【科教】1969·7·16日-阿波罗11号宇宙飞船发射升空——登月十大发现

【科教】

1969·7·16日-阿波罗11号宇宙飞船发射升空——登月十大发现

装载着阿波罗11号的土星5号火箭于当地时间1969年7月16日9时32分(13时32分UTC)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(Lunar Module Adaptor)中的登月舱连接。月球转移轨道射入(Translunar injection，TLI)将航天器射向月球。

 阿波罗11号(Apollo 11)是美国国家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration，NASA)的阿波罗计划(Project Apollo)中的第五次载人任务，是人类第一次登月任务，三位执行此任务的宇航员分别为指令长尼尔·阿姆斯特朗(Neil Armstrong)、指令舱驾驶员迈克尔·科林斯(Michael Collins)与登月舱驾驶员巴兹·奥尔德林(Buzz Aldrin)。1969年7月20日，阿姆斯特朗与奥尔德林成为了首次踏上月球的人类。

任务成员

尼尔·阿姆斯特朗(NeilArmstrong)(曾执行双子星8号以及阿波罗11号任务)，指令长。  

巴兹·奥尔德林(BuzzAldrin)(曾执行双子星12号以及阿波罗11号任务)，登月舱驾驶员。  

迈克尔·科林斯(MichaelCollins)(曾执行双子星10号以及阿波罗11号任务)，指令/服务舱驾驶员。

1·任务介绍

❶发射登月

阿波罗11号的发射现场吸引了超过一百万的人群，全世界观看发射现场直播的观众人数也达到了创记录的六亿人。理查德·尼克森总统在白宫椭圆形办公室里观看了现场直播。

装载着阿波罗11号的土星5号火箭于美国当地时间1969年7月16日9时32分(13时32分UTC)在肯尼迪航天中心发射升空，发射12分钟后飞船进入地球轨道，速度达到7.67千米/秒。

飞船在环绕地球一圈半后，第三级子火箭点火，使飞船加速到10.5千米/秒，并进行月球转移轨道射入(Translunar injection, TLI)，让阿波罗11号进入地月轨道。30分钟后，指令/服务舱从土星5号分离，并旋转180°与第三级火箭内的登月转接器(Lunar Module Adaptor)中的登月舱连接。

阿波罗11号于1969年7月19日经过月球背面，很快点燃了主火箭使飞船减速进入了月球轨道。在环绕月球的过程中，三名宇航员在空中辨认出了计划中的登月点。阿波罗11号的登陆点在宁静海(Mare Tranquillitatis)南部，在月球上留下的鞋印 在Sabine D环型山西南20公里处。这个登陆点被选择的原因是它比较平整(来自于游骑兵8号(Ranger 8)、勘察家5号(Surveyor 5)以及月球轨道器(Lunar Orbiter)提供的信息)，也就不会在降落和舱外活动时制造太多困难。登陆之后，阿姆斯特朗把登陆点称做"静海基地"。  

1969年7月20日18:11UTC，当飞船在月球背面时，呼号为"鹰号"的登月舱从呼号为"哥伦比亚号"的指令舱中分离。科林斯独自一人留在"哥伦比亚"上，在鹰号绕垂直轴旋转时仔仔细细地检查了一遍，以确保这个飞行器一切正常。

检查过后，科林斯做了一个简单的告别手势--"两位多加保重"--便离开了。科林斯的任务是留在指令舱中并绕月球环行，在以后的24个小时中只能监测控制中心与鹰号之间的通讯并祈祷登月一切顺利。如果鹰号发生了意外并且不能够从月面起飞的话(可能性极大)，科林斯就只能独自一人返回地球。 随后，阿姆斯特朗和奥尔德林启动了鹰号的推进器并开始下降。

他们很快意识到它"飞过头"了:他们向月面降落时，表明计算机过载的警报器开始响起。鹰号在下降弹道中多飞了4秒，也就是说登月点会离计划西面若干公里远。导航计算机出现了若干次异常的程序警报。在休斯顿的约翰逊太空中心，飞行控制指挥官史蒂夫·贝尔斯(Steve Bales)面临着一个关键的、一刹那间的抉择--终止登月计划(这也意味着终止整个飞行计划，因为飞行器上的燃料仅够进行一次尝试)，或者命令宇航员按照计划行动，不要理会登月舱计算机出现的问题。

