03.06 阿波羅飛船如何飛離月球表面?

芯愉


半個多世紀前的1969年,阿姆斯特朗,奧爾德林,柯林斯,三名宇航員乘坐土星五號運載火箭前往月球


和大部分人想象的不一樣,這三名宇航員其實只有奧爾德林和阿姆斯特朗登上了月球,那麼剩下的柯林斯在哪呢?

答案是繞月軌道上的指揮艙裡

阿波羅登月計劃提出的時候,NASA就開始研究究竟用何種方式,完成載人登月並安全返回地球的任務,在“直飛月球並返回”和“月球軌道集合”兩個方案中,NASA選擇了後者,作為阿波羅登月計劃的最終實施方案。


月球軌道集合方案

該方案的重點,就是讓登月艙和返回艙(指令倉)在繞月軌道分離,從而讓兩名宇航員駕駛登月艙著陸月球,另一位宇航員則待在指揮艙裡提供必要的後勤協助。

時間跳回1969年


阿姆斯特朗和奧爾德林駕駛“鷹”號著陸器在“靜海基地”著陸後,便開始了插旗和收集月球岩石的工作,一切任務結束之後,兩名宇航員攜帶幾十公斤的月球岩石標本回到了登月艙,此時的他們將乘坐登月艙的上升級回到繞月軌道,與柯林斯駕駛的指揮艙完成對接。

對接完成後,三名宇航員將乘坐指揮艙返回地球,整個登月流程也就走完了


到這裡我們就能看出來,美國當時並沒有能力在月球發射大型運載火箭,因此NASA選擇了讓返回火箭在繞月軌道待命,只讓小巧的登月艙著陸月球表面,而小巧的登月艙上升級也能達到月球的逃逸速度,因此整個登月流程看似不可能,其實是可行的。

半個多世紀後的今天,美國又啟動了自己的載人登月計劃,此次他們將在月球軌道建立空間站,甚至是在月球表面建設一個小型研究基地,在可以預見的未來,月球上的資源必將讓月球成為新的必爭之地。



宇宙觀察記錄


不是阿波羅飛船飛離月表,是登月艙。

阿波羅飛船沒有登陸月球,一直在環月軌道上等候接應。

上世紀美國阿波羅登月計劃一共成功實施了6次,有12位宇航員踏上了月球的土地,但每次任務有三位宇航員,其中兩位登月,一位在阿波羅軌道艙支持接應。

一般人說到登月,都知道阿波羅飛船,但真正登月的是阿波羅飛船帶去的登月艙,這一點,提及的人就比較少了。

其實,登月艙是美國載人登月計劃非常重要的一個設備,正是依靠這個設備,宇航員才能夠安全的降落到月球,完成任務後又返回月球軌道。

首次登月的飛船叫阿波羅11號,起飛時重量達到46噸,長25米。這個飛船包括圓錐形的指令艙,高3.5米,底部直徑3.9米,重約6噸;圓柱形的服務艙,高7.6米,直徑3.9米,重約25噸;登月艙高6.9米,寬約4.3米,重達14噸。

指令艙就是乘員工作生活的地方,也是返回地球時的返回艙;服務艙裝載著燃料、各種物資裝備,還有發動機等;登月艙就是要去月球往返的運載工具了。

美國載人登月做了10年的前期準備。

從首次登月飛船叫“阿波羅11號”這個編號就知道,在沒有正式登月前,阿波羅飛船已經有10艘做過各種實驗和準備了,這些飛船有的在地球上實驗,有的在地球軌道實驗,有的在環月軌道實驗,有的空載實驗,有的載人試驗。

最後一次阿波羅10號實驗是到了月球軌道環月飛行,釋放了登月艙,到達距離月表只有15公里的地方返回,以檢驗其性能。

為了載人登月更有保障,配合阿波羅計劃還發射了幾十艘各種各樣的探測器,如徘徊者號9艘;勘測者號5艘;月球軌道環形器3艘等。這些飛船對月球著陸的可行性、月壤理化特性分析、著陸地點選址做了大量前期工作,還有過許多失敗教訓。

