1969 年美國阿波羅 11 號成功將阿姆斯特朗與奧爾德林送上月球表面,“人類的一小步,世界的一大步” 的話語響徹全球,后續又有多艘阿波羅飛船成功登月 。
但令人好奇的是,月球上既沒有像地球一樣配備推力強勁的火箭,也沒有高聳的發射塔,宇航員究竟是如何從月球返回地球的呢?
回溯宇航員從地球奔赴月球的歷程,土星五號運載火箭,扮演著不可或缺的關鍵角色。這枚龐然大物承載著人類的夢想與期待,向著浩渺宇宙奮力進發。
土星五號高達 110.6 米,最大直徑 10.1 米 ,總重量約 2970 噸,近地軌道運力達 140 噸,地月轉移軌道極限運力為 48.6 噸,第一級總推力更是達到驚人的 3510 噸,它以雷霆萬鈞之勢,將裝載著宇航員的飛船成功送入太空,并助力其踏上前往月球的漫漫征途。
在 1969 年 7 月 16 日,阿波羅 11 號搭乘著土星五號運載火箭,從美國肯尼迪航天中心發射升空。升空 3 分鐘后,一級火箭順利分離,緊接著二級火箭點火繼續助推;約 9 分鐘后,二級火箭分離,三級火箭點燃;大約 12 分鐘后,飛船速度達到 7.9 千米每秒,成功進入地球軌道。
隨后,第三級子火箭再次點火,將飛船加速到每秒 10.5 千米,使其進入地月轉移軌道 。在這個過程中,土星五號憑借強大的推力,克服地球引力,為飛船提供了逃離地球引力場所需的速度和能量,完成了從地球到月球的 “擺渡” 任務。
然而,與從地球發射時的壯觀場景相比,從月球返回時的情況卻截然不同,沒有了像土星五號這樣的強大火箭,宇航員返回地球的方式顯得更加獨特和巧妙。
要解答宇航員從月球返回地球的謎題,首先需了解一個關鍵因素 —— 星球的逃逸速度。逃逸速度與星球的引力緊密相關,引力越強,逃逸速度越高,逃離星球所需的能量和速度也就越大 。
月球,作為地球唯一的天然衛星,其引力僅為地球的六分之一。
根據萬有引力定律,引力大小與物體質量成正比,與物體間距離的平方成反比。月球質量約為 7.349×1022 千克,遠遠小于地球的 5.97237×102?千克 ,這就使得月球表面的引力場相對較弱。
在這種低引力的作用下,月球的逃逸速度只有 2.4 千米每秒 ,與地球的逃逸速度 7.9 千米每秒相比,差距顯著。
這一特性成為宇航員從月球返回地球的重要 “突破口”,因為較低的逃逸速度意味著,宇航員返回時所需克服引力的能量和速度要求相對較低,無需像從地球發射那樣,依賴超大型的運載火箭來提供巨大推力。 這就好比在一場艱難的攀爬比賽中,地球是一座高聳入云、坡度陡峭的山峰,而月球則是一座相對低矮、坡度平緩的小山丘,從月球 “下山” 顯然要容易得多。
較低的逃逸速度和引力,為宇航員從月球返回地球提供了更為可行的條件,也為后續獨特的返回方式奠定了基礎。
完成從地球到月球的旅程,宇航員所乘坐的登月飛船可謂是 “幕后英雄”,它主要由指令艙、服務艙和登月艙這三個關鍵部分組成 ,每一部分都肩負著獨特而重要的使命,共同助力宇航員完成這場驚心動魄的太空之旅。
指令艙,是整個任務的核心控制中樞和宇航員在太空飛行時的主要生活與工作區域 。它內部配備了各種先進的通信、導航、控制和生命保障系統,宛如飛船的 “大腦” 和 “心臟”,保障著宇航員與地球之間的實時通信,精準引導飛船的飛行軌跡,并為宇航員創造安全舒適的生存環境 。在整個任務過程中,指令艙始終陪伴著宇航員,從地球發射升空,到進入月球軌道,再到最后返回地球,它都是宇航員的堅實依靠。
