深度科普:月球上不能发射火箭,宇航员是怎么返回地球的?

B站影视 港台电影 2025-08-27 16:09 2

摘要:1969 年 7 月 20 日,美国宇航员尼尔・阿姆斯特朗和巴兹・奥尔德林乘坐阿波罗 11 号飞船成功登陆月球,这一历史性的时刻被全球瞩目,阿姆斯特朗那句 “这是个人的一小步,却是人类的一大步” 也成为了永恒的经典 。

1969 年 7 月 20 日,美国宇航员尼尔・阿姆斯特朗和巴兹・奥尔德林乘坐阿波罗 11 号飞船成功登陆月球,这一历史性的时刻被全球瞩目,阿姆斯特朗那句 “这是个人的一小步,却是人类的一大步” 也成为了永恒的经典 。

然而,自那以后,关于美国登月真实性的质疑声却从未停歇,甚至愈演愈烈,形成了所谓的 “登月骗局” 阴谋论。

质疑者们提出了诸多疑点,其中一个关键问题便是:月球上没有像地球一样的发射设施,宇航员是如何返回地球的?

在他们看来,从地球发射火箭需要庞大的发射基地和复杂的配套设施,而在月球上,宇航员仅凭有限的设备,似乎难以完成火箭发射的壮举。这一疑点成为了 “登月骗局” 论的重要支撑点,引发了公众对美国登月真实性的广泛讨论。

除此之外,质疑者还指出了其他一些 “证据”。

比如,在公布的登月照片中,美国国旗似乎在迎风飘扬,可月球上是真空环境,根本不存在空气,又怎么会有风呢?还有,照片中的太空背景一片漆黑,看不到一颗星星,与人们对宇宙星空的常规认知不符。这些看似违背常理的现象,进一步加深了人们对登月事件的怀疑,使得 “登月骗局” 的说法在民间广泛传播,甚至在一些网络平台上,相关话题总能引发激烈的争论,支持者和反对者各执一词,互不相让。

要解开宇航员从月球返回地球的谜团,关键在于深入了解执行登月任务的阿波罗飞船。阿波罗飞船由指令舱、服务舱和登月舱三个主要部分组成,每个部分都肩负着独特而关键的使命 。

指令舱呈圆锥形,高 3.2 米,重约 6 吨,这里是宇航员在飞行过程中生活和工作的核心区域,也是全飞船的控制中枢。

指令舱分前舱、宇航员舱和后舱三部分,前舱放置着陆部件、回收设备和姿态控制发动机等;宇航员舱为密封舱,储存着供宇航员生活 14 天的必需品和救生设备,为宇航员提供了一个相对舒适和安全的生存空间;后舱内则装有 10 台姿态控制发动机,以及各种仪器、贮箱,还有姿态控制、制导导航系统以及船载计算机和无线电分系统等,这些设备共同协作,确保飞船在飞行过程中的姿态稳定和精确控制。

服务舱前端与指令舱紧密对接,呈圆柱形,直径 3.9 米,高 7.6 米,重约 25 吨,它是飞船的后勤保障中心。

在整个任务期间,服务舱始终与指令舱相连,为飞船提供持续的支持。服务舱内装载着燃料、各种物资装备和发动机等重要设备,其中的发动机用于飞船的机动飞行,如中途修正、进入月球轨道及返回地球的推进等,为飞船的顺利飞行提供了强大的动力支持;而燃料和物资装备则保障了飞船在漫长的太空旅程中的能源需求和生活需求 。

登月舱则是实现宇航员在月球表面着陆和返回的关键工具,它相当于往返于飞船与月面之间的一艘渡船,由下降级和上升级两部分组成,高 6.9 米,宽 4.3 米,质量 14 吨(包括燃料则重 14.7 吨 )。在执行任务时,登月舱发挥着至关重要的作用,它将宇航员从月球轨道安全送至月球表面,并在任务完成后将宇航员带回月球轨道,与指令舱和服务舱会合,共同踏上返回地球的征程。

在整个登月过程中,这三个部分相互协作,紧密配合。从地球发射时,阿波罗飞船借助巨大的土星 5 号运载火箭的强大推力,克服地球引力,进入地月转移轨道,开始向月球进发。当接近月球时,飞船进入环绕月球的轨道,并在合适的时机释放登月舱。

此时,指令舱和服务舱继续绕月飞行,等待登月舱完成任务后返回。登月舱则载着宇航员向月球表面降落,完成一系列探测任务后,再从月球表面起飞,与绕月飞行的指令舱和服务舱对接,宇航员进入指令舱,抛弃登月舱,最后服务舱的发动机点火,推动飞船离开月球轨道,返回地球 。

登月舱作为阿波罗飞船中最为关键的部分之一,其独特的结构设计 —— 由上升级和下降级组成,在月球着陆和起飞过程中发挥了不可替代的关键作用,展现出诸多显著优势。

下降级是登月舱实现月球软着陆的关键部分,它装有向月面降落减速使用的逆喷射火箭,这些火箭在着陆过程中发挥着至关重要的制动作用。当登月舱接近月球表面时,逆喷射火箭点火,产生向上的推力,减缓登月舱的下降速度,确保其能够安全、平稳地着陆在月球表面。

此外,下降级还备有火箭的燃料、氧化剂槽,为逆喷射火箭提供持续的动力来源;同时,它还配备了水和氧气槽,以满足宇航员在月球表面停留期间的基本生活需求。值得一提的是,下降级上还搭载了用于调查月面的科学仪器,这些仪器能够对月球表面的地质、环境等进行详细的探测和分析,为科学家们提供宝贵的月球资料 。

