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50年前,宇航员登月之路步步惊心

来源:科技日报2019-07-19 10:32

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  1969年7月20日,“阿波罗11号”登月成功,人类的足迹首次踏上月球。50年前,科技远没有今天发达,宇航员靠什么飞到38万公里外,并在月球上安全着陆?科技日报记者调研了那些在“阿波罗”计划中用到的神奇装备,回顾那“步步惊心”的登月之路。

  “土星5号”:

  推力和运载能力巨大

  为了把宇航员送上月球,美国国家航空航天局(NASA)专门研制了“土星5号”超重型运载火箭。“土星5号”高达110.6米,重量超过3000吨,近地轨道运载能力118吨,起飞推力达到3400吨,推力和运载能力仅次于因苏联解体未能量产的“能源号”运载火箭。

  “土星5号”由“三级”组成。第一级称为S-IC,装备5个F-1火箭发动机,只燃烧2.5分钟,将搭载宇航员的“阿波罗”飞船送到大约61公里的高度。第二级称为S-II,由5台J-2发动机提供推力,在一级燃烧结束后立即开始工作大约6分钟,将飞船带到大约185公里的高度,进入宇宙空间。S-IVB是“土星5号”的第三级,其在任务过程中启动两次:第一次将飞船送入近地轨道,第二次则将其送入地月转移轨道。

  “土星5号”由NASA马歇尔航天飞行中心主持研制,共发射了13次,除“阿波罗5号”和“阿波罗7号”之外,包括了从“阿波罗4号”到“阿波罗17号”的所有任务。最后一次发射是在1973年,将NASA的“天空实验室”空间站送入近地轨道。

  控制与服务模块:

  有时不靠谱 还能搞外交

  “阿波罗”飞船由控制舱、服务舱和登月舱构成。其中控制舱和服务舱共同构成“控制与服务模块(CSM)”,将宇航员送到月球轨道再带回地球家园。

  控制舱是宇航员太空飞行时的居住地,同时作为“返回舱”,在任务完成时搭载乘员再入大气层。该舱高3.9米,重5.5吨,能够容纳3人,内层材料为铝板,外层材料为铜焊不锈钢并涂有树脂隔热层,舱内装有控制面板和显示器,供宇航员驾驶飞船。

  服务舱则像是一个直径3.9米,高7.5米的圆筒,发射时重达23吨。其内部包括推进系统、燃料存储罐、给燃料系统加压的氦气罐、燃料电池及氧气和氢气存储罐等部分。服务舱的作用,就是为飞船提供飞行的动力和能源等。

  值得注意的是,作为“阿波罗”计划中和宇航员相处时间最长的航天器,CSM在“阿波罗”计划中的表现却最“不靠谱”。1967年1月,“阿波罗1号”发射前测试中,控制舱突发火灾,造成3名宇航员全部丧生。1970年4月,“阿波罗13号”在奔月过程中服务舱爆炸,3名宇航员在地面工程师的指挥下经过“险象环生”地自救才得以平安返回。

  此外,CSM除了参与“阿波罗”计划,还“客串”过一次“太空外交官”。1975年7月,被人们称之为“阿波罗18号”的CSM与苏联的“联盟-19号”飞船在太空交会对接,象征着两个“超级大国”的太空握手。

  登月舱:

  在月球上起降 紧急时可避难

  在发射阶段,登月舱置于CSM下方,二者由“航天器/登月舱适配器(SLA)”分开。到达月球轨道后,SLA脱离,“控制与服务模块”与登月舱对接,宇航员可由控制舱进入登月舱。

  登月舱能够携带两名宇航员在月球上起降,其上段负责起飞,名为上升段,包括乘员舱、显示与控制系统、S波段雷达、推进系统、燃料罐以及氧气罐等部分。下段负责降落,名为下降段,除了存储宇航员在月球上所需的设备,还装有下降火箭发动机、起落架和燃料罐等。

  登月舱降落在月球后,宇航员首先将调试上升段准备好“退路”。之后,他们才开始执行月面探测任务。通常情况下,宇航员在月面停留1—3天,从事收集岩石、开展实验、驾驶月球车、测试宇航服等工作。任务完成后,他们将返回乘员舱。上升段使用爆炸螺栓与下降段分离,起飞进入月球轨道,并与CSM交会对接。宇航员返回控制舱后,上升段将脱离,CSM随即开始“回家之旅”。

  “阿波罗13号”遇险时,CSM能源系统受损,控制舱内失去氧气,宇航员只能将登月舱作为“避难所”,直至再入大气层前才返回控制舱。

  更值得注意的是,SpaceX“猎鹰”火箭上使用的“灰背隼”系列发动机的针栓式喷注器技术,正是源于“阿波罗”计划中登月舱的下降发动机。(胡定坤)

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