世界上有几个国家有航母的航空母舰都是飞去月球吗

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2022-11-10 08:03 标签： 世界上有几个国家有航母

49年前的今天，也就是1969年7月20日（我国的21日），航天员尼尔·阿姆斯特朗第一个登上了月球，也人类历史上首次踏足地外天体！纵览阿波罗计划所有7次登月任务，有一次任务非常特殊，也是唯一的一次，也就是阿波罗13号任务，这次任务中航天员未能如愿以偿的登上月球。任务中三名航天员险些因飞船的致命故障而命丧深空，但这是一次“成功的失败”，在任务团队的努力补救下，三名航天员最终成功返回地球。今天让我们跟随作者复盘再现美国这次登月事故及救援的细节，以及在救援过程中表现出来的优秀应急处理能力和训练有素的航天员团队。

本文作者：超级Loveovergold，已经为其开启独立赞赏账户。

在介绍这次事故前，首先要把土星五号和阿波罗飞船进行素描。

一、超高、超重、超限，土星5号不能再大了

土星五号火箭加上阿波罗飞船（登月系统），整个火箭高111米，比自由女神像高出18米！出师未捷身先死的苏联N1-L3登月系统、现在还在烧钱孵化的SLS，同为105米身高，比土星5号还矮了6米。

图1. 土星五号火箭加上阿波罗飞船高111米，比自由女神像高出18米

巨大的土星五号火箭的1～3级分别称为S-1C（液氧煤油）、S-II（液氢液氧）、S-IV B（液氢液氧），箭体加上携带的推进剂重量达到2903吨，而相比较N1-L3是2735吨。在起飞时，5台F1液氧煤油发动机每秒喝下13吨推进剂，产生的推力达到347万千克力（3470吨力）。

图2.土星5为典型的3级运载火箭，起飞推力达到347万千克力

土星5号低地球轨道（LEO）发射能力为130吨，进入月球转移轨道 (TLI，trans-lunar injection)的发射能力约48.5吨，矮胖敦实的苏联能源火箭在运载能力上也略逊一筹。迄今为止，还没有其他运载火箭成功做到（图纸上的祝融星-大力神、战神5中途放弃），超越了人类的极限！

更为暗黑，挑战自我极限的是土星5的后继者，Saturn C-5N，N是Nuclear，核热动力的第三级发动机S-IVB N替代原有使用液氢液氧的J2火箭发动机，比冲达到800秒，推力27206千克力，燃烧时间1250秒，LEO能力提升到惊人的155吨，不过这个不在本篇讨论范围内。（有兴趣的可以考虑看、）

（四）土星5三高，只为阿波罗登月飞船

三高的最终目的，其实只是为了把阿波罗飞船送到月球转移轨道。阿波罗飞船由三大件组成，分别是登月服务舱/指令舱（Apollo Command/Service Module，CSM）、登月舱（Lunar Module，LM），两者合计重达44吨，以及顶部可抛弃的发射逃生系统。

图4、阿波罗飞船的3个分系统

LES由洛克希德推进公司建造，其目的是在紧急情况下将指令舱拉离运载火箭来中止任务，确保宇航员安全。

当系统激活时，最大推力为890 kN的固体火箭工作，同时在仰俯小火箭的配合下，通过4秒钟的燃烧，偏离有故障的运载火箭并达到足够的高度。最后LES被抛弃，指令舱的降落伞打开平安降落。在没有紧急情况，4100公斤重的LES也是累赘，一般在运载火箭的第二级点火后约20或30秒，在60公里高空，用固体燃料火箭发动机抛弃，轻装上阵去月球。得益于土星五号的出色表现，LES每次都坐冷板凳。

图6.注意在顶部仰俯小火箭的配合下，LES可偏离有故障的运载火箭并达到足够的开伞高度

作者宝地插个广告。。。如果喜欢土星五号这款火箭的话，推荐购买这款积木模型，放家里镇宅好用（读者别打我哈）

2、登月服务舱/指令舱

Module）是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。形状为截头圆锥体，高3.23米，底部直径3.91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2台姿态控制发动机等。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、推进剂罐，还有制导导航系统以及计算机和无线电分系统等。电源是通过CSM 脐带电缆，由服务舱提供。

