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飘上月球的不朽之船前传

“吃得好,多运动”,真的有助于延长寿命?

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上回说到,土星五号SA-501遨游飞翔测试的圆满胜利让火箭工程师们松了口吻,毕竟火箭这类东西就是一锤子买卖,在时长8-9天的登月使命中,火箭部份满打满算不会凌驾8个小时。以后随着S-IVB关机,指令/服务舱将登月舱从整流罩内徐徐抽出以后,火箭工程师们就能开香槟庆贺了。

而苦逼的飞船工程师们却不能不慌张兮兮地比及使命终了,带着降落伞的返回舱溅落在海面上,潜水员把宇航员们跟海豹一样从舱中拖出来的时候,才在使命中间点燃一根雪茄。

别看这一级二级三级让无数工程师们掉光了头发,它们都会在火箭发射后的几个小时里顺次扬弃的,终究飞向月球的阿波罗飞船,实在只需一点点大

飘上月球的不朽之船前传

土星五号的大小和构造。泉源:National Air and Space Museum和NASA,改编:haibaraemily

从这集最先,我们将引见登月的真正主角——阿波罗飞船部份。这里再多说一句,我们在定义阿波罗设想的火箭部份与飞船部份时,每每以S-IVB上部的裙环为界线,下面是火箭,上面是飞船。

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正在吊运中的阿波罗6号飞船部份。泉源:NASA

不过,别看这部份比拟于全部土星五号只需一点点大,但事实上这个组合体的高度已迫近红石火箭-水星飞船组合体了,而后者开启了美国的载人航天时代

 

一、载人登月项目缘起

虽然在1961年第一个进入太空的美国人艾伦·谢泼德没能入轨,以至被赫鲁晓夫嘲弄为“跳蚤的一跃”,但时过境迁,仅仅8年以后,美国人就完成了载人登月,不能不说是异常梦境的进程。假如让笔者挑选一个年代穿越的话,我大概会挑选穿越到上世纪60年代的美国,去亲眼见证他们在航天奇迹上的奇观。

和其他航天设想一样,美国的载人登月项目也可以追溯到一个比较早的时代,以至可以直接追溯到1958年NASA正式开业的时候。当时冯·布劳恩以及他的两个助手海因茨·赫尔曼·科勒和恩斯特·施图林格直接介入了项目事变。

这两位助手是随着冯·布劳恩一同被从德国拐来的,改邪归正以后在美国航天界也是大显神通,前一位直接介入了土星一号火箭的设想,然后一位比起他在航天上的特殊造诣,更让他着名的则是他给赞比亚修女玛丽·尤肯达写了封信,这封信已成为了回手“航天无用,不如拿来搞民生”的范本。

恰是这三个德国人提出要探究太阳系,以后还要完成载人太阳系内的探究。而要想完成载人太阳系的探究,就要先完成载人登月

在次年的《将来10年航天生长》报告中可以看到,NASA原本是把绕月遨游飞翔作为“水星设想”在将来十年生长的终究目的的,然则纵然是如许都许多人以为不太实际,因为有太多太多的题目须要处理了。不过末了这份报告照样经由过程表决,送到了时任总统艾森豪威尔的办公桌上。

这份报告一口吻提出了四种火箭的设想:织女星、半人马、土星和新星。前两个是上面级,后两个就是运载火箭。

1960年9月8日,艾森豪威尔总统列席了马歇尔太空遨游飞翔中间的落成典礼,与时任NASA局长格伦南以及冯·布劳恩合影留念,看总统笑得这么高兴,指示一定是过了。

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左二为格伦南,左四为艾森豪威尔,右三为冯·布劳恩(他终究涌现了)。泉源:NASA

1959年,NASA成立了载人航天研讨领导小组,以哈利·戈特为首,共有10人,称为戈特小组。而戈特小组很快在NASA领导层的请求下召开了第一次集会,确立了载人航天的九步走线路:

1、尽早展开载人航天研讨;

2、人造卫星及返回式卫星;

3、带有性命保证体系的卫星;

4、可控载人卫星;

5、载人空间实验室;

6、月面探测;

7、载人登月;

8、火星、金星探测;

9、载人登火、登金星。

这九步走计谋,每行进一步,都将面临着大批的题目。而我们本日回望时,竟然可以惊异地发明,阿波罗设想险些就是根据这条途径循序渐进执行的。

为了处理这些题目,戈特小组于同年6月25-27日在Ames研讨中间展开了第二次集会,比较了直接往复与交会对接计划,两者各有好坏:

