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今天才是真正登月50周年:一文俯瞰從阿波羅1號到17號全艦隊

關鍵時刻,第一時間送達

登月第一人:阿姆斯特朗與登月艙。由奧爾德林拍攝。

文 / 騰訊科技 喬輝

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北京時間1969年7月21日上午10點56分(美國東部時間7月20日22點56分),著名宇航員尼爾·阿姆斯特朗代表人類首次踏上月面,說出了那句家喻戶曉的名言「個人的一小步,人類的一大步」。19分鐘後,另一位宇航員奧爾德林也踏上了月面,並留下了那張經典的腳印照片。

登月第二人:奧爾德林和他在月面上留下的腳印。從頭盔的反光中能夠看到給他拍照的阿姆斯特朗。

2013年,第64屆國際宇航大會期間,騰訊科技曾經採訪了奧爾德林,親自聆聽他講述當年登月的故事。本文在阿波羅11號章節有詳細介紹,請慢慢往下看。

大多數人都只記住了阿波羅11號和阿姆斯特朗的名字。其實,從1969年到1972年,NASA總共執行了從阿波羅11號到阿波羅17號七次載人登月發射任務,其中阿波羅13號由於在飛行途中氧氣罐發生爆炸而被迫終止登月行動,提前返回地球。

阿波羅登月飛船上的宇航員都是三人一組,抵達月球軌道後,兩位宇航員進入登月艙,降落到月面,另一位宇航員待在月球軌道中指令艙里繼續繞月飛行,等待他們歸來後再一起返回地球。

以阿波羅11號為例,三位宇航員分別是阿姆斯特朗(Neil Armstrong)、奧爾德林(Buzz Aldrin)和科林斯(Michael Collins)。其中,阿姆斯特朗是指令長,奧爾德林是登月艙駕駛員,科林斯是指令艙駕駛員。阿姆斯特朗和奧爾德林先後踏上月面,科林斯則作為接應留在月球軌道上。

阿波羅工程徽章

美國總計六次成功登月,共有12名宇航員踏上月面,他們在月面上還展開過各種科學實驗,例如在月面放置月震儀和激光角反射鏡等。此外,他們還採集了總共382公斤的月岩和土壤樣本返回地球。

既然有阿波羅11號,也就有前序的從阿波羅1號到阿波羅10號飛船,他們的故事更是很少人知道。下面我們從阿波羅1號講到阿波羅17號,來一次整個阿波羅工程的大盤點,請系好安全帶。

其中具有節點意義的登月任務如下:

阿波羅1號:在飛行前的一次演練中,指令艙內發生火災,三名宇航員犧牲;

阿波羅8號:首次載人飛往月球軌道,並拍攝到著名的「地升」照片;

阿波羅11號:首次載人登月,阿姆斯特朗說出「個人的一小步,人類的一大步」;

阿波羅13號:飛往月球的過程中氧氣罐爆炸,放棄登月。經歷了九死一生的考驗,最終安全返回了地球;

阿波羅15號:首次使用月球車,大大增加了宇航員在月面上的活動範圍;

阿波羅17號:最長時間的月面行走和月軌駐留。最後一次阿波羅登月。拍攝了微信開機畫面使用的地球照片。

阿波羅1號

阿波羅1號是阿波羅工程首次計劃載人飛行試驗,本打算在地球近地軌道對指令艙和服務艙進行測試,但遺憾的是,1967年1月27日,在飛行前的一次演練中,指令艙內發生火災,三位宇航員Gus Grissom、Ed White和Roger Chaffee困在艙內犧牲。

