人类登月50周年|新鲜奥妙的载人登月筹划和对象

人类登月50周年|新鲜奥妙的载人登月筹划和对象
2019年07月17日 14:30 新浪科技-自媒体综合

  来源:国际太空微信公众号

  作者:庞之浩

  2019年7月20日是人类初次登月50周年纪念日,全部“阿波罗”载人登月工程用时约11年,到1972年12月第6次登月成功停止,耗资255亿美元(约为如今的2000亿美元)。在工程岑岭时代,参加工程的有2万家企业、200多所大年夜学和80多个科研机构,总人数约40万。该工程严格而迷信地管理了几十万人斗争了8~11年,完成了载人登月工程,集中表现了现代科技的程度,推动了航天技巧的敏捷生长。

  奥妙的登月筹划

  月球轨道对接法就是将1艘载有3名航天员的飞船发射到月球轨道上。然后2名航天员乘登月舱在月面高低降,停止月面探险。另1名航天员仍留在指令舱-办事舱组合体中绕月球轨道飞翔,并停止迷信实验。前往时,在月面上的2名航天员启动登月舱的上升级发动机飞上月球轨道与指令舱-办事舱组合体交会对接。2名航天员进入指令舱后,摈弃登月舱的上升级,离开月球轨道前往地球。在再入大年夜气层前,摈弃办事舱,仅指令舱在宁靖洋上溅落。这类办法的好处是只需在月面高低降小型登月舱,但在轨对接的成功与否直接决定了航天员的生命安然。

  迷信家早期曾推敲过把全部飞船直接送入月球外面,认为比较简单和安然,但这类办法对运载火箭的请求太高,并且大年夜型飞船在月面上着陆有能够堕入尘土中,所以没有采取这一筹划。

  美国有名迷信家冯·布劳恩及马歇尔航天中间则偏爱别的一种办法——地球轨道对接法,即先发射几枚“土星”火箭,把大年夜型飞船的几个部分分别送上天球轨道,然后对接起来;对接后的飞船应用本身的发动机加快朝月球飞去;当接近月球后飞船掉落转偏向,启动发动机加速,最后在月面上着陆;当任务终了后,抛掉落这一级发动机,载人飞船部分应用上升发动机分开月球前往地球。他们认为这类办法有两大年夜长处:一是不须要研制名叫新星号的超大年夜型运载火箭;二是在地球轨道上对接比较安然,万一对接掉败,载人飞船亦可以安然前往空中。地球轨道对接法的长处是无需研制超大年夜型运载火箭,也比月球轨道对接法安然,但它也存在大年夜型飞船在月面着陆的艰苦,是以,也没被采取。

  经过浩大迷信家对上述3种呼声很高的筹划停止反复比较、分析,终究的结论是:月球轨道对接法可在1967年10月完成,本钱约77亿美元;地球轨道对接法可在1968年7月完成,本钱约92亿美元;直接登月法所需资金须要106亿美元,且在1968年10月之前难以完成。所以,事前不被看好的月球轨道对接法终究被认定是载人登月的最好门路。

“阿波罗”飞船指令舱-办事舱组合体上的发动机任务,使飞船离开月球轨道,开端前往地球“阿波罗”飞船指令舱-办事舱组合体上的发动机任务,使飞船离开月球轨道,开端前往地球

  月球轨道对接好

  采取月球轨道对接筹划,在技巧、时间和资金方面的长处大年夜致以下:一是只用一个较小的登月舱就可以登月,从而可防止全部飞船降低月面的艰苦。登月舱质量约14.7吨,月面可以经受得住,并且关于飞船加速也极其有益。二是登月舱只需携带小型发动机,所以可以增添燃料携带量。这关于分开月面也有益,并且全部飞船的质量能大年夜大年夜减轻,从70多吨减至约50吨,使土星5号火箭可以胜任。三是在前往时,由于登月舱可以抛掉落,又可进一步减小前往舱的质量,是以能简化办事舱的设计。别的,只要指令舱再入收受接收,所以体积小,这关于收受接收也有益;四是经济性较好,这一点胜于直接登月法和地球轨道对接法。

月面任务停止后航天员前往登月舱,进入上升级,上升级从登月舱上起飞,分开月球外面上升月面任务停止后航天员前往登月舱,进入上升级,上升级从登月舱上起飞,分开月球外面上升

  终究的预算估计:月球轨道对接筹划简直比地球轨道对接登月的92亿美元低了15亿美元,比直接登月筹划的106亿美元低了近30亿美元。这又为月球轨道对接筹划供给了更有益的证据。

  NASA于1962年7月11日举办了记者接待会,将登月筹划的最后决定计划公诸于世。在此次接待会上,向外界传递了终究赞成的月球轨道对接登月筹划。

  土星5号是基本

  暗斗时代,美苏在载人登月范畴展开了激烈的竞争,特别是在重型运载火箭研制方面的竞争达到了白热化,由于发射载人飞船必须应用近地轨道运载才能达100吨以上的重型运载火箭。终究美国成功研制和发射了土星5号重型运载火箭,完成载人登月,而苏联由于N1重型运载火箭4次发射掉败,未能载人登月。

