張玉新50
美國登月時，是怎樣擺脫月球引力返回地球的？
土星5號在火箭發射臺上時那令人震撼的高度與直徑，絕對會讓人記憶深刻，但如此質量送出後回來的卻只有一個指令艙，實在是令人好奇，那麼多巨大的質量去哪了.....當然絕大部分質量在出地球大氣層的時候就已經用完了！真正到地球軌道的....也就土星5號那個頂部小小的尖頭而已！
NASA幾枚著名的火箭對比示意圖
在太平洋上濺落的就只有這個指令艙
真正前往月球的飛船組合，就這麼一點點，擺脫地球引力需要土星5號巨大的推力，那麼擺脫月球引力呢？顯然這個組合已經不具備土星5號能力的1/100了！其實無需擔心，第一，月球登陸的質量只有代號為“鷹”的登月飛船+著陸器，就是如下結構：
下半部分將成為登月飛船返回時的發射臺！
第二、月球的逃逸速度只有1.68KM，即使月球軌道脫離速度也只有2.38KM，因此質量大大減小的情況下，脫離月球引力當然就更容易了!
這是“鷹”返回時的GIF動態圖，其實發動機工作時間也不長！
因此並沒有各位想象如地球上出發時那麼困難，儘管會比出發時容易，但即使到現在為止，載人登月仍然只有NASA一家完成，由此也可見一斑，載人航天特別是載人登陸其他天體，還真不是一般國家能玩的！
星辰大海路上的種花家
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。
時空通訊
很簡單，美國人採用的方法與離開地球完全一樣，也是採用火箭助推，將登月艙推離月球表面，返回在環月軌道上運行的指令艙對接，宇航員返回指令艙，然後拋棄登月艙，指令艙返回地球。
由於月球的重力場很低，因此脫離月球表面的環繞速度只需要1.6km/秒，因此只需要單級火箭即可抵達該速度，月球返回火箭所需要的燃料與推力都很有限度，無需類似地球火箭的多級結構，火箭的體積與重量都很小。
地球上為何要是用多級火箭呢？很簡單，是因為單級火箭的輔助結構重量(發動機的質量、燃料罐本身的質量)都很大，導致裝載的燃料重量與這些輔助重量的比值不可能太大，很多火箭發動機的推力需要用於克服這些相對無用的質量飛行，非常的不划算，以致於人類想出一個間接的辦法，那就是採用多級火箭+途中拋棄無用火箭結構的方式，降低對整個燃料推力的無用耗損，最終實現用有限的燃料將最終載荷加速到規定速度的目的。
而脫離月球則簡單多了，但火箭的結構與原理依舊一模一樣，登月艙自帶液體火箭發動機和燃料倉(自帶氧化劑)，而且登月艙還帶有起落架，月球下降時利用同一枚火箭制動減速，降落在月球上比較平坦的位置並保持登月艙的向上姿態，完成月球探測任務後，宇航員們返回登月艙，啟動火箭脫離月球，最終把登月艙加速到1.6km/秒，並與在月球環形軌道上待命的指令艙對接，宇航員返回指令艙，然後拋棄登月艙，指令艙按照規定路線返回地球。
楚楚夫
和在地球上差不多，也還是利用推進器推進起飛，唯一不同的是，月球的引力更小，飛船可以不需要太大的動力就可以起飛。
美國登月時採用了較為巧妙的設計，由於月球沒有空氣，飛船下降時不能利用降落傘軟著陸，必須利用飛船推進器反衝軟著陸。而這勢必會減少飛船的燃料，為了充分保證飛船完成任務，美國將飛船設計為上下兩級，燃料是分開的，各自帶有推進系統。這樣就不必害怕下降時的失誤造成燃料過多的消耗。實際上在阿波羅十一號的時候，飛船下降時偏離了預定位置，飛船的燃料差點就不能支撐軟著陸，飛船的上下兩級設計，保證了第一次載人登月的成功實施。
（登陸艙）
上升級也不需要太大的動力，月球的引力只有地球的1/6，飛船在起飛之前，宇航員會把飛船上不再需要的設備和物資拋棄。起飛後重新進入月球軌道，與等在月球軌道的命令服務艙交會對接。交會對接技術也是美國阿波羅十一號之前就試驗過的，美國發射飛船到達月球軌道，實施了這樣的試驗，為登月打下了最後的一道關卡。對接之後，人員和月球岩石標本轉移入命令服務艙，再次和飛船上升級脫離，經過一系列變軌，將命令服務艙向地球推進，上升級被拋棄在月球軌道。
（命令服務艙）
登月的實施是嚴謹的科技工程，所有的環節都是經過充分論證的，為了完成這一目標，美國阿波羅計劃實施的1962-1969年所做的飛行任務都是試驗登月所需要用到的各項技術。在那個年代，登月確實是很危險的，阿波羅十一號差點沒能著陸，阿波羅十三號差點毀在地球軌道上，3名宇航員也差點犧牲。不過美國投入255億美元的巨資，最終還是實現了人類的千年夢想。
飛船的各項技術參數、構造等在網絡上都可以搜索到，有興趣的可以去自己找找看。需要再次點明的是，美國載人登月是事實，雖然廣受質疑，NASA也曾多次闢謠，但是仍不乏質疑者，他們大概都緊緊了解到一點美國阿波羅登月的經過，卻從沒主動去了解阿波羅飛船的各項技術，因此也就更容易受到網絡信息的干擾。
來看世界呀
看了很多這樣精彩內容的科學文章，人類已經能夠離開地球到太空。登月這件事在頭條看了很多次，由於這件事情已經過去很長時間，人們對這件事情的認可，還是有不同看法。科學，或者說真理的過程，也是一個不斷重複的過程，正由於真理的不斷重複性，前人發現的真理，在後人依然重複出現。登月即然已經成功，發明創造已經產生，重複就不是困難的事情。科學家牛頓發現萬有引力定律，是前人沒有做到的，現在後人重複他的思想就變的容易。真理是能夠重複的。重複也是使人確認的好方法。
