阿波罗计划的“任务”(一)

1961年,不载人的“阿波罗”开始试飞,以测试运载它的“土星”火箭在太空中的表现。“阿波罗”的第一次载人任务在1967年。达成了“将一个人类送上月球再安全返回”目标的任务则完成于1969年。在整个计划结束之前,NASA共完成了6次成功的月球着陆,让12个人走上了月球表面。

早期的载人任务目标主要围绕测试宇宙飞船,以及将飞船送入地球或月球轨道。后期,在“阿波罗”11号第一次登陆月球之后的任务,目标是探索月球环境,进行科学实验以及采集岩石标本。

NASA将“阿波罗”15号、16号和17号任务划为“J级别”任务,这些任务耗时更长,宇航员将在月球上停留三天。这些多出来的时间允许他们进行更多的实验,更好地探索月球地理。只有在J级别任务中才部署了月球车,帮助宇航员扩大探索的范围。在J级别任务以外,还有其他多种级别的任务,从A级别直到I级别,强调了是否载人、实验需要哪些设备、携带哪些装备等任务细节。

整个计划期间共有382千克的月岩和月壤被带到地球。对于“阿波罗”计划样本的研究极大地促进了我们对月球构成和地质史的理解。计划的其他收益包括远程通信、计算机和航空技术的科学进步。

“阿波罗”计划本应持续到“阿波罗”20号,但是预算削减迫使计划提前退役。在“阿波罗”11号成功登月后,政府削减了NASA的资金,NASA同时还将资金转移到研发势头正猛的航天飞机上。此外,一枚原本用于“阿波罗”计划的“土星”5号运载火箭转为用于发射“天空实验室”。因为这些原因,“阿波罗”17号成了最后的“阿波罗”任务,1972年12月14日,人类最后一次踏上月球。然而,“阿波罗”的硬件在多年后依然在使用,包括历史性的“阿波罗”-联盟号任务,以及在天空实验室任务中来往运送任务成员。

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肯尼迪航天中心

1949年以来,美国军队一直在位于佛罗里达海湾东部的卡纳维拉尔角空军基地进行火箭发射。之所以选择这个地点,是因为这里允许将火箭射向大洋,最大程度上降低了人口密集地区的风险,同时因为接近赤道,也通过地球自转给予火箭更大的推力。“水星”计划、“双子星座”计划和早期的“阿波罗”任务都从这里开始,然而它的环境却无法匹配“土星”5号火箭,因此机构官员开始另选新址。

肯尼迪航天中心于1962年在梅里特岛(Merritt Island)开始建造,与之前的空军基地离得不远。在这里,人们会建造航天器装配大楼,以及配套的发射控制中心,40米宽的轨道,用于航天员和任务附属成员工作和检验的建筑,一个新闻中心,以及各种附属建筑,还有一座全新的发射基地。这里会有两个发射点,39A和39B(2015年又加上了小一点的39C),这些发射点安全地位于发射指挥中心5千米之外。在发射准备阶段,航天员会通过无线电和发射指挥中心联通,只有在发射之后,当火箭已经离开发射塔,信号才会转给得克萨斯休斯敦的指令舱通信员。得克萨斯的气候更干燥,也更少受到风暴影响,因此是一个更适宜建立通信中心的地方。

第一次在肯尼迪航天中心发射的是一次无人任务,1967年的“阿波罗”4号,从39A发射升空。之后几乎所有载人任务都会从这个发射点升空,除了“阿波罗”10号,这是因为当时“阿波罗”11号已经在39A开始准备。接着是“阿波罗”任务、“阿波罗”-联盟号任务以及天空实验室任务,肯尼迪航天中心被改造以适应航天飞机任务,一直运转到2011年。

SpaceX,一个私有的航天企业,目前在使用39A。在2014年签署了一份为期20年的租约后,他们获得了许可,可以改建以适用于“猎鹰”火箭的发射,这包括改建发射点和建造一个新的航天器装配大楼。同时,从2012年开始,NASA已经在准备让39B成为新的航天发射系统,可以承载与“土星”5号推力相当的火箭。在没有其他航天发射任务时,NASA也允许这个发射点用于其他商业用户。新的发射点39C在39B边上建造。它的设计便于为更小的火箭服务,希望小一点的公司可以有机会进入商业航天市场。

