阿波罗计划并非一蹴而就,其背后是多年的探索与无数次的试验。
1961 年,时任美国总统肯尼迪宣布登月计划,随后 NASA 便开始了紧锣密鼓的筹备工作。然而,计划伊始便遭遇挫折,1967 年 1 月 27 日,阿波罗 1 号在发射前的例行测试中指令舱着火,三名宇航员不幸牺牲,这给整个计划蒙上了一层阴影。
在此之后,NASA 汲取教训,对土星 5 号以及飞船的各个舱进行了一系列不载人测试,包括轨道点火、月球返回模拟等。
从阿波罗 2 号到 6 号,这些测试为后续的载人任务奠定了坚实基础。
接着,阿波罗 7 号到 10 号进行了载人环绕地球、环绕月球以及往返等任务,还实现了登月舱与指令舱在太空的载人对接。经过这些前期任务的成功执行,阿波罗计划离载人登月再返回的目标越来越近。
阿波罗飞船由指令舱、服务舱和登月舱三个主要部分组成。
指令舱是宇航员在往返地球过程中的生活和控制中心;服务舱则为飞船提供动力、电力、氧气和水等关键支持;而登月舱则肩负着在月球表面着陆和起飞的重任。这种独特的设计使得飞船在不同阶段能够各司其职,确保任务的顺利进行。
当阿波罗飞船抵达月球轨道后,指令舱继续在轨道上环绕月球飞行,而两名宇航员则进入登月舱,准备着陆月球表面。
登月舱由上升级和下降级组成,下降级配备了强大的发动机和着陆装置,用于实现安全着陆。在宇航员的精确操控下,登月舱缓缓降落在月球表面,开启了人类探索月球的新篇章。
宇航员踏上月球表面后,开始进行一系列科学考察任务,包括采集月球岩石和土壤样本、设置科学实验仪器等。
他们身着特制的宇航服,在月球低重力环境下小心翼翼地行动,将采集到的珍贵样本妥善放置在登月舱内,为后续的研究提供了重要资料。
在完成月表任务后,宇航员面临的第一个挑战便是从月球起飞。由于月球质量只有地球的 1.2%,半径却达到地球的 27%,其引力相对较弱,逃逸速度仅为 2.4km/s,远低于地球的 11.2km/s。更为关键的是,阿波罗号并不需要从月球完全逃逸,而只需达到月球的第一宇宙速度 1.8km/s,进入环月轨道与指令舱对接即可。
此外,阿波罗 11 号的登月舱设计巧妙,在着陆时,上升级与下降级一起登陆月球,但当要起飞时,下降级作为发射架留在了月球上,只有上升级携带宇航员和样本升空。这大大减轻了起飞重量,使得从月球起飞的火箭只需登月舱本身,并不需要额外的火箭助推。
美国人对登月舱的质量把控极为严格,因为质量越大,起飞所需的能量就越大。
而能量与速度的平方成正比,月球逃逸速度与地球逃逸速度大约是 1:5,这意味着如果逃离地球需要 5 倍的速度,实际上需要 25 倍的能量,也就是 25 倍的燃料。
从月球起飞仅仅只需升空飞到月球轨道上,荷载相比土星五号出发时小得多,进一步降低了能量需求。
上升级成功起飞后,在宇航员的操控下,精准地与在环月轨道上等待的指令舱进行对接。这一过程需要极高的技术精度和默契配合,一旦对接失败,宇航员将面临无法返回地球的绝境。
对接成功后,宇航员将采集的样本等转移至指令舱,随后登月舱的上升级便完成了使命,被抛弃在环月轨道。
服务舱在返程过程中扮演着至关重要的角色。
它携带了充足的燃料,为飞船提供动力,推动指令舱脱离环月轨道,踏上返回地球的征程。在返回途中,服务舱持续为指令舱提供各种支持,确保宇航员的生命安全和设备的正常运行。
当飞船接近地球时,服务舱与指令舱脱离,指令舱独自进入地球大气层。由于速度极快,指令舱与大气层剧烈摩擦,表面温度急剧升高,形成一个炽热的火球。
在这个过程中,指令舱必须承受高温和高压的考验,同时保持结构完整,以确保宇航员的安全。
随着指令舱逐渐减速,降落伞打开,进一步降低下降速度。最终,指令舱以合适的速度落入预定海域,等待救援人员的到来。至此,宇航员成功完成了从月球返回地球的壮举。
阿波罗计划的成功,为人类探索月球提供了宝贵经验,也为后续的航天任务奠定了基础。如今,随着科技的不断进步,各国对月球的探索热情依旧高涨。
我国的嫦娥工程也在稳步推进,早就确定在2030年之前开展载人登月,让我们一起期待吧!