把登月舱送到月球并把航天员再接回地球，全程陪伴的是登月的保姆车——服务舱（Service Module）。舱体为圆筒形，高6.7米，直径4米，重约24吨。其前端与指令舱对接，后端有推进系统主发动机。主发动机用于轨道转移和变轨机动，型号为Aerojet的AJ10-137，推进剂是典型的美系毒发专供，燃料和氧化剂分别为航空肼（Aerozine 50）/四氧化二氮，高压氦气挤压循环，依靠发动机喷管巨大的扩张比，真空比冲达到了314秒，推力91kN。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。

8.阿波罗15号登月服务舱/指令舱，注意服务舱上2/4个一组RCS，每台R-4D发动机推力440N

3、登月舱以及他的莲花瓣襁褓适配器

登月舱由格鲁曼飞机公司设计和制造，是个大家伙，分为下降级和上升级组成，地面起飞时重15.2吨，高7.04米。宽 4.3米，四条腿张开，对角线长9.4米。

①下降级：由下降级发动机（LMDE）、推进系统等配套仪器组成，上期已经讲了其赫赫有名的超临界氦气贮存增压系统，详见，以及。

②上升级：是登月舱主体。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。

这么大的胖子，腿收紧之后直接坐在土星五号的第三级火箭上，而依靠阿波罗飞船/登月舱适配器（Apollo Spacecraft/LM Adapter,SLA），托举瘦小的登月服务舱/指令舱。

图10.阿波罗登月舱的适配器，合拢之后托举瘦小的登月服务舱/指令舱

SLA由北美航空公司（Rockwell）制造，是一个重量1.8吨的锥形铝结构，底座用螺栓固定在S-IVB第三级火箭顶部的仪表单元上，通过铰链固定四块6.4米高莲花面板，它在发射期间类似整流罩保护月球模块（LM）。

4、服务/指令舱和登月舱的太空组装

在发射后约两小时，S-IVB第三级火箭二次点火进入月球转移轨道后，阿波罗飞船启动太空组装！

图11.Apollo 7 测试期间，图上SLA右上方面板没有完全打开呈45度，后更改设计

第一步，四块莲花面板通过火工品和登月服务舱/指令舱分离，并徐徐展开45度角。

第二步，服务舱上的R-4D姿态控制发动机工作，服务/指令舱起身向前一小步。

第三步，服务舱上的R-4D姿态控制发动机工作，服务/指令舱完成180度掉头。

第四步，服务/指令舱和登月舱来一个太空接吻—对接，并一起缓缓后退，开始奔月旅程。

图12.分为4步完成阿波罗飞船的太空组装

图13.组装后的阿波罗飞船，开始登月之行

二、载入史册的太空营救

在西方人眼里，13是一个不吉利的数字，即便已有两次非常成功的登月任务完成，个别宇航员家属还是忧心忡忡（怕事不过三……）。

三名宇航员分别为：指令长，吉姆·洛威尔（Jim Lovell），指令舱和登月舱的任务员分别为杰克·斯威格特（Jack Swigert）与弗莱德·海斯（Fred Haise）。

阿波罗13号倒计时中规中矩，于1970年4月11日美国东部时间下午2点13分升空。不过刚发射就出现了一些异常，由于由于推进和结构系统中的高振幅振荡，S-II级中央的J2发动机提前132秒异常关闭，通过四个外围J2发动机额外工作34秒，弥补了大部分速度增量的损失，后续S-IVB三级又延长9秒的燃烧，使目标速度差异控制在-0.4米/秒以内，达到10.9公里/秒，顺利进入停泊轨道，算是有惊无险。（猎鹰9也发生过此类异常，算是向前辈致敬ORZ）

（二）休斯顿，我们遇到麻烦了！

虽然有个把小插曲，登月任务的前两天按计划进行，整体来说阿波罗13好像是整个项目中最顺利的飞行。以至于46小时43分钟，地面通讯主任Joe Kerwin说：“就我们而言，飞船的状态确实很好。我们无聊的想哭。” 这是最后一次有人提到无聊……

在55小时52分，宇航员被要求打开2号氧罐的搅动风扇，电门在55小时53分接通，大约90秒后，宇航员们听到巨大的“砰”的一声，同时B路直流总线（分为A路和B路两套）低电压警告灯频闪，航天器的遥测几乎完全失去了1.8秒。宇航员Jim Lovell报告：“休斯顿我们遇到麻烦了！“（休斯顿是任务控制中心所在地）

