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50 年前,宇航員登月之路步步驚心

來源:鹹甯網 時間:2019-07-23 11:07

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1969 年7 月20 日,“阿波羅11 號”登月成功,人類的足迹首次踏上月球。50 年前,科技遠沒有今天發達,宇航員靠什麽飛到38 萬公裏外,並在月球上安全著陸?科技日報記者調研了那些在“阿波羅”計劃中用到的神奇裝備,回顧那“步步驚心”的登月之路。

“土星5 號”:

推力和運載能力巨大

爲了把宇航員送上月球,美國國家航空航天局(NASA)專門研制了“土星5 號”超重型運載火箭。“土星5 號”高達110.6米,重量超過3000 噸,近地軌道運載能力118 噸,起飛推力達到3400 噸,推力和運載能力僅次于因蘇聯解體未能量産的“能源號”運載火箭。

“土星5 號”由“三級”組成。第一級稱爲S-IC,裝備5 個F-1 火箭發動機,只燃燒2.5 分鍾,將搭載宇航員的“阿波羅”飛船送到大約61 公裏的高度。第二級稱爲S-II,由5 台J-2 發動機提供推力,在一級燃燒結束後立即開始工作大約6 分鍾,將飛船帶到大約185 公裏的高度,進入宇宙空間。S-IVB 是“土星5 號”的第三級,其在任務過程中啓動兩次:第一次將飛船送入近地軌道,第二次則將其送入地月轉移軌道。

“土星5 號”由NASA 馬歇爾航天飛行中心主持研制,共發射了13 次,除“阿波羅5 號”和“阿波羅7 號”之外,包括了從“阿波羅4 號”到“阿波羅17 號”的所有任務。最後一次發射是在1973 年,將NASA 的“天空實驗室”空間站送入近地軌道。

控制與服務模塊:

有時不靠譜 還能搞外交

“阿波羅”飛船由控制艙、服務艙和登月艙構成。其中控制艙和服務艙共同構成“控制與服務模塊(CSM)”,將宇航員送到月球軌道再帶回地球家園。

控制艙是宇航員太空飛行時的居住地,同時作爲“返回艙”,在任務完成時搭載乘員再入大氣層。該艙高3.9 米,重5.5噸,能夠容納3 人,內層材料爲鋁板,外層材料爲銅焊不鏽鋼並塗有樹脂隔熱層,艙內裝有控制面板和顯示器,供宇航員駕駛飛船。

服務艙則像是一個直徑3.9 米,高7.5米的圓筒,發射時重達23 噸。其內部包括推進系統、燃料存儲罐、給燃料系統加壓的氦氣罐、燃料電池及氧氣和氫氣存儲罐等部分。服務艙的作用,就是爲飛船提供飛行的動力和能源等。

值得注意的是,作爲“阿波羅”計劃中和宇航員相處時間最長的航天器,CSM 在“阿波羅”計劃中的表現卻最“不靠譜”。1967 年1 月,“阿波羅1 號”發射前測試中,控制艙突發火災,造成3 名宇航員全部喪生。1970 年4 月,“阿波羅13 號”在奔月過程中服務艙爆炸,3 名宇航員在地面工程師的指揮下經過“險象環生”地自救才得以平安返回。

此外,CSM 除了參與“阿波羅”計劃,還“客串”過一次“太空外交官”。1975 年7月,被人們稱之爲“阿波羅18 號”的CSM與蘇聯的“聯盟-19 號”飛船在太空交會對接,象征著兩個“超級大國”的太空握手。

登月艙:

在月球上起降 緊急時可避難

在發射階段,登月艙置于CSM 下方,二者由“航天器/登月艙適配器(SLA)”分開。到達月球軌道後,SLA 脫離,“控制與服務模塊”與登月艙對接,宇航員可由控制艙進入登月艙。

登月艙能夠攜帶兩名宇航員在月球上起降,其上段負責起飛,名爲上升段,包括乘員艙、顯示與控制系統、S 波段雷達、推進系統、燃料罐以及氧氣罐等部分。下段負責降落,名爲下降段,除了存儲宇航員在月球上所需的設備,還裝有下降火箭發動機、起落架和燃料罐等。

登月艙降落在月球後,宇航員首先將調試上升段准備好“退路”。之後,他們才開始執行月面探測任務。通常情況下,宇航員在月面停留1—3 天,從事收集岩石、開展實驗、駕駛月球車、測試宇航服等工作。任務完成後,他們將返回乘員艙。上升段使用爆炸螺栓與下降段分離,起飛進入月球軌道,並與CSM 交會對接。宇航員返回控制艙後,上升段將脫離,CSM 隨即開始“回家之旅”。

“阿波羅13 號”遇險時,CSM 能源系統受損,控制艙內失去氧氣,宇航員只能將登月艙作爲“避難所”,直至再入大氣層前才返回控制艙。

更值得注意的是,SpaceX“獵鷹”火箭上使用的“灰背隼”系列發動機的針栓式噴注器技術,正是源于“阿波羅”計劃中登月艙的下降發動機。



編輯:chenguo

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