贝尔斯后来承认，他是"凭着直觉"允许阿姆斯特朗尝试登月的。重新开始注意窗外之后，阿姆斯特朗发现他们正处在一块岩石和一片硬地之间。计算机失灵导致他们飞过了预选着陆区，而燃料也很快就要耗尽了。此时，阿姆斯特朗选择了手动控制登月舱。登月舱不断下降，燃料开始耗尽--登月舱位于月面上空大约9米，所剩燃料仅够用30秒钟--阿姆斯特朗在遍布砾石和陨石坑的月面冷静地找到一处适合于着陆的地方，并驾驶登月舱稳稳地降落在月球上。准确的登陆时间是1969年7月20日下午4时17分43秒(休斯顿时间)。

阿姆斯特朗和奥尔德林互相看了一眼，会心地笑了。休斯顿飞行控制中心内鸦雀无声，大家都在静静地等待着。终于，他们听到了阿姆斯特朗的声音:"休斯顿，这里是静海基地。'鹰'着陆成功。"飞行控制中心顿时爆发出一阵热烈的欢呼声。在登月舱里，阿姆斯特朗和奥尔德林把手伸过仪表盘，默默地握了一下。

登月过程中的程序警报是"执行溢出"，意味着导航计算机无法在规定时间内完成预定任务。后来发现，溢出的原因是登月舱的对接雷达在降落时没有关闭，使计算机仍然监视并不在使用的雷达。由于在紧急关头的一句"继续"，史蒂夫·贝尔斯后来获得了一枚总统自由勋章。

降落后不久，在舱外活动的准备工作开始之前，奥尔德林通过无线电向地球念道:  "这里是登月舱驾驶员。我想利用这个机会让所有正在听的人，不论他们是谁或在哪里，静下来，回顾一下过去几小时所发生的一切，并以他或者她自己的方式表示感恩。"  

作为共济会的成员，奥尔德林接下来进行了圣餐礼。奥尔德林将他所进行的圣餐礼保密，甚至都没有告诉他的妻子，因为阿波罗8号宇航员在月球轨道中念的《创世记》使航空航天局被无神论者麦达琳·默里·欧黑尔(Madalyn Murray O'Hair)起诉。

❷登上月球

1969年7月21日2点56分(UTC)，鹰号降落六个半小时后，阿姆斯特朗扶着登月舱的阶梯踏上了月球，说道:"这是我个人的一小步，但却是全人类的一大步(That's one small step for a man, one giant leap for mankind.)。"奥尔德林不久也踏上月球，两人在月表活动了两个半小时，使用钻探取得了月芯标本，拍摄了一些照片，也采集了一些月表岩石标本。

❸月面活动

踏上月球前，宇航员们通过鹰号登陆舱60°视域的三角形舷窗，对着陆场进行了观察以确定安放"阿波罗计划初期科学实验组件"(EASEP) 和一面美国国旗的位置，加上舱外活动所必须的准备，消耗时间超出了计划中的两小时。最开始时，阿姆斯特朗无法顺利的背负生命保障系统背包(PLSS)通过舱门。据另外一名资深月球漫步者约翰·杨称:阿波罗登月舱曾经进行过改造以适应一个较小的舱门，而生命保障系统背包却没有随之改进，进出的困难使宇航员心率几个最高纪录都集中出现在出入登月舱时。

因为胸前安装遥控单元的阻碍，阿姆斯特朗看不到自己的脚步。在他缓缓从登月舱的9级爬梯爬下的过程中 ，阿姆斯特朗拉动了一个D字形拉环，释放了折叠状态安置于鹰号侧壁上的一个叫做模块化设备组合的设备并同时激活了电视摄像机。首次登月使用的是慢扫描电视与商业电视的组合，即画面先放映在特殊的显示器上，之后由一台普通电视摄像机对着这台显示器拍照，这种中继的拍摄方法大大的降低了画面的质量。画面信号首先由位于美国境内的金石深空通讯中心接收，但位于澳大利亚的金银花溪跟踪站获取的信号保真度更高。

