阿波罗是如何飞到月球的[试读]

阿波罗计划并非只是“冷战”时期的花招，尽管很多人都这么认为；也不只是显摆超级力量的实例，尽管大体上如此。 同人类的许多决策一样，美国于20世纪中叶前往月球的决策，其反响完全是总统顾问们在诱导他作出这一历史性决定时所难以想象的。1961年5月21日，约翰·菲茨杰拉德·肯尼迪总统在国会“国家迫切需求”联席会议上发表演讲时，用“……现阶段再没有哪一项航天计划能比阿波罗计划更具冲击力……”这样的阐述来论证其远大目标。他说对了吗？或许。阿波罗计划确实是一个在有利政治环境下，全国行政体系如何成功提供资金并管理好庞大工程的范例。具有讽刺意义的是，这恰恰是苏联制度（一种美国试图用抢先登月来压倒的制度）的典型... 查看全部[ 1.1 阿波罗计划的意义 ]

“二战”结束后，在美国航空研究机构内，一些非凡的天才工程师产生了非分之想。按现在的说法，这些非分之想是他们想入非非地让一个载人航天器（当时没有考虑女性）发射出地球大气层，并且可以让乘员活着返回。其中马克思·法格特和欧文·迈耶内德表现最为突出，他们开始着手制定一个能解决种种难题的计划。该计划将多种当时正在走向成熟的技术集成在一起，有可能使太空旅行的梦想得以实现。其中很多技术也与核武器的投送有关，最为突出的例子就是液体燃料火箭、烧蚀隔热层以及钝头再入飞行器。 美国和苏联都掌握了从“二战”战败的德军中搜集到的火箭技术。通过向为纳粹工作过的火箭工程师骨干学习，两个超级大国都发射了火箭，这些火箭或是战... 查看全部[ 1.2 月球之梦 ]

阿波罗飞船被设想为由两部分组成，三位宇航员位于锥形的返回舱段中，在那里控制着整个飞行任务。该指令舱（CM）携带了宇航员飞行所需的大部分装备和再入时所需的全部物品。大部分宇航员消耗品（如空气、水、电源）及主要的推进与冷却设备放在一个圆柱形舱段内，该舱段位于指令舱后隔热层的后面。该勤务舱（SM）在大部分飞行中与指令舱（CM）连接在一起，两个舱体共同构成指令勤务舱，取首字母简称为CSM。在返回过程中，勤务舱（SM）就在进入地球大气层之前被抛弃。这一特殊的锥柱联合体，加上后端伸出的喷嘴，已成为在那个时代长大、对太空飞行十分着迷的孩子们心目中的典型飞船。 早期计划中，曾设想将某种结构的指令勤务舱作为更... 查看全部[ 1.3 阿波罗飞船 ]

尽管肯尼迪宣布了月球将成为美国航空航天界的目的地，管理层仍然必须决策如何完成这个旅程。起初研究了两种竞争性方案（或称方法），两种方案都有强有力的支持者和反对者。第三种方案力争得到支持，却常常希望落空。 第一种方案称为直接上升式，尽管它看起来是最简单的方案，但却是所有方案中最为冒险的。它需要研制一个巨大无比的火箭，将巨大的飞船直接送到月球而不在地球轨道上暂停。这艘阿波罗飞船将携带完成使命并返回地球所需要的所有东西，包括着月装置、太空航行和月面活动的必需品以及保证在月球上降落并再度从月面升起的强劲发动机等。这是一个蛮力方案，其支持者争辩说，这是在限定时间内可实现的最简单也最容易的方案，避免了可能... 查看全部[ 1.4 哪种途径 ]

任何空间旅行路径都在很大程度上受到可用推进剂的影响，而所需的推进剂总量主要取决于太空飞行物体的质量和飞行所用时间。第三种方案称为月球轨道交会（LOR) ，该方案力求尽量减少任一飞行阶段需要推进的总质量。阿波罗飞船所需推进剂总量的减少也使飞行开始时的初始质量达到最小，从而采用单枚土星V火箭就能完成任务。 通过反过来计算可以最好地理解其优势，飞船中唯一需要推离月球轨道并返回地球的部分就是加隔热层保护的指令舱，这就决定了完成此任务勤务舱所需要的推进剂量。另外，通过为任务特别设计的登月舱，将阿波罗母船（即指令勤务舱）及其为返回地球家园所需的消耗品和推进剂留在月球轨道上，从而不用携带大量多余的质量降落... 查看全部[ 1.5 月球轨道交会 ]

指令舱是一个坚固的圆锥形航天器，几乎完全用隔热层覆盖。隔热层在飞船底部最厚，经受再入大气时的最严重烧阿波罗指令舱的计算机绘图 （斯科特·沙利文提供）蚀。圆锥体外圈布满了很多小储箱、火箭推进器、各种天线以及两个用于排废水和尿液的出口。圆锥体的顶端有一个可拿掉的探头装置，它可使圆锥体与阿波罗登月舱对接在一起，顶端还有一条通道，宇航员可以通过它在两个航天器之间进行转移。地球着陆系统的降落伞和其他配件被精心地折叠放置在这条通道外围。 指令舱内部的剖面图 （斯科特·沙利文提供） 指令舱内仪器布局的计算机绘图 （斯科特·沙利文提供） 指令舱的主体是压力舱，乘坐3名宇航员和装载大量电子装备。为了... 查看全部[ 1.6.1 阿波罗飞船 ]