直接往复须要一枚总质量4500-5000吨的运载火箭;

而交会对接关于运载工具的请求略低,然则须要比较庞杂的交会对接体系。

不过,这两种登月计划都须要一些共性的手艺:可调登月下落火箭,可历久储存的燃料,低温防护以及动力体系题目等等。

1959岁尾,戈特小组最先了第三次集会,议论了再入返回、航天器轨道组装、伞降体系、辐射防护以及载人空间实验室的必要性题目,同时集会指出,绝大多数的手艺将须要靠一个双人14天的遨游飞翔使命举行考证处理,这个设想变成了厥后的“双子星”设想。

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由双人完成的“双子星8号”使命,发射于1966年3月16日。执行使命的尼尔·阿姆斯特朗和大卫·斯科特…前者介入了厥后的阿波罗11号使命并成为了首个登上月球的人类,后者介入了厥后的阿波罗9号和15号使命。泉源:影戏《登月第一人》

而在以后的一年,NASA就遨游飞翔时候、推动体系、轨道计划、月球重力影响等症结手艺题目展开了议论,并一定了载人飞船将由1-2个主要组件构成。基于2个主要组件的飞船设想设想还涉及到交会对接题目,因而NASA还在1960年5月召开了关于交会对接手艺的座谈会,一定了交会对接将是将来一个须要处理的主要手艺。这些勤奋为后续的载人绕月计划给出了思绪,这也是“阿波罗”系列宇宙飞船的设想雏形。

飘上月球的不朽之船前传1961年4月创作的“阿波罗”飞船艺术设想图。泉源:NASA

 

二、开放协作,百花怒放

在大方向一定了以后,就是展开飞船体系可行性考证事变了。NASA于1960年9月12日最先招标可行性计划研讨合同,很快便有88家企业相应,但唯一63家企业经由过程了检察。

而同年10月9日,NASA收到了14份标书——多家企业为了能接下票据,构成了团结招标团。不过NASA示知纵然没中标也没紧要,“阿波罗”飞船的蛋糕大得很,做不了主要的也能做一些次要的事变。

越日,NASA将使命分解为五个方面:轨道计划、飞航掌握、性命保证及辐射掌握、机载体系和体系集成。

在半个月以后的10月25日,来自圣地亚哥的康维尔公司、来自费城的通用电气公司以及来自巴尔的摩的马丁公司赢得了合同,每家公司均获得了25万美圆的研讨经费。

这个可行性研讨主要照样为了回覆NASA在之前提出的五个题目:“1、飞船能遇上土星运载火箭的进度吗?2、飞船的分量能不能掌握在土星运载火箭的运力范围内?3、相干手艺希望的时候节点有吗?4、空间辐射是不是对宇航员在奔月途中有影响?5、这个项目要花多少钱?”

这五个题目真是直击魂魄,迥殊是末了一个题目。不过毕竟是可行性调研,就是在短时候内花点小钱试个水,以防项目正式启动后发作题目构成巨额丧失。

经过了一段时候的同心协力后,NASA的委员会在1961年终离别根据这些公司的效果,回覆了这些题目:团体比较乐观,奔月的载人飞船在手艺上是可行的,不过题目在于运载火箭最少须要将27.2吨至36.3吨的载荷投送至地月转移轨道,设想中的C-2运载火箭只能委曲将其送入地球轨道,这也直接致使了厥后C-2的作废。

固然这只是一个开端的效果,第一份正式报告则稍后在5月份宣告:

康维尔公司设想了一个具有三个模块的航天器,包含了指令舱,推动舱以及使命舱。同时其也指出,飞船体系的制作将在将来6年以内消费125亿美圆。全部设想流程让康维尔公司烧了100万美圆,是给定预算的4倍!

通用电气公司则设想了一个半弹道再入的钝体再入器,而且设想了舱室内部保护层以防备微流星的损坏致使气体走漏,这两个设想花了两倍于康维尔的钱——200万美圆,不过完成度比较高,险些可以举行试飞了。

马丁公司做的研讨异常深切,除了根据请求举行设想以外,它的工程师们在飞船的多能性、灵活性、平安性、可晋级等等这些只需终究绕月或许登月才涉及到的细节上举行了大批研讨。

