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月球上沒有火箭和發射塔,美國人是如何返航的?搭了個順風車

根據《中國航天報》此前的報道,美國的新一代運載火箭「太空發射系統」成功在肯尼迪航天中心發射成功,它將帶著獵戶座載人飛船飛向月球軌道。

而此次發射,正是為了實現「阿爾忒彌斯」這個重返月球的計劃,它被當做是阿波羅計劃的延續。

阿爾忒彌斯重返月球計劃的相關步驟

毫無疑問,阿波羅載人登月計劃的成功,為美國積累了很多的經驗,所以他們想再實現登月相對要容易一些。不過,人們在回憶阿波羅登月的時候,往往只記得宇航員是怎麼上去的,對於他們返航的細節卻不甚了解。

如果說「上天」是依靠地面火箭的發射,那麼下來又是依靠什麼來實現的呢?月球上又沒有火箭和發射塔,美國人到底是如何返航的?

阿波羅載人登月計劃

我們先來簡單回顧一下阿波羅登月計劃,這是上世紀美國和蘇聯太空爭霸的產物。

阿波羅登月計劃是美蘇太空爭霸的產物

在蘇聯成功發射第一顆人造衛星,並且率先將宇航員送入太空之後,美國當局就急了,為了證明自己才是實力強悍的「大國」,他們提出了載人登月計劃

根據資料來看,阿波羅載人登月計劃的實行時間是從1961年5月到1972年12月,足足有11年。

在這期間,美國共計發射了17艘飛船,前十次都是以探索月球基本情況為主,並未進行登陸。到了1969年7月,阿波羅十一號飛船才正式執行載人登陸月球的任務

為了確保登月順利,美國曾多次發射飛船

此次任務獲得了巨大的成功,阿姆斯特朗將自己的腳印留在了月球上,這代表著人類對月球的探索已經更進一步。

獲得了首次的成功之後,美國又接連送了不少宇航員上去,最終共讓12名宇航員完成了月球探索。他們不僅在月面行走、活動、做實驗,還帶回了大量的月球土壤,以供人們研究。

宇航員在月球上採集回來的月壤具有研究價值

總的來說,這個在上世紀就成功實行的登月計劃是相當成功的,獲得的成果也頗為豐富。當然,也正是因為「登月是壯舉」,人們總是將關注點放在宇航員登陸和在月球活動這些方面,而忽略了他們的返航問題。那麼,宇航員到底是怎麼返航的呢?

美國人是如何返航的?

眾所周知,想將飛船從地球上送出去,就必須要依靠火箭產生巨大的推力,提升它的速度。問題是,也沒見完成登月的美國宇航員在月球上修建發射塔、造火箭啊,那他們到底是靠什麼「飛離月球」的呢?

首先咱們先來看看阿波羅登月的月面起飛過程,一般來說可以分為三個飛行階段,分別是垂直起飛段、姿態調整段和射入段

月面起飛主要可以分為三個階段

垂直起飛段當中可以再分為兩個階段,前面的0到2秒之內為無控制階段,只需要確保上升級從下降級上起飛就可以了。在這之後,再進行姿態調整,讓上升級可以沿著月球的重力反方向進行上升。

根據資料來看,阿波羅十一號的宇航員在靜海著陸完成探測任務之後,就乘著「鷹號」的上升段起飛,然後與指令艙進行會和。

姿態調整段主要就是讓登月艙在上升的過程中,滿足攝入段顯式制導初始狀態的要求。至於射入段,就是讓目標進入既定的軌道,滿足入軌條件之後,往往就會關閉上升級的發動機了,避免出現意外。

一切準備都是為了進入月球軌道

其次再來看看宇航員在月面起飛的真實情況。

根據資料來看,奧爾德林在進入登月艙的時候,還意外弄壞了主發動機上用來啟動升空的「斷路器」。這個零件的損壞,極有可能導致發動機無法點火,好在後面他們依靠一點「小聰明」輕鬆解決了這個問題。

需要注意的是,大家在糾結月球上沒有發射塔的時候,卻忽略了登月艙本身就是一個小型發射塔。因為它在降落的時候便會打開支架,而這個支架其實就是下降級。

登月艙本身就像是一個小型發射塔

在宇航員返航的時候,支架會與上面分離,上升級此時就變成了一個「小火箭」,依靠自身攜帶的燃料助推,速度能達到2.4千米/秒左右,下面的下降級就充當「發射台」,支撐它並留在了月面上。

接下來就是按照上文所說的方式進行「升空」了,這個升空的過程必須要順著月球的自轉方向,這樣才能「借著東風」起飛。在與指令艙會合之後,進行一系列後續操作,宇航員就會正式準備返航。

登月艙借東風與指令艙回合後就準備返航

離開月球軌道後,載人返回艙就會受到地球引力的作用,被往下「吸」。

因此,美國宇航員返航總共搭了兩趟順風車,第一趟是從月面起飛,第二趟則是離開月球軌道,真正踏上登月之旅的時候。當然,也有人認為留在月球上的下降段才是「順風車」本體,這兩種說法其實都有道理。

許多人認為從月面起飛是借了「月球」自轉的東風

值得一提的是,有人可能會說,僅僅靠上升段攜帶的燃料怎麼能夠返航呢?飛船從地面起飛可是費了不少力氣的,怎麼到了月球,就變得這麼簡單?

這主要是因為月球的質量和地球有所差異,在質量差異巨大的情況下,它的表面重力只有地球的17%左右。在這種情況下,上升段想離開月球不需要受到太大的推力。

從月球表面重力場示意圖可以看出月球表面重力不大

誇張點說,如果你對自己的跳躍能力很自信,那麼你在月球上使勁向上一蹦,就可能蹦離地面幾米遠,而上升段能夠達到2.4千米/秒的速度,更是綽綽有餘了。

那麼,未來的載人登月依舊會採用類似於阿波羅計劃的模式嗎?會不會有什麼別的變化?

未來的載人登月還會採用阿波羅計劃的模式嗎?

載人登月模式的特點

從整體上來說,應該是不會有太大變化的,尤其是登月之後返航的操作,大部分國家依舊會採取上升段和下降段分離的方式。主要改變的方面,其實是側重於宇航員離開地球的方式

要知道,當時為了將阿波羅登月飛船「炸」上天,美國可是花了大價錢去造了土星五號,這個超越時代存在的「巨無霸」雖然完成了使命,但是實在是太燒錢了。

巨無霸火箭土星五號

因此未來大家為了省錢,可能會採用近地軌道較少次數對接組裝的方式,這樣便能夠儘力降低對運載火箭運載能力的要求了。不過,想讓這種方式順利實施,也面臨著諸多困難。

人類雖然早在上世紀就已經登陸月球,但是想再重返月球依舊要考慮很多因素,並不是說想回去就回去的。

當然,美國在終止阿波羅計劃之後,遲遲沒有返月的行為,也讓不少人更加相信,「登月造假」就是真的,阿波羅計劃的宇航員們其實從未登陸過月球,所有照片都是在攝影棚裡面拍攝的。

阿波羅登月的真實性經常遭人質疑

而這一切可能都要等到美國阿爾忒彌斯計劃的順利實施,才能讓其為自己自證清白了。

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