人类飞入“月宫”的幕后英雄

荣智慧

1969年7月16日，肯尼迪航天中心的成员透过窗户观看“阿波罗11号”的发射

人类首次登月的50年后，想“再现”一次登月场景，简直太容易了。一块小小“宇航员足印”冰箱贴，通过手机摄像头扫描，就可以用增强现实（AR）的方式，显示出登月的三维信息，包括当年的电视直播录像、“阿波罗11号”的具体数据。

当然，“阿波罗”计划，包括1969年首次登月的“阿波罗11号”，将永远作为人类探索的里程碑，被历史铭记。而整个登月计划成功的背后，巨大的技术跨越、海量的资金支持，以及人数众多、技术高超的团队运作，都是重要因素。

“阿波罗”计划是美国宇航局运行的第三个载人航天工程。

“阿波罗”计划

1960年7月29日，美国宇航局（NASA）提出了一项名为“阿波罗”的计划，以载人登月为奋斗目标。“阿波罗”是希腊神话中的太阳神，主管光明、医药、畜牧、音乐和诗歌，跟月亮女神“阿尔特弥斯”是双胞胎。不过，据负责人阿伯·西尔弗斯坦（Abe Silverstein）事后表示，当时选择“阿波罗”，是因为他本打算给儿子起这个名字。

该计划被提出伊始，美国总统并没有拍板。

当时的太空竞赛，苏联遥遥领先。1957年，苏联把第一颗人造地球卫星送上天空;从1959年开始，“月球”号探测器第一次击中月球，第一次绕到月球背面拍照，第一次实现月面软着陆，第一次进入绕月轨道成为人造月球卫星;特别是1961年4月12日，苏联的加加林驾驶“东方1号”飞船进入太空，绕地球飞行一周，成为世界上第一位“太空人”，大大打击了美国的自信心。

于是，一个月之后，美国总统肯尼迪正式宣布了“阿波罗”计划，定了一个“十年往返月球”的“小目标”。他日后的国会发言也被载入史册：“我们选择登月！我们选择在这个十年登上月球并实现其他目标，不是因为它们简单，而是因为它们艰难。”

“阿波罗”计划是美国宇航局运行的第三个载人航天工程。最早的“水星”计划始于1958年，结束于1963年，目标是送一台载人航天器进入地球轨道，完成4次飞行。之后开始的是“双子星座”计划，在1961年至1966年与“阿波罗”计划并行，目标是测试“阿波罗”计划里必要的技术—两架航天器在太空对接。

“阿波罗”计划的目标，表面是实现载人登月飞行，对月球进行实地考察，但实际上，这一计划并未打算占有月球资源，获取科学知识也不是主要目的。对美国人来说，送人上月球，就是一场“较量”，一个证明美国比苏联强的良机。

“十年”目标的激励下，整个美国都被动员了起来。“阿波罗”计划从1961年5月开始实施，到1972年12月完成第六次登月结束，历时11年，耗资255亿美元。

计划实施的关键时期，参加工作的有2万家企业、200多所大学、80多个科研机构，总人数超过30万人。在当时，除了第二次世界大战中的V-2工程和曼哈顿计划，科学技术史上还没有一项活动能在如此短暂的时间内，动员如此巨大的人力物力财力，解决如此之多的技术难题。

“土星5号”

经过一年多的激烈争吵和论证，登月方案确定了：

运载火箭先把载人飞船送入环绕地球飞行的停泊轨道，待地面测控站计算出飞向月球的最佳路线和最佳出發点后，再启动末级运载火箭的发动机，把飞船推入过渡轨道，同时末级火箭与飞船分离。

进入月球引力场后，飞船上的制动火箭发动机启动，飞船减速后绕月飞行，成为月球卫星，最后选好着陆点，从飞船上放出一只“渡船”，就像大轮船派出小艇一样。“渡船”完成登月任务，返回绕月轨道和飞船会合。

方案确定了，火箭的大小、发射场的规模、飞船的布局也就确定了。

从1960年5月到1962年7月，“阿波罗”飞船的主要结构发生了变化

“阿波罗”系列任务，最终在月球上留下了6台登月舱下降级。

“阿波罗”号飞船要载人，所以火箭的推力必须够大。“土星”系列火箭因此而诞生。“土星5号”是3级火箭，竖立起来高达110.6米，像一座35层的大厦;直径10米，起飞重2930吨，工作零件200万个。

主持“土星5号”运载火箭设计制造工作的，就是V-2火箭的发明者布劳恩。“土星5号”被公认为现代火箭技术的最高成就之一;最大、最强力的世界纪录，它保持了50年。

第一级火箭长42米，直径10米，尾部直径13米，还装有4个稳定尾翼，翼展约有18米。

5台F-1巨型发动机，一个位于中心，四个周围环绕，以保证火箭在大气层中飞行的朝向。F-1发动机是人类历史上最强大的单喷嘴液体燃料火箭发动机，以煤油和液氧作为推进剂。5个发动机总推力为3400吨，差不多能抬起3000辆小轿车，而且能承受燃烧时的极端温度。

两个直径为10米的铝制贮箱，盛装了80万升煤油，足够喷气式客机在上海和旧金山之间飞6个来回。这里的煤油，是高度提纯的煤油，相比液氧，更不容易爆炸，且能提供每单位更多的推力。但是，对于“土星5号”来说，这点燃料只够烧两分半钟。