其飞船设想由五个模块构成:一个整流罩,其顶部有一个逃逸火箭;整流罩背面是指令舱,其运用铝合金加压外壳保证气密性,底部有一个复合材料构成的隔热大底,2名航天员肩并肩坐在前排,而第3位航天员坐在他们背面;一个推动舱为飞船供应动力;一个可扬弃的使命舱,其可零丁作为一个太阳风实验室;一个底座,就是留在月球上的一部份,它以至可以作为一个小型实验室继承事变!如许诚意满满的设想让笔者不由得想起了我国“神舟”系列载人飞船,在返回舱再入以后,轨道舱照旧能作为一个小型空间实验室继承事变。

如许完美的设想让马丁公司的300名工程师奋斗了6个月,消费了300万美圆。而终究排名第一的评分也完整与这份佳作相等。

随着苏联的尤里·加加林在4月12日乘坐“东方号”完成了人类初次载人遨游飞翔,以至一发入轨以后,美国航天人的“史泼尼克危急”又加了码。

NASA因为苏联人又抢先了,在4月14日的时候提出“假如想在登月奇迹上凌驾苏联人的话,将来十年须要200亿到400亿美圆的预算,加急还要收加急费。”而本日我们统计登月项目全部的花消约莫也在250亿美圆摆布,预计得还算是正确。

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同年5月25日国会的《国度面临的燃眉之急》中,肯尼迪总统提出“尽快完成载人登月”。报告获得了国会全体成员一致经由过程。在此之前,总统教师已在3月觉获得了端倪,提出了加大航天奇迹的投入力度目的,因而当NASA的预算呈上去的时候,他大手一挥,在艾森豪威尔总统的111亿美圆基础上,将1962年度对NASA于的拨款增添到了125亿美圆。

如今钱袋子的题目差不多处理了,那就应当大建了。

1961年终,NASA就提出了登月飞船的承包商招标计划——我们得大开协作,谁家的飞船做得好就让谁家上。迥殊是登月飞船这类大单更是要字斟句酌,要知道NASA的定单只需凌驾100万美圆,就须要对承包商举行细致的检察,凌驾500万美圆的定单,就须要高层具名。

因而在同年7月,NASA正式招标,马上就有14家企业报名;8月14日,NASA把统统有意向的公司担任人调集起来开了个小会,会上各界代表共提出了400多个细节性题目并逐一获得解答,末了天生的指点手册则是统统承包商构成设想计划及招标材料的指南。而在10月9日的停止日前,终究有5家公司投递了标书,NASA马上构造专家组展开了数周的评价,终究效果在11月24日宣告,马丁公司排名第一。

飘上月球的不朽之船前传总分上,马丁公司6.9分,通用动力与北美航空均6.6分,通用电气与麦克唐纳均6.4分。泉源:NASA

不过专家组也示意,假如马丁公司没能终究获选,那末北美航空公司将是下一个适宜的承包商,多年的飞机制作履历让北美航空公司研制出了X-15超高音速考证机、F-100“超等佩刀”第一代超音速战斗机、F-86第一代喷气式战斗机,可谓是功勋卓著。

这个意向因为未知缘由很快泄露了。马丁公司的员工们在得知了这一喜信以后,都在音讯正式宣告的前一天翘首盼望着这个汗青性的时候——阅历了两年的艰苦奋斗以及五周的着急守候以后,他们的勤奋终究获得了报答……

……吗?

第二天,音讯传来——北美航空拿下了登月飞船的制作定单。这家自NACA起就与NASA协作严密的同伴照样获得了NASA的喜爱。那一天,有多少人喝彩,又有多少人垂泪。但协作就是这么严酷,显著高了0.3分,但并没有什么用

不过就算登月飞船的承包商已一定了,此时的NASA还照旧在为用什么体式格局完成登月而吵得不可开交!

 

三、怎样登月:直接往复 vs 交会对接?

在“土星五号”系列中,有一段内容锐意没有说起,那就是实际上“新星”运载火箭的研讨事变是与“土星”运载火箭的事变同步举行的。

本质上,“新星”运用的发动机手艺与“土星”一致,唯一的区分就是主体构造的大小。上一鸠合的罗森就是一个对峙不懈的“巨大型RPG主义者”,他一向对峙用“新星”运载火箭发射,在1960年的议论中也随手也给C-5的S-IC级加了一台F-1发动机。

而在1961年11月,罗森、霍姆斯等人又在亨茨维尔开了两个星期的会,会上的一个内容不仅是一定了“土星”系列火箭的S-IC级要有5台发动机的政策不可动摇,更主要的内容是要一定月球怎样上,是交会对接照样直接往复。

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三种登月体式格局:直接往复、地球轨道交会和月球轨道交会。泉源:NASA

