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神舟:载人航天的故事-第8部分
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，布劳恩参加德国导弹研制的计划，领导火箭的研制。二次大战后，布劳恩作为“头脑财富”来到美国，担任美陆军导弹局发展处处长。他先后研制成红石、丘比特、潘兴式导弹。其中丘比特C型火箭，是美国第一颗人造卫星发射成功的关键保障。1961年美国宣布实施阿波罗载人登月计划。布劳恩成为总统空间事务科学顾问，分管阿波罗工程，直接主持土星5号运载火箭的研制工作。1970年，布劳恩任美国国家航空和航天局副局长，并兼任马歇尔航天中心主任。在两年任期内，布劳恩完成了航天飞机的初步设计。
登月计划：阿波罗登月方案
阿波罗计划设想之初，NASA的技术人员曾认为登月的途径无外乎两种：直接登月法和地球轨道对接法。
第一种方法用火箭直接将飞船送到月球上。在登陆月球时火箭翻转，使其发动机对着月球表面，然后，发动机按照和发射相反的程序令下降停止。离开月球时，再由同一枚火箭把航天员带回地球。这种方法需要研制推力5 450 000千克的新星级运载火箭，而且使大型火箭实现垂直着陆在技术上也面临很多问题。
第二种方法是发射几枚土星火箭，把大型飞船的几个部分分别发射到地球轨道上，然后对接起来。对接后，飞船利用自身的发动机加速向月球飞去。当靠近月球时，飞船调转方向，启动发动机减速，最后在月面上着陆。当工作完毕后，抛掉这一发动机，载人飞船部分利用上升发动机离开月球返回地球。虽然这种方法所需的火箭只有新型火箭的一半大小，但当时对于轨道会合、如何在轨道中组装零部件还不是完全清楚。
后来兰利实验室的霍伯特提出了一条全然不同的月球轨道会合方案。此方案需要发射一个主飞船和一个较小的运输舱，在地球轨道对接后，进入月球轨道。然后，运输舱下降到月球上，完成任务后，再返回月球轨道，与主飞船对接，返回地球。在整个过程中，尽量丢弃用过的设备，这样就大大的减少了飞行所需的能量，但需要考虑月球轨道对接的安全性。现在看来这个方案应该是最好的，但在当时该方案在提出之初并没有引起重视。经过霍伯特等人的不断游说，以及认识的深入，NASA才慢慢的开始注意该方案。1961年底NASA决定发展土星5号运载火箭，以及双子星计划的开展，更为该计划的通过提供了有利的条件。NASA的技术人员对这三种方案经过了长时间的研究、分析和论证，最终于1962年6月22日确定了载人登月的方案为月球轨道对接法。据保守的估计，这一方案使阿波罗的登月着陆至少提前了两年。
阿波罗登月方案对比
方案技术难度预算（美元）研制时间
直接登月法大推力火箭106亿1968年以前难以实现
地球轨道对接法地球轨道会合对接92亿1968年中可实现
月球轨道对接法月球轨道会合对接77亿1967年底可实现
登月计划：阿波罗号飞船系统（图）
登月计划确定后，NASA开始设计飞往月球的飞船和运载火箭。按照月球轨道会合方案的要求，每次飞行需三名航天员和两艘太空船。航天员乘坐阿波罗号飞船系统的指令…服务舱控制系统前往月球并返回，登月的任务由第二艘飞船——登月舱完成，它从地球前往月球的过程中，采用机械方法与阿波罗号对接起来，到月球轨道后把两名航天员送到月球表面并带他们返回。
指令…服务舱（mand…Service Module，CSM）由两个附着在一起的不同部分指令舱和服务舱组成。从地球到月球并返回的旅程中三名航天员都并排坐在圆锥形的指令舱中，虽然指令舱的空间比双子星和水星号提供的空间要大，但对三个人来说还是显得有些狭小。
