步步惊心！美国成功背后，苏联经历了什么？

摘要：上文书讲到了美国和苏联的金星探测器，金星探测的窗口期大概是19个月遇到一次。这个时间窗口过去了，那就只能等下一个时间窗口了。所以金星这档子事儿就先放一放再说。目前月球才是主要任务。下一步美国人要发射勘测者4号探测器了。

上文书讲到了美国和苏联的金星探测器，金星探测的窗口期大概是19个月遇到一次。这个时间窗口过去了，那就只能等下一个时间窗口了。所以金星这档子事儿就先放一放再说。目前月球才是主要任务。下一步美国人要发射勘测者4号探测器了。

勘测者系列探测器的外观都差不多。勘测者4号跟勘测者3号长得几乎一样，也带着一个挖掘机的铲子。这一次的目标选在了月球中央海一个直径60公里的区域，这个地方不太平整，因此着陆难度比勘测者3号大得多。因此发射窗口每天只有一次，而且这个窗口期只有6.5分钟，过了时间就不行了。地面上新建的深空测控网络也要密切配合才行。

勘测者4号

所以啊，发射的时候出了一点小波折，半人马座上面级的推进剂阀出了点毛病，不得不把探测器先摘下来，然后才能检修。发射窗口期只有6分半钟。因为这一个很简单的检修，就导致这个窗口期就错过了，只能再等一天。第二天因为要多加一点燃料，稍微多花了一点时间，在窗口期仅剩下29秒的时候，宇宙神火箭终于发射升空。

说实话，这个时候美国人的宇宙神火箭搭配半人马座上面级已经很成熟了。这枚火箭顺利的把勘测者4号送入了飞向月球的轨道。在发射以后12分钟以后。勘测者4号和半人马座上面级分离，展开了太阳能板。星光导航装置也锁定了老人星。一切都显得很顺利。发射6.5小时以后，地面测控人员确认了探测器状态良好。戈德斯通地面测控站的大型抛物面天线一直在紧盯着这颗探测器的飞行轨迹。

美国在加州的莫哈韦沙漠之中建造了这个深空测控站，就是为了远离大城市的无线电干扰。在澳大利亚的堪培拉郊外，以及西班牙的马德里郊外，也都建有类似的深空测控站。地球是要自转的，有了这个三个测控站，随便探测器朝着地球哪一面，总有测控站的大天线可以盯着它。勘测者4号的轨迹比较精确，只要在途中稍微修正一下就行了。

戈德斯通地面测控站

1967年的7月16号，勘测者4号开始了着陆月球的准备，7月17号凌晨，勘测者4号开始改变姿态，雷达高度表显示现在距离月球表面有96公里。开始进入点火倒计时。凌晨2点钟，调整姿态的游机点火，在1秒之后，主发动机也点火了。开始反推着陆进程。看上去一切都很顺利。但是在主发动机工作了42秒以后，地面测控站突然丢失了勘测者4号的信号。按照计算，这时候勘测者4号在月球上空14.9公里的高度，速度是每秒326米。按照这个趋势，勘测者4号要是熄火的话，肯定会摔扁的。

这到底是通信系统故障了呢？还是出了什么别的麻烦？按照计算，在信号丢失以后得两分半钟之后，探测器就应该着陆了。NASA的工程师只能先假定探测器着陆了。只是通信出了毛病。于是，他们就开始向探测器发出各种指令，但是探测器根本没反应。到了世界标准时间早上8点钟，戈德斯通测控站的月亮落到了地平线之下，测控无法继续进行。

马德里测控站

在接下来的34个小时里，NASA通过三个测控站不断对勘测者4号发出了4255条指令，勘测者4号始终没反应。到此为止，所有努力全都白费。勘测者4号看来已经完蛋了。NASA组只了一个委员会来调查原因。到最后啥也没查出来。因为信息太少了，毕竟此前所有数据都是正常的。然后通信突然就断了。有些人猜测，可能是反推火箭爆炸了，不过也只是猜测而已。