卡纳维拉尔角发射基地

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39A和39B发射基地

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“阿波罗”1号

第一次载人任务“阿波罗”1号,原名为“AS-204”,原定于1967年2月21日发射,但任务因为发射前测试的灾难而取消。三名宇航员——弗吉尔·格里索姆(Virgil Grissom)、爱德华·怀特(Edward White)和罗杰·查菲(Roger Chafee)牺牲。为了悼念这一悲剧,也为了机组成员遗孀的心愿,这次试验任务重新命名为“‘阿波罗’1号”。

这一事件发生在1967年1月27日,佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地的发射排练测试中。当大火燃起时,三名机组成员在发射位置就座,被封闭在指挥舱中。高压而富含氧气的环境导致烈火迅速蔓延。地面工作人员冲过去帮助,但是当他们到达之前,指挥舱就破裂了,爆出烈焰和浓重的黑烟。

事后,NASA召集了一个事故调查小组查找起火的原因。尽管确切的火因始终未能确定,小组还是发现了一系列设计和制造的缺陷。随着主工程开始修正,“阿波罗”飞行也被暂停。整整20个月之后,第二次将人送上飞船的任务才开始,即“阿波罗”7号。

“阿波罗”7号

美国东部标准时间1968年10月11日上午11点02分,“阿波罗”7号在肯尼迪角空军基地起飞。成员包括指挥官沃尔特·施艾拉(Walter M. Schirra),指挥舱驾驶员唐·埃斯利(Donn F. Eisele)和登月舱驾驶员沃尔特·坎宁安(Walter Cunningham),这是唯一一次使用“土星”1B号火箭发射的载人任务,也是最后一次在肯尼迪角空军基地发射的任务。

“阿波罗”7号的目标和不幸的“阿波罗”1号一样:载人情况下测试指挥/服务舱的绕地飞行。任务用于测试指挥/服务舱,因此没有携带登月舱。因为重量降低了,并且仅需要在近地轨道飞行,所以选用了“土星”1B号火箭。在此之后的所有任务都将使用“土星”5号运载火箭。

飞行任务十分成功,飞行器和宇航员在之后的11天中绕地飞行163次。他们在指挥舱中第一次进行了来自太空的电视直播。指挥舱较之前美国的太空计划(“水星”和“双子星座”)宽敞得多,能让宇航员吃上热饭,让绕地飞行变得可以忍受。尽管他们已经努力让旅程变得舒服一点,漫长的飞行还是折磨着宇航员。他们变得急躁,抱怨食物的选择(大多是一些高热量的甜食!),并且顶撞太空舱通信员。施艾拉的感冒让情况变得更为复杂。然而这些只是一次非常成功的任务的小麻烦。在任务的第十天,飞行地面时间(Ground Elapsed Time, GET)259:43时,指挥舱与服务舱分离,准备返航。机组准备将指挥舱的钝端向前进入地球大气层,以制造最大空气阻力,尽可能地为飞船减速。指挥舱降落伞提供了更大的制动力,三名宇航员在1968年10月22日(260:09 GET)落入大西洋。这次任务的表现给了NASA信心,让他们决定在两个月后将“阿波罗”8号送入月球轨道。

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“阿波罗”8号

这是“阿波罗”计划中第二次载人飞行。这次的任务是将指挥/服务舱送上月球轨道再返回地球。

指挥官弗兰克·波尔曼(Frank Borman),指挥舱驾驶员吉姆·洛威尔(James A. Lovell)和登月舱驾驶员威廉姆·安德斯(William A. Anders)是本次任务的成员,收获了一连串意想不到的“第一次”:第一艘离开地球轨道的载人飞船,第一艘进入月球轨道的载人飞船,第一次对月球表面进行电视直播,第一次使用“土星”5号运载火箭进行载人发射,以及任务成员成了第一次看到地球全貌的人类。但最重要的是在“阿波罗”7号验证了指挥舱可以进行太空飞行后,NASA再一次证明他们飞往月球并返回的轨道和操作是可行的。