指令舱的下面是一个圆柱形的服务舱，它为航天员提供电、氧气和其它的生保功能，以及发动机所需的推进剂。服务舱中有一台主发动机，可以多次快速的启动和关闭，用于飞船的机动飞行，如轨道修正、进入月球轨道及返回月球的推进。为了进行飞船的姿态调节和保持、交会和停泊，在服务舱的四周有16个小发动机，这些小发动机在1秒钟内最快可以点火40次。整个登月飞行结束时，指令舱脱离服务舱，装有热屏蔽层的底座对着地球，进入大气层，打开减速伞，在海洋中完成溅落着陆。
登月舱（Lunar Module，LM）不像我们通常看到的飞行器具有流线型的外形，而是棱形，这是由于太空以及月球的大气阻力非常小，舱体的形状几乎不影响飞船的飞行。登月舱由上升段和下降段两级组成，4根可收缩的悬臂式登月支柱支撑整个登月舱，飞行期间这4根支柱都收起来。登月时，两名航天员站在登月舱上升段内，通过窗口观察外面的情况，操纵飞船在月球上着陆。为了安全着陆，下降段的发动机可令飞船减速，4根支柱起到着落垫的作用，使登月舱平稳的站立在月球表面。登月任务完成后，上升段内的发动机启动，将上升段送回月球轨道与指令…服务舱会合，而下降段则留在月球上。
航天员站着登月
登月舱最初的设计中，在每个航天员的座椅前方安排了两个窗口。较大的一个窗口与航天员的眼睛齐平。因航天员都是坐着的，窗口距航天员的眼睛距离为60厘米，较小的一个窗口靠近航天员的膝盖。两名航天员的4个窗口总面积达到11平方米。这样的设计很不合理。首先，由于窗口面积过大，暴露的阳光过多，而缩小面积又会影响航天员的视野；其次，由于窗口距航天员的眼睛较远，视野有限，给月球着陆过程中航天员对着陆地点的观察造成了极大的困难。此外，窗口过大，重量也大，侵占了其它设备的重量。因此，最终的设计是让航天员站着，眼睛靠近窗口向外观察，这样既扩大的视野，又使窗口大大减小。
火箭专家冯·布劳恩领导的马歇尔航天中心设计了把阿波罗飞船系统送入太空的运载火箭——土星5号。组装完毕的土星5号火箭，高111米，总共有三级，装满推进剂和阿波罗的重量超过2 913 423千克，其中推进剂的重量就占了90％以上。土星5号火箭的箭体结构采用一种超薄的、但极为坚固的铝合金。这种合金令火星5号任何部位的外壳厚度都不超过厘米，极大的减轻了箭体的重量。
登月计划：阿波罗号登月过程（图）
1969年7月20日，人类首次登上月球
阿波罗计划的登月过程由于涉及到不同星体间轨道的转移，所以它的过程比一般地球轨道的飞行都要复杂。土星5号第一级把火箭提升到62千米的高度，推进剂全部耗尽，从箭体上脱离，令火箭的重量减轻了3/4。之后二级火箭点火，升空9分钟后，二级火箭在174米的高度脱落。此时三级火箭短暂点火，将火箭送入190米的近地轨道。在检查完所有的主要系统后，航天员会再次点燃三级火箭使飞船飞向月球轨道。
在飞向月球轨道的过程中三级火箭燃烧了所有推进剂。在抛弃三级火箭前指令…服务舱会与火箭分离，然后尖端翻转，使其尖端对着火箭中登月舱的上部，然后指令…服务舱与登月舱顶端的对接结合器连接起来，完成对接。这时航天员在确认对接完成后，才抛弃三级火箭。
进入月球区后，要进行减速机动，使飞船保持在月球轨道上运行，通常这个减速机动是在月球背对地球的一面发生的，航天员无法从地球上获得任何信号的帮助，所以该机动队航天员的安全来说是至关重要的，如果减速失败，那飞船注定要飞过月球，无法返回地球。如果减速成功，飞船就进入了月球轨道。
经过一段时间的登月准备，指令…服务舱内的三名航天员中有两名通过与登月舱的对接通道，进入登月舱，另一名仍负责驾驶指令…服务舱。登月舱与指令…服务舱分离后，登月舱下降段的发动机会打开片刻，使登月舱进入较低的轨道，这一轨道称为下降轨道。在下降轨道的低点，大约14千米的高度，登月舱再次加力，消除向前的速度，脱离下降轨道，向月球表面下落。最后航天员操纵登月舱发动机，实施减速，进行软着陆。
寻找着陆点在登陆过程中是最困难的，因为飞行计划中虽然会预定一个大概的着陆区域，但至于这一区域的具体情况，航天员事先并不知道，而且月球表面没有明显的参照物，就给航天员寻找合适的着陆点造成困难。要想安全的降落在月球表面绝不是一件轻松的事。
