月球上沒有火箭和發射塔,美國人是如何返航的?科學家:搭順風車
距離首次載人登月成功已經過去了幾十年的時間,但是當初的人類的「一大步」仍舊讓無數人為之熱血。
阿姆斯特朗的登月名言
但是,有的人至今都有疑惑,月球上沒有火箭和發射塔,美國人是如何返航的?科學家表示:搭順風車就行啦。
怎麼才能搭乘「順風車」?在了解這個問題之前,我們要先知道,離開地球和離開月球的條件是不一樣的。
火箭搭載的宇宙飛船必須達到第二宇宙速度,也就是11.2公里每秒,才能從地球的運行軌道逃脫。
月球的大小和質量比地球要小,導致本身的逃逸速度只有2.4公里每秒。
因此,想要從月球返航,并不需要多麼龐大的動力,只用搭乘順風車行了。
這個「順風車」指的就是飛船的一部分。
裝載著阿波羅號飛船的火箭一共分為四個部分,從上到下分別為指令艙、服務艙、上升段和下降段,而上升段和下降段統稱為登月艙。
如圖所示
指令艙主要是宇航員接收地面信息的場所,也是他們的生活空間。
服務艙裝載燃料,讓飛船擁有充足的動力返回地球。
上升段是宇航員執行登月任務時,暫時居住的場所。
而下降段就是「順風車」。
登月任務阿波羅11號抵達月球后,登月艙便迅速脫離阿波羅號,
當年,進入登月艙的宇航員只有兩名,阿姆斯特朗和奧爾德林,柯林斯則是守在指令艙隨時準備接應。
登月艙抵達地面后,下降段緩緩展開「四肢」像一個托盤一般,將上升段托起。
登月艙具體結構如圖所示
一方面,
另一方面,也能作為上升段的簡易發射塔。
在世界的關注中,阿姆斯特朗成功完成任務并返回船艙。
這時他們需要啟動上升段,與下降段脫離,利用為數不多的燃料,進入月球運行軌跡。
說上去比較簡單,但實際操作起來非常考驗宇航員對時機的把控。
因為,在發射過程中,必須順著月球的自轉方向,選擇一個正確的角度,上升段才有可能逃逸出去。
月球的自轉方向如圖所示
這便是利用了月球自轉的離心率,讓上升段在進入月球運行軌道的時候,不會受到月球轉動帶來的反向作用力。
如果宇航員選擇的時機不對,或者在角度上出現偏差,他們很有可能因為燃料不夠,被擱置在月球上。
阿波羅的兩位宇航員憑借著冷靜的頭腦,一舉沖到月球的運行軌跡上。
而此時,處于指揮艙的柯林斯早已等候多時,他們只要將上升段和服務艙精準對接,就能開著飛船返回地球。
阿姆斯特朗、奧爾德林與柯林斯
整個過程進行得很順利,兩位登月的宇航員也成功返回了指揮艙。
之后,為了減輕飛船重量,減少燃料消耗,上升段會在太空中被拋棄。
進入地球的軌道范圍后,服務艙也會被丟棄在太空中,真正返回地球的只有指揮艙。
其實載人登月過程最困難的地方有兩點,
地球軌道示意圖
返回地球飛船從軌道進入地球是一個加速度過程,期間飛船表面會產生高溫和巨大的沖擊,最快能達到11.2公里每秒。
如果按照這種速度直沖地面,以人類目前的技術,任何飛船的結局都是被烈火焚身接著「機毀人亡」。
返回艙起火
飛船想要避免這種情況,在進入大氣的初始速度就必須為0,以地面和大氣的距離來看,加速度的過程能夠保證飛船墜落后艙內的宇航員依舊健在。
但是,宇航員想要進入地球的運行軌跡,本身的速度不能太低。
在此情況下,如果阿波羅號直接沖入地球大氣層,初始速度將是一個恐怖的數值。
當時的美國航天局試圖讓阿波羅11號在地球軌道上做一個剎車曲線,將初始速度降到「冰點」再進入大氣層。
可誰知,阿波羅11號沒有掌控好飛行速度,進入地球軌道后根本「剎不住」,直直的就往大氣層沖去。
阿波羅十一號返回艙
按照這樣的趨勢,阿波羅11號的三位宇航員不可能活著達到地面,對此美國航天局沒有任何辦法,只能祈禱奇跡發生。
奇跡確實發生了,由于阿波羅11號進入地球大氣的角度十分特殊,在地球重力和離心率的影響下,又躍出了大氣層,這時阿波羅11號的初始速度降到了0。
后來,美國航天局將這種操控技術成為「二次進入」,我們則是稱為「打水漂」。
太空打水漂示意圖
其原理很簡單,就是在進入大氣之前,通過飛船的加速度和地球各種力的作用,將飛船拋出大氣層,重置飛船的初始速度。
但是,實際操作起來異常困難,在科學技術如此發達的今天,真正掌握「打水漂」技術的國家屈指可數。
我國嫦娥五號在返回地球的過程中,成功在大氣完成了「打水漂」的壯舉,讓許多發達國家都望塵莫及。
嫦娥五號打水漂過程
當初阿波羅11號憑借運氣,完成了「極限操作」,可以說集天時地利人和于一體。
登月騙局?不過,外界一直有言論稱,阿波羅11號的登月其實是一場騙局,因為月球沒有發射臺,阿波羅號不可能返回地球。
另外有的人也表示,美國在完成載人登月的幾十年內,都沒有規劃過任何新的登月計劃,如果當初阿波羅11號真的上過月球,美國應該頻頻登月才對,為何在幾十年間沉寂了下去?