一般来说,登月的体式格局无外乎直接往复,地球轨道交会和月球轨道交会。直接往复很简单,一发大的火箭,把大的飞船直接送过去再送返来;EOR须要两发不那末大的火箭,把一艘大的飞船,跟一个助推火箭兼并,然后奔赴月球,以后的套路跟直接往复一样,一艘大飞船直接返来;LOR则是一发不那末大的火箭,带着不那末大的飞船到月球,再抛下一个更小的着陆器,着陆器和飞船再在月球轨道对接,末了不那末大的飞船返来。

除此以外,另有月球外表鸠合这类小党派的存在——用两发不那末大的火箭,离别带着两艘大的飞船落月,但个中一艘是油船,特地给载人飞船加油,让其直接返回。

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月球外表鸠合计划,终究落月的是由一个载着2名宇航员的飞船和一个装载燃料的飞船。泉源:NASA

就算是这类“异端”,也另有更极度的做法,反正反正都要补给,不如在月球上多待几年返来,大不了多发射几艘补给飞船!不过很快这个计划就吞没在三家大党的战役中了。

此次的集会真的是火药味不停。支撑直接往复的纷纷示意,这个计划最平安了,你如果对接上出个什么闪失就太风险了,EOR对接失利了大不了我们不去月球,LOR如果失利可就真的都交卸在月球上了。支撑对接的则辩驳,你直接往复要的火箭太大,搞小部件的进度一定比搞一台大火箭要快的多,直接往复的话,进度来得及吗?支撑直接往复的再辩驳,反正F-1发动机已最先做了,你搞得带5台F-1发动机C-5,我就搞不得带8台F-1的“新星”?…

如许的争持直到会开完了还没有个定论,支撑直接往复的照旧在争夺“新星”火箭的拥趸,支撑交会对接的继承去研讨交会对接的手艺。

但最少无论怎样,打骂对C-5运载火箭的研制设想没有任何影响,“新星”可以在C-5的基础上继承晋级,EOR的可以用两台C-5发射飞船,LOR的可以只用一台C-5。因而岁尾的时候,C-5运载火箭的各个部件就一定了承包商。

时候到了1962年,是时候做个了断了。冯·布劳恩团队年终在细致检察“新星”的计划以后,说这玩艺儿的手艺题目太多,在60年代一定造不出来。也因而,“新星”火箭的设想在后续事宜中逐步废除,这台一级运用8台F-1的巨无霸,终究消逝在了汗青的长河中。

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“新星”(Nova)运载火箭的初期设想以及“阿波罗”飞船团体落月/腾飞的设想。泉源:NASA

 四、交会对接:地球轨道交会 vs 月球轨道交会?

那末接下来就是要剖析交会对接的题目了,虽然地球轨道交会EOR和月球轨道交会LOR都须要交会对接,但EOR的终究制品照样一枚巨大型落月飞船。而LOR须要的载荷就小得多,而且还能玩出许多的名堂。

1961岁尾,NASA的兰格利研讨中间在对LOR计划举行了若干年的剖析以后,提出了三种落月返回计划:

1、“简配型”,仅支撑一位宇航员在月面驻留2-4小时,重580千克。

2、“经济实用型”,支撑两名宇航员在月面驻留24小时,重1010千克。

3、“豪华型”,支撑两名宇航员在月面驻留7日,重1790千克。

这个“简配型”很有苏联人登月之风仪——他们的设想本来也是单人落月,但美国人做得显著配得上“简配型”的称号,因为它是长如许的:

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这是艺术家的设想图。泉源:NASA

不对,是如许的:

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真正的设想图,源自1961年11月。泉源:NASA

看到没有,看到没有,椅子登月!你们这群小绿人照样图样。

马歇尔太空遨游飞翔中间的专家们倾向于支撑EOR,并以为LOR另有许多题目没处理,实在是太风险,一有闪失就得让总统教师预备第二份演讲稿;不过仅须要一枚C-5的“经济实用型”计划实在让人难以疏忽,而且简化的登月舱设想可以将容错率降到最低,更主要的是,它也可以直接套用阿波罗飞船团体落月计划,只须要再加个登月舱就行,不会影响承包商的研制进度。而霍姆斯以及德莱顿遨游飞翔研讨中间主任谢伊也恰是看中了这一点,对LOR产生了异常粘稠的兴致,只管他们本身也认可LOR“好像须要进一步研讨”。

两派在1962年的上半年照旧为到底在那里对接产生着严峻的不合,而时候不等人。要知道第一枚C-1火箭已在客岁发射了,当时就是因为没有一个适宜的飞船模子而不能不搭载充裕的“朱诺二号”的头锥,以及分外的S-V来作为模仿载荷。如果再不作出决议的话,全部项目就会因为顶层设想的优柔寡断而遭到拖累,这是牵一发而动全身的事变!

