阿波罗计划的“硬件”（一）
diewisch
历史唯物观察者 2019-07-08 14:08
本文选自《阿波罗·一部看得见的航天史》
作者：【英】扎克·斯科特
译者：陈朝
肯尼迪于1961年5月25日在议会发表演说：“首先，我深信我们的国家将在这个十年结束前完成一个目标，即让宇航员登陆月球并安全返回。没有任何单一的航天计划会比这个更能使人类振奋，也没有任何计划比此对远程宇宙探索更重要。也没有任何计划像登月一样昂贵且充满挑战。”
我们选择在这个十年登月以及选择实现其他目标，不是因为它们容易，而是因为它们困难，因为这一目标有助于我们最大限度地组织和衡量我们的能力和技能，因为这个挑战是我们乐于接受的，因为这个挑战是我们不愿推迟的，因为这个挑战是我们志在必得的。
阿波罗计划（Project Apollo）或作阿波罗工程，是美国航空航天局从1961年至1972年从事的一系列载人航天任务，于1960年代的10年中，主要致力于完成载人登陆月球和安全返回地球的目标。阿波罗计划是航空航天局执行的迄今为止最庞大的月球探测计划，“阿波罗”飞船的任务包括为载人登月飞行作准备和实现载人登月飞行，已于1972年底结束。迄今（2019年）40多年来还没有过其他的载人航天器离开过地球轨道。阿波罗计划详细地揭示了月球表面特性、物质化学成分、光学特性并探测了月球重力、磁场、月震等。后来的天空实验室计划和美国、苏联联合的阿波罗-联盟测试计划也使用了原来为阿波罗建造的设备，也就经常被认为是阿波罗计划的一部分。
地球是人类的“摇篮”。载人航天和深空探测将帮助人类无止境地探索未知的太空，拓展知识的边界，在新的世界中铸就不断延伸的登天之路。今年中国嫦娥五号将搭载长征五号再次前往月球，回首阿波罗计划，人类航天征程道阻且长，除了非凡的勇气，牺牲精神也不可或缺。
“阿波罗”计划从1961年运行到1972年，将永远作为人类奋斗的里程碑被人类铭记。它是历史上第一次使人类离开我们的星球，去探索另一个世界的征程。它的成就本身已经令人震惊，还不论为达成这样的成就所付出的难以估量的努力。巨大的技术跨越，海量的资金支持和人数众多、技术高超的工作团队都是使计划成功的重要因素。“阿波罗”计划拥有的资源投入是一个国家在和平时期能提供的最大的投入。在鼎盛时期，它共雇用了40万人，前后花费了240亿美元，可折合今天的1100亿美元。
美国将如此巨大的资源投入这一项目，原因在于和苏联一起参与的太空竞赛。作为第二次世界大战的遗产，政治和经济上深刻的分歧让两个超级大国产生竞争，引发了冷战。尽管双方没有发生正面的武装冲突，两国还是不断寻求优势以便威慑对方。通过发展宇航技术，双方不仅展示了自己是多么的先进，还暗示了它们能够在世界任何地方投放核弹的能力。1957年，苏联已经发射了第一颗卫星（“斯普特尼克”1号），后来又将第一名宇航员尤里·加加林（Yuri Gagarin）在1961年4月12日送上了太空。美国明显落后了。为了赶上苏联，肯尼迪总统提出了挑战：“让一个人类登上月球，再安全地返回地球。”于是，“阿波罗”计划诞生了。
“阿波罗”计划是美国国家航空航天局（NASA）运行的第三个载人航天工程。最早的工程“水星”计划始于1958年，结束于1963年。它的主要目标是送一台载人航天器进入地心轨道，完成四次飞行。NASA证明了它们可以将人送入太空后，就开始了“双子星座”计划，这一计划在1961年到1966年与“阿波罗”计划并行。它的目标是测试“阿波罗”计划中必要的太空旅行技术。“双子星座”计划主要研发和论证了两架航天器在太空中对接的技术，这对于月球着陆至关重要。
“水星”计划与“双子星座”计划帮助NASA的科学家、工程师和宇航员尽可能地做好了准备。但是“阿波罗”计划还有更多挑战需要面对。对投身于任务的数千人来说，通过他们的决心、专注和协作的努力，“阿波罗”计划成了人类成就的巅峰，也永远证明了人类一族在设定伟大目标后能够达到的成就。
航天器
为了实现让人类登上月球再安全返回的目标，NASA的科学家决定使用他们称之为“月球轨道交会”的技术。这意味着他们会发射一艘宇宙飞船，携带着月球着陆器进入月球轨道。一旦到达月球轨道，着陆器就会分离并带着成员降落到月球表面以便他们探索月球。当航天员回程时，他们会乘坐登月设备的一部分发射升空，回到轨道上的飞船。他们回到主飞船之后，就会抛弃登月设备再返回地球。主飞船被称为指挥/服务舱，而登月设备则叫作登月舱。
这些飞船不会拥有自己前往月球的能力。为了摆脱地球引力的牵制，需要一枚巨型火箭，于是人们制造了“土星”5号运载火箭（Saturn V）。它是一台三级火箭，也就是说它有三个部分可以逐一点火，每一个部分在使用之后都可以分离。拉丁文数字“V”是5的意思，表示共有五台F1火箭发动机，用以在发射时将火箭推上天空。
除了送人类到达月球而知名的“土星”5号运载火箭，“阿波罗”计划也使用了其他更小的火箭。早期的无人任务中使用了“小乔”2号（Little Joe II）、“土星”1号（Saturn I）和“土星”1B号（Saturn IB），用于测试火箭和导航技术，并为未来的载人任务收集数据。除了“土星”5号，“土星”1B号是任务中唯一曾经载人的火箭，仅有过一次载人飞行。
