阿波罗登月如何返回地球

阿波罗登月如何返回地球
阿波罗登月如何返回地球

阿波罗登月如何返回地球
利用月球和地球之间的引力加速,但是升空需要一点喷射燃料
阿波罗登月计划
阿波罗计划（Apollo Project）,又称阿波罗工程,是美国从1961年到1972年从事的一系列载人登月飞行任务. 1969年7月16日,巨大的“土星5号”火箭载着“阿波罗11号”飞船从美国肯尼迪角发射场点火升空,开始了人类首次登月的太空征程.美国宇航员尼尔·阿姆斯特朗、埃德温·奥尔德林、迈克尔·科林斯驾驶着阿波罗11号宇宙飞船跨过38万公里的征程,承载着全人类的梦想踏上了月球表面.这确实是一个人的小小一步,但是整个人类的伟大一步.他们见证了从地球到月球梦想的实现,这一步跨过了5000年的时光. 美国于20世纪60年代至70年代初组织实施的载人登月工程,或称“阿波罗”计划.它是世界航天史上具有划时代意义的一项成就.工程开始于1961年5月,至1972年12月第6次登月成功结束,历时约11年,耗资255亿美元.在工程高峰时期,参加工程的有2万家企业、200多所大学和80多个科研机构,总人数超过30万人.
1.登月方案
直接起飞或者地球轨道集合的设想图在登月成为主要目标后,阿波罗计划的决策者们开始面临如何才能尽可能安全、经济、简单地将宇航员送上月球.曾有四个方案被考虑： 直接起飞：此计划提出由一个巨大的新型火箭携带一艘航天器,直接飞往月球；火箭在月球降落,任务完成后再次起飞,飞回地球. 地球轨道集合：此计划需要两艘只有土星5号一半大小的小型火箭将登月航天器的不同部分送入地球轨道,集合并对接.整个航天器降落在月球表面.由于当时在轨道中集合多艘航天器的经验较少,且地球轨道拼装航天器是否可行也是未知数,所以此计划未被采纳. 月球表面集合：此计划需要两艘航天器被发射：一艘自动航天器携带推进系统,先期登月；载人航天器晚些发射.推进系统在月球表面被移至载人航天器上,然后返回地球. 月球轨道集合： 这个方案由约翰·C·霍博尔特的团队提出.这种方案是一艘较大的航天器,称为指令/服务舱,携带一艘装载宇航员的登月航天器,称为登月舱.指令/服务携带从地球到月球并返回的燃料和生活必需品,以及进入地球大气层所需要的隔热板.进入月球轨道之后,登月舱与指令/服务分离,并降落在月球表面；指令/服务留在月球轨道.3名宇航员中的1名留在指令/服务中.登月完成之后,登月舱重新起飞,与指令/服务在月球轨道集合,并返回地球. 于其他几个方案不同,月球轨道集合只需要一艘很小的航天器降落在月球表面,使返回时在月球上起飞航天器的质量大大减小.通过将登月舱的一部分留在月球上,月球起飞质量得以再次减小. 登月舱本身分为两部分,包括降落部分和起飞部分,前者用于在登月时降落,后者在任务完成后起飞与指令/服务舱会合并返回地球.由于航天器质量减轻,一次任务只需要一次单独的火箭发射.当时的顾虑是次数较多的对接和分离所提出的技术难度. 包括论证飞船登月飞行轨道和确定载人飞船总体布局.从“阿波罗”号飞船的4种飞行方案中选定月球轨道集合方案,相应地确定由指挥舱、服务舱和登月舱组成飞船的总体布局方案. 辅助计划 2.为登月飞行进行准备的4项辅助计划是： ①徘徊者号探测器计划（1961－1965年）：共发射9个探测器,在不同的月球轨道上拍摄月球表面状况的照片1.8万张,以了解飞船在月面着陆的可能性.但探测器曾多次发射失败. ②勘测者号探测器计划（1966－1968年）：共发射5个自动探测器在月球表面软着陆,通过电视发回8.6万张月面照片,并探测了月球土壤的理化特性数据. ③月球轨道环行器计划（1966－1967年）：共发射3个绕月飞行的探测器,对40多个预选着陆区拍摄高分辨率照片,获得 1000多张小比例尺高清晰度的月面照片,据此选出约10个预计的登月点. ④ 双子星座号飞船计划（1965－1966年）：先后发射10艘各载2名宇航员的飞船,进行医学－生物学研究和操纵飞船机动飞行、对接和进行舱外活动的训练.