第一个登上月球的阿波罗11号在登月舱即将着陆之际，才发现预定的着陆点是一个里面散布着巨砾的大坑，在最后关头航天员阿姆斯特朗冷静地操纵登月舱，用了大约19秒避开大坑，降落在离预定着陆点4英里远的地方。登陆时燃料箱中剩余的推进剂仅够再维持30秒。
航天员在月球表面完成任务后返回登月舱，启动上升段的发动机，乘上升段返回月球轨道，而下降段则留在月球上，这样就减少了发动机所需的能量。上升段在月球轨道上与指令…服务舱会合对接，之后航天员进入指令…服务舱开始返回地球。在实施进入地球轨道的机动前，阿波罗飞船要先抛掉登月舱上升段，然后启动服务舱的发动机，开始返回地球轨道的反向加力。进入返地轨道后，飞船实质上是在经历3天太空中的下落运动，进入外围大气层前，指令舱与服务舱分离，指令舱开始返回地球。
登月计划：登月的准备和实现（图）
阿波罗16号飞船指令长在月球插上美国国旗
对于阿波罗计划这样引人注目、影响深远的工程，最关键的问题是保证航天员的安全。对此，NASA的技术人员不仅细致地设计和论证了整个方案，还通过大量实验来保证登月的万无一失。通过实验，不断地发现问题、修改方案、再实验，直到把问题隐患全部排除。从1960年到1969年，前后约10年时间，美国在各种实验中严密地验证了从发动机到运载火箭、从分系统到整个飞船的各方面问题。
为了支持登月计划，了解月球表面的情况，NASA还执行了三项辅助计划：徘徊者号探测器计划，勘测者探测器计划，月球轨道器计划。
通过一系列的试验，NASA在阿波罗10号飞行试验结束后，宣布阿波罗11号将执行载人登月任务。1969年7月16日，巨大的土星5号火箭载着阿波罗11号离开月球飞船在肯尼迪航天中心39A发射台点火发射，参加这次登月任务的航天员是：内尔·阿姆斯特朗、布兹·奥尔德林、迈克尔·科林斯。1969年7月20日，美国东部时间下午10点56分？？？，阿姆斯特朗踏上月球，首次实现了人类登月的梦想。
此后，NASA又进行了6次载人登月飞行，除了阿波罗13号因为在赴月途中，服务舱氧气箱发生爆炸，被迫返回地球外，其它飞行均获得圆满的成功。但13号的飞行也显示了阿波罗计划极强的应变能力，发生紧急情况时，地面指挥人员经过周密的研究，指示停止登月，最后航天员靠登月舱的动力、水、空气及食物绕过月球返回，安全回到地球。
阿波罗计划从1961年5月肯尼迪总统宣布开始到1972年12月结束，历时约年，工程共耗资255亿美元，大约有40万人和2万多家企业、研究机构参加，迄今为止还没有哪个计划能在规模和资金上超过该计划。它的成功和取得的成就，在政治、科学和技术上都产生了深远的影响。阿波罗计划所取得的很多技术成果，不仅为后来的航天计划奠定了基础，而且还被广泛地应用于国民经济领域。航天史上，这“巨人的一跃”，带我们进入了一个崭新的时代。
登月计划：苏联的登月计划
在登月计划中苏联似乎没有采取什么动作，西方对此一直有种种猜测。事实上，苏联曾经制定过登月计划，但由于技术上的原因进展缓慢，加上政治上的考虑，该计划被中途放弃了。
苏联的载人登月计划直到20多年后才被外界证实。1989年底，美国麻省理工学院和加州理工几位教授访问苏联，在莫斯科航空学院亲眼见到了当年登月计划的一些设施。1990年5月，当年登月计划的主设计师米申应邀来华，也证实了60～70年代登月计划的存在。 。。
1960年，科罗廖夫设计局开始研制超级运载火箭H…1，西方称之为N…1，该火箭的初衷是向火星发射无人重型探测器。由于受美国制定阿波罗计划的影响，苏联政府决定抢在美国前面将航天员送上月球。于是1962～1964年，科罗廖夫设计局按登月计划对H…1火箭进行了多次改装。
1964年8月3日，苏联通过《关于月球和宇宙空间考察工作的决定》，规定了登月计划的具体任务和期限。要在1968年前实现载人月球登陆考察，计划的全称是“H1…Л3”。计划中“Л”是俄文单词“月球”的第一个字母，西方也将该计划称为N1…L3。
