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

网瘾少女 2022/11/04 檢舉 我要評論

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,朝著月球表面降落。

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,是為了讓登月艙穩固地停靠在 月球表面,方便阿姆斯特朗執行登月任務。

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,第一點是登月后如何返回地球軌道,第二點則是進入地球軌道后,如何讓宇航員平安返回。

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,因為月球沒有發射台,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。

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