图14.“休斯顿，我们遇到问题了”Jim Lovell（图为阿波罗13号电影剧照）

诡异的是两分钟之后，告警自动恢复。但肯定有情况，在爆炸发生后十三分钟，宇航员宇航员Jim Lovell无意中发现左侧舷窗外的异常：“我们正在向太空释放出一些东西，是某种气体！”

爆炸产生的巨大冲击力，加上气体持续泄露，阿波罗13号偏离航线，尽管舱体外的RCS依在按程序努力调整飞船，但于事无补。

事发时间是4月13日21:08小时，甚至在休斯顿载人航天器中心大楼16楼顶上的5名工作人员兼业余爱好者，也通过16英寸的施密特-卡塞格伦望远镜发现阿波罗飞船在向太空喷射出什么东西。大家意识到不对劲……

几分钟后，1号燃料电池退服，再不到半小时后，3号燃料电池也退服。一开始地面控制人员判断为电气问题，是不是燃料电池到总线的跳闸？于是命令指令舱下电。但当发现1号氧罐压力下降，紧接着2号氧罐彻底变空，大家意识到情况危急！

（三）无奈的决断——放弃登月

航天员进行了几次尝试以节省1号氧罐中的剩余氧气，但其压力继续降低，仅剩的2号燃料电池的电压慢慢的变小。阿波罗登月任务规定，在仅有一个燃料电池情况下是不允许进行登月操作，何况现在是3个都快挂了！

大家心里都明白，登月无望！然而登月服务舱配置的两个氧罐耗尽，宇航员的生存都成问题了！因为这些氧不仅用于发电，还用于呼吸和饮用……宇航员Jim Lovell在回忆录写到，不能登月的遗憾消失无踪，现在是肚子里打了个结，要为生存而战！

爆炸发生后1小时29秒，担任地面通信主任的Jack Lousma在飞行总监Glynn Lunney的指示下说：“我们需要考虑登月舱用来当救生艇了。” 宇航员Swigert回答说，“这也是我们一直在考虑的问题。

登月舱成为唯一能够安全返回地球的足够电力和氧气来源，阿波罗13号登月任务被迫终止。在58小时40分登月舱被启动，惯性制导参考从CSM舱转移到登月舱制导系统，CSM舱被关闭。

（四）在脆弱的“生命之舟”过五关斩六将

救援行动分为两条主线，一是回家，操作登月舱在距离茫茫宇宙准确变轨，将宇航员带回地球；二是生存！管理重要的生存资源氧气、水、电和用于清除空气中二氧化碳的氢氧化锂。

1、第一关：拿什么变轨回家

回家必须要进入地球-月球自由返回轨道并进行必要的中途修正，正常情况下是由服务舱完成。但是，启动服务舱主发动机需要电，没电不行。并且鉴于爆炸之后服务舱不确定的状况，经过决策，使用登月舱下降级发动机替代。

在爆炸后5小时，登月舱下降级发动机进行了第一次工作，历时34.23秒，在61小时29分43秒将原本月球进场轨道，转移到地月自由返回轨道。这里也解释一下，地月自由返回轨道（free-return trajectory），这种特殊设计的轨道巧妙利用地球和月球引力，让探测器飞抵月球附近后借助月球引力，完成转弯并返回地球，走一个8字，不需要使用推进力，仅需中途小幅修正，这个轨道是NASA的Arthur Schwaniger在1963年研究的结论。

图15.利用登月舱下降级发动机三次调整加速，走省力的8字形自由返回轨道回家

其实将登月舱作为应急救生艇的理论在1962年选择月球轨道交会模式就被讨论过，后续在阿波罗10号训练期间进行了深入的可行性分析，虽然NASA认为服务舱出事故的可能性非常小，但NASA的工程师和飞行控制员仍然为这种可能制定了改进和一系列应急程序，未雨绸缪，比如在阿波罗12号后续的发射，三级二次点火将飞船射入高偏心椭圆轨道，该轨道具有自由返回轨道特性，以防服务舱推进系统出现异常。因此在此次阿波罗13号的抢险中，这些应急程序被找出并迅速用于指导抢险。