除此之外,還發射了載人雙子星座號飛船10艘,每次兩位宇航員乘坐,進行醫學、生物學研究,以及操縱飛船機動飛行、對接和進行艙外活動等訓練。

雖然一直到載人正式登月還有許多不可預見的危險,但這些前期大量的準備工作,對確保登月成功奠定了非常好的基礎。

由此,老美為載人登月做了近10年的準備,動用幾百所大學、科研機構和數十萬科技人員的力量,花費了300多億美元的財力。

登月艙是一件非常成功精美的科學傑作。

登月艙由上升段和下降段兩段組成,這兩段下降時是連在一起的,回來時上升段就與下降段脫離,只有上升段回到月球軌道。

實際上,上升段是登月艙的主體。由宇航員座艙、返回發動機、推進劑貯箱、儀器艙以及控制系統組成,這裡可以容納兩名宇航員,有導航、控制、通信、生命支持保障、電源等系統和設備。

為了節約空間和減少重量,乘員艙都沒有座椅,所以登陸和返回時,宇航員們都是站著的。好在時間較短,不會太累。

而下降段就比較簡單了,主要有著陸發動機、四條支架、4個儀器艙組成。一些攜帶的設備儀器,比如月球車也放在這裡。

下降段還有一個最重要的功能,就是作為上升段的發射架。許多人老迷惑,月球沒有發射架,宇航員怎麼返回的呢?這裡可以解答這個問題。

要知道月球上的重力只有地球的6分之一,逃逸速度只要2.38公里/秒,又沒有空氣阻力,返回的只有2名宇航員,沒有龐大的飛船等累贅,起飛重量很輕了,只需要1.6噸的推力就可以了。

因此就完全不需要巨大的運載火箭了。在登月時,精確計算好所需攜帶的燃料,就可以載著宇航員回到約200公里高的月球軌道。

載人登月從地球出發,是個逐步減負過程。

上升級發動機發動時,上升段和下降段就會自動解鎖,上升級就脫離下降級向等候在月球軌道的指令艙飛去。開始垂直上升,到了一定高度就導航進入環月軌道,與指令艙對接。

對接後,宇航員爬回指令艙,就啟動發動機,返航了。

這時登月艙上升段就完成了它的使命,被扔下最終墜毀在月球。而下降段也永遠的留在了月表,至今仍在,而且上面有6個。

因此,載人登月工程實際上是一個逐級減負過程。

地球上發射升空時使用的是土星5號巨型運載火箭,推力達到3480噸,將46噸的飛船整體送入地月航程;到了月球軌道,下降到月球的登月艙連人帶燃料只有14噸(燃料約10噸);返回月球軌道的登月艙就只有4.7噸(其中燃料2.6噸)。

宇航員回到指令艙後,拋棄登月艙;返回地球的航程只有指令艙和服務艙:到達地球環繞軌道後,拋棄服務艙。

最終返回到地球的只有指令艙,也就是約6噸回到地球。

這6噸中最精華的部分就是3位宇航員和帶回來的月岩月壤,也就幾百公斤吧。

這就是上世紀載人登月的過程。

在整個過程中,每一個環節和設備都必須保證準確精密萬無一失,稍有不慎就會前功盡棄。

比如登月艙的四條腿,這點小玩意都要求非常高。要考慮月球地形不平整、緩衝力需要多大、張開角度多大、精準解鎖等等。

這可不比在地球某沙漠戈壁地帶做個野外考察,出點事搶救修復一下就行了,在月球只要一條腿或者碰到一個石頭髮生傾覆,就會導致任務完全失敗機毀人亡,十年舉國努力、億萬人的期盼毀於一旦。

比如宇航服,每一件都要根據每個宇航員身材進行手工精密縫製,誤差不能超過0.4毫米,每個環節精密度稍有誤差,就可能影響到宇航員的生命和安全。

因此載人登月是人類最偉大的航天突破,半個世紀過去了,迄今無有超越。

NASA已經啟動執行載人重返月球(月背登陸)和載人登陸火星計劃,中國和一些航天大國也在緊鑼密鼓跟進中,誰能率先驚天一破?拭目以待。

就是這樣,歡迎討論,謝謝閱讀。


時空通訊


阿波羅飛船如何飛離月球表面?

美國人登月以後沒了發射塔架,那阿波羅飛船怎麼飛離月球表面?這大概是所有對登陸月球感興趣,以及對美國登月存有質疑想法的人最關注的問題之一。雖然,對於阿波羅飛船登月的全過程,不管大家是否只是單純性地感興趣,還是認為美國人載人登月不過是天方夜譚,都可以在接下來的內容中找到答案。

人類的載人登月曆程始於美國的阿波羅計劃

迄今為止,美國依然是實現載人登月的第一個、也是唯一的一個國家。而他們將宇航員送上月球,併成功返回的次數也達到了6次之多。首先,我認為有必要對美國的載人登月任務進行一個簡單的梳理。美國載人登月任務,都是依託於阿波羅系列得以成功實施,而每一次任務的登陸地點、任務內容和停留時間都有所不同。