H1…Л3计划使用的H…1运载火箭采用了多级并联方案，这是由于苏联一直没有解决单燃烧室大推力发动机发面的问题。火箭主体是常规推进剂——液氧和煤油的三级火箭，总长约100米，最下面长长的锥体是火箭的第一级，底部最大直径米，由24枚到36枚火箭发动机并联而成。发动机分内外两圈布置，4个游动发动机控制火箭的姿态变化。第一级最大推力可达4500～6350吨，比土星5号3450吨的推力大了很多。第二级装有8台发动机，总推力约1432吨，第三级装有4台发动机，总推力约320吨。
第三级的上面是一个助推火箭和一个助推制动火箭，这两个火箭保障飞船飞往月球并使之进入月球轨道。飞船在火箭的上部，由登月舱和月球轨道舱组成。月球轨道舱是由联盟飞船改装而成，带有一个大功率的发动机，可以乘坐2名航天员。助推火箭上面的四部分构成了Л3系统。
发射前几小时，两名航天员进入月球轨道舱，进行最后的检测后，火箭点燃。火箭的前三级将上部的Л3系统送入地球的近地轨道。然后Л3系统内的助推火箭启动，开始地球轨道到月球轨道的转移。接近月球时，助推制动火箭开始工作使飞船减速进入月球轨道。不久，一名航天员从月球轨道舱经过舱外转移到登月舱，登月舱与月球轨道舱分离并向月球降落。与阿波罗号一样Л3系统的登月舱也由4条腿的缓冲支架支撑，实现平稳着陆。月球表面的任务完成后，登月舱靠自身发动机离开月球，同样也将4条腿的支撑结构留在月球上。登月进入轨道后，与月球轨道舱会合对接，航天员回到轨道舱。此后两舱分离。两名航天员一起返回地球。
H…1火箭试验记录
试验时间 结果
1969年2月21日飞行2分钟后发生爆炸
1969年7月31日点火后在发射台上爆炸
1971年6月21日点火后在发射台上爆炸
1972年11月23日起飞不到2分钟发生爆炸
注：后来调查四次爆炸的故障可能均出自第一级，证明多级并联的技术在实际应用中很不可靠。
出于政治的需要，H…1火箭的整个研制过程在很短的时间内就完成了，加之多个发动机并联，降低了系统的可靠性，因此H…1火箭的发射试验一败涂地。1969年初到1972年底的4次试验火箭均发生了爆炸。而此时美国人早已登上了月球，这就使得苏联的登月计划面临政治上的压力。1972年苏联政府要求暂停登月计划，但仍有部分登月计划在继续实施。阿波罗计划宣布结束后，苏联政府彻底失去了对登月计划的兴趣，登月计划得不到任何拨款。而且苏联开始重点发展载人空间站，因此，登月计划最终没能在苏联实现。
联盟系列
登月计划中苏联投入了巨大的财力、物力和人力，但是由于运载火箭等关键技术无法解决，最终落在了美国人的后面。于是苏联明智的调转方向，开始大力发展空间站。在登月计划和轨道空间站的发展中，苏联人研制了足以令其自豪的联盟（Soyuz）飞船系列。
联盟复合体
东方号计划后，1962～1964年间，苏联的航天部门对未来计划进行了大量研究和规划，初步形成了两项计划，东方…ZH飞船和联盟复合体。对于为什么发展联盟复合体，苏联一直没有透漏其具体任务，西方的研究者根据其发动机推力所达到的数值，曾推测是执行载人绕月使命，为载人登月做准备。
科罗廖夫设计局的技术人员提出联盟复合体时，为了解决运载火箭动力不足的问题，同时进行轨道交会和对接的试验和训练，联盟复合采用了多段结构，各段分别发射，在轨道加油的方法。
设计人员设想联盟复合体由三部分组成：联盟…A、联盟…B、联盟…V。首先由联盟运载火箭将联盟…B送入地球轨道，该舱段实际上是一个不载人的火箭舱。接着再由火箭将只携带推进剂的联盟…V送入地球轨道，这两段在轨道上自动会合对接，由V段供给B段的燃料。
联盟…A是一个载人飞船，最后发射入太空，在轨道�
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