阿波羅一號的三位宇航員。從左向右:Grissom、White和 Chaffee。

調查表明,起火是由於電路火花引起的,在艙內純氧的條件下,尼龍質材料燃燒很快,燃燒產生的高壓死死壓住了艙門,由於艙門是向內開啟的,因此,宇航員打開更加困難。

從此之後,阿波羅指令艙改為了60%的氧氣和40%的氮氣混合氣體,且艙門是向外打開的。

燒毀的阿波羅1號指令艙。

阿波羅1號的原始代號為AS-204。其中,AS代表「阿波羅-土星五號」任務;2代表使用的是升級版的土星一號火箭「土星IB」;04代表第四次飛行任務。

三位宇航員犧牲後,應家屬的要求,也為了紀念逝去的生命,AS-204被命名為阿波羅1號,一艘從未離開地球的宇宙飛船。

阿波羅2號

AS-201(阿波羅2號)起飛。

發射日期:1966年2月26日

宇航員:無

阿波羅2號並非官方稱呼,官方稱其為AS-201。這是首次對阿波羅飛船進行測試,從代號上看得出來,比上面的阿波羅1號(AS-204)要早。

阿波羅2號進行的是彈道飛行,目的是對飛船服務艙的推進系統進行驗證,對服務艙和指令艙的控制系統進行檢驗,以及對指令艙從太空返回的防熱系統進行測試。

阿波羅3號

AS-202任務(阿波羅1號)起飛。

發射日期:1966年8月25日

宇航員:無

同樣,阿波羅3號也並非官方稱呼,其代號為AS-202。這是第二次對阿波羅飛船進行測試,也是首次搭載飛行導航系統和燃料電池裝置。

飛行方式也是彈道飛行,返回時採用了藉助地球大氣的彈跳方式進行減速,最後拖著降落傘在海上成功降落。

阿波羅4號

阿波羅4號發射升空。首次採用土星五號火箭。

發射日期:1967年11月9日

宇航員:無

阿波羅4號是首次採用著名「土星5號」火箭發射的飛船。此前的發射採用的是土星1號和土星IB號火箭。本次發射的是完全成熟的火箭和飛船,各項指標滿足登月的要求,並真實演練了飛船從月球高速返回地球的過程。

發射後,第三級火箭和飛船進入距離地面190公里的正圓軌道。在圍繞地球轉了兩圈後,第三級火箭點火,進入遠地點17000公里,近地點85公里的長橢圓形軌道上,在這次點火完畢後,飛船與第三級分離並接力點火,把軌道調整為遠地點18000公里,近地點74公里的更加狹長的橢圓軌道。在經過遠地點的時候,飛船又進行了一次281秒的點火,把軌道從橢圓拉成雙曲線。這是為什麼呢?這是為了把速度提升到第二宇宙速度,模擬未來飛船從月球返回地球的真實情形。

據悉,阿波羅4號在飛船和火箭上共搭載了4098件測量儀器,用於收集各種數據。

阿波羅5號

發射阿波羅五號的土星IB火箭矗立在發射架旁。

發射日期:1968年1月22日

宇航員:無

阿波羅5號是NASA首次對登月艙在太空進行測試,由土星IB火箭發射進入地球近地軌道。

值得一提的是,發射阿波羅5號的火箭就是此前準備用來發射阿波羅1號的火箭。因為此前的阿波羅1號事故並沒有影響到火箭系統。

登月艙已經安裝在了適配器上。

在阿波羅5號任務中,NASA主要對登月艙的下降級火箭和上升級火箭進行測試。

登月艙由兩部分組成:下降級和上升級,英文名分別為descent stages和ascent stage。

下降級的主要作用是支持登月艙的動力下降,以及在月面上著陸。當宇航員完成月面活動,進入登月艙準備返回月球軌道時,下降級可以作為上升級的發射台,永久留在月面上。

上升級包含乘員艙和生命支持系統,底部有火箭。返回時負責把宇航員送入月球軌道,並與軌道上的指令艙進行交會對接,兩位登月宇航員與指令艙內的一位宇航員回合,然後一起返回地球。

上升級也丟棄不要,最終會墜落到月球上,藉此機會還能製造人工地震,放置在月面上的月震儀可以對震動進行記錄。

當然,阿波羅5號的登月艙沒有離開地球,只是在地球軌道上進行了演練。

阿波羅6號

阿波羅6號發射。

發射日期:1968年4月4日

宇航員:無

阿波羅6號飛船由土星五號火箭發射,也是最後一次非載人阿波羅飛船測試。

本次發射的目標是:驗證火箭把飛船射入地月轉移軌道的能力;再次驗證飛船返回地球時的熱防護性能。

但遺憾的是,土星五號的二級火箭有部分發動機出現故障。燃料管路的破裂,導致二級火箭的兩個發動機提前關機,好在通過其他二級火箭發動機和三級火箭發動機的延長工作,彌補了推力的不足。禍不單行,三級火箭發動機關機後無法重啟,飛船沒能進入地月轉移軌道,被擱淺在近地點173公里,遠地點360公里的停泊軌道上。

