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作者:庞之浩 全国空间勘探技能首席科学传达专家

整个“阿波罗”载人登月工程历时约11年,到1972年12月第6次登月成功完毕,耗资255亿美元(约为现在的2000亿美元)。在工程顶峰时期,参与工程的有2万家企业、200多所大学和80多个科研机构,总人数约40万。该工程严厉而科学地管理了几十万人奋斗了8~11年,完结了载人登月工程,集中体现了现代科技的水平,推动了航天技能的迅速发展。

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美妙的登月计划

月球轨迹对接法便是将1艘载有3名航天员的飞船发射到月球轨迹上。然后2名航天员乘登月舱在月面上下降,进行月面探险。另1名航天员仍留在指令舱-服务舱组合体中绕月球轨迹飞翔,并进行科学实验。回来时,在月面上的2名航天员发动登月舱的上晋级发动机飞上月球轨迹与指令舱-服务舱组合体交会对接。2名航天员进入指令舱后,扔掉登月舱的上晋级,脱离月球轨迹回来地球。在再入大气层前,扔掉服务舱,仅指令舱在太平洋上溅落。这种办法的长处是只需在月面上下降小型登月舱,但在轨对接的成功与否直接决议了航天员的生命安全。

科学家前期曾考虑过把整个飞船直接送入月球外表,以为比较简单和安全,但这种办法对运载火箭的要求太高,而且大型飞船在月面上着陆有或许堕入尘土中,所以没有选用这一计划。

美国闻名科学家冯·布劳恩及马歇尔航天中心则偏心别的一种办法——地球轨迹对接法,即先发射几枚“土星”火箭,把大型飞船的几个部别离离送入地球轨迹,然后对接起来;对接后的飞船运用本身的发动机加快朝月球飞去;当接近月球后飞船掉转方向,发动发动机减速,终究在月面上着陆;当作业完毕后,抛掉这一级发动机,载人飞船部分运用上升发动机脱离月球回来地球。他们以为这种办法有两大长处:一是不需求研发名叫新星号的超大型运载火箭;二是在地球轨迹上对接比较安全,假如对接失利,载人飞船亦能够安全回来地上。地球轨迹对接法的长处是无需研发超大型运载火箭,也比月球轨迹对接法安全,但它也存在大型飞船在月面着陆的困难,因而,也没被选用。

经过很多科学家对上述3种呼声很高的计划进行重复比较、剖析,终究的结论是:月球轨迹对接法可在1967年10月完结,本钱约77亿美元;地球轨迹对接法可在1968年7月完结,本钱约92亿美元;直接登月法所需资金需求106亿美元,且在1968年10月曾经难以完结。所以,事前不被看好的月球轨迹对接法终究被认定是载人登月的最佳途径。

▲ “阿波罗”飞船指令舱-服务舱组合体上的发动机作业,使飞船脱离月球轨迹,开端回来地球

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月球轨迹对接好

选用月球轨迹对接计划,在技能、时刻和资金方面的长处大致如下:一是只用一个较小的登月舱就能登月,然后可防止整个飞船下降月面的困难。登月舱质量约14.7吨,月面能够饱尝得住,而且关于飞船减速也极为有利。二是登月舱只需带着小型发动机,所以能够削减燃料带着量。这关于脱离月面也有利,而且整个飞船的质量能大大减轻,从70多吨减至约50吨,使土星5号火箭能够担任。三是在回来时,因为登月舱能够抛掉,又可进一步减小回来舱的质量,因而能简化服务舱的规划。别的,只要指令舱再入收回,所以体积小,这关于收回也有利;四是经济性较好,这一点胜于直接登月法和地球轨迹对接法。

▲ 月面作业完毕后航天员回来登月舱,进入上晋级,上晋级从登月舱上起飞,脱离月球外表上升

终究的预算估量:月球轨迹对接计划简直比地球轨迹对接登月的92亿美元低了15亿美元,比直接登月计划的106亿美元低了近30亿美元。这又为月球轨迹对接计划供给了更有利的依据。

NASA于1962年7月11日举行了记者款待会,将登月计划的终究决议计划公诸于世。在这次款待会上,向外界通报了终究同意的月球轨迹对接登月计划。

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土星5号是根底

暗斗时期,美苏在载人登月范畴展开了剧烈的竞赛,特别是在重型运载火箭研发方面的竞赛达到了白热化,因为发射载人飞船有必要运用近地轨迹运载才能达100吨以上的重型运载火箭。终究美国成功研发和发射了土星5号重型运载火箭,完结载人登月,而苏联因为N1重型运载火箭4次发射失利,未能载人登月。

土星5号是一种三级液体火箭。它全长110.64米,最大直径10.06米,起飞质量2945.95吨,起飞推力34029千牛顿,近地轨迹运载才能127吨,地月搬运轨迹运载才能约50吨。其榜首级火箭选用液氧/火油作推动剂,装5台F-1液体火箭发动机,即中心装1台,四周装4台,总推力34029千牛顿;第二级选用液氧/液氢作推动剂,装5台J-2氢-氧液体火箭发动机,中心1台,四周4台,总推力5148千牛顿;第3级也选用液氧/液氢作推动剂,装1台J-2发动机,推力为902千牛顿。