“阿波罗”8号在美国东部标准时间1968年12月21日7点51分于肯尼迪航天中心发射,未来的所有“阿波罗”任务都会从这一基地发射。在发射中,“土星”5号运载火箭的头两级燃尽并分离,使飞船加速并进入高层大气。第三级火箭启动并加速到超过28000千米每小时,将他们送入地球轨道。在轨道上,任务成员测试系统准备将飞船送入地月转移轨道,调整开始于飞行地面时间02:50。此时“土星”5号运载火箭的第三级火箭再次启动,将他们带离地球轨道并驶向月球。因为没有月球登陆的计划,所以飞船没有携带登月舱。取而代之安装在相应位置的是“登月测试模块”,这个模块重量等于登月舱以测试。

“阿波罗”飞船用了三天飞抵月球,他们会使用服务推进系统(Service Propulsion System, SPS)让发动机减速,进入椭圆轨道。SPS发动机会在此点火,在绕月两圈后进入月球海拔110千米的近圆轨道。任务中宇航员在圣诞前夜进行了电视直播,在当时覆盖了最大面积的地球观众。“阿波罗”8号飞船在大约20小时内绕月飞行了10次,其间宇航员调查并拍摄了月球表面。在最后一圈飞行中,飞船准备好进入月地转移轨道(TEI),他们再一次将SPS发动机点火,此时他们位于月球离地球较远的一侧,这将为指挥/服务舱提供需要的速度以离开月球轨道进入返地轨道。返程途中宇航员有机会放松,只需继续监控飞船设备。在降落之前一小会儿,他们分离了服务舱,服务舱会单独进入大气层并在坠落之前烧毁。指挥舱和成员在12月27日,飞行地面时间146:59返回,降落在北太平洋。

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“阿波罗”9号

“阿波罗”9号的主要任务是测试以确保登月舱是一艘自给自足的飞船,同时实际操作登月舱和指挥/服务舱的交会对接。任务在美国东部标准时间1969年3月3日11点发射。因为登月舱现在已经装载,这是“阿波罗”/“土星”5号运载火箭第一次携带全套登月任务装备发射。任务成员有指挥官詹姆斯·麦克迪威特(James R McDivitt),指挥舱驾驶员大卫·斯各特(David R Scott)和登月舱驾驶员罗素·施威卡特(Russell L Schweickart)。

“阿波罗”9号会在地球轨道上完成主要目标,在这里登月舱和指挥/服务舱将对接两次。第一次在第一天进行,在“土星”5号运载火箭的第三级(S-IVB)将飞船送入地球轨道之后。此时登月舱还连接在第三级之上,指挥/服务舱将分离,调转180度并用对接舱口和登月舱相连。此时第三级火箭将脱离,利用最后的推力进入太阳轨道。几天后,在一些登月舱的功能测试之后,施威卡特准备进行一次宇航员舱外活动。他爬出登月舱门,穿着新设计的“阿波罗”宇航服。这种宇航服是第一种自带生命维持系统的宇航服,在此之前宇航员依靠一条连接到宇宙飞船的“脐带”。施威卡特的太空行走进行了37分钟,由于待在外面太久,恶心导致他的一些行动失败。斯各特在指挥舱中拍摄了他的太空行走。

在任务的第五天,麦克迪威特和施威卡特进入登月舱,练习一些在月球着陆过程中会使用的操作。包括和在指挥舱中的斯各特分离,代替着陆行动,他们用登月舱的降落级发动机将自己推入更高的179千米轨道。一小段时间后他们可以分离降落级部分(正常情况下这部分会留在月球),然后用起飞级发动机回到指挥/服务舱,进行第二次对接。两部分飞船连接六小时后,宇航员进入指挥/服务舱,分离登月舱,让它留在月球轨道直到坠毁。

这次任务大获成功,证明了登月舱的飞行和完成任务的能力。飞船在1969年3月13日,飞行地面时间241:00降落于北大西洋,任务成员和飞船绕地飞行152周。

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“阿波罗”10号

1969年5月18日12点49分飞船起飞。这次飞行是对“阿波罗”11号月球着陆飞行的预演,尽管本次飞行他们不需要在月球着陆。宇航员为指挥官托马斯·斯塔福德(Thomas P. Stafford),指挥舱驾驶员约翰·杨(John W. Young)和登月舱驾驶员尤金·瑟南(Eugene A. Cernan)。