  土星5号是一种三级液体火箭。它全长110.64米,最大年夜直径10.06米,起飞质量2945.95吨,起飞推力34029千牛顿,近地轨道运载才能127吨,地月转移轨道运载才能约50吨。其第一级火箭采取液氧/石油作推动剂,装5台F-1液体火箭发动机,即中心装1台,四周装4台,总推力34029千牛顿;第二级采取液氧/液氢作推动剂,装5台J-2氢-氧液体火箭发动机,中心1台,四周4台,总推力5148千牛顿;第3级也采取液氧/液氢作推动剂,装1台J-2发动机,推力为902千牛顿。

土星5号重型火箭发射土星5号重型火箭发射

  1972年12月7日,土星5号发射了最后一艘“阿波罗”——阿波罗17号载人登月飞船后,该重型火箭又于1973年5月14日把美国第1个空间站“天空实验室”送入轨道。尔后,这一“巨无霸”因无用武之地而退役了。

  第一种登月飞船

  在登月筹划肯定后,研制新型载人飞船就成为登月工程的“重头戏”了。“阿波罗”是人类发射的第一种、也是今朝唯一的一种登月式飞船,构思非常奇妙。其技巧对现如今将要停止的月球基地扶植和载人火星探测也具有重要的参考价值。

  “阿波罗”总高29米,质量约50吨,由指令舱、办事舱和登月舱3部分构成,发射上升段时还有救生塔。个中类似卫星式飞船前往舱的指令舱是航天员生活和任务的处所,也是全飞船的控制中间;相当于卫星式飞船推动舱的办事舱装有主发动机、姿控和电气体系;特设的登月舱由降低级和上升级构成,用于降低到月球外面和分开月面。

“阿波罗”载人登月飞船剖视图“阿波罗”载人登月飞船剖视图

  指令舱为圆锥形,高3.5米,底部直径3.9米,质量约6吨,舱内充以34.3千帕的纯氧,温度保持在21~24°C。它又细分为前舱、航天员舱和后舱。前舱放置着陆部件、收受接收设备和姿势控制发念优等;航天员舱为密封舱,存有供航天员生活14天的必须品和救生设备;后舱装有10台姿势控制发动机、各类仪器和贮箱,还有姿势控制、制导导航及船载计算机和无线电分体系等。指令舱的中心并排放着指令长、驾驶员和飞翔工程师等3名航天员的座椅。飞船发射和前往空中时,3名航天员躺在椅子上,其他时间航天员可离座活动。

  办事舱是一个高6.4米、直径4米的圆柱体,质量约25吨,外面装有变轨推动剂和主发动机、3副氢氧燃料电池等,个中变轨主发动机推力达95.6千牛顿,能把飞船从月球轨道送回空中。办事舱的前端与指令舱对接,后端有推动体系主发动机喷管。该舱又分6个隔舱,分别包容主发动机、姿势控制体系等,个中姿势控制体系由16台小火箭发动机构成。它们还用于飞船与第3级火箭分别、登月舱与指令舱对接和指令舱与办事舱分别等。

  登月舱质量为14.7吨,直径4.3米,高约7米,由降低级和上升级构成。降低级由降低发动机、4条着陆腿和4个仪器舱构成,用于从月球轨道降低到月面,能把2名航天员送到月球上。上升级为登月舱主体,由航天员座舱、前往发动机、推动剂贮箱、仪器舱和控制体系构成,在登月过程当中,2名航天员在这里生活和任务,完成义务后航天员乘上升级前往环月轨道与指令舱汇合。

月面上的登月舱和月球车,航天员在月球车前面任务月面上的登月舱和月球车,航天员在月球车前面任务

  “阿波罗”飞船沿用了美国水星号飞船的发射救生体系,目标是在运载火箭第2级任务前20秒内,假设产生紧急变乱,该体系可将指令舱弹出并安然收受接收。

  飞船研制出来后,相继停止过6次无人亚轨道和环地轨道飞翔、1次环地飞翔、3次载人环月飞翔,最后才正式停止了登月飞翔。

  能载人的月球车

  1971年7月-1972年12月,美国前后发射了阿波罗15号、16号和17号载人登月飞船,它们各自装有一辆折叠式载人月球车,并且基本相同,都可在月面低重力、真空情况中行驶,从而扩大年夜了航天员的舱外活动范围。

  每辆“阿波罗”月球车质量约210公斤,长3米,轴距2.3米,高1.1米,有4个轮子(每个轮子各由一台发动机驱动,靠蓄电池供给动力,轮胎在-100°C高温下仍可保持弹性),电源采取银锌氢氧化钾一次性电池,行驶速度为10~12千米/小时,能携带约490公斤的有效载荷。车上装有2个并排的可折叠坐位,每个坐位有可调理的踏板和安然带。车前端桅杆上装有大年夜型网状碟型天线。航天员经过过程位于两个坐位之间的T形手动控制器来控制翱翔车。手柄前部有一个控制与显示模块,显示以后的速度、偏向、电源和温度情况。其最高时速可达16千米,航天员坐在外面驾驶着它在月球外面巡游,以车代步,爬越妨碍,翻越沟壑,对山脉、峡谷和火山口停止了考察,并把冲动人心的黑色图象传回空中。

 月球车的轮胎上有一层金属丝网,以利于在月球低引力和浮土外面行驶,月球车前面盛放采样对象 月球车的轮胎上有一层金属丝网,以利于在月球低引力和浮土外面行驶,月球车前面盛放采样对象

  全部“阿波罗”工程就是靠上述这些利器完成了人类登月的妄图。

飞船登月NASA
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