图16.阿波罗12号后的发射，三级二次点火打高偏心椭圆轨道，具有自由返回轨道特性

飞行控制人员同时着手宇航员回地球的回收舱打捞工作。调整飞船的速度可以控制在地球上的落点，经过计算，按现有速度阿波罗13号回到地球会溅落在印度洋，任务时长152小时；而全速前进，最快是溅落在大西洋的133小时，但由于负责回收的队伍部署在太平洋地区，因此阿波罗飞船选择小幅加速，提前10小时达到地球，于发射后142小时40分溅落于太平洋。

于是三名宇航员在接近月球时，收到了休斯顿的指令：在绕过近月点（pericynthion）之后两小时，简称PC+2，使用登月舱下降级发动机进行时长5分钟的点火，加快回家的速度。

图17.前队变后队，后队变前队，登月舱临危受命，勇挑重担，力挽狂澜

在渡过难熬的24分35秒绕月球背面的失联后，79小时27分飞船使用登月舱下降推进系统进行263.82秒点火，返回地球的速度增加了262.3米/秒。

由于加速过程中出现导航偏差，在105小时18分第三次使用登月舱下降级发动机进行了14秒的修正点火，纠正了2.377米/秒的速度偏差。原本用于月球降落的下降级发动机出色的进行了3次点火，工作时长累计达到312秒。

2、第二关：解决电的问题

3名宇航员拥有的是一个死机的服务舱，一个电池已经大量耗尽的指令舱，而没有电的指令舱无法进行重入大气层的操作。

任务控制中心想出了一个办法，利用登月舱的电池对指令舱的电池充电（好比拿个充电宝给手机充电），即便这样的充电法“只有20％到25％的效率”，但这已足够。但满足45小时任务时长的登月舱，电池仅有有2181安时，因此绝非必要的电器统统被关闭，能耗降低到正常水平的五分之一，剩下登月舱电源为指令舱电池充电。这些控制是非常有效的，在和登月舱分离时，服务舱仅剩下20％的电力。

不过由于关闭电气系统，宇航员失去了热源，浮光掠影的太阳并没有什么用，温度下降到3.3摄氏度，宇航员和冰冻游泳池的青蛙一样冷，特别是Jack Swigert，脚湿却没有月球套鞋。

3、第三关：解决水的问题

水是真正的问题，大概仅剩下28.2磅的水，这些水要给人喝，还要和乙二醇混合后通过空间蒸发放热的方式，给电子设备冷却。但如果登月舱断电以节省电力，就会产生更少的热量并节省冷却用水，情况就会大大改善。

一个来自阿波罗11号的数据点，关闭导航系统，登月舱电子设备可以在没有水冷却的情况下在太空中坚持工作七到八个小时。但航天员依旧严格的控制水的消耗，每天的食物减少到六盎司，仅为正常摄入量的五分之一，宇航员变得非常脱水，最多一名减重31.5磅。

图18.留一名宇航员站岗，其他宇航员休息减少消耗。图为宇航员Haise打了个盹

4、第四关：解决二氧化碳浓度高的问题

登月舱的设计任务时长是满足2个宇航员45小时的消耗，而现在不得不满足3个人90小时的消耗。计算下来，氧气充足，但登月舱用于去除空气中二氧化碳的氢氧化锂过滤罐（LiOH，LiOH + CO2 = Li2CO3 + H2O）明显不足，必须要用到指令舱的氢氧化锂过滤罐。

但问题出来了!登月舱、CSM舱的承包商分属于格鲁曼公司、北美航空（1967年合并为北美洛克威尔）两个，规格完全不同！登月舱是圆形氢氧化锂过滤罐，不适配指令舱方形氢氧化锂过滤罐，拿方的过滤罐塞到登月舱圆形安装开口，塞不进去！

图19.圆形和方形，两个供应商分别提供的氢氧化锂过滤罐

在登月舱呆了一天半之后，二氧化碳浓度告警显示已经达到危险水平，如果休斯顿地面团队再没有想出解决办法，宇航员真的会死于二氧化碳中毒。

连续两天，地面团队日以继夜，使用飞船上的一切可用材料，比如袜子、塑料袋、飞行手册的封面、布基胶带来解决这个问题。最终的方案是用纸板做成方盒，盖在方型氢氧化锂罐背面，留拱形通气，再套上塑料袋密封；开一个口接宇航服呼气软管用来抽取空气，宇航服呼气软管另一端用胶带纸连接在登月舱过滤罐的圆形入口，用风扇抽取并循环净化。

