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1969年美國就載人登月了,但半個世紀後的今天為什麼就不行了?
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  • 1 # 漫步科學

    “月球上沒有發射塔,美國宇航員是怎麼回地球的?”,簡單來說就是從月表透過登月艙回到繞月軌道,然後與指令艙對接,最後透過指令艙返回地球,其中登月艙自身是攜帶燃料與上升發動機的,在月球低重力無空氣阻力等特殊條件下,登月艙從月表發射到繞月軌道還是相對簡單的,不需要發射塔等附屬裝置支援。

    阿波羅宇宙飛船結構與功能

    阿波羅宇宙飛船由指令艙、服務艙和登月艙三部分構成。不同艙段在整個登月任務中具有不同的任務分工,其中指令艙是整艘飛船的控制中心,包括放置登陸裝置以及安裝姿態控制發動機的前艙、為宇航員提供生活空間的乘員艙和搭載飛船計算機以及各類通訊導航設施的後艙;指令艙的後部就是服務艙了,該艙是整艘宇宙飛船的能源供應中心,其艙和貯存大量的推進劑用以調整軌道以及飛船返航,除了推進劑外,服務艙也為宇宙飛船提供電力供應以及宇航員呼吸的氧氣消耗;在指揮艙的前部就是登月艙了,顧名思義,登月艙就是用來登陸月球的艙段,該艙分為下降級和上升級兩部分,這兩部分都有獨立的燃料貯存系統和發動機,登月時該艙作為整體著陸在月表,當返航時會將下降級扔掉,直接由上升級推動宇航員座艙返回繞月軌道。

    阿波羅宇宙飛船登月與返回流程

    首先巨大的土星五號運載火箭搭載阿波羅飛船飛離地表,隨著火箭一二級完成工作使命,其第三級和阿波羅飛船構成的組合體將進入170千米至190千米近地環繞軌道,然後第三級火箭發動機點火,使整個組合體加速到近三萬九千公里的時速,並進入地月轉移軌道。在飛向月球的過程中,指揮艙與服務艙作為組合體首先與火箭第三級分離,然後透過姿態發動機控制調整方向,使整個組合體調轉一百八十度與火箭頂部的登陸艙完成對接,並使登陸艙與火箭第三級分離,此時由三個艙段組成的完整阿波羅飛船將逐漸滑向月球軌道。當月球引力捕獲阿波羅飛船後,飛船透過自身動力調整進入高度約一百到三百公里的環月軌道,在繞月飛行過程中,登月宇航員將從指揮艙轉移到登陸艙,併為登月做前期準備。當登月指令下達後,首先登月艙會與阿波羅飛船分離,並逐漸降低軌道,在接近月表的過程中,登月艙下降級發動機不斷調整下降姿態以及校準著陸地點,當整個登月艙距離地表三十米左右時,緩衝發動機點火,託舉著整個登月艙軟著陸月表。

    隨著宇航員出艙探月活動的結束,他們又將踏上重返地球的旅程。首先宇航員重新回到登月艙中,並完成登月艙上升級與下降級的分離操作,隨著發動機的點火成功,上升級將託舉著宇航員座艙重新回到繞月軌道。在繞月軌道上,宇航員還要完成登陸艙和指令艙的對接操作,完成交會對接後,登月宇航員和探月相關的儀器樣本將轉移到指揮艙,完成人員和裝置轉移後,上升級發動機將重新點火使登月艙與指揮艙分離,隨後指揮艙與服務艙將搭載宇航員啟程返回地球。經過近三日的太空之旅後,阿波羅飛船將重新進入繞地軌道,在進入大氣層前,指揮艙將與服務艙分離,隨後指揮艙攜帶宇航員衝入大氣層,在降落傘的幫助下重回地表。

    月球沒有發射塔,為什麼宇航員還可以“發射”回地球?

    在地球上火箭往往從發射塔飛行太空,這其實和發射塔起到的作用有關,一枚火箭在完成組裝後,處於安全等因素的考慮,火箭內部是沒有燃料的,而火箭一旦注入燃料,就好比拉滿弦的弓箭,幾乎就是不得不發了,所以火箭完成組裝好需要專門的場所進行發射前準備活動,這也是發射塔的主要作用,既燃料加註、維護檢測等,除了這些因素外,火箭發射塔還建有專門用於火箭起飛的發射臺。

    從上文可知,發射塔作為專門用於火箭發射的場地,其主要作用是對“半成品”的運載火箭完成最後的燃料加註與檢測除錯等工作,而對於阿波羅飛船登月艙來說,其自身燃料都是加註好並貯存在燃料罐中的,而且不同於起飛重量三千多噸的土星五號,整個阿波羅飛船登陸艙一共不足十五噸,拋開下降級後剩下的上升級只有約4.5噸,其中推進劑約2.3噸,而月球的引力只有地球的六分之一左右,上升級發動機只需要將登陸艙加速到1.6公里每秒就能進入繞月軌道,除此之外,我們知道月球上是沒有空氣的,這也就不用考慮空氣阻力帶來的影響,因此登陸艙也就不需要類似火箭整流罩之類的氣動結構,直接點火發射就可以,由於上升級是直接從下降級上分離起飛,因此也可以把下降級看做是登陸艙發射平臺。綜上所述,將登陸艙從月球表面發射迴繞月軌道,並不需要龐大的發射平臺提供各種發射支援。

    總結

    不同於三千多噸的土星五號,阿波羅飛船登月艙僅有十五噸左右,而返回繞月軌道所用的上升級僅有4.5噸,且其推進劑都是提前加註好的,在月球低重力、無空氣條件下,並不需要專門的發射塔來幫助上升級起飛。整個阿波羅飛船登陸艙可以看做是一個二級火箭,其中第一級用於登陸艙的著陸,當重新起飛昇空時,兩級分離拋去多餘質量,更有利於登陸艙起飛返回。

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