阿波罗11号真的登月了吗?没有运载火箭,它是如何返回地球的?

在太空竞赛方面,苏联给人的感觉总是特别“大条”,在完成一系列令人尴尬的任务失败之后,终于他们输掉了太空竞赛。

1969年7月20日,美国的阿波罗11号成功登月,也就正式宣告美国赢得了太空竞赛。

阿波罗11号的运载火箭是土星5号,它是迄今为止人类建造的最强大的火箭之一。

然而,我们知道任何太空任务的运载火箭都是在上升过程中,燃料耗尽后被逐渐抛弃的,土星5号也一样,它被留在了地球,进入月球的轨道的只有阿波罗11号。

那么问题就来了,去往月球后,没有火箭的助推,阿波罗11号是如何从月球返回地球的?

阿波罗11号的组成部分

当阿姆斯特朗说完那句著名的“这是我个人的一小步,却是人类的一大步”后,就是插旗,拍照,钻洞和取岩石了,该做的事情做完之后,剩下的就是回家了。

如果要回答他们需要经历什么?那么简单地说,就是从月球表面发射航天器、与月球轨道上的另一艘航天器对接,然后推动机组人员飞行数十万公里,最后在重返地球时在炽热环境中生存下来!

其实,在之后的阿波罗登月任务中,也都是这么返回地球的,

这听起来好像还挺容易的,但是做起来还挺难的,因为任何一次故障都会导致他们回不来。

所以当时的美国总统准备了两份演讲稿,一份是登月成功时使用的,还有一份是失败时使用的。

但是,我们今天要讨论的只是在没有运载火箭的情况下,航天器如何在月球发射,以及如何在月球轨道上返回到地球?

那么,我们就不需要了解具体存在什么样的风险,只要简单知道阿波罗11号的组成就可以很清楚地了解这个过程。

图注:阿波罗11号在运载火箭顶部

这个是50多年前土星5号发射的情景(上图),阿波罗11号飞船就在火箭的最顶端,而下面基本都是火箭燃料的存储室。

图注:阿波罗11号宇宙飞船

这个才是阿波罗11号的样子(上图),土星5号在燃料耗尽后被全部抛弃,而阿波罗11号经历3天多一点的时间进入了月球轨道。

你可能看过一些科幻电影,当宇宙飞船到达某个未知星球时,往往会留一部分人在星球轨道上做技术支持和信息分析,然后另一部分人驾驶宇宙飞船进入星球探险。

图注:哥伦比亚号(左)鹰号(右)

其实,阿波罗11号任务也是这样的,它被分成两部分,服务舱(或者叫哥伦比亚号)和登月舱(或者叫鹰号)。

阿姆斯特朗和奥尔德林就是驾驶登月舱进入月球科考的宇航员,而柯林斯则是待在服务舱检查和调节机器,以及做之后回航准备的那位。

不过,与科幻电影中的飞船有些出入,阿波罗11号的登月舱很丑,有着粗糙的边缘,皱褶的金属箔,蜘蛛般的腿,总之一点没有宇宙飞船美感。

图注:上面是上升级,下面是下降级

事实也是如此,登月舱是在土星5号的保护罩中携带的,它只能在太空的真空中运行,还好月球的空气十分稀薄(几乎真空),所以它的设计并没有考虑空气动力学,它十分轻巧和实用。

即便如此,登月舱还是分成了两部分,下降级和上升级,听这个名字就不难理解,一个是用来下降到月球的,另一个用来上升到月球轨道的。

其实,登月舱的这两部分,以及服务舱的情况或者功能和运载火箭是十分相似的,至少两者都有助推的发动机,而且都存储了充足的燃料,以及用完之后就被抛弃。

月球的引力差不多只有地球的六分之一,它们本身又很轻巧,加上没有空气的阻力,所以它们的燃料也不需要像土星5号那样“大额”。

图注:服务舱,顶部是狭小的指令舱

宇航员如何从月球返回地球?

当一切准备就绪,登月舱就会和服务舱分离,在两者到达安全距离后,下降级发动机开始启动,使登月舱降速并降低轨道。

着陆月球之后,下降级的燃料基本耗尽,阿姆斯特朗和奥尔德林在月球行走2个多小时后,探险任务结束,接下去就是返回月球轨道。

图注:阿波罗11号登月全过程

宇航员回舱后,上升级的发动机启动,而下降级模块被抛弃(就像火箭升空一样),据信,上升级在435秒内产生约3500磅(1磅≈0.45千克)的推力,把重达32500磅的上升级加速到2000m/s的速度。

大约4个小时后,上升级与月球轨道上的服务舱完成对接,这时候的上升级燃料也就耗尽了,于是宇航员进入服务舱后,上升级模块也被抛弃了。

这时候,服务舱的发动机启动并加速返回地球,这个过程和地球过来的时候有点点相似。

图注:最后留下的指令舱

大约3天之后,服务舱到达地球上空,燃料也就耗尽了,它也被抛弃了,就只剩下它顶部狭小的、三个宇航员待了三天的“指令舱”(上图)。

有趣的是,当时预定降落的位置受到雷暴天气的预警,但是已经没有足够的燃料等待风暴过去了,所以他们选择着陆,这是老美最厉害的部分,这点意外也在他们的考虑之内。

他们把指令舱的钟形底部当作机翼,在重新进入大气层时,以一定的角度把着陆区拉长到几百公里之外,完美避开风暴。

之后的事情,就是三个宇航员被带上了“大黄蜂号”,出于对“月亮病菌”的担忧,他们被隔离在那里21天,并接受总统的慰问。

最后

就像阿姆斯特朗所说的那样,这绝对是人类的一大步,但也就像很多人质疑的那样,这么小的登月舱真的可以携带足够的燃料吗,人类“这一步”真的已经迈出去了吗?

答案是肯定的,不得不佩服老美的航天科技,这一切要归功于月球的低引力和接近真空,如果换成火星,或许它真的需要一个火箭发射台,不然宇航员买的就是单程票了。