服務艙,則如同一位默默奉獻的 “后勤保障官”,為飛船提供持續的動力支持和關鍵資源 。它裝載著主發動機、推進劑以及各種能源設備,主發動機負責在飛船進入和離開月球軌道時提供強大的推力,確保飛船能夠準確地抵達預定位置 。同時,服務艙還配備了燃料槽,儲存著供宇航員呼吸的氧氣,以及用于產生水供飲用和環境控制的反應物 ,為飛船的正常運行和宇航員的生存提供了不可或缺的物質基礎。
登月艙,堪稱是專為月球表面任務精心打造的 “特種車輛” 。它的主要職責是將宇航員安全地從月球軌道運送到月球表面,并在宇航員完成任務后,作為他們返回月球軌道的 “發射平臺” 。
登月艙又細分為上升段和下降段,下降段在著陸月球時發揮關鍵作用,它配備了著陸腿和緩沖裝置,能夠在月球表面平穩著陸 ,為上升段的后續任務提供穩定的支撐。而上升段則搭載著宇航員和重要的設備物資,在任務結束后,從月球表面發射升空,與在月球軌道等待的指令艙成功對接 。
當宇航員在月球表面完成一系列科學考察、樣本采集等重要任務后,便迎來了返回地球的關鍵環節 —— 登月艙上升段與下降段的分離 。此時,原本緊密相連的登月艙,就像即將各奔前程的伙伴,準備開啟各自不同的命運之旅。
下降段,這個曾助力宇航員平穩登陸月球的 “功臣”,在這一刻發揮著至關重要的 “發射架” 作用 。它穩穩地扎根在月球表面,堅實的結構為上升段的發射提供了穩定的支撐。其配備的發動機全力啟動,噴射出熾熱的火焰,產生強大的推力,推動上升段逐漸脫離月球表面 。在這個過程中,下降段就像一位默默奉獻的 “幕后英雄”,雖然無法跟隨宇航員一同返回,但它所提供的初始推力和穩定支撐,是上升段成功起飛的關鍵因素 。
隨著上升段緩緩上升,下降段則永久地留在了月球表面,成為人類探索月球歷史的一座 “豐碑”,也為月球增添了一份獨特的 “人類印記”。
隨著登月艙上升段成功脫離月球表面,它便朝著繞月軌道上等待的指令艙飛去,這一過程猶如一場在浩瀚宇宙中的 “太空約會” ,充滿了挑戰與未知。上升段憑借其先進的導航系統,如同一位精準的舞者,在茫茫宇宙中找準方向,向著指令艙靠近 。當兩者逐漸接近時,對接系統開始發揮關鍵作用,通過精密的傳感器和控制系統,確保上升段與指令艙能夠準確無誤地對接在一起 。對接成功的那一刻,就像是失散的伙伴終于重逢,為宇航員的返程之旅邁出了重要一步 。
會合之后,上升段的使命宣告完成,它就像一位完成任務的勇士,被 “拋棄” 在了繞月軌道上 。而此時,指令艙成為了宇航員返回地球的 “終極座駕” 。宇航員們小心翼翼地從上升段轉移到指令艙內,將珍貴的月球樣本妥善安置好 。指令艙與服務艙緊密協作,服務艙的主發動機再次啟動,為飛船提供強大的推力,使其逐漸脫離繞月軌道,踏上返回地球的漫長征程 。
在返回途中,服務艙持續為指令艙提供能源和各種支持,確保宇航員能夠安全舒適地度過這段旅程 。指令艙則憑借其先進的通信和導航系統,與地球保持密切聯系,隨時向地球匯報飛船的飛行狀態 。
當飛船接近地球時,服務艙完成了它的使命,與指令艙分離 。指令艙獨自穿越地球大氣層,在一系列復雜的減速和降落操作后,最終安全降落在預定地點 ,完成了這場驚心動魄的太空探索之旅 。
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