图20.地面团队日以继夜终于想出了解救办法

宇航员在太空如法炮制，二氧化碳水平立即开始落入安全范围。任务控制创造了另一个奇迹。

图21.任务控制中心需要想到一种方法，把方的罐“塞”到圆的槽。

图22. 后续的阿波罗任务操作手册说明和描述了应急搭建二氧化碳过滤系统的教材

5、第五关：解决导航的问题

没有航向修正，返回的航天器将完全错过地球或撞向地球。在阿波罗进行长达5分钟的PC + 2点火前，必须确保导航准确性。通常，通过六分仪（称为对准光学望远镜，六分仪，AOT）找到合适的导航星，并在计算机的帮助下校准导航平台是很简单的。但爆炸后的服务舱，一大堆破裂碎片在阳光的反射下发光，让人无法看到真正的星星。

图23.服务舱爆炸之后的残骸反光，影响了宇航员用星光进行惯性平台的校准

如何解决导航的问题？休斯顿任务控制中心的天才想出了使用太阳来替代星星的想法，没有哪块碎片的反光会让你看不清楚那个最明亮的恒星！虽然太阳的大直径可能带来误差，但没有更好的选择了。

宇航员Jim Lovell把太空船转向休斯顿所要求的方向，如果对准了，太阳将处在六分仪中心！向太阳对齐方法被证明误差不到半度，宇航员在此情况下，准确进行了时长达到5分钟的PC + 2点火，顺利踏上了快速回家的路程。

在137小时40分13秒，还有约6小时就要重入大气层，宇航员使用登月舱的姿态控制发动机RCS进行了最后一次中途修正，燃烧时长21.5秒，最终指令舱在和登月舱、服务舱分离以后以11.88公里/秒的速度重入，4月17日准确溅落在距目标点约1.0英里，也就是距离硫磺岛号航空母舰3.5英里外的太平洋海面。

图24.指令舱溅落太平洋，3名宇航员平安回家！

电影《阿波罗13号》对这个情景进行了艺术加工，把对准的太阳替换为地球，宇航员透过舷窗对准地球点火发动！隐喻回家的信念。

上篇提到了燃料电池、氧罐等一堆莫名其妙的设备，事故究竟是怎么回事？下篇，将带你了解事故背后，殚精竭虑的登月项目电源设计以及一个阴差阳错装上飞船的超临界氧贮罐。

首先，火箭把飞船发射到月球轨道上。飞船分为指令服务舱和登月舱。

然后，登月舱上升级发射起飞。

然后，登月舱跟指令服务舱在月球轨道上再次会合对接。

最后，把登月舱丢弃，用服务舱中的燃料点火飞回地球。

简而言之，就是走一路，丢一路。

注：风云之声内容可以通过语音播放啦！读者们可下载讯飞有声APP，听公众号，查找“风云之声”，即可在线收听~

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在上一期（）中，我们了解了航天的基本原理，为什么要用火箭，火箭的最高速度是由什么决定的，火箭为什么要分级等等。现在，我们终于可以来正面介绍阿波罗计划登月的技术细节了。

首先要确定的是，登月采用什么流程？

一般人对登月的理解，大概就是从地球发一枚火箭到月球去。这确实是一种直截了当的选择，被NASA称为“直接上升”（direct ascent）。具体而言，火箭是直接在月球上着陆，而不是先进入环绕月球的轨道。

那么航天员怎么回来呢？

这是个好问题！火箭不是把航天员孤零零地甩在月球上，而是同时发射上去一个23吨的返回舱，以及一个51吨的下降推进平台。返回的时候，返回舱以下降推进平台作为底座发射，把后者丢弃在月球上。

因此，地球上发射的火箭需要把高达74吨的总载荷送到月球。这是一个吓死人的数值，直到现在我们都没造出这么强大的火箭。所以，直接上升这条“大力出奇迹”的技术路线是走不通的。

