美國登月時,是怎樣擺脫月球引力返回地球的?

張玉新50


上世紀的美國載人登月任務如何返回,是很多人都想了解的一個問題。甚至一些人質疑載人登月的真實性,這個問題也是一個很重要的原因。時空通訊就來與大家一起分享一下這個過程。

美國上世紀六七十年代進行的載人登月任務叫阿波羅任務,採用的是阿波羅系列飛船。

登月飛船並不是直接降落到月球上,而是分為幾個系統,每個系統具有不同的功能,執行著不同的任務。

而且今後的地外載人登陸項目,都會用這種方式。我們稍微學習一些航天知識,或者看一些科幻電影,都能對這個常識有所瞭解。

第一艘載人登月飛船是阿波羅11號,它由土星5號送入太空。阿波羅飛船由指令艙、服務艙、登月艙三部分組成,飛船總量為50噸。其中登月艙滿載推進劑時重達17噸,被命名為"老鷹號"。

每次阿波羅載人登月計劃都有3名航天員,其中2名會乘坐登月艙與飛船分離,1名航天員留在飛船指令艙繼續操作飛船繞著月球軌道飛行。一般把這留在軌道的飛船叫“軌道艙”。


老鷹號登月艙分為兩級,包括上升級和下降級。整個艙高7米,有4條著陸腿,展開跨度9.5米,加滿推進劑重量達17噸。

這相當於一座三層高的小樓房降落在月球上。其中的密封艙有4.5個立方米,可以居住2名航天員,以及航天員停留3天的生命支持系統。這個登月艙質量是無人探測器的10倍。

登月艙的上升級是航天員返回時用的。主要包括航天員密封艙以及推進系統,主發動機為一臺15.5kN的常規推力發動機,姿態控制發動機為16臺445N的發動機,頂部安有一套交會對接裝置,以及對接雷達、天線、光學望遠鏡等。

登月艙下降級主要是登月降落時使用的發動機和支架。除了主結構,還安裝有推進劑的儲罐,以及四條著陸腿,留有安放月球車的空間和儀器艙,帶有航天員出倉的平臺和梯子。主發動機是一臺46.7kN具有10:1變推能力的發動機。

月球的引力只是地球的六分之一,所以登月艙上升級發射所需要的動力比地球小很多,這些發動機就是根據這個狀況設計的,事實證明非常牛而且適合。

航天員駕駛登月艙依靠下降級登陸月球,完成任務後駕駛上升級與下降級解鎖分離,飛昇到軌道後與指令艙對接返回。下降級登月艙就廢棄留在了月球上。


首次載人登月是由“阿波羅11號”飛船完成的,執行這次任務的航天員為三名,他們是指令長尼爾·阿姆斯特朗,登月艙駕駛員埃德溫·奧爾德林,指令艙駕駛員邁克爾·柯林斯。

1969年7月16日,40層樓房高的“土星5”火箭在百萬人的關注下升空,把“阿波羅11號”飛船送入近地軌道,後者便開始獨自飛向月球。

經過75小時的長途跋涉,飛船於19日進入月球引力圈。

20日清晨,“阿波羅”到達月球上空4900千米後,根據休斯敦飛行指揮中心命令,減速飛行,飛船服務艙發動機逆向噴射,進入了遠月點313公里、近月點113公里的橢圓軌道,此時飛船繞月球一圈只需兩小時。

21日2時許,阿姆斯特朗和奧爾德林駕駛登月艙與指令艙分離,緩慢向月球飛去。柯林斯繼續駕駛著指揮艙繞月飛行,等待著他們的歸來。

降落時出現了一點小插曲,當阿姆斯特朗看到窗外原定降落地點充滿了不平整的卵石時,決定繼續飛行,比原定計劃多飛了那麼幾秒鐘,找到了一塊平坦的地方,由奧爾德林手控平穩降落,登月成功。這時降落的燃料幾乎耗盡。

