划时代的阿波罗载人登月计划

第9章　美苏探月重要事件

1957—1976年，美苏两国代表两大阵营展开了以月球探测为中心的太空竞赛，掀起了第一轮探月高潮。这一时期的月球探测以政治因素为主导，具有任务规模庞大、投入经费巨大的特点。

第1节　苏联“月球号”探月计划

1957年，苏联成功发射了世界首颗人造地球卫星，1958年又发射了首个月球探测器，拉开了人类月球探测的序幕。1959年，苏联开始了“月球号”探月计划，这是人类第一个探月计划。从1959年至1976年，苏联共发射了24个“月球号”无人月球探测器，其中18个完成探月任务，经历了飞越、硬着陆、环绕、软着陆和取样返回等探测阶段。

1.人类第一个月球探测器——“月球1号”

1959年1月2日，苏联成功发射了世界上第一个月球探测器“月球1号”（如图9-1）。在飞向月球的途中，“月球1号”探测器携带的设备测量了地球和月球的磁场、宇宙射线的强度及其变化，研究了太阳微粒辐射、星际气体成分和流星粒子，并拍摄了照片。按照预定计划，“月球1号”探测器将撞击月球。然而第二天，“月球1号”探测器没有按预定计划飞向月球，而是在距离月球表面5 995千米处与月球擦肩而过，飞向深空。经过9个月的飞行，“月球1号”探测器于9月26日进入日心轨道，成为人类第一颗太阳系人造行星，它围绕太阳公转，周期为450天。

图9-1　“月球1号”探测器

2.人类航天器第一次月面硬着陆

1959年9月12日，苏联成功发射了“月球2号”探测器。9月14日，“月球2号”探测器（如图9-2）在月面的澄海硬着陆，成为第一个到达月球的月球探测器。“月球2号”探测器在硬着陆前传回了月面图像、月球磁场和辐射带的重要信息。它的探测结果表明，月球没有磁场，周围没有像地球的范艾伦带一样的辐射带。

图9-2　“月球2号”探测器

3.首次揭开月球背面神秘面纱

1959年10月4日，苏联成功发射了“月球3号”探测器。“月球3号”探测器的主要任务是揭开月球背面的神秘面纱。它环绕月球飞行，在经过月球背面的40分钟时间里，携带的两个光学相机对月面进行拍摄，拍摄的范围覆盖月球背面70%的区域，人类第一次看到了月球背面的神秘面孔。从“月球3号”探测器传回的照片可以看到，月球背面几乎没有月海，布满了环形山（如图9-3）。

在获得这些图像后，苏联天文学家对月球背面的地貌进行命名。为纪念苏联火箭研究先驱——齐奥尔科夫斯基，苏联将其中一个底部黝黑的周壁平原命名为齐奥尔科夫斯基；还有一个地质特征被命名为莫斯科海。美国加入月球探测活动后，整个命名事宜由国际天文学联合会统一协调处理。

图9-3　“月球3号”探测器传回的首张月球照片

4.屡败屡“探”——首次月面软着陆

1963—1965年，苏联共发射了“月球4号”至“月球8号”共5个探测器，目标是进一步探测月球和进行月球软着陆。然而这五次探测任务均以失败告终。

图9-4　“月球9号”探测器

图9-5　“月球9号”探测器发回的月面图

1966年1月31日，“月球9号”探测器（如图9-4）发射升空，经过79小时的长途飞行，于2月3日成功降落在月球表面的风暴洋附近，成为世界首个在月球上成功软着陆的探测器。

“月球9号”探测器还是首次把科学仪器送上月球的探测器。它着陆约4分钟后，就开始对月球进行科学探测。7小时后，“月球9号”探测器向地球传送了世界首张月球表面的黑白全景高清晰照片（如图9-5）。此外，它还测定了月球表面辐射量。2月7日，“月球9号”探测器因电池电量耗尽而停止向地球传送信息。

5.辉煌探月年——1966年

1966年3月31日，苏联发射了“月球10号”探测器（如图9-6）。几天后，探测器进入环绕月球飞行的椭圆轨道，成为首颗人造月球卫星。“月球10号”探测器一共在轨56天，绕月飞行了460周，传回了大量的科学信息。它测量了月球表面的射电辐射，对月球的成分进行了分析。探测结果表明，月球上的岩石与地球的火山岩相似。此外，“月球10号”探测器还证明了月球轨道外的辐射远未达到宇航员可承受的极限。