为了完成任务，人们又提出了三种间接的技术路线。

一种流程叫做“地球轨道交会”（Earth Orbit Rendezvous，简称EOR）。它说的是，不是只发射一枚火箭，而是发射多枚火箭，在有些方案中多达15枚。每一枚火箭携带一部分零部件，在地球轨道上交会，组装成一艘飞船。然后把这艘飞船发射到月球轨道。

听起来是不是很有变形金刚组合的感觉？我来组成头部！

另一种流程叫做“月球表面交会”（Lunar Surface Rendezvous，简称LSR）。它说的是，相继发射两枚火箭到月球表面。第一枚火箭不载人，只把返回地球所需的推进剂送上去。然后第二枚火箭把航天员送上去，他们把推进剂加到返回舱里。

简而言之，就是建设一个月球加油站。请加98号油，谢谢。

最后提出来的一种流程叫做“月球轨道交会”（Lunar Orbit Rendezvous，简称LOR）。它说的是……呃，这个比较复杂。

首先，一枚火箭把飞船发射到月球轨道上。这艘飞船分为两部分，指令服务舱和登月舱。

然后，指令服务舱留在月球轨道上，登月舱去着陆。

然后，登月舱把自己的下降级作为底座抛弃在月球上，让上升级发射起飞。

然后，登月舱跟指令服务舱在月球轨道上再次会合，双方对接。这就是为什么这条技术路线叫做月球轨道交会。

最后，把登月舱丢弃，用服务舱中的燃料点火飞回地球。

简而言之，就是走一路，丢一路。灵魂之问：请问你是什么垃圾？

好，你会选择哪一种技术路线呢？

历史上，NASA选择的是最后这条，月球轨道交会。它的好处在于，在每一个环节都尽量减少了载荷。这正跟上次讲的火箭分级的基本思想一样，轻装上阵。

其实NASA一开始倾向于采取的是直接上升，而不是月球轨道交会。因为那时美国连地球轨道交会都没做过，更不用说对接了，所以在月球轨道上交会和对接就更是没谱了。

但是形势比人强。如果按照保守的思路，那么也许美国最终还是能登月，但肯定无法在肯尼迪设定的截止时间即1970年之前完成。因此，一直有一些专家在强烈推销月球轨道交会，最后终于改变了决策层的选择。你看，政治家动动嘴，科学家跑断腿……

所以，登月飞行的流程如下图所示，包含这么多步骤。

首先是火箭发射，把飞船送到一条地球轨道，称为停泊轨道（parking orbit）。这一步需要土星五号三级火箭燃烧11分钟，消耗了前两级以及第三级的一小部分。

顺便说一句，阿波罗计划的火箭是在美国东南部的卡纳维拉尔角发射的，这正是第二篇中提到的凡尔纳的小说《从地球到月球》中那颗飞向月球的炮弹的发射地。

然后是奔月变轨（translunar injection），即从地球轨道飞向月球。这一步需要第三级火箭燃烧6分钟，消耗完了火箭燃料。

然后，指令服务舱与登月舱换位对接（transposition and docking）。这个换位对接又分为两步：第一步是指令服务舱和登月舱暴露出来；第二步是两者对接，然后跟第三级火箭分离，把火箭残骸送入太阳轨道。没错，我们给太阳送了一个礼物。

登月流程3：换位对接1

登月流程4：换位对接2

这里有一个有趣的故事。2002年9月3日，业余天文学家、前香港天文学会会长杨光宇（William Kwong Yu Yeung，1960-）发现了一颗疑似在环绕地球的小行星，将其命名为J002E3。光谱分析表明，这颗小行星的表面是白色的二氧化钛，也就是钛白粉。这是怎么回事？

解释是，这颗小行星其实是1969年阿波罗12号用的第三级火箭，二氧化钛是土星五号火箭涂层的主要成分。第三级火箭在跟飞船分离后原本应该进入太阳轨道，但燃烧时间太长，使得它仍然在地球和月球附近。

由于引力的扰动，1971年，也就是晃了两年之后，它应该进入了太阳轨道。又过了31年，2002年它又回到了地球轨道上，被杨光宇发现了。2003年6月，这位依依不舍的老朋友再次离开了地球轨道。

