Question

阿波罗登月如何返回地球

阿波罗登月如何返回地球

Answer 1

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。