指挥/服务舱
指挥/服务舱（CSM）分为两部分：指挥舱（Command Module, CM）和服务舱（Service Module, SM）。这两部分在任务进入最后阶段之前始终连接在一起。
三名宇航员会乘坐指挥舱，舱中注入氧气与氮气，并调节成适宜的温度。他们端坐在调整好的座位上，座位位于仪器和控制设备之后，可以根据任务的不同阶段和飞行状态朝向不同方向。指挥舱的五个舷窗可以看到外面的宇宙空间，也用于在和登月舱对接时进行引导。指挥舱有12个推力器，在和服务舱分离之后启用，用于控制它返回地球大气层。
服务推进系统（Service Propulsion System, SPS）发动机挂载在服务舱上。在“土星”5号运载火箭用完并分离后，这一系统提供了主要的推力。服务舱的反应控制系统（Reaction Control System, RCS）连接了四台四向推力器，用于调整飞船。服务舱内是燃料和氧化剂罐，以及用于将推进物送入发动机的压力罐。服务舱中也安装了燃料电池和化学电池，为指挥舱提供电力。在任务快要结束，飞船准备进入大气层时，服务舱会和指挥舱分离，只有指挥舱带着任务成员返回地球。空气的摩擦力会让服务舱在返回大气层时燃烧完毕。
指挥/服务舱
总质量：30080千克
净重：11165千
指挥舱
成员：3人
总质量（含成员）：5560千克
未装载质量：5150千克
可活动空间：5.9立方米
加压空间：7.65立方米
携带饮用水：15千克
携带废水：26.5千克
总电量：121.5安
减速伞：2×5米
飞行员降落伞：3×2.2米
主降落伞：3×25.4米
指挥舱侧视图
指挥舱俯视图
指挥舱内部空间
服务舱
总质量：24520千克
未装载质量：6015千克
服务舱贮罐
服务舱的反作用控制系统
推力器：16个
推力（每个）：450牛
燃料：一甲基肼
氧化剂：四氧化二氮
燃料质量：200千克
氧化剂质量：410千克
服务舱推进系统
发动机：AJ10-137
推力：91000牛
燃料：航空肼50
氧化剂：四氧化二氮
燃料质量：6915千克
氧化剂质量：10980千克
指挥舱反作用控制系统
推力器：12个
推力：420牛
燃料：一甲基肼
氧化剂：四氧化二氮
燃料质量：24千克
氧化剂质量：48千克
服务舱侧视图
登月舱
登月舱包含两部分：下降级和上升级。这两部分连为一个单元，在宇航员要离开月球表面时指导他们。登月舱有四条承重腿，用于在月球时支撑自身，它们在“土星”5号运载火箭运载过程中会折叠起来节省空间，只有到了月球轨道才会展开。登月舱只能在真空中操作，它的空气动力学设计不适合在大气层内飞行。
在下降级上安装有下降级推进系统（Descent Propulsion System, DPS），这个系统在飞船着陆时用于减速，也给宇航员足够的时间悬空挑选适合的着陆地点。DPS包括压力罐、氧化物罐和燃料罐，以及发动机和把它们连接在一起的装置。在后期的任务中，月球车也安装在下降级上。当任务成员准备好离开月球后，下降级会和上升级分离，成为一个发射平台。“阿波罗”任务最终在月球表面留下了6台登月舱下降级。
上升级是任务成员的小空间，可以搭载两人，以及飞行控制系统和其他仪器。内部有着纵横交错的吊床，以便航天员休息、睡觉。它像指挥舱一样拥挤，外部也安装了4组四向反应控制系统推力器用于操作。如果指挥舱推进器停止工作，登月舱推力器也可以用于推进飞船。上升级也包含上升级推进系统（Ascent Propulsion System, APS），当月球表面任务结束需要起飞时启用。一旦进入轨道，在任务成员返回指挥舱之后，登月舱上升级就会被分离射入太阳轨道或者在月球上坠毁。
登月舱
总质量：15305千克
未装载质量：6850千克
登月舱上升级
成员：2人
总质量（含成员）：4700千克
未装载质量：2150千克
可活动空间：4.5立方米
加压空间：6.7立方米
携带水：38.6千克
电池：2节
总电量：592安
上升级推进系统
发动机：贝尔LMAE
推力：16000牛
燃料：航空肼50
氧化剂：四氧化二氮
燃料质量：785千克
氧化剂质量：1570千克
反应控制系统
推力器：16个
推力（每个）：440牛
燃料：一甲基肼
氧化剂：四氧化二氮
燃料质量：97千克
氧化剂质量：190千克
登月舱上升级存储
登月舱下降级
总质量：10335千克
未装载质量：2150千克
电池：2节
总电量：592安
携带水：150千克
承重腿：4条
足板直径：0.91米
装载状态的登月舱
登月舱推进系统
发动机：TRW LMDE
推力：45040牛
燃料：航空肼50
氧化剂：四氧化二氮
燃料质量：2735千克
氧化剂质量：5300千克
登月舱下降级存储
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