当登月舱完成月球表面的任务,准备起飞返回时,下降级又充当了发射架的角色,为上升级的起飞提供了稳定的支撑和必要的初始加速度。

上升级则是宇航员从月球返回月球轨道的关键工具,它装有返回发动机、推进剂贮箱、仪器舱以及宇航员座舱等重要设备。当宇航员完成月面任务后,进入上升级,启动返回发动机。返回发动机点火产生强大的推力,使上升级克服月球引力,从月球表面起飞,进入环月球轨道。

上升级的推进剂贮箱储存着足够的燃料,以确保发动机能够持续工作,提供足够的动力;仪器舱内的各种仪器则负责监测和控制上升级的飞行状态,确保其飞行的安全和稳定;宇航员座舱则为宇航员提供了一个相对舒适和安全的乘坐环境,保障他们在返回过程中的生命安全。

这种上升级和下降级的组合设计,使得登月舱在质量上得到了有效的控制。在飞往月球时,整个登月舱携带必要的设备和物资,满足着陆和探测需求;而在返回时,只需上升级携带宇航员和重要的月球样本等返回,大大减轻了起飞质量。因为月球的引力仅为地球的六分之一,较小的起飞质量使得上升级在月球表面起飞所需的推力相对较小,降低了技术难度和能源消耗 。

同时,下降级作为发射架留在月球表面,既避免了将其带回地球所需的额外能量和技术挑战,又为上升级的起飞提供了可靠的支持,这种巧妙的设计充分体现了人类在航天工程中的智慧和创造力。

月球的质量大约只有地球的 1/81,如此悬殊的质量差异,使得月球的引力也远弱于地球,仅为地球引力的 1/6。这一引力特性,成为宇航员从月球返回地球的重要突破口。

在航天领域,逃逸速度和第一宇宙速度是衡量物体能否摆脱天体引力束缚以及在天体附近稳定环绕的关键指标。地球的逃逸速度高达 11.2 公里 / 秒,第一宇宙速度约为 7.9 公里 / 秒,这意味着从地球发射火箭,需要强大的动力和能量,才能使火箭达到相应速度,突破地球引力的 “枷锁” 。

相比之下,月球的逃逸速度仅约为 2.4 公里 / 秒,第一宇宙速度更是低至 1.68 公里 / 秒。这一巨大的速度差,使得从月球起飞所需的能量和速度要求大幅降低。在月球表面,物体所受引力小,更容易获得足够的速度来克服引力,实现升空。

就像在地球上,要将一个重物抛向高空需要很大的力气,而在月球上,同样的力气却能将重物抛得更高更远 。这种引力和速度上的优势,为宇航员从月球返回地球提供了有利的物理条件。

当登月舱的上升级成功进入环月轨道后,与在环月轨道等待的指令舱对接成为了宇航员返回地球的关键一步。这一过程的重要性不言而喻,它是宇航员从月球返回地球的必经之路,只有成功对接,宇航员才能进入指令舱,利用指令舱和服务舱的设备和能源,踏上返回地球的旅程。

随着飞船逐渐接近地球,服务舱与指令舱完成分离,指令舱独自承担起进入地球大气层和着陆的重任,这也是整个返回过程中最为惊险和关键的阶段。

指令舱以极高的速度冲向地球大气层,与大气层中的气体分子发生剧烈摩擦。这种摩擦产生的热量极其巨大,使得指令舱表面的温度急剧升高,瞬间形成一个炽热的火球,仿佛一颗划过天际的流星 。在这高温高压的极端环境下,指令舱面临着严峻的考验,稍有不慎就可能导致舱体结构损坏,危及宇航员的生命安全。

为了应对这一挑战,指令舱的表面覆盖着一层特殊的隔热材料。这种隔热材料经过精心设计和研发,具有出色的耐高温性能,能够承受高达数千摄氏度的高温。它就像一层坚固的护盾,有效地阻挡了热量向舱内传递,保护着舱内的宇航员和各种设备。

在穿越大气层的过程中,指令舱还通过精确的姿态控制,调整进入大气层的角度。这个角度至关重要,如果角度过小,指令舱可能会像打水漂一样被大气层弹回太空;如果角度过大,指令舱则会承受过大的过载和热量,增加危险系数 。宇航员和地面控制中心密切配合,根据实时监测的数据,精准地控制指令舱的姿态,确保其以最佳的角度进入大气层。

当指令舱下降到一定高度时,降落伞系统开始发挥作用。首先打开的是引导伞,它的作用是拉出更大的减速伞。引导伞面积较小,呈锥形带条结构,能够在高速气流中稳定打开,并顺利拉出减速伞。减速伞同样采用特殊的设计,在工作 19 秒左右后,将指令舱的速度从每秒 200 米左右减速至每秒 80 - 90 米 。

随后,巨大的主降落伞打开,主伞采用环帆伞设计,面积高达 1200 平方米,能够进一步降低指令舱的下降速度,使其降至每秒 7 - 8 米。在距离地面 1 米左右时,指令舱启动反推发动机,喷出强大的气流,产生向上的推力,进一步减缓下降速度,最终实现安全软着陆。指令舱精准地落入预定海域,等待早已待命的救援船只前来打捞。至此,宇航员们历经艰险,终于成功返回地球,完成了这一伟大而壮丽的太空之旅 。

来源:宇宙探索

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