▲ 土星5号重型火箭发射

1972年12月7日,土星5号发射了终究一艘“阿波罗”——阿波罗17号载人登月飞船后,该重型火箭又于1973年5月14日把美国第1个空间站“天空实验室”送入轨迹。尔后,这一“巨无霸”因无用武之地而退役了。

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榜首种登月飞船

在登月计划确认后,研发新式载人飞船就成为登月工程的“重头戏”了。“阿波罗”是人类发射的榜首种、也是现在仅有的一种登月式飞船,构思非常奇妙。其技能对现如今即将进行的月球基地建造和载人火星勘探也具有重要的参考价值。

“阿波罗”总高29米,质量约50吨,由指令舱、服务舱和登月舱3部分组成,发射上升段时还有救生塔。其间相似卫星式飞船回来舱的指令舱是航天员日子和作业的当地,也是全飞船的操控中心;相当于卫星式飞船推动舱的服务舱装有主发动机、姿控和电气体系;特设的登月舱由下降级和上晋级组成,用于下降到月球外表和脱离月面。

▲ “阿波罗”载人登月飞船剖视图

指令舱为圆锥形,高3.5米,底部直径3.9米,质量约6吨,舱内充以34.3千帕的纯氧,温度坚持在21~24°C。它又细分为前舱、航天员舱和后舱。前舱放置着陆部件、收回设备和姿势操控发动机等;航天员舱为密封舱,存有供航天员日子14天的必需品和救生设备;后舱装有10台姿势操控发动机、各种仪器和贮箱,还有姿势操控、制导导航及船载计算机和无线电分体系等。指令舱的中心并排放着指令长、驾驭员和飞翔工程师等3名航天员的座椅。飞船发射和回来地上时,3名航天员躺在椅子上,其他时刻航天员可离座活动。

服务舱是一个高6.4米、直径4米的圆柱体,质量约25吨,里边装有变轨推动剂和主发动机、3副氢氧燃料电池等,其间变轨主发动机推力达95.6千牛顿,能把飞船从月球轨迹送回地上。服务舱的前端与指令舱对接,后端有推动体系主发动机喷管。该舱又分6个隔舱,别离包容主发动机、姿势操控体系等,其间姿势操控体系由16台小火箭发动机组成。它们还用于飞船与第3级火箭别离、登月舱与指令舱对接和指令舱与服务舱别离等。

登月舱质量为14.7吨,直径4.3米,高约7米,由下降级和上晋级组成。下降级由下降发动机、4条着陆腿和4个仪器舱组成,用于从月球轨迹下降到月面,能把2名航天员送到月球上。上晋级为登月舱主体,由航天员座舱、回来发动机、推动剂贮箱、仪器舱和操控体系组成,在登月过程中,2名航天员在这里日子和作业,完结任务后航天员乘上晋级回来环月轨迹与指令舱会集。

▲ 月面上的登月舱和月球车,航天员在月球车后边作业

“阿波罗”飞船沿用了美国水星号飞船的发射救生体系,意图是在运载火箭第2级作业前20秒内,假如发作紧迫事端,该体系可将指令舱弹出并安全收回。

飞船研发出来后,相继进行过6次无人亚轨迹和环地轨迹飞翔、1次环地飞翔、3次载人环月飞翔,终究才正式进行了登月飞翔。

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能载人的月球车

1971年7月-1972年12月,美国先后发射了阿波罗15号、16号和17号载人登月飞船,它们各自装有一辆折叠式载人月球车,而且根本相同,均可在月面低重力、真空环境中行进,然后扩展了航天员的舱外活动范围。

每辆“阿波罗”月球车质量约210千克,长3米,轴距2.3米,高1.1米,有4个轮子(每个轮子各由一台发动机驱动,靠蓄电池供给动力,轮胎在-100°C低温下仍可坚持弹性),电源选用银锌氢氧化钾一次性电池,行进速度为10~12千米/小时,能带着约490千克的有效载荷。车上装有2个并排的可折叠座位,每个座位有可调理的踏板和安全带。车前端桅杆上装有大型网状碟型天线。航天员经过坐落两个座位之间的T形手动操控器来操控周游车。手柄前部有一个操控与显现模块,显现当时的速度、方向、电源和温度状况。其最高时速可达16千米,航天员坐在里边驾驭着它在月球外表巡游,以车代步,爬越妨碍,翻越沟壑,对山脉、峡谷和火山口进行了调查,并把激动人心的五颜六色图画传回地上。

▲ 月球车的轮胎上有一层金属丝网,以利于在月球低引力和浮土外表行进,月球车后边盛放采样东西

整个“阿波罗”工程便是靠上述这些利器完结了人类登月的愿望。

本文原载于《世界太空》2019年第7期。

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