图9-6　“月球10号”探测器模型

1966年是苏联探月史上成功的一年，苏联成功发射了“月球10号”至“月球13号”共4个月球探测器，并且在月球探测技术领域飞跃发展。

6.第一次实现无人探测器月球采样返回

1970年9月12日，苏联发射了“月球16号”探测器。9月20日，“月球16号”探测器在月球轨道上飞行了75小时后，成功实现月面软着陆。着陆后不到1小时，“月球16号”探测器上的自动钻机开始工作，在月面钻探35厘米，钻取了105克月壤样品。“月球16号”探测器在月面上工作了26小时25分钟，9月24日，探测器的返回舱安全降落在苏联境内。此前的月球探测器都是“有去无回”，“月球16号”探测器成功在月球采集月壤样品，探测器的返回舱成功返回地球，是世界上第一个将月壤样品送回地球的自动装置（如图9-7）。

图9-7　“月球16号”探测器钻取的月壤样品

7.人类第一次月球车月面巡视勘察

1970年11月10日，“月球17号”探测器发射成功。11月17日，“月球17号”探测器在月面雨海区域成功实现软着陆，并把世界首个月面巡视探测器——“月球车1号”送上月球巡视探测。“月球车1号”安装了电视系统，用来给地面控制人员指挥月球车行走。

“月球车1号”的设计寿命为90天。后来它在月面上运行了322天，共行驶了10.54千米，勘察了8万平方米的月面，拍摄超过2万张照片，在行车线的500个点上对月壤进行了物理测试和力学特性分析，并对25个点的月壤进行了化学分析。后来，直至它携带的核能耗尽才停止工作。

1973年1月8日，“月球21号”探测器成功发射，并把苏联第二辆月球车“月球车2号”送上月面。“月球车2号”（如图9-8）在澄海地区登陆勘察，在月面上工作了125天，行走了37千米，拍摄了86张细部的全景照片，以3秒间隔共发回8万张远程照片。这次探月得到了月球轨道的精确参数，研究了月球表面海陆接壤的土壤特性。

图9-8　“月球车2号”

1976年8月9日，苏联最后一个月球探测器“月球24号”发射升空。“月球24号”探测器在月面钻采并送回170.1克月壤样品。至此，苏联对月球的无人探测宣告结束。

美苏探月竞赛初期，苏联创造了对月球撞击、飞越、软着陆和环绕等多项世界第一，处于领先地位（表9-1）。但后续，苏联载人登月计划屡遭挫折，用于载人登月的N-1重型运载火箭4次试验发射连续失败，特别是后两次发射爆炸造成塔毁人亡，损失惨重，最终苏联载人登月计划被迫放弃。

表9-1　“月球号”探测器

第2节　美国探月计划

1958—1976年，美国共发射了7个系列54个月球探测器，其中“先驱者”系列、“徘徊者”系列、“月球轨道飞行器”系列和“勘测者”系列的任务是为阿波罗载人登月计划做前期探索和技术准备。

1.探月先驱——“先驱者”系列探测器

1958—1959年，美国发射首批月球探测器“先驱者”系列，其任务目标是在飞经月球时最大限度靠近月球，以便向地球发回准确的探测数据。

“先驱者1号”至“先驱者3号”探测器均失败，只有“先驱者4号”探测器勉强成功，为后来的探月活动奠定了基础。

2.月球硬着陆——“徘徊者”系列探测器

“徘徊者”系列探测器的主要目的是进行月球硬着陆实验。原计划发射5个月球探测器，而实际上在1961—1965年，共发射了9个“徘徊者”探测器。

“徘徊者”系列探测器前6个失败，后3个成功，共发回17 259张图片，为“勘测者”系列探测器和“阿波罗”系列飞船探测活动提供了大量有价值的数据。科学家对“徘徊者”系列探测器拍摄的月球照片进行分析（如图9-9），认为月球上的月海与山口平滑的环形山，没有大的鹅卵石，没有裂缝。

图9-9　“徘徊者7号”探测器与拍摄的月球照片

3.绕月测绘——“月球轨道飞行器”

1966—1967年，美国发射了5个“月球轨道飞行器”，“月球轨道飞行器”系列探测的主要任务是从月球轨道上拍摄月面地形图，为载人登月选择着陆点做准备。5个探测器全部获得成功。“月球轨道飞行器”系列探测器为后续载人登月选择着陆点提供了遥感数据。

4.不载人软着陆——“勘测者”系列探测器

“勘测者”系列探测器是为“阿波罗”载人登月计划而制定的不载人软着陆试验。在1966年5月—1968年1月，美国共发射了7个“勘测者”系列月球探测器。

“勘测者”系列探测器有2个失败，5个成功，探测任务不仅突破了软着陆的关键技术，还获取了大量月球资料，考察了“阿波罗”载人登月计划预选登月地点中有代表性的地区，发现这些地区足以支撑住“阿波罗”系列飞船登月舱（如图9-10），但月面上的岩石块很小，可能对载人登月不利。这个信息对“阿波罗”载人登月计划是非常重要的。