3.运载火箭
“阿波罗”号飞船使用大推力的“土星”号运载火箭发射.运载火箭研制分两个阶段进行： ①研制“土星”1号和1B号,用以获取大型运载火箭的研制经验并进行“阿波罗”号飞船的 飞行试验. ②研制“土星”5号巨型3级运载火箭作为飞船登月的运载工具.
4.试验飞行
1966－1968年进行了6次不载人飞行试验,在近 地轨道上鉴定飞船的指挥舱、服务舱和登月舱,考验登月舱的动力装置.1968－1969年,发射了“阿波罗”7、8、9号飞船,进行载人飞行试验.主要作环绕地球、月球飞行和登月舱脱离环月轨道的降落模拟试验、轨道机动飞行和模拟会合、模拟登月舱与指挥舱的分离和对接.按登月所需时间进行了持续11天的飞行,检验飞船的可靠性.1969年5月18日发射的“阿波罗”10号飞船进行了登月全过程的演练飞行,绕月飞行31圈,两名宇航员乘登月舱下降到离月面15.2公里的高度.
5.“阿波罗”号飞船
“阿波罗”号飞船由指挥舱、服务舱和登月舱3个部分组成. 指挥舱 宇航员在飞行中生活和工作的座舱,也是全飞船的控制中心.指挥舱为圆锥形,高3.2米,重约6吨.指挥舱分前舱、宇航员舱和后舱3部分.前舱内放置着陆部件、回收设备和姿态控制发动机等.宇航员舱为密封舱,存有供宇航员生活14天的 必需品和救生设备.后舱内装有10台姿态控制发动机,各种仪器和贮箱,还有姿态控制、制导导航系统以及船载计算机和无线电分系统等. 服务舱 前端与指挥舱对接,后端有推进系统主发动机喷管.舱体为圆筒形,高6.7米,直径4米,重约25吨.主发动机用于轨道转移和变轨机动.姿态控制系统由16台火箭发动机组成,它们还用于飞船与第三级火箭分离、登月舱与指挥舱对接和指挥舱与服务舱分离等. 登月舱 由下降级和上升级组成,地面起飞时重14.7吨,宽 4.3米,最大高度约7米. ①下降级：由着陆发动机、4条着陆腿和 4个仪器舱组成. ②上升级：为登月舱主体.宇航员完成月面活动后驾驶上升级返回环月轨道与指挥舱会合.上升级由宇航员座舱、返回发动机、推进剂贮箱、仪器舱和控制系统组成.宇航员座；舱可容纳2名宇航员（但无座椅）,有导航、控制、通信、生命保障和 电源等设备.
6.登月飞行
“阿波罗”11号飞船于1969年7月20-21日首次实现人登上月球的理想.此后,美国又相继6次发射“阿波罗”号飞船,其中5次成功.总共有12名航天员登上月球. “阿波罗”11号飞船登月飞行1969年7月16日由“土星”5 号火箭运载“阿波罗”11号飞船升空.第三级火箭熄火时将飞船送至环绕地球运行的低高度停泊轨道.第三级火箭第二次点火加速,将飞船送入地－月过渡轨道.飞船与第三级火箭分离,飞船沿过渡轨道飞行2.5天后开始接近月球,由服务舱的主发动机减速,使飞船进入环月轨道.宇航员N．A．阿姆斯特朗和E．E．奥尔德林进入登月舱,驾驶登月舱与母船分离,下降至月面实现软着陆.另一名宇航员仍留在指挥舱内,继续沿环月轨道飞行.登月宇航员在月面上展开太阳电池阵,安设月震仪和激光反射器,采集月球岩石和土壤样品22千克,然后驾驶登月舱的上升级返回环月轨道,与母船会合对接,随即抛弃登月舱,起动服务舱主发动机使飞船加速,进入月－地过渡轨道.在接近地球时飞船进入载人走廊,抛掉服务舱,使指挥舱的圆拱形底朝前,在强大的气动力作用下减速.进入低空时指挥舱弹出3个降落伞,进一步降低下降速度.“阿波罗”11号飞船指挥舱于7月24日在太平洋夏威夷西南海面降落. “阿波罗”12-17号飞船从1969年11月至1972年12月,美国相继发射了“阿波罗”12、13、14、15、16、17号飞船,其中除“阿波罗”13号因服务舱液氧箱爆炸中止登月任务（三名宇航员驾驶飞船安全返回地面）外,均登月成功.