他們眺望著密封艙外遍佈隕石坑和大石塊的陌生世界,忍住了想立即出艙的衝動,等待著地面中心指令。

隨後他們在這個降落月球的小樓里美美的睡了一覺,醒了又吃了第一頓月球早餐,檢查了各種儀器狀態和氧氣供應情況,經核對一切精確無誤後,他們互相幫助穿好了登月服。

偉大的時刻終於來臨,7月21日11點56分,阿姆斯特朗打開了艙門,從狹窄的艙門擠了出去,小心翼翼地把梯子豎下到月面,帶者電視攝像機慢慢的走下梯子,在月面上踏上了第一個腳印。

這時他說了一句響徹在地球上空半個多世紀的話:That's one small step for a man, one giant leap for mankind!漢語把這句世紀之言翻譯為:對我個人來說這是一小步,但對全人類來說卻是一大步。

19分鐘後,奧爾德林也走出了登月艙,他的第一句話是感嘆:啊,太美了。

他們很快學會了適應月球重力,走著與地球不一樣的步伐,跳躍前行,有時單腿跳躍,有點像袋鼠。他們在月球上放置了一塊金屬紀念牌,上面鑲刻著:1969年7月,這是地球人在月球首次著陸的地方。我們代表全人類平安地到達這裡。

阿姆斯特朗和奧爾德林一共在月球上停留了21小時18分鐘。

7月21日,阿姆斯特朗和奧爾德林帶著22公斤的月球土壤和岩石標本離開月球,返回月球軌道和科林斯會合。

阿波羅登月艙的上升過程類似於單級火箭的發射過程,包括垂直上升段和軌道進入段兩個階段。

垂直上升段:從登月艙上升級與下降級解鎖開始,上升級發動機點火起飛,幾秒後加入制導率,調整上升級的飛行方向,去追趕環繞月球飛行的飛船;

軌道進入段:登月艙的上升級進入飛船的飛行軌道面內,建立與飛船進行交會對接的初始姿態。

完成與軌道艙的對接後,登月艙隨即被拋棄。隨後啟動主發動機加速飛船,進入月地過度軌道。在接近地球時拋棄服務艙,調整姿態,使指令艙的圓拱底朝前,進入大氣層。

以後的情況和我們今天看到的飛船回收差不多,最終指令艙在降落傘的減速下落下。

“阿波羅11號”飛船的指令艙於1969年7月24日降落在太平洋夏威夷西南海面,至此,人類首次載人登月任務圓滿成功。

這就是上世紀載人登月往返的過程和細節,不知能夠對一些質疑者解惑否?

繼“阿波羅11號”載人登月成功後,“阿波羅”系列飛船又有五艘成功登月,先後六次一共有18位航天員參加了登月任務,12位宇航員登上了月球。

其中“阿波羅15、16號”還在月球軌道各發射了一顆環月科學衛星,“阿波羅15、16、17號”的登月艙各帶了一輛月球車,航天員們駕著月球車在月球上馳騁,減少了體力消耗,擴大了活動範圍。

六批航天員們在月球上一共工作了280小時,行走約100公里,從月球上帶回月岩樣品440公斤,人類對月球的認識從此完全改變,大大充實,一些原來對月球的不切實際的猜想和迷信得到澄清。

載人登月任務不但大大促進了航天事業,還促進了整個世界科學技術的發展。一些航天技術被廣泛的推向民用,對社會生活文明進步起到了重要的推進作用。

阿波羅工程是人類文明史上一個奇蹟,這是一項舉世矚目充滿智慧和激情的偉大工程。

一些專業人士評價,在那個科學技術並不十分發達的年代,阿波羅計劃和飛船實際上並不完美,整個計劃充滿了風險和可能的犧牲,但一批勇於獻身的人們敢於甘於冒險,為人類未來不惜捨身一搏,這種精神令人萬分敬佩。

半個多世紀過去了,這個人類最偉大的成就迄今為止無人能夠超越。

但這個壯舉得到全世界所有國家和科學界的公認和高度評價,這大概是這個從未停止過爭吵的世界唯一一項被完全統一認同的偉業。

哪怕那些對美國恨之入骨的國家,對這件事也毫無異義。

這就是時空通訊的觀點,歡迎討論點評。


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