這裡插一句說明一下:土星五號的二級火箭有5個氫氧發動機,三級火箭只有一個氫氧發動機。

NASA決定採用飛船本身的發動機進行軌道高度提升,最終把飛船推到遠地點22000公里的高度,然後俯衝下來驗證飛船再入大氣層的過程,就像之前阿波羅4號做的那樣。

阿波羅6號發射時,並沒有上當天媒體頭條,因為那天馬丁·路德·金被槍殺于田納西州孟菲斯城。發射前5天,美國約翰遜總統宣布不再尋求連任等等。這些重大社會事件轉移了媒體和公眾的注意力。

阿波羅7號

阿波羅7號任務徽章。

發射日期:1968年10月11日

返回日期:1968年10月22日

宇航員:Wally Schirra、Donn F. Eisele和Walter Cunningham

三位阿波羅7號宇航員(左起):Eisele, Schirra Cunningham

阿波羅7號是首次載人的阿波羅飛船。本來阿波羅1號執行首次載人發射,但由於火災事故導致3位宇航員犧牲,文章開始部分我們有詳細說明。

這樣,阿波羅7號就接替了阿波羅1號的飛行任務,在近地軌道測試指令艙和服務艙。

阿波羅7號並非使用土星五號火箭發射,而是採用推力小一些的土星IB。阿波羅7號不搭載登月艙,載荷要小很多,也不向月球飛行,土星IB足夠用。這也是土星IB火箭首次發射載人飛船。

阿波羅7號首次進行太空直播。

阿波羅7號在太空駐留了11天,並實現美國首次在太空電視直播。在太空的11天其實並不怎麼好過,難吃的食物和糞便處理系統散發的惡臭令宇航員們非常難過,指令長Wally Schirra還一度感冒,宇航員們和地面指揮人員也鬧過不愉快,但最終還是完成了既定任務。

阿波羅8號

阿波羅8號徽章。

發射日期:1968年12月21日

返回日期:1968年12月27日

宇航員:Frank Borman;Jim Lovell;William Anders

阿波羅8號宇航員(左起)ovell, Anders和Borman。

阿波羅8號是第二次載人阿波羅飛行任務,也是首次載人飛出地球,飛到月球軌道的任務。從地球飛到月球,飛船總共耗時68小時,然後在月球軌道上繞行了10圈,大約20個小時。

著名的「地出」照片。由阿波羅8號宇航員拍攝。

阿波羅8號的宇航員拍攝到了著名的「地出」(earth rise)照片。這種景觀只能在月球上看得到,我們在地球上只能看到日出和月出。地出的景象不是由於月球的轉動,而是由於飛船從月球的背面飛出時,看到的景象。