几分钟以后信号转接到灵敏度更高的澳大利亚帕克斯射电望远镜。尽管直播遇到了许多技术和天气困难，首次月面舱外活动模糊的单色画面还是向全世界至少6亿人进行了直播。虽然这段视频存世数量很大，但保存于美国国家航空航天局的原始慢扫描源版录像却在一次日常洗带操作中被毁。所幸文档录像的副本最终在登月直播的一个地面接收站，澳大利亚的柏斯被找到。

描述过月面灰尘之后("极细，几乎是粉状")，阿姆斯特朗走下了登月舱的支脚，开始了人类首次对另外一个星球的探索。作为阿波罗系统的工程性实验品，阿姆斯特朗首先对阿波罗11号登月舱进行了拍摄，以供工程师对登月舱降落后的情况做出判断。之后他使用安装在一根杆子端头的采样袋进行了应急土壤采样，并将样品袋折叠塞到了右侧大腿上的储物袋中。接下来他从模块化设备组合中取出了电视摄像机并完成了一次全景拍摄，之后将摄像机安装在距登月舱12米(40英尺)远的三脚架上。

奥尔德林随后踏上月球表面并测试了包括双脚跳在内的几种在月球表面走动的方法。尽管生命保障背包造成了一些后坠的趋势，不过两名宇航员在保持平衡方面的问题并不严重。随后宇航员发现跨步跑是月面活动中最方便的方式，宇航员们报告称，必须得提前6、7步规划移动方向，因为月球表面细腻的土壤很滑。奥尔德林报告说:在从阳光走入阴影的过程中，太空服内部温度没有变化，但头盔在阳光下的感觉要比阴影中暖和。  在月球上安放美国国旗之后，宇航员们与美国总统理查德·尼克松通了电话，这次电话交谈被尼克松称为"从白宫打出的最具历史性的电话"。

尼克松原本准备在电话上做一个较长的演说，不过时任驻白宫的美国国家航空航天局阿波罗11号联络员的弗兰克·博尔曼说服了尼克松，最终将这次通话进行了缩减以示对肯尼迪登月遗愿的尊重。  宇航员们在月球表面安放了阿波罗计划初期科学实验组件，其中包括一台被动式地震仪和一台激光测距反射镜。之后阿姆斯特朗在距离登月舱120米的位置对东部环形山的边缘进行了拍照，同时奥尔德林取出了两根岩芯，取样过程中他使用地质锤敲击钻杆，这是整个阿波罗11号任务中唯一一次使用地质锤。

随后两名宇航员使用铲子和带有爪的探杆进行了岩石标本收集。因为许多工作时间都超出了预定时间，所以宇航员们不得不中途停止了记录标本的工作。  这时，控制中心用密语警告阿姆斯特朗的代谢率过高，必须慢下来。不过因为舱外活动的总体代谢率低于预期，所以任务控制中心最终允许宇航员将舱外活动延长15分钟。

❹离开月面 

奥尔德林先爬进了登月舱，之后两名宇航员一起用一种叫做月面器材传送带的扁平索滑轮装置费力的将拍摄的胶片和2个装有21.55公斤月面样本的盒子运进登月舱。阿姆斯特朗随后跳上爬梯的第三级，并爬进了登月舱。为了减轻登月舱上升级的重量以返回绕月轨道，两名宇航员在转换到登月舱上的生命保障系统后，开始将宇航服上的PLSS(便携式生命保障系统)背包、月面套鞋、相机和其他一些设备抛弃在月面上。之后他们重新对登月舱加压，接着就去睡觉了。

在进入客舱时，奥尔德林不小心碰坏了解除上升级主发动机保险的开关，最初人们担心没有这个开关将无法点燃引擎，以至于把宇航员们困在月球上无法返回。幸运的是这个开关用一个圆珠笔就可以打开，如果不是这样，宇航员们就得重新设置登月舱的电路以点燃上升级发动机。