所以，JPL的工程师也没办法获取任何改进的线索，那就索性不改了。勘测者5号和勘测者4号基本上还是一样的。发射日期定在了9月8号。这一次要着陆的地点就是后来阿波罗11号登月的那个静海地区。这一次的着陆难度更大，探测器的轨迹和月球表面的夹角达到了43度，几乎就是斜着落下去。因此需要拐个弯，才能把这个角度掰过来。变成垂直下降。

这次发射的过程还是很顺利的。宇宙神半人马座火箭表现良好。顺利的把探测器送进了登月轨道。探测器和火箭分离以后也很顺利。第一步对准太阳，第二步找到老人星，就可以保证自己的姿态是稳定的。半途中还修正了一次轨道，优化了登月的条件。

就在完成了中途轨道修正之后，对面的工程师发现探测器不对劲，因为氦气储罐的压力在不断降低。这说明氦气在不断的泄漏。这些氦气是用来干什么的呢？是用来把燃料压进火箭发动机燃烧室用的。假如氦气全都漏光了，那么火箭发动机就无法工作了。

勘测者5号

如果这些氦气被泄露到了太空里，也就是说喷出去了那么探测器的姿态肯定会发生改变，他们目前没有发现这种情况，这说明什么呢？说明这些氦气并没有漏到探测器之外，而是漏进了燃料箱，也就是说燃料箱里面的压力变得越来越高。但是燃料箱有个自动放气的阀门，如果压力高到一定程度就会放气，这就会导致氦气真的泄漏到太空里。

那现在怎么办呢？工程师们确定导致泄露的原因是因为调节阀故障。要想让这些调节阀正常工作，就必须开启游机烧一会儿。这一下就把后面所有的流程全部打断了。因为这些姿态调整发动机一开机，轨道也不对了，探测器姿态也不对了，反正什么都乱了。那也没办法啊，现在只能死马当活马医了。那也没办法，先开10秒钟再说，发现不灵，氦气依然还在往燃料罐里漏。再开23秒，发现还是不行。

现在探测器的姿态已经乱了，所以还得想办法把姿态调回来，游机又开了12秒，紧接着又是一个半秒的短脉冲。结果到现在为止，氦气依然还在泄漏。那现在该怎么办呢？眼看着月球越来越近了。这时候工程师们拿出一个方案，就是说继续原有的着陆计划，但是反推引擎比正常时间晚开12.33秒，剩下的那点氦气将将够能够让探测器着陆在月球表面。

因为是临时改变了着陆程序，编写完毕的程序保存在录音磁带里，然后由地面测控站把这些数据传给勘测者5号。我小时候是真的见过计算机数据直接保存在家用录音机磁带上，一盘磁带大概相当于600K容量。NASA使用的磁带应该更高级。不过原理都是一样的。

地面人员在中途又启动了几次游机，烧到了12.2公斤的燃料，这样的话航天器就变得更轻了。最后一次航向修正，燃烧时间是5.45秒。大约过了15个小时以后，氦气泄漏停止了，其实就是氦气储箱和燃料箱里面的压力基本上保持了平衡。

最后游标发动机是在距离月球表面45.7公里的距离上启动了。1.07秒之后固体反推主引擎点火。在1265米高的高空反推引擎烧光了。游机发动机加大推力，保持着探测器稳稳当当继续减速，到距离月球表面仅仅4米的高度，游机关机。探测器顺利落月。只可惜，登月地点偏差比较大。此地是个斜坡，探测器的姿态不太对。不过这也算是不幸之中的万幸了。这时候燃料罐里的压力也仅仅是勉强够用。

勘测者5号落地姿态

着陆之后的78分钟，勘测者5号就开始通过低增益天线发送回第1批照片。这批照片的分辨率不算高，横向分辨率只有200线。之后呢，就开始传输分辨率更高的图像，分辨率大概是600线。通过这些照片，地面上的测控人员才发现，这是一个9×12米的小坑，探测器的倾斜程度大概是20度，所以他的天线要想对准地球方向就显得比较费力。