发动机点火后，火箭从发射平台飞行至距地球68公里处，速度高达9200公里每小时。所有燃料用光后，发动机熄火，爆炸装置炸开，让第一级火箭和级间环断开。第一级火箭会在发射地点至少500公里外落入大海。

第二级火箭长25米，直径同样是10米，有5台J-2发动机，以液氢、液氧为推进剂，总推力521吨。它会将飞船加速，使其进入大气层上层的175公里高空，速度达24600公里每小时，接近轨道速度。它会点火6分钟，之后和末级火箭分离，落入地球，和发射地点至少相距4000公里。

第三级火箭只有一台J-2发动机，推力102吨。它的上部是仪器舱，高1米，直径6.55米，里面装有设备模块。设备呈环状排列，为火箭导航，里面包含计算机、控制设备、加速度计和陀螺仪。使用完成后，设备模块将被立刻“抛弃”。

这一级火箭会被点火两次。第一次是在第二级火箭分离后，点火2.75分钟，将飞船送入地球轨道，速度达2.8万公里每小时。之后再进行第二次点火，飞向月球，速度达3.9万公里每小时。

“阿波罗”号飞船

“阿波罗”号飞船像火车头那么大，由指挥舱、服务舱、登月舱3部分组成。

指挥舱像一顶圆锥形的帽子，高3.2米，底部直径3.1米，重约6吨，和一辆房车差不多。它既是整个飞船的指挥控制中心，又是航天员的生活和工作座舱。

指挥舱分前舱、航天员舱和后舱。前舱里放着稳定减速伞、对接系统、主降落伞、俯仰推力器等设备。后舱中装有10台姿态控制发动机、反应控制燃料、制导导航系统等设备。

指挥舱中间的航天员舱，是操作室、食堂、寝室和厕所的“集合”;舱内有3个座席，上方有各种仪器仪表，航天员无论坐着还是躺着，都能很方便地进行操作。航天员舱是密封的，存有供航天员食用14天的食物、药品，以及降落伞、折叠橡皮船等救生设备。飞行过程中，舱内气压和室温可以自动调节。

指挥舱上端还有一枚紧急脱险用的小火箭，叫“逃逸塔”，长得也很像塔。圆筒形，直径66厘米，下端是个喇叭形的保护外壳，底部直径1.2米，全长10米左右，重3.6吨。万一运载火箭出现故障或发生事故，逃逸塔可以立即启动，拉出“阿波罗”号飞船，脱离火箭。

飞船的3个部分，只有指挥舱需要返回地球。重返大气层时会产生高热，两三千度的高温足以使其在空中解体。为了避免危险，指挥舱外壁贴着一层厚达2～7厘米的环氧-酚醛树脂烧蚀防热层。它在强热流的作用下会烧蚀掉，同时带走大量的热，降低舱体表面温度，保证指挥舱安全归来。

2019年4月11日，“阿波罗11号”的指令舱“哥伦比亚”号在西雅图飞行博物馆展出

飞船中间的服务舱是个大圆筒，直径4米，高6.7米，重约25吨。舱内装有主发动机、推进剂贮箱，以及增压、姿态控制、電气等系统。由电子计算机控制的主发动机，产生9.75吨的推力。

服务舱的反应控制系统，连接了4台四向推力器，可以调整飞船的朝向。舱内包含燃料和氧化剂罐，以及把推进剂送入发动机的压力罐。这里的燃料电池和化学电池，为指挥舱提供电力。

当任务即将结束，飞船准备进入大气层时，服务舱会与指挥舱分离;指挥舱回到地球，服务舱则在大气层内燃烧完毕。

登月舱在服务舱的后面，像只大甲虫，分为下降级和上升级两段。下降级长着4条昆虫式的“腿”，装有推进系统，用于考察月面的科学仪器、照相机、挖土机等等。下降级推进系统中，发动机的推力可在10%～60%之间变化，以便软着陆。

当登月任务完成，下降级会和上升级分离，成为一个发射平台。“阿波罗”系列任务，最终在月球上留下了6台登月舱下降级。

上升级是登月舱的主体，由航天员舱、返回发动机、推进剂贮箱等组成。返回发动机可重复启动35次。姿态控制系统有16台小推力发动机。航天员舱可承载两名航天员，含有导航、控制、通信、生命保障等设备。和指挥舱一样，充有1/3个大气压的纯氧，气温保持在20～24℃之间，氧气、水、电保证持续供应48～80个小时。

为了便于从月球降落和起飞，登月舱的每个部件都要“精打细算”。舱里没有座椅和睡铺，两名航天员的活动空间仅为4.5立方米，降落和起飞时只能站着操作，用轻便的索具维持身体平衡。登月舱在开始降落时有十几吨重，其中大部分是推进剂的重量;飞离月球时连下降级都留下了，“体重”就剩2吨左右了。

登月舱只能在真空中起降，它的空气动力学设计不适合在大气层内飞行。

一系列的试验飞行结束后，“阿波罗11号”就成为把人类送往月球的第一艘“方舟”。阿姆斯特朗、柯林斯和奥尔德林成了“幸运儿”，首次实现人类进入“月宫”的梦想。