在休息了约7个小时以后，指挥中心叫醒了两名宇航员并指示他们进行回航准备。又过了两个半小时，UTC17:54时，他们乘坐鹰号上升级离开月面返回绕月轨道与指令仓哥伦比亚号上的指令仓驾驶员迈克尔·柯林斯会合，随他们返回的还有21.55公斤的月面样本。

在月面上的两个半小时左右的时间里，宇航员们放置了许多科学仪器，比如月面激光测距实验使用的反射器阵列等。他们留在月面上的还有:一面美国国旗和一个纪念牌(安置在登月舱下降级爬梯上)，纪念牌上画有2幅地球的图像(东半球和西半球)、题字、宇航员的签名和理查德·尼克松的签名。纪念牌上的题字为:公元1969年7月，来自地球的人类第一次登上月球，我们为全人类的和平而来。  登月舱上升级上的影片记录显示，在起飞阶段时，放置在离下降级25英尺(7.6米)远的美国国旗被上升发动机喷出的气体猛烈吹动。随着降落场慢慢离开视野，旗子似乎已经倾倒，但是否倾倒谁都不确定(但据奥尔德林说:"登月舱的上升级与下降级分开...我当时正盯着电脑，尼尔正看着高度表，但我还是看了一眼，发现旗子倒了。")。

在阿波罗11号之后所有登月飞船放置在月面上的美国国旗都至少离开登月舱100英尺，以避免被上升发动机吹倒。在与哥伦比亚号会合之后，鹰号登月舱被抛弃并留在绕月轨道上。据国家航空航天局报告称，鹰号的轨道逐渐降低最终在"某一地点"与月球相撞。

7月23日，在降落前夜，三名宇航员进行了一次电视直播。柯林斯说:"…把我们送入轨道的土星五号火箭的复杂程度是难以想象的，它的每一部件都很完美…我们始终对它抱有信心。没有为这个计划流血、流汗、流泪的人们，这一切都不会成为现实...虽然你们现在看到的只有我们三个，但在幕后有成千上万的人为计划作出了贡献，我想对他们说:'十分感谢'"。

奥尔德林说:"…这不仅仅只是三个人去月球完成一次任务，也不仅仅是一个政府和产业团队的努力，也不仅仅是一个国家的努力。我们感觉这象征了人类对未知世界探索的求知欲…从我个人来说，回想过去几天，圣歌中的一节出现在我脑中'When I consider the heavens, the work of Thy fingers, the Moon and the stars, which Thou hast ordained; What is man that Thou art mindful of him?'"。

阿姆斯特朗总结道:"这次飞行的责任是历史付与的、是科学先驱们付与的责任、是美国人民的意志付与的、是四个部门和他们的委员会付与的、是制造了火星火箭、哥伦比亚号、鹰号和舱外活动单元，包括宇航服和背包，也就是我们在月球上的小飞船，是制造了他们的公司与产业团队付与的。我们感谢建造、设计、实验了飞船并为之付出努力并发挥才智的所有美国人，今晚，我们特别感激他们。愿上帝保佑所有收听收看我们直播的人，这里是阿波罗11号，晚安。"

❺ 返回地球 

宇航员们于1969年7月24日返回地球，并受到了英雄般的欢迎。他们的降落点为北纬13度19分，西经169度9分，维克岛以东2660公里(1440海里)，或约翰斯顿环礁以南380公里(210海里)，距回收船大黄蜂号24公里(15英里)。在溅落约一小时后，宇航员们被回收直升机发现，之后宇航员们进入了一个用做隔离设施的拖车。尼克松总统亲自登上了回收船欢迎宇航员返回地球。

为避免从月球带回未知病原体，阿波罗11号的乘员在返回地球后被隔离，但是被关了3周之后(拖车中一周，林登·B·约翰逊宇航中心的月球物质回收和回归宇航员检疫实验所两周)，宇航员们并没有任何事情。1969年8月13日，宇航员们离开了隔离区并接受美国民众的欢呼，同一天在纽约、芝加哥和洛杉矶都进行了为他们庆祝的游行。

