,證明了登月艙的飛行和完成任務的能力。飛船在1969年3月13日,飛行地面時間241:00降落於北大西洋,任務成員和飛船繞地飛行152周。

“阿波羅”10號
1969年5月18日12點49分飛船起飛。這次飛行是對“阿波羅”11號月球着陸飛行的預演,儘管本次飛行他們不需要在月球着陸。宇航員為指揮官托馬斯·斯塔福德(Thomas P. Stafford),指揮艙駕駛員約翰·楊(John W. Young)和登月艙駕駛員尤金·瑟南(Eugene A. Cernan)。
發射後,“阿波羅”飛船進入地球軌道,宇航員準備進入地月轉移軌道。繞地飛行一圈半後,“土星”5號運載火箭的第三級再次點火,增加他們的速度並把他們送往月球。在第三級火箭使用之後不久,他們將利用“阿波羅”9號測試過的方式進行第一次對接,但這一次將不會在地球軌道。在他們飛向太空途中,指揮/服務艙脱離第三級火箭,旋轉並和登月艙對接。“土星”5號運載火箭的最後部分釋放設備,並和“阿波羅”指揮/服務艙以及登月艙分離,以便他們繼續前往月球。
發射後三天,通過點燃SPS發動機減速,他們到達月球,進入橢圓軌道。如之前(“阿波羅”8號)一樣,SPS發動機會再次點火,讓他們進入110千米的圓形軌道。第五天,斯塔福德和瑟南進入登月艙向月球降落,讓楊獨自留在指揮艙。登月艙將停留在月球海拔14.3千米,保持軌道飛行直到返回指揮/服務艙。在如此接近月球的距離,斯塔福德和瑟南拍攝了大量照片,兩次經過了“阿波羅”11號預計的着陸點,那個位置叫作“寧靜海”。因為兩名宇航員離月球表面太近了,需要預防他們一時衝動而着陸。可以想到他們有很大的可能性會試試看,宣佈自己是最早登陸月球的人。為了防止這一點,登月艙的起飛級沒有加滿燃料,着陸後起飛級將無法帶他們返回指揮/服務艙。
當登月艙要返回指揮/服務艙時,下降級分離並留在月球軌道,之後會被月球引力牽引墜毀在月球表面。上升級發動機點火,將他們推向指揮/服務艙軌道,兩部分飛船在分離近八小時後再次對接。在所有成員回到指揮/服務艙後,登月艙剩餘的部分分離,飛船開始返回地球的旅程。返程途中“阿波羅”10號速度達到每小時39897千米,創造了載人裝備飛行速度的紀錄,後續的“阿波羅”任務都沒有打破這一紀錄,紀錄一直保持到今天。任務成員乘坐指揮艙,於1969年5月26日(飛行地面時間192:03)降落在太平洋。

“阿波羅”11號
“阿波羅”11號是“阿波羅”第五次載人任務,也是人類第一次涉足其他天體。宇航員指揮官尼爾·阿姆斯特朗(Neil Armstrong),指揮艙飛行員邁克·柯林斯(Michael Collins),登月艙飛行員埃德温·“巴茲”·阿爾德林(Edwin“Buzz” Aldrin)於美國東部標準時間1969年6月16日在肯尼迪航天中心起飛。
與之前前往月球的飛行一樣,“阿波羅”飛船會在地球軌道飛行兩個半小時(大約繞地飛行一圈半),之後進入地月轉移軌道,這將讓他們擺脱地球引力並駛向月球。在大約三天後他們會到達月球,在飛行地面時間75:50進入橢圓軌道。根據事先演練,SPS發動機會點火,將飛船帶入110千米海拔的圓形軌道。在進入月球軌道25小時後,他們準備分離,柯林斯在指揮艙待命,阿姆斯特朗和阿爾德林進入登月艙並分離。在全面檢查登月艙系統後,下降級發動機點火29秒,宇航員下降到月球表面。一小時後,下降級再次點火。這是為了給登月艙着陸減速,也為了給阿姆斯特朗足夠的時間避開前方他正飛去的漂礫區域。他們於1969年7月20日,飛行地面時間102:45在月球着陸。
剛一着陸,因為一個偶然的數據,操作程序要求他們立刻準備登月艙的起飛。準備結束後,阿姆斯特朗第一個從艙中走出。他一邊放下舷梯,一邊打開登月艙一側的電視攝像機,一邊記錄這偉大的一刻。作為第一個涉足其他天體的人類,他發表了著名的宣言:“這是個人的一小步,卻是人類的一大步。”阿爾德林跟了上來,將他眼前的景象描述為“壯麗的荒涼”。他們兩個在月球表面一共停留了兩個半小時,收集月岩標本並拍照。他們還部署了一些科學儀器,包括一塊激光復歸反射器,可以反射從地球發射的激光。在離開之前,他們還升起了美國國旗,留下一塊紀念碑標明人類首次登上月球。在登上登月艙並封閉艙門後,上升級與下降級分離,兩名宇航員自月球表面起飛並與留在月球軌道上的柯林斯會合。登月艙成功地與指揮/服務艙相遇,通過一系列小心的定位操作最終與兩者對接成功,任務成員得以(帶着月岩)回到指揮/服務艙進入返程。任務成員於1969年7月24日,飛行地面時間195:18勝利返航。