阿波羅8號的成功,堅定了美國能夠在60年代末登陸月球的決心。

阿波羅9號

阿波羅9號徽章。

發射日期:1969年3月3日

返回日期:1969年3月13日

宇航員:James McDivitt;David Scott;Rusty Schweickart

阿波羅9號宇航員(左起):McDivitt, Scott和Schweickart。

阿波羅9號是第三次載人阿波羅飛行任務,主要是在地球軌道上對登月艙的上升級火箭和下降級火箭的點火系統進行檢驗,對登月艙與指令艙的交匯對接系統進行檢驗。

宇航員首次進入登月艙,還進行了艙外太空行走。本次任務驗證了登月艙載人的可靠性,為後續阿波羅10號的登月演練鋪平了道路。

阿波羅10號

阿波羅10號徽章。

發射日期:1969年5月18日

返回日期:1969年5月26日

宇航員:Thomas P. Stafford;John Young;Gene Cernan

阿波羅10號宇航員(左起);Cernan, Stafford, 和Young。

阿波羅10號是第四次載人阿波羅飛行任務,也是第二次載人飛出地球,飛到月球軌道。

阿波羅10號完全是對後續阿波羅11號載人登月的全面演習,就差真正登月了。登月艙軌道高度最低至月面14.4公里。圍繞月球轉31圈後離開,並最終成功返回地球。

阿波羅10號登月艙準備對接指令艙和服務艙。

根據2002年的吉尼斯世界紀錄,阿波羅10號創造了載人飛行器的速度紀錄!在返回地球的時候,速度峰值達到了11.08公里每秒。

2016年,探索頻道播出了一個電視節目,節目中說,宇航員飛行至月球背面的時候聽到了奇怪的聲音,有人認為是外星人存在的證據。但後來分析表明,這很可能是指令艙和登月艙發生信號干擾所致。

阿波羅11號

阿波羅11號的任務徽章。

發射日期:1969年7月16日

返回日期:1969年7月24日

宇航員:阿姆斯特朗、奧爾德林和科林斯

阿波羅11號宇航員(左起):阿姆斯特朗、科林斯和奧爾德林。

阿波羅11號是第五次載人阿波羅飛行任務,也是首次把人類送上月球表面。關於阿波羅11號的故事已經講了半個世紀,資料可謂汗牛充棟,本文在開頭也有講解,這裡就不再重複詳細介紹。

2013年,在北京召開「國際宇航大會」期間,本文作者非常有幸採訪到了奧爾德林,他是登月艙的駕駛員。

月面上的奧爾德林。從頭盔的反光中能看到阿姆斯特朗。

在阿姆斯特朗踏上月面19分鐘後,他也踏上了月面。我們經常能看到的宇航員站立在月球上的照片,絕大多數都是奧爾德林。月球上的那種著名的腳印照片也是奧爾德林留下的,並非阿姆斯特朗。在月面行走的時候,大多數時間都是阿姆斯特朗拿著相機,因此奧爾德林留下的照片更多。

2013年,奧爾德林在接受騰訊科技的採訪。

騰訊科技採訪奧爾德林的要點如下:

土星五號火箭起飛非常平穩,甚至比後來研發的太空梭還要穩定;

當飛船進入太空後,可以看到地中海、大洋中的島嶼,具體細節看不清楚;

在飛向月球的途中,並沒有看到傳言中的UFO現象,看到的是飛船丟棄部件反光形成的亮點;

當踏上月面的時候,他感覺周圍一片荒涼、毫無生機。

在問及是否相信存在地外智慧生命時,他說:「我不知道,要說相信或不相信,必須要有證據支持,目前還沒有證據。但是,宇宙中存在數以億計的行星,在其他地方應該存在智慧生命。但到目前為止,我們還不知道如何和他們通訊或到達他們那裡。因此,我們只能耐心等待」。

阿波羅12號

阿波羅12號任務徽章。

發射日期:1969年11月14日

返回日期:1969年11月24日

宇航員:Pete Conrad;Richard F. Gordon Jr;Alan Bean

阿波羅12號宇航員(左起):Conrad, Gordon, 和Bean。

阿波羅12號是第六次載人阿波羅飛行任務,也是第二次把人類送上月球表面。著陸地點位於月面的「風暴洋」,當然這裡並沒有水。

我們知道,阿波羅11號登月的時候,由於原定著陸區域不平整,飛船進行了重新調整,冒了極大風險。阿波羅12號飛船非常順利,按照既定著陸地點著陸。阿波羅12號的著陸點也是1967年NASA發射的無人探測器「勘測者」3號的著陸地點。在月球行走的過程中,他們還從勘測者3號上取下了一些部件帶回了地球。

Pete Conrad 正在研究之前降落到月球的「勘測者3號」探測器。

阿波羅12號首次攜帶彩色攝像機到月球,但在使用過程中由於不小心對準了太陽,導致攝像機毀壞。

值得一提的是,阿波羅12號發射升空大約20秒內,竟然兩次被閃電擊中。第一次閃電導致電子設備主動切斷了飛船上的燃料電池,第二次閃電又導致一些儀器暫時罷工。幸虧飛船上的備用電池啟動,才避免了悲劇的發生。飛船進入地球軌道後,進行了各項檢查,在確定沒問題後,飛船得以繼續向月球進發,最終成功登陸月球並安全返回地球。