当晚在洛杉矶为阿波罗11号成员举行了国宴，出席的有国会议员，44位州长，首席大法官和83个国家的大使。总统尼克松和副总统斯派罗向每位宇航员颁发了总统自由勋章，这次庆典只是一个长达45天的名为"一大步"巡游的开始，在这次巡游中宇航员们去了25个国家，期间还拜访了许多著名人物包括伊丽莎白二世女皇。

许多国家为庆祝第一次载人登月都发行了纪念邮票或纪念币。  1969年9月16日，三名宇航员在国会山举行的参众两院联席会议上发表演讲，他们向众议院和参议院分别赠送了一面随他们登月的美国国旗。

2·飞船介绍  

"阿波罗"号飞船由指挥舱、服务舱和登月舱3个部分组成。

❶指挥舱

指挥舱是宇航员在飞行中生活和工作的座舱，也是全飞船的控制中心。指挥舱为圆锥形，高3.2米，重约6吨，最大直径3.9米。指挥舱分前舱、宇航员舱和后舱3部分。前舱内放置着陆部件、回收设备和姿态控制发动机等。宇航员舱为密封舱，存有供宇航员生活14天的必需品和救生设备。后舱内装有10台姿态控制发动机，各种仪器和贮箱，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。  

❷服务舱

服务舱的前端与指挥舱对接，后端有推进系统主发动机喷管。舱体为圆筒形，高6.7米，直径4米，重约25吨。主发动机用于轨道转移和变轨机动。姿态控制系统由16台火箭发动机组成，它们还用于飞船与第三级火箭分离、登月舱与指挥舱对接和指挥舱与服务舱分离等。

❸登月舱

登月舱由下降级和上升级组成，地面起飞时重14.7吨，宽 4.3米，最大高度约7米。下降级:由着陆发动机、4条着陆腿和 4个仪器舱组成。  上升级:为登月舱主体。能容纳2名宇航员，宇航员完成月面活动后驾驶上升级返回环月轨道与指挥舱会合。上升级由宇航员"座"舱、返回发动机、推进剂贮箱、仪器舱和控制系统组成。

有导航、控制、通信、生命保障和电源等设备注:这里的宇航员"座"舱只是一个能容纳2名宇航员的站位，登月舱内没有供宇航员座的座椅  折叠火箭残骸打捞  NASA成功打捞阿波罗火箭引擎残骸

美国国家航空航天局当地时间20日宣布，美国电子商务大亨亚马逊创始人杰夫·贝索斯，其个人拥有的探险队在美国福罗里达海湾大西洋海底成功打捞"土星5号"大型火箭发动机残骸。该火箭曾在"将人类送往月球"的美国"阿波罗"计划中被使用。

美国国家航空航天局(NASA)当地时间20日宣布，美国电子商务大亨亚马逊创始人杰夫·贝索斯(Jeff Bezos)其个人拥有的探险队在美国福罗里达海湾大西洋海底成功打捞"土星5号"大型火箭发动机残骸。该火箭曾在"将人类送  阿波罗火箭引擎残骸 往月球"的美国"阿波罗"计划中被使用。

据报道，从海底打捞上的是将阿波罗飞船运往太空的"土星5号"一级火箭发动机的两段，该残骸在水深约4300米的海底被发现。由于发动机制造编码无法辨认，如今还无法确定是否这就是贝索斯所期待的首次将人类送往月球的"阿波罗11号"的运载火箭。

据悉，贝索斯5岁时在电视上看到"阿波罗11号"激动人心的发射场面励志未来将创立宇宙开发公司，经营载人航天业务。据路透社报道，该发动机正在被修复，预期会在将来被展出，

3·登月发现

科学家表示，他们对月球以及整个太阳系的了解很多都是由阿波罗11号的宇航员证实和揭示出来的，此外对带回来的月球岩石和尘埃的研究也起了很大作用。NASA已公布了阿波罗登月计划的十大发现:  

