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登月50周年丨在科技落后的时代,实现不可能完成的任务

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登月50周年丨在科技落后的时代,实现不可能完成的任务
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登月50周年丨在科技落后的时代,实现不可能完成的任务

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纪念人类登月50周年。

宇集院·創造

登月50周年丨在科技落后的时代,实现不可能完成的任务

向先驱致敬

自人类能用语言和文字记录神话和历史,头顶的星空便被赋予了各种含义,而联系最紧密的,莫过于人类自身的命运。

1608年望远镜的发明使人类得以更清晰地观测月球。一年后,伽利略绘制了第一幅月球表面图。1840年,纽约大学医学院的德雷伯教授拍下了人类历史上第一张月球照片。

月球,这颗与其他星体所在视觉上有极大区别的星球,无论是想象还是现实,都是人类进军星空和宇宙迈出的第一站。

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阿波罗11号成员 Source: NASA

在1969年,阿波罗11号任务期间,阿姆斯特朗、奥尔德林和柯林斯一起飞往月球,代表着人类在一个看似不可能的时间段里,完成了一个看似不可能的任务。

虽然登月标志着冷战时期美国载人航天计划的高潮,也意味着美国将自己定位为全球科学和技术的领导者。然而这也是人类第一次离开地球轨道访问另一个世界,对于全人类而言,永远具有非同一般的意义。

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肯尼迪关于航天计划的著名演讲 Source: Wikipedia

“很多年之前,伟大的英国探险家乔治马洛里,他死于攀登珠穆朗玛峰——被人问到他问什么要攀登珠穆朗玛峰。他回答说:’因为它就在哪儿。’”

“因此,太空就在那里,而我们将要登上它,月球和其他行星在那里,获得知识与和平的新希望在那里。因此,当我们启程的时候,我们祈求上帝保佑这个人类有史以来所从事的最危险和最伟大的冒险。”

这是1962年,肯尼迪发表的关于登月计划的演说。

事实上,此时登月所需的大部分技术根本就没有被发明出来。而且NASA提出的阿波罗任务计划,被许多人担心登月舱可能会陷入月球表面的土壤里。

一年之后肯尼迪遇刺,此时距离成功登月的时间还有6年,这么短的时间,真的足够开发出所有相关技术吗?

为了实现这一前所未有的目标,NASA耗资255亿美元(相当于现在的7718亿美元),有2万家企业、200多所大学和80多个科研机构,总人数超过40万人投入到这项计划中。

40万人包括从宇航员到任务控制员,承包商到餐饮服务商,工程师、科学家、护士、医生、数学家和程序员等等。

值得一提的是,在那个性别、种族歧视还很严重的年代,许多美国宇航局的早期程序员和编码员都已经是女性了。美国宇航局雇用了大量的女性数学家作为“人类计算机”,其中许多人是非裔美国人,一位女士甚至提到,在她工作的第一座建筑只有三楼才有一间女厕所。

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太空毯 Source: NASA

借助阿波罗计划,NASA克服了许多挑战,与合作伙伴设计出许多可以应用到生活中的新发明和技术。包括电传操纵控制系统、食品安全检测程序、太空毯、流体减震器、可充电助听器等一系列科技产品,而这些只是登月所带来的众多商业产品中的一小部分。

在此期间,对月球的探索也从未停止,1965年至1966年间共有10次载人飞行的双子座计划,目标是为更先进的太空旅行积累技术,而且任务时长足够前往月球并返回。1965年6月3日,双子座Ⅳ号的副驾驶埃德·怀特进行了美国历史上的第一次太空行走。

直到1968年10月11日,阿波罗7号终于进行了第一次载人飞行,而这之前,已经有8名阿波罗宇航员牺牲。其中最为严重的莫过于1967年阿波罗1号成员维吉尔·格里森、爱德华·怀特、罗杰·查菲在模拟测试中因火灾事故牺牲。

这场悲剧导致了对阿波罗计划的巨大改进和对航天器的彻底重新思考,英雄宇航员们的鲜血没有白流。

从阿波罗1号到10号,(阿波罗2号和阿波罗3号不存在,阿波罗4号到阿波罗6号都是无人测试飞行),在经历了数年的艰苦历程后,阿波罗11号代表着人类,终于迈出踏上其他星球的第一步。

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阿波罗17号指令舱 Source:NASA

阿波罗计划并没有特别选择阿姆斯特朗来指挥第一次登月,当时的预案考虑到如果阿波罗11号无法降落,那么阿波罗12号指挥官皮特·康拉德很可能会成为第一个登月的人。

阿波罗计划的宇航员在年龄,背景,训练和能力方面都非常相似。华盛顿国家航空航天博物馆的阿波罗宇宙飞船策展人迪索尔说:“阿波罗11号的宇航员都出生于1930年,他们都都是飞行员并且服役过,我相信他们都是基督徒。所以他们符合当时那套非常严苛的选拔方案,成为了登月宇航员。“

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1969年6月,距离发射前一个月,阿波罗11号宇航员柯林斯在模拟器中练习 Source: N

38岁的阿姆斯特朗是最年轻的阿波罗指挥官,36岁的查尔斯·杜克是阿波罗16号登月飞行员,是最年轻的登月宇航员。在月球上行走的年纪最大的人是美国第一位宇航员艾伦·谢泼德,到1971年阿波罗14号任务时,他已经47岁了。

此时地球另一端的苏联也在紧锣密鼓地实施自己的登月计划。不过就在阿波罗1号事故发生的前一年,主持苏联登月计划载具——N-1运载火箭的设计师科罗廖夫逝世,他的逝世对苏联登月计划乃至整个航天事业而言都是不可估量的巨大损失。