阿波羅13號

阿波羅13號任務徽章。

發射日期:1970年4月11日

返回日期:1970年4月17日

宇航員:Jim Lovell;Jack Swigert;Fred Haise

阿波羅13號宇航員(左起):Lovell, Mattingly和 Haise。

阿波羅13號是第七次載人阿波羅飛行任務,也是第三次打算在月球著陸的飛行任務,但由於中途飛船服務艙氧氣罐發生爆炸,沒能登陸月球,但成功返回了地球。

為了便於後文的理解,這裡再簡單介紹一下阿波羅飛船的三艙結構:服務艙 指令艙 登月艙。

服務艙最大,有主火箭發動機和各種能源物質;指令艙是宇航員的主駕駛艙,也是唯一返回地球的倉段;登月艙顧名思義就是登陸月球使用的倉段。

在飛往月球的過程中,宇航員聽到了很大的聲音,開始以為是受到了流星的撞擊,然後發現電力系統開始出現問題,電壓急劇下降。由於服務艙的供電系統是靠的氫氧燃料電池,因此氧罐的爆炸是致命的。雖然指令艙里也有獨立的供電系統,但只能使用十幾個小時,還要保留到最後返回地球時候使用,他們只好使用登月艙作為救生艇。發生事故後,NASA已經決定終止登月,因此,登月艙更換了使用方式。

登月艙只能支持2人1.5天的生活,現在要支持3人4天的生活,無疑要面對極大的問題。服務艙和指令艙使用的都是燃料電池,在提供電力的時候,還能附帶提供飲用水。而登月艙里的電力供應依靠的是銀鋅電池,非燃料電池,不能提供飲用水。另外,為了節約用電,還要珍惜利用。這樣,蜷縮在登月艙里的宇航員面臨缺水、缺電的問題。登月艙里的溫度甚至下降至4攝氏度,非常寒冷。

總結一下,宇航員面臨的電力問題是:服務艙的電力系統不可用;指令艙里的電力不敢用;登月艙里的電力要節約用。

發生事故時,飛船已離開地球33萬公里,進入了月球的引力範圍,要想直接掉頭返回,需要速度的改變數為1.8公里每秒,服務艙的主發動機沒法使用,登月艙的發動機推力有限,直接掉頭返回的方案不可行。NASA決定繼續往月球前進,讓月球引力幫飛船掉個頭,然後藉助登月艙的發動機協助返回。

他們在繞行到月背的過程中,還創造了一個紀錄:成為迄今為止離地球最遠的三個人。

毀壞嚴重的阿波羅13號服務艙。

經過艱難的航行,三艙組合體終於返回地球附近。他們首先把服務艙丟棄掉,驚訝發現服務艙的受損程度遠超他們的想像,並拍攝了照片。三個半小時後,他們把與指令艙相連的登月艙也丟棄掉,準備開始再入大氣層。

通常,阿波羅飛船返回地球的過程中,都會經歷大約4分鐘的「黑障」,這個階段通信中斷。阿波羅13號卻經歷了6分鐘的黑障,地面指揮人員為他們捏了一把汗。

最後,飛船拖著降落傘安全降落在南太平洋海域,隨後被打撈船救起。三名宇航員身體狀況總體良好,真是一場驚心動魄的營救。

完成「救生艇」任務的阿波羅13號登月艙。最後墜毀於南太平洋上空。

服務艙和登月艙則無控進入大氣層,最後在南太平洋上空墜毀。南太平洋海域陸地很少,經常是航天器的歸宿場所,有「航天器墳場」的稱呼。2019年7月19日晚上,我國「天宮二號」空間站完成使命,也墜毀在這片海域。