登上月面前的阿波罗16号的 登月舱--猎户座指令勤务舱是一个流线型的坚固航天器，设计得可上升穿越地球大气层，而指令舱则设计成可承受再入返回时的严酷环境。与此相反，登月舱是一个真正的太空飞行器，因为它根本不能在大气中飞行。 登月舱的建造委托给格鲁曼飞机工程公司。这真是一艘稀奇古怪的飞船，其主要系统的每个方面都表现了设计师的技术水平。在最初的构想中，称作月球旅行舱，因此缩写为LEM。不过，1965年管理层感到使用旅行这个词太过轻浮，有宇航员前去度假之嫌，因此名字缩短为登月舱（LM) ，但保留了“lem”的发音。 登月舱下降级的计算机绘图（斯科特·沙利文提供） 登月舱要足够坚固以承受从地球发... 查看全部[ 1.6.2 阿波罗登月舱 ]

飞船安装到土星V火箭的顶端时，还带一个任何人都希望永远不启用的阿波罗系统的附加部件。一旦启用，则对于所有参与者来说都是一个倒霉日子。连在指令舱尖端的是一个桁架结构，其上装一个细细的像铅笔一样的塔，其中有一个大推力固体燃料火箭发动机，这就是发射逃逸系统（LES) 。包裹在指令舱闪亮外壳周围的是玻璃纤维与软木制成的罩子，称作上升保护罩（BPC) 。上升保护罩将隔绝指令舱正常上升段前3分钟内与空气摩擦产生的热量，以及发射逃逸火箭一旦启用将产生的高温喷焰。 发射逃逸系统示意图 如果土星V发生灾难，逃逸火箭发动机仅工作8秒钟就会产生一个相当于66吨重的力和7个g以上的加速度，猛拉着指令舱和宇航员... 查看全部[ 1.6.3 发射逃逸系统 ]

尽管采用月球轨道交会方案具有质量轻的优势，但阿波罗飞船及其登月舱仍然有巨大的质量需要推离地球并送往月球，仍需要一个极其特殊的火箭来完成此任务。 从各个方面看，土星V火箭都可作为登月工程十足冒险精神的缩影。它的尺寸、推力和质量都十分巨大，需要有庞大的设施去建造、测试、运输和发射，其发动机以惊人的速度消耗惊人数量的推进剂。同时它还要求精确细致地控制好所产生的巨大推力。NASA为设计它绞尽脑汁，之所以这样是因为其设计者一开始可能计划建造规模更大的火箭，相比之下，土星V火箭似乎相对简单些，但是当将想法变成现实时，给美国航空航天工业施加的压力全然不亚于飞船所带来的压力。 土星V的起源可以追溯到“二战... 查看全部[ 1.7 铸剑为犁： 冯·布劳恩的火箭 ]

F-1火箭发动机仍是迄今制造过的推力最大的液体燃料发动机，尽管俄罗斯20多年后研制的RD-170能以更高的效率达到它的输出水平。F-1是作为空军计划于1955年开始研制的，随后NASA为了更大推力给予了支持。由于拥有巨大推力，用作巨型运载火箭中一级火箭捆绑的发动机很是理想，但是它的诞生像阿波罗飞船或土星火箭中任何一个项目一样艰难。工作时，单个发动机每秒钟消耗3吨煤油和液氧，可以产生相当于680吨质量的推力。不久开发者发现简单扩展同代发动机的设计方案不行。向90厘米的巨大燃烧室注入如此之多的推进剂常常导致燃烧强烈不稳定性，这会导致发动机一个接一个地损坏。罗克特迪恩公司的工程师花了近5年时间反复试... 查看全部[ 1.7.1 F-1: 大推力发动机 ]

F-1发动机使用常规煤油燃料，而J-2使用较高热值的液氢燃料提高其性能，效率几乎提高了一倍。尽管效率更高，J-2仍达不到F-1达到的原始功率水平，因此更适合用作火箭的上面级。单个J-2发动机能够输出100吨以上的推力，并且可在太空中再次点火启动。J-2发动机的起源可追溯到20世纪50年代为研制氢燃料火箭发动机所作的研究，但是其研发基金完全来自NASA, NASA希望得到氢燃料用于其土星火箭带来的好处。... 查看全部[ 1.7.2 J-2: 高能发动机 ]

马歇尔航天中心的工程师们研究了一系列可供他们使用的潜在型号，最终决定采用一种超级运载火箭方案--土星V火箭。这一方案可以通过两次发射完成一次地球轨道交会任务，或者只通过一次发射可完成一次月球轨道交会任务。加上顶部的阿波罗飞船和发射逃逸系统，火箭是一个高度达110米的庞然大物，分为三级。每一级的制造都通过严格投标承包给不同的公司，产品的每一部件都由NASA工程师严密监督。每一级的尺寸和动力都不同，对于设计者来说，每一级都存在不同的难点。 1.7.3.1 第一级： S-IC原始功率 尽管S-IC是土星V各级中最大的一级，但它的制造商波音公司却几乎没有遇到什么问题，其设计方案相当保守，主要采用直... 查看全部[ 1.7.3 土星V火箭 ]

2.1 飞行任务的字母排序 欧文·梅纳德一开始就成为NASA设计载人飞船的工程师中的一员，他将登月工程分为一个飞行任务序列，将阿波罗任务的能力一步一步推进到月球表面。这些飞行任务分别用字母A、B、C等代表。管理者们相信，如果要实现登月目标，前面的每项飞行任务都应在执行后续任务之前成功完成，必要的话还应不止成功一次。 A任务是一次不载人土星V火箭测试任务，用来评估火箭能否胜任载人飞行并测试阿波罗指令舱安全再入返回的能力。B任务将搭载一个无人登月舱继续测试土星IB火箭的能力。C任务将对搭乘一名宇航员的指令勤务舱进行地球轨道飞行测试，仍利用土星IB火箭发射。D任务是对搭载3名宇航员的指令勤务舱和... 查看全部[ 2.1 飞行任务的字母排序 ]