美國登月留念
原因有兩點:
一方面,自從完成載人登月的壯舉之后,登月的價值已經沒有那麼高。
再加上美國對月球表面的探索工作不斷推進,人類陷入到一個瓶頸期。
因此,美國航天計劃的重心轉移到了火星上。
火星
另一方面,載人登月的成本很高,美國的財政已經無力再支撐后續的登月計劃。
當時,阿波羅計劃嚴重擠占了財政的預算,導致經濟、軍事等方面發展緩慢,與此同時美國的財政收入也逐漸下降,政府只好減少民生的財政預算,彌補其他領域的虧空,這引起了民眾的極大不滿。
從1961年到1970年間,美國就消耗了250億美元(相當于2018年的1500億美元)。
阿波羅計劃確實給美國人帶來了榮譽,但是長此以往,勢必會拖垮國內經濟,美國政府在1972年叫停了這項計劃,轉而發展空間站。
國際空間站結構圖
所以,美國成功登過月,是不爭的事實,但不可否認的是,當初「搭順風車」回地球確實包含運氣的成分,美國航天局也不敢在短時間內再次嘗試載人登月。
隨著世界各國的崛起,航天領域已經不再是美蘇兩家獨大的局面。
我國航天領域正如火如荼地發展,相信在不久的未來,我國將引領世界航天科技,走向一個新的高度。
但是,宇航員想要進入地球的運行軌跡,本身的速度不能太低。
在此情況下,如果阿波羅號直接沖入地球大氣層,初始速度將是一個恐怖的數值。
當時的美國航天局試圖讓阿波羅11號在地球軌道上做一個剎車曲線,將初始速度降到「冰點」再進入大氣層。
可誰知,阿波羅11號沒有掌控好飛行速度,進入地球軌道后根本「剎不住」,直直的就往大氣層沖去。
阿波羅十一號返回艙
按照這樣的趨勢,阿波羅11號的三位宇航員不可能活著達到地面,對此美國航天局沒有任何辦法,只能祈禱奇跡發生。
奇跡確實發生了,由于阿波羅11號進入地球大氣的角度十分特殊,在地球重力和離心率的影響下,又躍出了大氣層,這時阿波羅11號的初始速度降到了0。
后來,美國航天局將這種操控技術成為「二次進入」,我們則是稱為「打水漂」。
太空打水漂示意圖
其原理很簡單,就是在進入大氣之前,通過飛船的加速度和地球各種力的作用,將飛船拋出大氣層,重置飛船的初始速度。
但是,實際操作起來異常困難,在科學技術如此發達的今天,真正掌握「打水漂」技術的國家屈指可數。
我國嫦娥五號在返回地球的過程中,成功在大氣完成了「打水漂」的壯舉,讓許多發達國家都望塵莫及。
嫦娥五號打水漂過程
當初阿波羅11號憑借運氣,完成了「極限操作」,可以說集天時地利人和于一體。
登月騙局?不過,外界一直有言論稱,阿波羅11號的登月其實是一場騙局,因為月球沒有發射臺,阿波羅號不可能返回地球。
另外有的人也表示,美國在完成載人登月的幾十年內,都沒有規劃過任何新的登月計劃,如果當初阿波羅11號真的上過月球,美國應該頻頻登月才對,為何在幾十年間沉寂了下去?
美國登月留念
原因有兩點:
一方面,自從完成載人登月的壯舉之后,登月的價值已經沒有那麼高。
再加上美國對月球表面的探索工作不斷推進,人類陷入到一個瓶頸期。
因此,美國航天計劃的重心轉移到了火星上。
火星
另一方面,載人登月的成本很高,美國的財政已經無力再支撐后續的登月計劃。
當時,阿波羅計劃嚴重擠占了財政的預算,導致經濟、軍事等方面發展緩慢,與此同時美國的財政收入也逐漸下降,政府只好減少民生的財政預算,彌補其他領域的虧空,這引起了民眾的極大不滿。
從1961年到1970年間,美國就消耗了250億美元(相當于2018年的1500億美元)。
阿波羅計劃確實給美國人帶來了榮譽,但是長此以往,勢必會拖垮國內經濟,美國政府在1972年叫停了這項計劃,轉而發展空間站。
國際空間站結構圖
所以,美國成功登過月,是不爭的事實,但不可否認的是,當初「搭順風車」回地球確實包含運氣的成分,美國航天局也不敢在短時間內再次嘗試載人登月。
隨著世界各國的崛起,航天領域已經不再是美蘇兩家獨大的局面。
我國航天領域正如火如荼地發展,相信在不久的未來,我國將引領世界航天科技,走向一個新的高度。