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发动机多达30台的N1运载火箭,存在巨大的设计缺陷 Source: Wikipedia

从1966年开始,苏联的登月计划就被分为绕月活动与登月活动两部分,登月部分受限于N-1火箭的拖延,作为登月指令舱的联盟7K-LOK型飞船的研制工作也遇到瓶颈。而且由于N-1火箭的推力不足,苏联登月舱比阿波罗登月舱,只能容纳一名航天员。

1969年2月3日,第一枚N-1火箭点火发射仅仅55秒后,由于氧化剂管路爆裂而在高空爆炸。1969年7月3日,第二枚N-1火箭在发射台爆炸,其威力相当于一次小型核爆。事故摧毁了周围的所有建筑,至少150人不幸罹难,几起事故和其他因素导致苏联的登月计划在1971年画上了句号。

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土星5号与N1对比 Source: BBC

在之后的阿波罗15号任务中,由比利时艺术家保罗·范·霍伊东克能制作的8.5厘米高的铝制雕塑《倒下的宇航员》,被斯科特和艾尔文放在了月球上。旁边还有一块刻着牺牲的8名美国宇航员以及6名苏联宇航员名字的纪念牌,他们都是在航天飞行或训练过程中牺牲的。

33名宇航员执行了11次阿波罗任务。其中,27名宇航员到达了月球,24人则是绕月飞行 ,但只有12人实现了在月球上行走。

不论如何,这都意味着人类航天史进入了新的纪元。

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阿波罗11号任务徽标 Source: NASA

1969年7月16日,伴随着土星5号引擎的巨大轰鸣,指挥官阿姆斯特朗,指令舱飞行员柯林斯和奥尔德林在肯尼迪航天中心发射升空,发射12分钟后飞船进入地球轨道,速度高达7.67千米/秒。

阿波罗计划使用了两种类型的土星火箭。第一次飞行使用的是较小的土星I(1)B火箭。它大约有22层楼一样高。土星I(1)B火箭分为两级,用于测试发射到地球轨道上阿波罗飞船。

其他任务都是使用了更强大的土星V(5)火箭,这枚三级火箭将阿波罗飞船送上了月球,这枚目前人类历史上使用过的自重最大的运载火箭,高达36层楼。

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土星V(5)火箭 Source: BBC

飞船在环绕地球一圈半后,第三级子火箭点火,使飞船加速到10.5千米/秒,并进行月球转移轨道射入,让阿波罗11号进入地月轨道。30分钟后,指令服务舱从土星5号分离,并旋转180°与第三级火箭内的登月转接器中的登月舱连接。

阿波罗11号于1969年7月19日经过月球背面,很快点燃了主火箭使飞船减速进入了月球轨道。在环绕月球的过程中,三名宇航员在空中辨认出了计划中的登月点。

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前往月球的路线 Source: BBC

在登月舱“鹰”降落在月球表面之前的最后3分钟里,有10秒钟的时间下降速度非常快,无论登月舱驾驶员采取怎样的手段(包括但不限于控制登月舱重新进入升空模式、试图重新进入月球轨道),都无法减缓“鹰”的下落速度。

如果登月舱驾驶员强行改变下落速度,那么他们注定会失败,最终的结果只可能是登月舱携带的所有燃料被全部耗尽。更加重要的是,一旦在那10秒钟的时间里出现任何问题,那么阿姆斯特朗和阿尔德林将注定会以一个极快的速度撞上月球。

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登月舱“鹰” Source: NASA

依靠于阿姆斯特朗过硬的技术、敏捷的反应和专业知识,最终着陆任务化险为夷。阿姆斯特朗在事后关于降落的几次谈话和采访中,总是对这一成就感到谦虚,他将成功归功于成千上万使这项任务成为可能的人。

1969年7月20日,两位人类宇航员从阿波罗11号的登月舱内相继走出,有史以来第一次把人类的脚印留在了地球之外另一个天体的表面。

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著名的脚印 Source: NASA

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奥尔德林在月球行走 Source: NASA

阿姆斯特朗是第一个登上月球表面的人,不过绝大多数关于阿波罗11号的著名照片,主人公都是巴斯·阿尔德林,包括那张著名的鞋印。

而且借助着现代通讯工具的帮助,在地球上有大约5.5亿人通过电视观看了人类第一次登月的现场直播。

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,其中只有阿波罗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)。

阿波罗11号登月成功后,NASA取消了阿波罗20号登月计划。之后不久,阿波罗18号和19号登月计划也相继被取消。

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最后三次任务中宇航员们在驾驶月球车 Source: NASA

1972年12月7日阿波罗17号发射升空时,任务指令长尤金·塞尔南、指令舱飞行员隆·埃文斯以及登月舱飞行员哈里森·施密特都已经清楚地知道,在他们此次月球之旅之后的很多年时间里,都将不会再有人类登上这个距离我们最近的天体了。

然而无论如何,这是人类第一次在地球之外的天体上留下自己的足迹。采集到的月球岩石和土壤,也改变了我们对月面性质、月球起源以及太阳系的演化的认识。而且那个技术相对落后的时代,人类也能通过对科技的探索发明,取得无与伦比的成就。

向所有伟大的先驱者致敬!

宇集院,仰观宇宙之大,集世间万物于此,是创建宇集院的初心。该篇长文,也是宇集院的精心之作,未来我们也会有更多优质推文奉上,敬请关注和期待。

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Reference:

https://www.bbc.com/news/science-environment-48907836

https://www.nasa.gov/directorates/spacetech/feature/Going_to_the_Moon_Was_Hard_But_the_Benefits_Were_Huge

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