发射后,“阿波罗”飞船进入地球轨道,宇航员准备进入地月转移轨道。绕地飞行一圈半后,“土星”5号运载火箭的第三级再次点火,增加他们的速度并把他们送往月球。在第三级火箭使用之后不久,他们将利用“阿波罗”9号测试过的方式进行第一次对接,但这一次将不会在地球轨道。在他们飞向太空途中,指挥/服务舱脱离第三级火箭,旋转并和登月舱对接。“土星”5号运载火箭的最后部分释放设备,并和“阿波罗”指挥/服务舱以及登月舱分离,以便他们继续前往月球。

发射后三天,通过点燃SPS发动机减速,他们到达月球,进入椭圆轨道。如之前(“阿波罗”8号)一样,SPS发动机会再次点火,让他们进入110千米的圆形轨道。第五天,斯塔福德和瑟南进入登月舱向月球降落,让杨独自留在指挥舱。登月舱将停留在月球海拔14.3千米,保持轨道飞行直到返回指挥/服务舱。在如此接近月球的距离,斯塔福德和瑟南拍摄了大量照片,两次经过了“阿波罗”11号预计的着陆点,那个位置叫作“宁静海”。因为两名宇航员离月球表面太近了,需要预防他们一时冲动而着陆。可以想到他们有很大的可能性会试试看,宣布自己是最早登陆月球的人。为了防止这一点,登月舱的起飞级没有加满燃料,着陆后起飞级将无法带他们返回指挥/服务舱。

当登月舱要返回指挥/服务舱时,下降级分离并留在月球轨道,之后会被月球引力牵引坠毁在月球表面。上升级发动机点火,将他们推向指挥/服务舱轨道,两部分飞船在分离近八小时后再次对接。在所有成员回到指挥/服务舱后,登月舱剩余的部分分离,飞船开始返回地球的旅程。返程途中“阿波罗”10号速度达到每小时39897千米,创造了载人装备飞行速度的纪录,后续的“阿波罗”任务都没有打破这一纪录,纪录一直保持到今天。任务成员乘坐指挥舱,于1969年5月26日(飞行地面时间192:03)降落在太平洋。

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“阿波罗”11号

“阿波罗”11号是“阿波罗”第五次载人任务,也是人类第一次涉足其他天体。宇航员指挥官尼尔·阿姆斯特朗(Neil Armstrong),指挥舱飞行员迈克·柯林斯(Michael Collins),登月舱飞行员埃德温·“巴兹”·阿尔德林(Edwin“Buzz” Aldrin)于美国东部标准时间1969年6月16日在肯尼迪航天中心起飞。

与之前前往月球的飞行一样,“阿波罗”飞船会在地球轨道飞行两个半小时(大约绕地飞行一圈半),之后进入地月转移轨道,这将让他们摆脱地球引力并驶向月球。在大约三天后他们会到达月球,在飞行地面时间75:50进入椭圆轨道。根据事先演练,SPS发动机会点火,将飞船带入110千米海拔的圆形轨道。在进入月球轨道25小时后,他们准备分离,柯林斯在指挥舱待命,阿姆斯特朗和阿尔德林进入登月舱并分离。在全面检查登月舱系统后,下降级发动机点火29秒,宇航员下降到月球表面。一小时后,下降级再次点火。这是为了给登月舱着陆减速,也为了给阿姆斯特朗足够的时间避开前方他正飞去的漂砾区域。他们于1969年7月20日,飞行地面时间102:45在月球着陆。

刚一着陆,因为一个偶然的数据,操作程序要求他们立刻准备登月舱的起飞。准备结束后,阿姆斯特朗第一个从舱中走出。他一边放下舷梯,一边打开登月舱一侧的电视摄像机,一边记录这伟大的一刻。作为第一个涉足其他天体的人类,他发表了著名的宣言:“这是个人的一小步,却是人类的一大步。”阿尔德林跟了上来,将他眼前的景象描述为“壮丽的荒凉”。他们两个在月球表面一共停留了两个半小时,收集月岩标本并拍照。他们还部署了一些科学仪器,包括一块激光复归反射器,可以反射从地球发射的激光。在离开之前,他们还升起了美国国旗,留下一块纪念碑标明人类首次登上月球。在登上登月舱并封闭舱门后,上升级与下降级分离,两名宇航员自月球表面起飞并与留在月球轨道上的柯林斯会合。登月舱成功地与指挥/服务舱相遇,通过一系列小心的定位操作最终与两者对接成功,任务成员得以(带着月岩)回到指挥/服务舱进入返程。任务成员于1969年7月24日,飞行地面时间195:18胜利返航。

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