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月球上沒有火箭發射場,幾十年前美國太空人是如何返回地球的?

2024-09-18科學

美國阿波羅計劃是人類航天史上的一大壯舉,阿波羅11號任務更是標誌著人類首次踏足另一個星球。1969年,阿波羅11號在佛羅裏達州的堅尼地航天中心點火升空,搭載著三名太空人,開始了他們的月球之旅。

阿波羅11號由強大的土星五號運載火箭送入太空,這枚火箭的推力至今仍位列世界前列。它重達3000多噸,荷載45噸,正是這股巨大的力量,幫助阿波羅號克服地球重力,進入太空。經過一系列的軌域調整,阿波羅號最終被送入地月轉移軌域,直奔月球。

當接近月球時,阿波羅號進行了關鍵的制動操作,以減慢速度,並被月球重力俘獲,從而進入環月球軌域。在月球軌域上,阿波羅號進行了一次至關重要的分離與對接——軌域艙與登月艙分離,登月艙隨後下降,執行月球軟著陸任務。

盡管阿波羅11號的月球著陸過程令人震撼,但它如何從月球返回地球的疑問同樣讓人好奇。在那個沒有現代互聯網和即時通訊的年代,很多人對阿波羅號能否獨自完成返航任務抱有疑問。

月球表面缺乏大型火箭和發射台的設施,這讓人們不禁思考:阿波羅號是如何在這樣的條件下實作返航的?難道月球上真的隱藏著像土星五號一樣的運載火箭,並提前建設好了發射台?對於這些疑問,答案其實隱藏在阿波羅號的精妙設計之中。

土星五號火箭的巨大推力是阿波羅號能夠從地球升空並抵達月球的關鍵。這枚火箭能夠產生超過3000噸的總重量和45噸的荷載能力,使其具備了將阿波羅號送入地月轉移軌域的能力。而當阿波羅號接近月球時,它需要進行一次關鍵的減速制動,以被月球的重力俘獲,從而進入環月球軌域。

與地球相比,月球的重力要小得多,這意味著從月球表面升空所需的推力和速度遠低於從地球起飛。實際上,月球的重力只有地球的六分之一,因此阿波羅號的登月艙在起飛時所承受的重力僅相當於地球上兩頭豬的重量。此外,登月艙的起飛速度也只需達到環月球速度,這比逃離地球所需的速度要低得多。這些因素共同使得阿波羅號能夠在沒有地球那樣的重型火箭和發射台的情況下,成功從月球表面返航。

阿波羅號和中國的嫦娥五號都展示了航天器模組化設計的精妙之處。阿波羅11號由多個部份組成,包括軌域艙、登月艙以及返回艙,它們在任務的不同階段發揮著各自的作用。在月球軌域上,阿波羅號進行了關鍵的分離與對接,首先是為了結構調整,然後是為登月與返回做準備。

與阿波羅號類似,嫦娥五號也在月球軌域上進行了分離與對接,不過它只完成了一次分離和一次對接。這些操作使得登月艙能夠與軌域艙分離,減速下降並完成月球軟著陸。

在完成月球表面的任務後,登月艙上升段帶著采集的月土返回軌域,與軌域艙再次對接,最終將月球樣本送回地球。這種模組化的設計不僅使得航天器能夠適應復雜的太空環境,還極大地提高了任務的靈活性和成功率。

返航流程是阿波羅號任務中最為驚心動魄的環節之一。當太空人完成月球表面的任務後,他們乘坐登月艙的上升段返回月球軌域。上升段與下降段分離,點火升空,克服月球重力,進入環月球軌域。在此過程中,登月艙上升段攜帶著寶貴的月土樣本。

隨後,上升段與軌域艙進行對接,太空人將月土轉移到返回艙內。對接完成後,上升段與軌域艙分離,軌域艙點火變軌,開始返回地球的旅程。返回艙與服務艙分離後,獨立返回地球,進入地球軌域,減速後掉入大氣層。這一連串精確的操作,不僅展現了阿波羅號設計的先進性,也向世人證明了人類返航月球的能力。

在分析月球返航的科學原理時,重力差異是最為關鍵的因素之一。由於月球的重力僅為地球的六分之一,這大大降低了從月球表面起飛的難度。事實上,月球上起飛的航天器所需的推力和速度遠低於從地球起飛的相應要求。

數據表明,土星五號火箭從地球升空時的總重量超過3000噸,荷載達到45噸,而阿波羅號的登月部份重量則相對較輕。月球起飛重量只有4.7噸,包括燃料、飛船和真正載荷——兩名太空人和采集的月土。在月球上,這些重量所受的重力僅相當於地球上0.8千克物體的重力。

此外,從月球逃逸所需的速度也僅為1.68km/s,遠低於地球的11.2km/s。這些數據說明,月球上起飛的確切難度遠低於人們通常對太空發射的想象,從而為阿波羅號的返航提供了科學依據。

阿波羅號與嫦娥五號在技術上各有千秋。阿波羅號的載人登月方案突出了人工幹預的重要性,而嫦娥五號則在自動化方面取得了突破。中國的探測器不僅能夠自動挖土、封裝,還能自動降落月球並從月球升空,展現了中國航天技術的快速進步。

比較兩個任務,可以明顯看到嫦娥五號在自動化和精準度上的優勢。阿波羅號的成功無疑為後來的航天任務奠定了基礎,而嫦娥五號則展示了現代航天技術的發展方向。這些進步不僅使得航天任務更加高效和可靠,也為未來的載人登月計劃提供了寶貴的經驗和技術儲備。

中國的載人登月計劃正處於穩步推進之中。隨著嫦娥五號任務的成功,中國航天已經證明了自己在月球探測方面的實力。未來的載人登月任務將可能在不遠的將來成為現實,中國的太空人有望在月球表面留下自己的足跡,進一步探索宇宙的奧秘。