月球上没有火箭和发射塔,美国人是如何返航的科学家搭顺风车( 二 )
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实际上,在整个过程中,除了人和石头,整个登入月球的部分都被抛弃在了月球上。下降级作为发射架永远停留在月球表面。而上级部分在于指令舱对接之后,登月舱的两位宇航员带着“石头”进入指令舱,随后上升段的登月舱就与指令舱分离,被抛弃在月球的轨道上,随着它慢慢减速最终也会坠入月球表面。那么好好一个登月为什么要分分合合的?
多种方案的选择
登月的方案当时设想了几种:
直接起飞
由火箭带着飞船起飞到达月球登入,拿完石头,火箭再次起飞,回到地球。
在地球轨道会合
【月球上没有火箭和发射塔,美国人是如何返航的科学家搭顺风车】火箭可以小一点,但用两艘,分别把登月舱和指令舱送到地球轨道进行对接,再飞往月球,再整体返回。
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图:直接起飞或者地球轨道集合的设想图
月球表面会合
也是用两艘,一艘无人驾驶,带着推进器登入月球,然后载人的登月舱到达月球,宇航员拿完石头进入到之前先到的航天器中,然后推进上升返回地球。
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图:月球轨道会合方案全过程
月球轨道会合
这个方案就是阿波罗号登月所用的方案,一个大型火箭带着两个航天器,较大的装载着返回地球的燃料和生活必需品,以及装配进入地球大气所需的隔热板,这部分不登月,只环月。另外一个,轻装上阵,质量较小的只载人,还有少量登入月球以及从月球表面返回月球轨道所需的燃料。耗尽了服务舱所有燃料,最终只剩下个小圆锥的指令舱进入大气层掉入海中。
能量
选择最后一种方案是出于对能量的考虑。航天器所需能量的地方主要在克服引力起飞与变轨。飞向月球时并不需要考虑能量问题,因为我们有完善的发射台与强大的火箭。
而在月球上升空就提襟见肘了。虽然月球引力较小,但也需要达到一定初速度才能起飞上升到月球轨道,质量越大,起飞加速所需要的能量就越大,所以登月部分的质量需要尽可能压缩到最小。
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阿波罗11号的徽章为一只老鹰降落在月球上,从侧面看这是一个非常形象的比喻,登月舱就像一只老鹰,它看似体型很大,实际上并不重,主要的质量都浓缩在羽毛之下。鹰爪代表着登月舱的下降段,着陆时两爪可以分开,稳稳的锁住地面。
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翅膀代表着起飞,完成任务之后,鹰爪变为固定在地面的发射架,留在月球,上升段携带的燃料与推进器就像老鹰的扇起翅膀带着它们起飞。最后老鹰完成了任务,留在了月球上。较大的航天器(服务号)拥有充足的燃料,可以进行几次变轨,加上地月系统中作为主导的地球引力牵引,最终石头与宇航员回家。
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火星回不来
登月整个过程非常流畅,完美,并没有什么好质疑的。现在的他们已经瞄了火星好久,火星的单程路程需要至少39天,而月球来回只用8天,距离预示着燃料。而火星比月球大得多得多,逃逸速度约为5km/s。往火星送个探测器,登陆车对于人类来说问题不大。
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如果想要从火星起飞,并且携带大量燃料以及生活物资返回地球就是难事了,迷你发射架与发动机无法使庞然大物达到逃逸的速度。我们需要在火星有发射基地,并且能利用并开采火星上的燃料才能返航,因此至今为止美国人都还没有把人送到火星上。
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阿波罗计划结束
从阿波罗11号,阿姆斯特朗打了个头后,阿波罗计划多次成功登月,在月球各处插了不少旗子,最后也插累了,石头该捡的也捡了,没有什么新鲜感了,关键超级费钱。于是在阿波罗17号之后,美国人终止了阿波罗计划。能迈出一大步,再迈回来,这是高手的操作!
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