半个世纪前,美国实现了人类首次s载人登月的壮举,至今仍激起人们的好奇心。特别地,关于宇航员如何从那遥远的月球重返家园的问题,似乎令许多人颇感兴趣。
而关于这个宇航员如何返回地球的疑问,答案其实挺直接:他们就是搭乘火箭返回的(当时不是平时我们所讲的火箭,而是“迷你火箭”)。
参考下图,土星五号火箭或许众人皆知,但它究竟搭载了什么,并非每个人都了解。实际上,土星五号顶部最终分离出两艘飞船,即登月舱和指令舱——正是在这两艘飞船中,宇航员飞往月球、着陆并最终返回地球。
如你所见,飞船主要由登月舱、指令舱以及服务舱构成。当两位宇航员在月球表面执行任务时,指令舱会在月球轨道上飞行。同时,你或许注意到了飞船内那些圆柱形/球形的容器,那里面装的就是推进剂,它们为指令舱和登月舱的飞行、着陆提供了动力。
登月舱一旦抵达月球表面,它的形态如下图所示。事实上,登月舱并不是一个单一结构,而是分为上下两部分。其中上部便是所谓的“上升级”。
如图所示,为登月舱分解图,其中上半部分正是“上升级”。在这幅图中,我们也可以看到,上升级同样携带了众多推进剂罐,储存着助其脱离月球引力所需的燃料。
而下面这个动态图,展现了上升级是如何离开月球的。
有人提出疑问,上升级的燃料真的能够把宇航员带出月球吗?难道不需要巨型火箭助推吗?
的确,从地球发射卫星需要巨大的推力,因为地球的质量远大于月球,要把卫星加速到足够的速度才能进入太空(地球的逃逸速度约为11.2公里/秒,而月球仅需2.4公里/秒左右),并且地球表面有空气阻力,因此火箭设计得细长以最小化阻力。
但在月球上,这些问题都不存在,飞船轻易就可进入月球轨道。
实际上,决定能否把卫星送入太空的关键因素是推进剂在整个发射系统中的重量占比。别看“上升级”体积小(总重约4.7吨),但其内部装有超过2.3吨的高效燃料(如偏二甲肼),因此在充足的燃料支持下,上升级进入月球轨道变得轻而易举。
接着,人们可能好奇,上升级进入太空之后是如何重返地球的呢?
别忘记,月球轨道上还有指令舱在等待。在宇航员的手动操作下,上升级与指令舱在轨道上完成对接,随后二者合力飞回地球。
有声音质疑那时的美国是否真的掌握了在太空中对接的技术。但实际上,早在1966年的双子星计划中,美国就已经实现了宇航员手动对接。阿波罗计划中的月球轨道对接也是靠宇航员手动完成的。
关于阿波罗计划中月球轨道对接的具体细节,可以参考中国探月工程总设计师吴伟仁所著的《深空探测器自主导航原理与技术》。
然后,依靠指令舱燃料产生的动力,宇航员就可以返回地球了!
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