那些曾經成功將宇航員送上月球表面的飛船,它們分別是阿波羅11號、阿波羅12號、阿波羅14號、阿波羅15號、阿波羅16號,以及阿波羅17號。很多人可能會認為,為什麼美國就如此輕而易舉的實現全人類的夢想了?但事實上,並不是每一次載人登月任務都成功進行。比如,曾被賦予第三次探索月球使命的阿波羅13號,便因為在航行途中突發故障而終止了任務的進行。

毋庸置疑,阿波羅計劃堪稱“前無古人式”的超大規模探月活動,算得上是最偉大的人類工程之一。對於這樣的成就,我們不應該打上解界限的標籤,因為這同時也是人類文明的重要跨步。而該計劃的實施也耗費了眾多人力和物力,在長達11年的時間裡,動員了各界人士的力量,耗費了數百億的財力。

在這6次成功的登月任務完成之後,共計有12為美國宇航員曾在月球上留下了自己的足跡。當我們將每一次載人登月任務的著陸點標註出來時會發現,它們其實都位於所謂的月球正面,也就是月球因為潮汐鎖定而一直面向地球的這一面。而曾經將阿波羅11號送往月球的土星5號火箭,也早已經在一個四千多米的海底被成功打撈。

當然,這個時候可能會有人跳出來說,那為什麼它們不在月球傳說中的陰暗面背面著落呢?理由其實很簡單,人類也是在數十年後的今天,才對月球的另一面有了更多比較清晰的認知,這大概就是為什麼會將在著陸點選擇在我們更熟悉的月球正面吧。

雖然,關於阿波羅11號月面艙之外的活動過程,當時也曾面向全世界大約6億的人進行了直播。但由於時隔久遠,當時很多珍貴的影像資料也已經遺失,再加上不少人的以訛傳訛。於是,阿波羅11號曾親歷的艱險探月曆程變成了很多人口中的騙局,似乎這些奇幻之旅不曾真的發生過一般。

由於月球上的氣候完全不同於地球,以至於宇航員們曾經在這片土地上留下的腳印都可以保存更長的時間。

沒有發射塔架的阿波羅飛船如何飛離月球?

很多對載人登月任務並不瞭解的人都存在著這樣一個誤區,大家總是覺得阿波羅11號應該是直接整體降落在月球上。不同於在地球上時還有大火箭給飛船助力,因為月球上是不可能有大型發射塔架的。於是,問題就來了,那既然沒有發射塔架,也沒有大火箭的幫助,那阿波羅飛船到底是怎麼飛起來離開月球、然後還將宇航員成功運送回到地球上?

首先,我可以簡單地對這個問題進行解答。關於阿波羅系列載人登月任務地成功完成,我們需要知道這樣一個基本事實:不同於地球上火箭地發射離不開發射平臺,阿波羅11號宇宙飛船的確也是通過火箭送入軌道,但阿波羅飛船本身也具有特別複雜的結構。

而且,阿波羅計劃本就不是地球和月球之間的直接往返,因為途中存在著一箇中轉站,它就是月球軌道。阿波羅的結構包含三個主要部分,它們分別是指揮艙、服務艙和登月艙,而著陸月球前的最後一步,便是登月艙從飛船的結構體中分離出來。

簡而言之,並不是所有宇航員都同時在月球著陸(僅登月艙),因為還需要一名宇航員在月球軌道環繞飛行(指揮艙和服務艙),以便在其他宇航員離開月球時進行接應。也就是說,宇航員們在登陸倉中準備的燃料並不足以返回地球,而僅夠飛離月球表面和月球軌道之間的距離罷了。

或許很多人都同化了月球和地球上的環境,要知道,月球上的引力跟地球引力完全不在一個層次上,登月艙並不需要多大的推力便可以離開月球表面。所以,登月艙要實現和指揮艙/服務艙之間的對接並不是一件不可能實現的事情。而最後將宇航員帶回地球表面的則只剩下指揮艙,因為當其進入地球大氣層的時候,構成部分中的服務艙也會發生最終的分離。

這些成功的載人登月任務為人類帶回了什麼?