勘测者5号拍摄的照片拼接

现在拍照片已经是常规任务了。这个探测器还有一个重要任务，就是用阿尔法散射仪探测一下月壤。在月球上的第1个月昼，这个传感器一共积累了83个小时的数据。科学家们通过这些数据分析出月球土壤中存在氧、硅和铝等等元素，这些成分和地球上的玄武岩是一样的。玄武岩的成分主要是二氧化硅，三氧化二铝氧化铁和氧化钙。因为含有氧化铁的成分，玄武岩是可以被磁化的。

着陆腿上的磁铁位置

既然如此，月球的月壤是不是也能被磁化呢？你别说，美国人在勘测者5号的脚上装了一对磁铁。就是为了看看月壤是不是能够被磁铁吸引。用探测器上的摄像头盯着着陆腿拍照，真的发现着陆腿上的磁铁沾了不少的尘土，比没有磁铁的部位沾得更多，说明月壤是可以被磁化的。

着陆腿“蘑菇头”外面钉了一条磁铁

现在科学家们知道，月球上的玄武岩含铁比地球还高。不仅仅是以氧化铁的形式存在，还以钛铁矿的形式存在。也就是一个钛一个铁加三个氧原子所构成，这东西也有磁性。

勘测者5号对着腿拍摄的特写，着陆的时候产生的滑动，在地面上犁出一道槽

勘测者5号在月球上工作了53个小时以后，在地面控制之下，游机发动机点火。让探测器在月球上跳了一下，挪了个地方。其实也没挪多远，也就是10公分左右。这就是为了看看如果在月球表面开发动机，扬尘情况如何。月壤是如何被发动机气流吹开的。这都是为了以后载人飞船从月面起飞做准备。那时候没办法拍视频，只能拍静态照片。数据传回来之后，地面研究人员就对比开发动机前后的照片，发现月壤的确是被吹动了，但是不算太厉害。并不是那种飞沙走石的效果。

既然探测器挪了个地方，阿尔法散射仪也就跟着一起挪地方了，就这样在新地点又采集了65小时的数据。随着太阳角度的升高，探测器也跟着升温。因为这个探测器是斜着的，所以原本晒不到太阳的地方现在晒到了。所以局部升温很严重。不得已，只能关闭一些仪器降低内部热量。同时调整太阳能板的位置，过来遮一下阴。哪个抛物面天线大的喇叭口也刚好可以当阳伞来用。这段时间是肯定无法继续工作了，白白损失了28个小时。

Alpha散射仪换了个地方

等到酷热过去，探测器的仪器也就开始继续工作。结果发现调焦装置坏了。只能盯着某个距离探测，其他地方都是糊的。滤镜轮也坏了，想拍彩色照片也不可能了。不管怎么说吧，拍照一直就没停过。前前后后拍了一万多涨照片。只是到了后来摄像管放大器严重老化，图像噪音很大，也很模糊，但是也还是有用的素材。同时，这个探测器还利用地球遮蔽太阳的过程，获取了一下月球表面的散热特性。太阳被挡住，月球表面温度会下降，太阳出来又会升高，利用这一冷一热这短时间内的温度变化，就能计算出月球的热特性。

前前后后，勘测者5号在月球表面工作了3个月。算是为日后的登月工作获取了大量的数据，虽然降落过程比较吓人，但是最后也算是圆满完成任务。后续的勘测者6号和7号的任务也是大同小异。都是为后续的阿波罗任务寻找降落地点。那一阵子，美国的探月任务也算是比较顺利的。同期，苏联也发射了月球14号，这个探测器也是一个环绕器，这个探测器带了辐射计，带了实验用的齿轮机构。还是为以后的月球车做技术准备。同时做无线电通信测试。原本计划是绕则月球转悠1个月，最后工作了75天。

苏联联盟-7К-Л1飞船

顺带一提，苏联的探测器系列无人飞船一直不顺利。这东西其实就是单人版的联盟7K飞船，是载人登月用的，在有人飞行之前先来几次无人版，用质子号运载火箭发射，可惜总是失败。由此可见，苏联在载人登月方面远远不如美国。同时期的阿波罗8号已经成功的完成绕月飞行，而且还搞了电视直播。苏联只能在无人探测器方面争取找回面子，但是即便在无人探测器方面，他们也是不如美国的。起码月球系列就比勘测者系列探测器要简单，仪器设备的性能也差着一大截呢。

