月球是人类唯一亲身踏足的地外星球,不过现在回想起来,载人登月似乎已经是很久以前的事情了,的确如此,从最后一次登月至今,已经有将近50个年头了。
1969年人类第一次成功登陆月球,最后一次是在1972年。在三年左右的时间里,人类六次成功登上月球。让一个人在外星星球上着陆并成功返回绝非易事。早在50多年前,人类就做到了。不得不说,这是一个壮举。当然,除了赞叹之外,在第一次登月以来的半个世纪里,一直有质疑的声音。那么登月是真是假呢?人类是如何飞向月球的,飞行后又是如何下来的?如果你想让宇宙飞船摆脱地球引力,你必须给它提供强大的升力,而这必须使用运载火箭。在美国航天史上,最大的火箭是著名的土星五号。
土星五号的发射重量达到了2800吨以上,而近地轨道运载能力也超过了110吨,而要将如此巨大的火箭发射升空,就必须要用到火箭发射塔。
由于火箭制造和发射技术的不同,不同国家的火箭发射塔有不同的功能。比如水平组装垂直发射的俄罗斯火箭,功能单一,只需要具备发射功能即可。和中国的酒泉卫星发射中心一样,它的发射塔集装配、检查、维护等多种功能于一体。这种发射塔成本较低,组装后省去了运输环节。其缺点是占用时间长,效率低。一旦发生事故,损失很大。有了发射塔和推力强大的运载火箭,人类就可以把宇宙飞船送入太空。点火后,火箭在发射过程中会逐渐加速,轮流摆脱用过的推进器。
当运载火箭通过不断加速,速度提升到每秒7.9公里,那么它便超越了第一宇宙速度,此时它就可以摆脱地球的引力束缚,而进入近地轨道了。
进入近地轨道后,飞船开始在近地轨道绕地球运行,同时等待一个重要的机会。随着飞船越来越接近既定的轨道位置,飞船再次进入加速模式。这个加速度是为了进一步克服地球引力,让自己通过地月转移轨道进入月球轨道。进入月球轨道后,登月的过程可以说是黎明。环绕月球的航天器由三个基本结构组成,即指挥舱、服务舱和登月舱。这时,登月舱将与飞船分离。由于速度的降低和月球引力的阻力,登月舱会逐渐接近月球表面,然后登月舱点火减速,从而平稳着陆。
当登月舱平稳着陆之后,宇航员就可以出舱插旗子并进行计划中的研究收集工作了,每当提到登月,很多人第一个想到的可能就是阿姆斯特朗在月球表面插旗子的画面了。
现在的问题是,当宇航员完成预定的工作时,他们如何返回地球?月球上既没有运载火箭,也没有发射塔。其实离开月球不需要运载火箭,因为月球的引力只有地球的六分之一,所以不需要运载大量燃料的火箭助推。至于发射塔,宇航员自带。其实登月舱并不是一个整体,而是分为上升段和下降段两部分。登月时,下降段负责点火和减速。成功登月后,下降段就没用了,变成了简单但很稳定的发射器。有了这个发射器,上升段可以顺利点火发射。
因为月球本身引力小,所以环月轨道距离月球表面也不是太远,登月舱的上升段很容易就可以进入环月轨道,此时它会与一直等候在环月轨道的指令舱和服务舱进行对接。
对接成功后,宇航员从登月舱进入指挥舱,登月舱被拆下扔掉。之后服务舱点火,飞船从绕月轨道进入地月轨道,然后进入近地轨道。这时候已经完成使命的服务舱就不值钱了,只好扔掉。只有小指挥舱和指挥舱中的三名宇航员最终坠入大气层并成功返回地球。当然,在三名宇航员中,只有两名幸运地成功登上月球,而另一名只能留在绕月轨道上,等待登月舱的上升段回来与它对接。离开地球时重达数千吨的庞然大物,回来时只有一点点。可见,载人登月是一件代价高昂的事情,这可能是人类近50年来没有再登月的原因之一。