图9-10　“勘测者7号”探测器拍摄部分照片合成的第谷坑北部图像

5.划时代的阿波罗载人登月计划

1961年5月25日，美国总统肯尼迪宣布在20世纪60年代结束之前，将把人送上月球并安全返回地面，“阿波罗”载人登月计划正式启动。

（1）“壮志未酬”的“阿波罗1号”飞船：1967年1月27日，“阿波罗1号”飞船在地面进行载人联合模拟飞行试验（如图9-11），试验过程先后出现宇航服供氧流量不足和通讯不畅等问题。更为严重的是，飞船座舱失火，营救人员来不及打开舱门，3名宇航员古斯·格里索姆、爱德华·怀特和罗吉尔·查菲在这场火灾中遇难。

图9-11　“阿波罗1号”飞船3名宇航员进行训练

牺牲的勇士的形象时常萦绕在阿波罗飞船的设计者和工程师们的脑海中。格里索姆曾说：“如果我们牺牲了，希望人们能够接受。我们是在从事一项极具风险的事业，如果事故真的发生在我们身上，我们希望不要因此影响整个登月计划。征服太空值得拿生命去冒险。”美国没有因为这次意外事故而终止整个登月计划的进行，而是用一年的时间全面检查计划和改进飞船设计，避免悲剧再发生。

（2）无人飞船：吸取“阿波罗1号”飞船的惨痛教训，美国在1967年到1968年发射无人飞船“阿波罗2号”至“阿波罗6号”，在地球轨道上进行飞行试验。

从1968年到1969年，美国发射了“阿波罗7号”至“阿波罗10号”飞船，主要任务是进行载人飞行试验，检验飞船的可靠性，均完成了试验任务。其中“阿波罗8号”飞船第一次成功实现载人绕月飞行。

（3）人类第一次登月的“阿波罗11号”飞船：1969年7月16日休斯敦时间9时32分，尼尔·阿姆斯特朗、巴兹·奥尔德林和迈克尔·柯林斯3名宇航员乘坐“阿波罗11号”飞船发射升空。这次他们的飞行任务是实现人类的第一次登月（如图9-12）。

图9-12　“阿波罗11号”飞船宇航员：阿姆斯特朗（左）、柯林斯和奥尔德林（右）

“阿波罗11号”飞船在月面着陆后。阿姆斯特朗首先踏上月球，成为人类首个在月球行走的宇航员（如图9-13）。他说出第一句话：“对于一个人来说这是一小步，对于人类来说这是巨大的一步。”20分钟后，奥尔德林也走出登月舱，踏上了月球，成为第二位在月球行走的宇航员。

图9-13　踏上月球的第一只脚

阿姆斯特朗主要负责采集月球岩石样品，他采集了21千克左右的月球岩石。奥尔德林将太阳风测试仪展开，负责进行太阳风科学实验。他还在月球表面留下月震仪和激光发射器。完成任务后，两名宇航员乘坐登月舱离开月面，与月球轨道上的柯林斯汇合。在195小时18分钟35秒的登月旅行之后，“阿波罗11号”飞船的3名宇航员安全回到了地球。至此，人类实现第一次登月。

（4）虽败犹荣的“阿波罗13号”飞船：1970年4月11日，宇航员詹姆斯·洛弗尔、约翰·斯威格特和弗雷德·海斯乘坐“阿波罗13号”飞船发射升空。飞船在进入绕月轨道前，服务舱氧气罐发生爆炸，电力和氧气大量损失，宇航员不得不放弃登月。在3名宇航员与地面控制人员的密切配合下，飞船最终成功返回地球，成为登月史上最著名的一次成功的“失败”（如图9-14）。安全返回，虽败犹荣。3名宇航员及地面控制人员的英勇事迹后来也被拍成电影《阿波罗13号》。

图9-14　正被救援的“阿波罗13号”飞船的宇航员

图9-15　“阿波罗17号”飞船的宇航员正在采集月岩样品

图9-16　“阿波罗17号”飞船的月球车在月球表面

（5）登月“四连胜”：1971年到1972年，美国成功实现四次载人登月（如图9-15）。随着科学技术的不断提高与发展，人类在月球上停留的时间越来越长，对月球的科学考察愈加深入（如图9-16）。

“阿波罗”载人登月计划原定19次飞行，但在美国国内认为耗资过大的舆论压力下，最后以“阿波罗17号”飞船安全返回而宣告结束。美国率先实现载人登月探测（目前只有美国成功实施了载人登月探测），在美苏探月竞赛中获得了胜利（表9-2）。

表9-2　“阿波罗”系列飞船任务

（续上表）

在探月竞赛之后，美苏两国将航天探测重心转向近地轨道载人航天，苏联重点发展空间站，美国则重点发展航天飞机，探月航天活动进入长达20年的寂静期，期间两国主要开展月球数据和样品的分析研究。

1994年美国发射“克莱门汀”环月探测器进行绕月探测，发现在月球南极可能存在水冰，引起国际广泛关注。欧洲航天局、日本、印度和以色列等多个国家和组织纷纷加入月球探测行列，开启了延续至今的第二轮探月高潮。