阿波罗计划各次任务
阿波罗计划中包括11次载人任务,从阿波罗7号一直到阿波罗17号,全部从佛罗里达州的肯尼迪航天中心发射.阿波罗4号到阿波罗6号都是无人测试飞行（正式地讲没有阿波罗2号和阿波罗3号）. 阿波罗1号飞船 1967年1月27日.宇航员维尔基尔-格里森、 爱德华-怀特和罗杰-查菲在当晚一场大火中身亡. 这场大火吞没了他们的阿波罗1号飞船.原计划2月21日飞船发射并把他们送上地球轨道14天,就在进行这次发射的模拟演习中,他们死于地面. 国家航空与航天管理局官员说,大概是一个电火花点燃了阿波罗飞船座舱的纯氧.这三名宇航员如同真地飞行那样并肩坐在肯尼迪角第34号发射架上的“土星” 1号火箭顶部,就在这天下午6点31分,发生大火. 他们被卡在关闭的舱门后面,无法使用阿波罗安全系统,因为被导弹拖车挡住了.急救人员试图接近他们,却被舱内滚滚冒出的浓烟阻挡.空军及国家航空航天局收集了所有与火灾有关的资料.官员们说：“人员和飞船的损失给阿波罗登月计划以严重打击.面对预算削减的困难,阿波罗计划一直努力奋斗以求在60年代末实现登月. 阿波罗7号飞船 经过几次不载人的地球轨道飞行之后,1968年10月11日阿波罗7号终于载着3名宇航员绕地球飞行了163圈. 阿波罗8号飞船 迈出载人月球探测第一步的是阿波罗8号,由Frank Borman、James Lovell与William Anders所组成的阿波罗8号团队,12月21日搭乘土星5号火箭升空,它从绕地球轨道进入绕月球轨道,1968年12月21日,阿波罗8号宇宙飞船的成员从地球飞到月球后又安全地回到了地球. 阿波罗9号飞船 阿波罗9号在绕地球轨道上进行了长时间飞行,并对登月舱进行进一步检验. 阿波罗10号飞船 阿波罗10号则飞入绕月球轨道,并使登月舱下降到离月球表面15公里以内,以检验其性能. 阿波罗11号飞船 1969年7月阿波罗11号终于在月球着陆,使逐步推进的阿波罗登月计划达到高潮,阿姆斯特朗也成为登陆月球第一人,美国在月球探测中取得了最为辉煌的成果.此外对带回来的月球岩石和尘埃的研究也起了很大作用.NASA已公布了阿波罗登月计划的十大发现. “阿波罗”12-17号飞船从1969年11月至1972年12月,美国相继发射了“阿波罗”12、13、14、15、16、17号飞船,其中除“阿波罗”13号因服务舱液氧箱爆炸中止登月任务（三名宇航员驾驶飞船安全返回地面）外,共有12名宇航员均登月成功.
试验飞行
1966－1968年进行了6次不载人飞行试验,在近 地轨道上鉴定飞船的指挥舱、服务舱和登月舱,考验登月舱的动力装置.1968－1969年,发射了“阿波罗”7、8、9号飞船,进行载人飞行试验.主要作环绕地球、月球飞行和登月舱脱离环月轨道的降落模拟试验、轨道机动飞行和模拟会合、模拟登月舱与指挥舱的分离和对接.按登月所需时间进行了持续11天的飞行,检验飞船的可靠性.1969年5月18日发射的“阿波罗”10号飞船进行了登月全过程的演练飞行,绕月飞行31圈,两名宇航员乘登月舱下降到离月面15.2公里的高度.
运载火箭
“阿波罗”号飞船使用大推力的“土星”号运载火箭发射.运载火箭研制分两个阶段进行： ①研制“土星”1号和1B号,用以获取大型运载火箭的研制经验并进行“阿波罗”号飞船的 飞行试验. ②研制“土星”5号巨型3级运载火箭作为飞船登月的运载工具.