让我们回到登月的流程。下一步是月球轨道进入（lunar orbit insertion），即进入月球轨道。这一步的动力来自服务舱的发动机点火。

登月流程5：月球轨道进入

然后是下降轨道进入（descent orbit insertion），即指令服务舱与登月舱分离，登月舱进入一条靠近月球的轨道。这一步的动力来自登月舱的下降级点火。

登月流程6：下降轨道进入

阿波罗计划的一次机组包括三名航天员，其中一人作为指令长待在指令服务舱内，两人乘坐登月舱去着陆。在阿波罗11号中，指令长是迈克尔·柯林斯（Michael Collins，1930-）。他没有登上月球，但他的作用也是不可或缺的，我们应该记住他的名字。

从左至右：阿姆斯特朗、柯林斯、奥尔德林

然后是动力下降（powered descent），即登月舱点火下降，最后手动找到合适的地点着陆。这一步的动力同样来自登月舱下降级。

实际上，阿波罗11号登月时，这一步非常惊险。1969年7月5日，阿波罗11号的航天员们接受了一次媒体采访。当被问到是否会带一些个人纪念物到月球上时，阿姆斯特朗回答说：“如果我有的选，那我会选择多带些燃料。”（）

事实证明他非常有先见之明。在降落的时候，登月舱的电脑选中的是一块充满巨石的陨石坑。为了避免危险，阿姆斯特朗只得切换到半自动控制，尝试寻找一个安全的地点。奥尔德林给他提供导航数据。

警报声响起，他们只有60秒的时间降落了！否则只能中止行动。然后，30秒的警报响起！幸好，这时他们已经找到了一块平坦的地方。

奥尔德林回忆说：“当时间不足30秒时，我们距离表面还有3米左右。”多亏阿姆斯特朗眼明手快，他们在燃料只剩25秒消耗完的时候降落到了地面。

在降落之后，是舱外活动（extravehicular activity），即两名航天员探索月球表面，收集样品。

然后，登月舱上升级以下降级作为底座，点火起飞。

登月流程9：登月舱上升级起飞

这也是充满危险的一步，如果不成功，他们就会被滞留在月球上。阿波罗11号登月时，尼克松为这种可能预先准备了一份讲稿：

“命运注定，这两位来到月球进行和平探索的人将在月球上安息……别人将会跟随他们，而且必定找到回家的路。人类的探索不会停步。然而这些人是第一批，他们将在我们心中永生。在今后的夜晚，每个人仰望月亮的时候都会想到，另一个世界的一角永远属于人类。”

幸好，这份讲稿没有用上。

登月舱上升级起飞后，与指令服务舱在月球轨道上会合对接。在电影《火星救援》中，最激动人心的就是一个类似的情节，马特·达蒙（Matt Damon）在火星上乘坐一艘小飞船起飞，跟回头来接他的飞船双方不顾一切地会合。

登月流程10：登月舱与指令服务舱会合对接

然后，登月的航天员带着样品回到指令舱，把登月舱抛弃。

登月流程11：抛弃登月舱

然后是奔地变轨（trans-Earth injection），即服务舱点火，飞回地球。

登月流程12：奔地变轨

然后在再入大气层之前，服务舱也被抛弃，指令舱就是我们平时说的返回舱。指令舱旋转180度，把钝头对准大气层，用来对抗高温。

登月流程13：再入大气层

然后，空气的摩擦在给指令舱减速的同时，高温导致气体电离。无线电波不能通过这层电离的空气，因此在几分钟之内指令舱跟外界无法通信，这种现象叫做“黑障”（ionization blackout）。这是航天活动中非常危险的一个阶段。

最后，降落伞打开，指令舱溅射到太平洋中。附近的航空母舰把三名航天员救援上来。

登月流程15：海上降落

真是荡气回肠！人类完成了这样的壮举，从此在宇宙中晋升为了能够登上另一个星球的文明！

在下一期也就是最后一期中，我们来了解登月的火箭，以及各个航天大国的历史、现状和未来。






致谢：感谢资深航天技术顾问王渤、航天科研工作者石豪在科学内容方面的指教。背景简介：袁岚峰，中国科学技术大学化学博士，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员，科技与战略风云学会会长，青年科学家社会责任联盟理事，中国无神论学会理事，安徽省科学技术协会常务委员，微博@中科大胡不归，知乎@袁岚峰（）。

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