載人登月任務的完成,並不只是確定了月球上不存在生命跡象,更填補了很多人類對月球認知上的空白。我們不僅知道了月球並不是從誕生之日其就是如今這般模樣,更通過地震儀的放置,從而瞭解到了月球基本的內部構成部分。在其凹凸不平的表面之下,是擁有60千米左右厚度的外殼,而月球表面的諸多印記都始於其在太陽系的誕生之初。

曾經因為所謂的認知錯誤,我們將月球上的黑暗平滑區域稱為月海。然而,宇航員們通過載人登月任務才發現,它們中的大多數其實都是大小不一的隕石坑。而這些隕石坑的年齡也並不一致,這也說明了月球現存隕石坑中有一部分,是其在之後的演化歷程中逐漸形成的。而月球上岩石的形成過程更與水不存在多大關聯,因為它們的誕生始於高溫。

而月球的體積結構,其實也不像我們肉眼看上去那麼對稱。因為,在月球演化的過程中,它長期遭受著地球萬有引力的影響,這導致了月球的外殼厚度在靠近地球和遠離地球的兩面出現了微小差異。不同於地球上的塵埃,在月球上普遍存在的月塵,足以給航天器和宇航員的工作帶來的較大阻礙和風險,這也成為了登陸月球的重要研究內容之一。


悟空科學


登月是一項十分複雜的系統工程,但其基本原理也不難理解。

登月時發往月球軌道的飛行器,有三部分組成:指令艙,飛行器的控制中心,也是宇航員的生活住處;服務艙,攜帶登月需要的引擎和燃料的部分;登月艙,登陸月球的部分。


當飛行器被髮射進入月球軌道後,登月宇航員進入登月艙,仍留一名宇航員在指令艙中繞月飛行,負責與地面控制中心的聯絡。然後,登月艙與指令艙分離並打開起落架,開始下降,並調整姿態使起落架朝下,最終緩緩降落在月球表面。

宇航員完成任務後,返回登月艙,上升火箭點火起飛,將起落架拋棄在月球上。因為月球的重力加速度只有地球的六分之一,也不存在空氣阻力,所以,登月艙在月球上升空要容易得多。

登月艙返回繞月軌道後,與指令艙對接,宇航員回到指令艙,並將需要帶回的東西搬運到指令艙。然後,指令艙與登月艙和服務艙分離,指令艙獨自返回地球。


甜甜向上314159


整個登月飛船有三部分組成,指令艙,登月艙和服務艙。到月球軌道後指令艙和服務艙在月球軌道上飛行,留有一名宇航員,而登月艙載著兩名宇航員登陸月球。

登月艙又分為兩個模塊,上升模塊和下降模塊。其中下降模塊的主要功能就是作為著陸支架和發射支架。

而上升模塊就是搭載兩名宇航員返回月球軌道的部分了。

上升模塊的總質量為4700千克,其中主發動機燃料約2350千克,主發動機推力16000N,比衝為311s(3050 N·s/kg),起飛時的推力與重量比:2.124(月球重力下)。

當上升模塊返回時,以下降模塊作為發射架,直接點火起飛,達到月球軌道後與指令艙和服務艙對接。然後宇航員返回指令艙,拋掉上升模塊,指令艙和服務艙進入返回地球的軌道。


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登月艙是由指令服務艙、登月艙上升級和登月艙下降級三部分構成。

當登月艙降落時它們是一起落月,主要利用下降級的著陸發動機懸停反衝實現軟著陸月球表面。下降級在登月艙離開月球時充當的是發射架。宇航員在完成月面任務後登上上升艙段內。

上升級攜帶發動機和推進劑(登月艙淨重4.1噸,加上推進劑總重14.7噸,其中推進劑10.1噸,分配於下降級和上升級),相當於一枚小型載人運載火箭。飛離月球時,上升級以下降級為發射架,點火起飛,載著兩位宇航員緩緩上升。


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首先,月球的體積只有地球的1/49,從月面起飛並達到月球的逃逸速度並不需要像從地球起飛那麼大的推力。相應的,就不需要攜帶大量的推進燃料。

其次,不斷減重。從地球上發射的登月飛船包含了推進艙,服務艙,返回艙,登月艙。

飛船在到達繞月軌道後與登月艙分離,飛船本身依然繞月運行,登月艙自行在月面著陸。

登月艙自己帶有一個著陸底座,在完成任務以後這個底座作為發射臺留在月球,登月艙自身的火箭發動機點火,將登月艙送至繞月軌道與飛船主體對接匯合。

同樣,飛船返回地球前將拋棄其他艙體,僅保留載人的返回艙回到地球。





沒有詩也可以有遠方



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一個小型火箭發電機就可以把它推上天了,月球的引力比地球小,返回艙的重量也不是很重


工控電子愛好者


美國宇航局(NASA)當時公佈的是飛船用爆炸螺栓!嘭一一的一聲飛船就炸回軌道。


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