1995年,《阿波羅13號》同名電影上映,該電影非常真實的還原了事件的過程,建議還沒看過的朋友看一看。

阿波羅14號

阿波羅14號任務徽章。

發射日期:1971年1月31日

返回日期:1971年2月9日

宇航員:Alan Shepard;Stuart Roosa;Edgar Mitchell

阿波羅14號宇航員(左起):Roosa, Shepard和Mitchell。

阿波羅14號是第八次載人阿波羅飛行任務,也是第三次成功登陸月球的飛行。

登陸月球後,Alan Shepard和Edgar Mitchell進行了兩次月面行走,收集了48公斤的月岩,展開了幾項科學實驗,Alan Shepard還打了兩桿高爾夫球。

經歷過阿波羅13號事件後,阿波羅14號的服務艙經過了許多改進和優化,防止此類事件再次發生。

月面上的阿波羅14號登月艙。

宇航員Stuart Roosa還攜帶去了數百顆樹的種子,在返回地球後送到世界各地種植,被稱為「月亮樹「。Stuart Roosa作為指令艙駕駛員並沒有踏上月面,而是留在月球軌道上靜靜等待另外兩位宇航員從月面歸來,再一起返回地球。

前面我們也提到,在阿波羅11號登月的照片中,普通人很難區分阿姆斯特朗和奧爾德林。從阿波羅13號起,指令長的艙外宇航服的腿和胳膊上裝飾有紅色條紋,以示區分。由於阿波羅13號未能成功登月,阿波羅14號就成了首次在月面上使用這種宇航服的登月任務。

阿波羅15號

阿波羅15號任務徽章。

發射日期:1971年7月26日

返回日期:1971年8月7日

宇航員:David Scott;Alfred Worden;James Irwin

阿波羅15號宇航員(左起):Scott, Worden,和Irwin。

阿波羅15號是第九次載人阿波羅飛行任務,也是第四次成功登陸月球的飛行。

Irwin和月球車合影。

阿波羅15號的宇航員比此前在月面停留的時間更長,更加註重科學任務。阿波羅15號還首次使用月球車,活動範圍更大。他們在月面累計行走18.5個小時,收集了77公斤的岩石。

宇航員David Scott在月面真空環境中還進行了鎚子和羽毛同時下落的演示實驗,證明了在真空環境中,沉重的鎚子和輕飄的羽毛同時落地。據說羽毛來自一隻矛隼。

阿波羅16號

阿波羅16號任務徽章。

發射日期:1972年4月16日

返回日期:1972年4月27日

宇航員:John Young;Thomas Mattingly;Charles Duke

阿波羅16號宇航員(左起):Mattingly, Young,和Duke。

阿波羅16號是第十次載人阿波羅飛行任務,也是第五次成功登陸月球的飛行。

兩位登月宇航員John Young和Thomas Mattingly在月面上停留了71個小時,進行了三次月面行走,總計20多個小時。

Charlie Duke放置在月面上的全家福。

他們還駕駛月球車行駛了26.7公里,收集了95.8公斤的月岩。Charles Duke還把自己的全家福放到月球表面。

阿波羅17號

阿波羅17號的任務徽章。

發射日期:1972年12月7日

返回日期:1972年12月19日

宇航員:Eugene Cernan;Ronald Evans;Harrison Schmitt

阿波羅17號宇航員(左起):Schmitt, Cernan和Evans。

阿波羅17號是第十一次載人阿波羅飛行任務,是第六次成功登陸月球的飛行,是最後一次阿波羅登月,也是首次由專業科學家宇航員參與的登月行動。

宇航員Harrison Schmitt另一個身份是地質學家,本來計劃讓他執行阿波羅18號任務,但阿波羅18號取消。科學協會要求NASA想辦法派一名地質學家,而不是受過簡單培訓的宇航員去執行科學考察任務。最終,Harrison Schmitt作為登月艙駕駛員踏上了月面。

這張照片是阿波羅17號飛往月球的過程中拍攝到的地球,也是微信開機畫面展示的地球。

阿波羅17號在月面停留超過72小時,增強了科學考察項目,並第三次駕駛月球車在月面行駛。阿波羅17號打破了多項載人登月紀錄:最長時間的月面行走,最大的月岩樣本,在月球軌道上停留了最長的時間。

按照原計劃,還有阿波羅18號、19號和20號,但都在1970年取消了。

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