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人类登月50周年:新颖奇妙的载人登月方案和工具

高迪 今日热点 2019-07-17

1969年7月20日下午4时17分42秒,美国宇航员阿姆斯特朗将左脚小心翼翼地踏上了月球表面,这是人类第一次踏上月球。

如今时间已经过去了50年,但阿姆斯特朗那句“我的一小步,人类的一大步”的经典独白,仍然深深地刻在每个人的心里。

腾讯科技联合知乎发起“登月50年”系列策划,聚焦人类探索月球的点点滴滴,一起回顾人类和月球的往事。

1969年7月16日,土星五号火箭装载着阿波罗11号宇宙飞船,在肯尼迪航天中心发射升空,12分钟后进入地球轨道。

环绕地球一圈半后,第三级子火箭点火,航天器开始向月球航行。30分钟后,指令/服务舱从土星5号分离,在转向后与登月转接器中的登月舱连接。月球转移轨道射入将航天器射向月球。

“登月50年”系列策划第六期揭秘人类有史以来,最强大的火箭——土星五号,由知乎专栏作者黄修源创作。

登月最首要的问题是什么?最复杂的问题是什么?火箭。一只足够大的火箭才可以把一套完整的系统推向月球。这个系统不紧紧包含了人类生存的系统(阿波罗计划中的指令仓),返回的火箭和其他必要的物资系统(服务舱),和登月的飞船(登月舱)。所以跟发射一个卫星到太空中其实难度增加了很多。

人类第一颗人造地球卫星,是前苏联在1957年发射的,仅仅重量83.6公斤。但是阿波罗计划整个飞船的重量高达50吨。WHAT FUCK,基本可以等于一颗火箭发射了600个之前的卫星的重量。

先科普下阿波罗计划的飞船样子:

人类登月50周年:新颖奇妙的载人登月方案和工具

其中那个银色的锥形的飞船就是指令舱。在来回的航行中,宇航员就在那里面生活。

基本合体飞行时候是这样的。有一个特别的是,在起飞的时候,登月舱是在最下面的,顺序是,登月舱,服务舱,指令舱。因为便于出现意外事故,指令舱可以单独逃生,在飞往月球的路上,整个飞船会先把登月舱释放,然后再反转180度,服务舱再跟登月舱对接在一起。继续飞行。到月球的时候,就可以通过对接的门,进入登月舱去登月了。

好了,开始说火箭。其实整个阿波罗计划最困难的部分就是那个巨大的火箭--土星五号(土星五号也有一种翻译叫做农神五号,但是我个人非常喜欢土星五号的这个名字),前苏联在研制登月火箭(前苏联的火箭叫做N1)的时候就不太顺利。四次发射失败,最后整个前苏联的登月计划就泡汤了。

土星五号是由冯·布劳恩博士带队研究的,他是在二战以后被美国从德国抢走的火箭专家,之前在德国的时候参加制造了V1,V2飞弹,基本美国的太空发展背后都是冯·布劳恩在背后的功劳。至今依然是全世界运载火箭当中推力最大,高度最高的火箭。土星五号高110米。什么概念?放图!

人类登月50周年:新颖奇妙的载人登月方案和工具

倒数第四个是土星五号。但是最后三个都是研发当中,还没有开始任务的火箭。最右侧最大的那个是NASA正在研发当中的战神五号。

土星五号的近地点推力有110吨,也就是说可以把一个110吨重的物体送入近地轨道。相比之下,中国的最强推力的火箭(载人用)是长征2F,高度58.34米,大约只有土星五号的一半,近地的推力仅8.4吨。也就是差不多14倍的差距。如果算上不载人用的,最大的中国的火箭是长征3B,最大近地轨道的运载能力大约是12吨,也仅仅是土星五号的1/9。

苏联虽然设计了N1,但是4次失败以后,苏联放弃了登月计划。所以目前为止,土星五号都是超过其他的火箭推力的一支火箭。

人类登月50周年:新颖奇妙的载人登月方案和工具

这张照片可以反映出土星五号的体积的震撼!

引用一下公开资料对其他火箭的解释:

航天飞机的峰值推力可以达到30.1兆牛,近地轨道载荷能力28.8吨,大约是土星5号载荷的25%。如果将航天飞机本身算作载荷,那么载荷为112吨。比较公平的比较是阿波罗15号使用的土星五号火箭的包括第三级的总轨道重量,大约310.8吨。

近期发射的其他运载工具的载荷能力比土星5号小得多。例如欧洲的阿丽亚娜5型运载火箭可以将10吨重的载荷送入地球同步转移轨道。美国的德尔塔-4运载火箭在2004年12月21日发射,他可以将13.1吨的载荷送至地球同步转移轨道。未知的阿特拉斯-5型运载火箭采用了基于俄罗斯设计的发动机,可能可以将25吨的载荷送至近地轨道,将13.6吨的载荷送至地球同步转移轨道。

所以说,最开始说最近特别热门的登陆火星的计划,真的会比预想当中复杂得多得多,不仅仅需要强大的火箭,另外花销也不是一两个公司就可以解决的。美国整个阿波罗计划的花销是为194.08亿美元(至1973年),折合2005年的1350亿美元。可以诶想象,当年美国最高一年把整个国家的0.6%的GDP都投入到NASA当中,真的是一个太过浩大的工程了。

荷兰公司据称希望使用SPACEX的猎鹰9号运载火箭,在2023年把人类送入火星,猎鹰最强大的运载火箭大约是1/4的土星五号的运力,虽然现在看起来成本便宜很多,一次发射只要7800万,但是至少前期要发射1-2次测试飞船能力,再发射1-2次测试着陆飞船的能力,再发射1-2次提前运送物资。然后再送上3个人,包括登陆用的火箭,维持生命的系统。真的不是一个便宜的事情。


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