就这样，1968年就过去了。1969年一开年，苏联人又发射了金星5号和6号两颗金星探测器。这个窗口期，一次发两颗，算是双保险。这一次美国人倒是没跟着凑热闹。现在美国人对金星完全不感冒。倒是对火星充满了兴趣。因为金星的环境太单调，不可能取得什么有价值的科研成果。这一点上美国人比苏联人更加务实。

金星5号发射前的准备工作

当时苏联科学家还是相信金星4号落在一座山的山顶。但是这个说法遭到美国人的反对，特别是卡尔·萨根。这个争论影响到了金星5号和6号的设计。金星5号去掉了磁场计，反正金星的磁场太微弱，测不测无所谓。原计划搭载法国人制造的温度表和压力表。可惜啊，法国不亏是革命老区啊。5月份爆发了全国性大罢工。温度表和气压表都完不成了。苏联人只能用自己造的仪器代替。对了，那个雷达高度表也做了改进，这次不会出现误差了。

这两颗探测器的发射时间相差了5天，一颗是1969年的1月5号，一颗是1月10号。这两颗探测器倒是一路顺利，5月份，它俩到达了金星附近，金星5号是在3.7万公里的距离上释放了着陆器，金星6号是在2.5万公里的距离上释放着陆器的。这两个着陆器打开降落伞之后，一个在飘了53分钟，一个飘了51分钟。反正时间差不多长。有人可能会问，为啥上次金星4号飘了93分钟，这次金星5号和6号连一个小时都没到呢？这是因为苏联人缩小了降落伞的面积，留空时间当然就变短了。

苏联在克里米亚半岛上的测控天线

大家已近知道了，金星大气异常浓密，既然如此，减速伞的面积就不需要太大了。再说了探测器耐热和耐压的时间有限，你得趁着探测器坏掉之前，到达金星表面。所以，降落速度就不能太慢。所以这次时间比上次短多了。即便如此，这两个探测器还是在18公里的高度上被压扁了。看来还是低估了金星大气的恶劣程度。

通过金星5号和6号发回的数字，科学家们建立了比较完善的金星大气模型。比如金星表面温度确定是在497±60摄氏度。大气压确定是在67~135巴，最可能的数字是90巴。也就是大约90个地球表面大气压，压力相当于90米的水下。

2月份苏联发射了一个月球探测器，可惜当场就炸了。4月份又发了一颗，还是没成功，完全没有进入预定轨道。所以这两颗探测器无法获得正式编号。苏联这一年流年不利，发射的探测器屡屡出问题。2月份恰好是探测火星的窗口期，苏联人的火星2B和火星2C探测器也是接连失败，发射没多久就爆炸了。

水手6/7号

美国人当然也没闲着，他们发射了水手6号和7号两颗火星探测器，这两颗探测器倒是成功了。只不过飞到火星还要等上起码半年。就在这半年，美国航天可以说是快马加鞭争分夺秒。先是发射阿波罗10号，为登月进行了最后的彩排。

苏联人在载人登月上已经无望了，所以希望在无人月球自动取样返回，还有月球车上能超过美国人。赶在阿波罗11号发射之前3天，苏联人发射了月球15探测器。苏联官方宣称的用途是研究月球引力场和月球表面的化学成分。但是有些消息灵通人士透露，苏联人其实想搞月球采样返回。

苏联人用的火箭力气小，因此月球15号只能走一条速度慢的轨道。美国的土星五号运载能力强大，所以阿波罗飞船飞得快，反而是后发先至。7月21号，尼尔·阿姆斯特朗开始了月球漫步。月球15号还在开雷达探测地形，要找个平坦的地方降落，可惜雷达扫到的地方到处都是大石头，根本无法降落。从进度上来讲，月球采样返回是肯定落在美国人后边了。美国人是派人上去搬啊。