在5月中旬,谢伊找到了冯·布劳恩,他向布劳恩引见了LOR的上风,希望能获得支撑。而另一方面,MSFC也不是唯一忧郁EOR终究落第的主,刘易斯研讨中间忧郁采纳了LOR以后,就不会用他们设想的月球撞击器,也在做专家们的事变。在五月尾,NASA的氛围蓦地变得慌张了起来。

终究到了6月7日。在当天的集会中,冯·布劳恩的团队经过了长达6小时的论证EOR的各种上风,在广泛支撑EOR的氛围下,团队首脑冯·布劳恩的15分钟表态不啻于扔下了一枚重磅炸弹:他摘录了集会的内容,以为LOR越发适宜。

面临惊惶的观众,他说:“我再重申一遍,我们必需要在接下去的几周以内完整一定登月计划,打不得折扣…假如我们再不抓紧作出明白的决议的话,这个十年内登月的时机就很快溜走了…LOR是我们在这个十年内,为了完成登月这一目的,所能做的最可能胜利的计划…我们将这两个航天器分红两个自力的模块,可以最大限制简化飞船体系的设想,而且能省下大批的时候。”

他同时指出,采纳LOR的体式格局还可以防止杂沓无序的治理题目。因为飞船体系的设想获得了简化,那末太空中间与承包商之间的关联就可以随着简化——如今已有太多的承包商来担任全部飞船子体系的设想;一样,LOR关于全部项目别的部份,包含火箭的设想、已一定的构造部份以及厂房等都不会构成很大的影响。

“我们一最先据说要搞LOR的时候,也是比较疑心的,载人飞船中间也这么以为,但他们经过了一段时候的可行性论证以后,末了也支撑了这个计划。”他很老实地诠释着,同时对支撑EOR的人们表达了敬意,“MSFC也好,MSC也好,都为这个项目付出了许多,我由衷地谢谢他们…精诚的研讨才降生真知,置信MSFC的研讨效果也将增进MSC向着真谛更迈进一步。”

谢伊厥后回忆起当时的场景时示意“冯·布劳恩将两家研讨所又团结在了一同。”不过当时他正在进一步对照EOR与LOR的好坏,末了发明LOR只须要92亿美圆的消费,而EOR则须要106亿美圆,而且前者还能勤俭6-8个月的工期。在手艺题目上面,两种计划没有迥殊显著的区分,毕竟没有什么是氪金+爆肝处理不了的。

1962年7月11日,NASA的高层在新闻发布会上正式宣告月球轨道交会LOR为登月计划,同时宣告将最先并加速土星-1B运载火箭以及登月飞船的研制,统统终究尘埃落定。

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从左至右:局长詹姆斯·韦伯,副局长希曼斯,载人遨游飞翔部部长霍姆斯,载人遨游飞翔部体系主任谢伊。泉源:NASA

而7月尾,LOR成为了最好挑选的诠释文本出炉:EOR被以为是最难以胜利,且体系最庞杂最多的项目;应用“新星”火箭完成直接往复最稳妥,但“新星”火箭被证实没法短时候内被制作出来;退而求其次的应用C-5完成双人直接往复的缩比飞船则将带来更多的设备以及牢靠性题目。

 五、结语

从1959年到1962年,3年的论证,终究一定了阿波罗飞船使命的细节。在这张飞船构型与安排的变迁图中,可以看到飞船体系前期论证是怎样地一波三折。

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登月飞船构型与安排的变迁图。泉源:NASA

作为完成载人登月的中心体系之一,飞船体系的设想论证一样倾泻了太多人的心血。固然,无论是飞船的设想,照样登月体式格局的挑选,有终究得胜的赢家,也有黯然失意的输家——但统统人都是在为完成登月这个配合的巨大目的而拼尽全力。

在这个配合的目的之下,没有输家。

飘上月球的不朽之船,计划已预备终了,接下来的事变,就交给工程师们吧。

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被快手收购后,A站“消失”了一年,江湖上几乎没有传说。6月18日,沉寂突然被打破,原网易漫画负责人文旻被任命为A站第8任猴王。

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