❶月球不是一个原生物体

月球是一颗逐步演化而成的拥有类似于地球内部结构的"陆行星"。现今我们知道月球是由岩石构成的。而且这些岩石受过不同程度的熔化、火山喷发以及陨石的碰撞而变得凹凸不平。

月球拥有一层很厚的表层外壳(60千米)，一层厚度基本一致的岩石圈(60~1000千米)，再深就是岩流层(1000~1740千米)。在岩流层的底部可能是一个小小的铁质核心，但是这还没证实。

❷月球产生的时间很久远

和所有的陆行星一样，太阳系形成后的前10亿年的历史在月球上留下了深深的印记。月球表面留有大量陨石坑。如果可以确定岩石样品的年代，那么我们就可根据金星、水星和火星上的陨石坑的信息来确定其地质发展史。其他行星的地质照片也可以根据我们从月球获得的信息进行解释了。  

❸最年轻的岩石比地球的"老"

最初的时候，月球和地球可能受到同样的过程和事件的影响，但是这些过程和事件留下的痕迹只有在月球上才能找得到。

在月球表面，黑暗平滑的月海大多是一些陨石坑，当中的岩石相对年轻，年龄大约为32亿年。而一些高低不平的高地中的岩石则相对较老，年龄约为46亿年。  

❹月球和地球是近亲

这两个星体是由一个共同的物质按照不同的比例分割而成。 月球岩石和地球岩石上氧化物同位素的惊人相似显示，月球和地球可能来自于同一个祖先。然而和地球相比，月球上的铁以及形成大气和水所需的挥发性元素都衰竭了。

❺月球上无生命迹象

月球上没有活着的生物体、化石或者原产的有机化合物。

从月球采集的样品的测试中没有找到任何过去或者现今的生物迹象。即使是非生物的有机化合物也找不到。这可能是源于陨石造成的污染。  

❻月球岩石经过高温形成

这些岩石的形成过程中几乎与水完全没有关系，可以粗略的分为3类:玄武岩，钙长石和角砾岩。

玄武岩是一种黑色火山岩，主要分布在一些月海之中。它们和地球海洋地壳的熔岩很相似，但是年龄要老得多。钙长石主要分布在那些古老的高地之上，质量相对较轻。角砾岩则是其他岩石在陨石跌落过程中被压碎、混合后凝结而成。  

❼早期月球深处是"岩浆海洋"

月球高地表面含有一些早期的低密度的岩石，这是飘浮在"岩浆海洋"表面的一些岩浆残留而成。月球高地是在大约44亿至46亿年以前形成的，由飘浮在"岩浆海洋"表面的一些岩浆凝结而成，这部分的地壳有几十千米厚。在地质时期无数的陨石落到月球上，熔掉了不少古老的岩石，并在月球表面形成了很多环形山脉。  

❽小行星在月球表面撞出大坑 

一些巨大黑色的盆地其实就是受到撞击后产生的巨大的火山口。这些都是在月球早期形成的，上面覆盖的熔岩的历史约为3.2亿~3.9亿年。当月球火山活动时，大多会产生大量熔岩并向周围蔓延。火山喷发还会产生橙色的沉淀物和纯绿宝石颜色的玻璃珠。  

❾月球稍微不对称

月球的体积结构稍微有些不对称，这也许是由于它在演化过程中受到了地球万有引力的影响。月球的外壳在远侧一方相对较厚。在靠近地球一侧则有很多火山盆地，而且它的质量浓度要比远侧浓得多。

月球内部的质量浓度并不是均匀分配的。相对于它的几何中心，月球质量的中心要偏向地球几千米远。  

❿表面被岩石碎片和灰尘覆盖

这就是所谓的月球风化层，其中可以解读出独特的太阳辐射的历史。这也是我们理解地球气候变化的一个重要因素。  月球风化层是在地质时期由于无数的陨石冲击而产生的。表面岩石和矿石中都饱含化学元素和由于太阳辐射而产生的同位素。按照这点，月球已经完整纪录了40亿年的太阳历史，而这在别的地方是不大可能找得到的。

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