载人飞船登月

忽忽~~刚帮人做了个论文架构和资料调研，闲下来把昨天未发完的补上。

登月载人飞船

至今，世界上只有美国实现了载人登月计划，该计划又称阿波罗计划，这就是美国于20世纪60-70年代实施的庞大的阿波罗载人登月工程。这一工程从1961年5月开始实施，至1972年12月结束，历时11年，耗资255亿美元，先后将12名航天员送上月球，并于1969年7月实现了载人登月飞行和人类对月球的实地考察的目标。整个阿波罗工程由（1）确定登月方案，（2）为登月飞行做准备的4项辅助计划，（3）研制土星运载火箭，（4）研制阿波罗载人飞船，（5）进行试验飞行，（6）实现载人登月飞行等几个部份。其中，研制阿波罗载人飞船是工程的关键之一。

一、阿波罗飞船

“阿波罗”飞船由指令服务舱和登月舱两个部分组成，整个阿波罗飞船使用了约17吨金属与合成材料，携带33吨推进剂，由26个分系统、400万个零部件组成。

1. 指令服务舱

指令服务舱由指令舱和服务舱两个部分组成，但在整个飞行过程中，从总体上说它是一个航天器，只是在返回地球再入大气层之前的最后几分钟分为两部分。

在从地球到月球并返回地球的旅程中，三名航天员都坐在指令舱里。在登陆月球时，两名航天员从指令舱进入登月舱并在月球上着陆，一名航天员继续留在指令舱中环绕月球飞行，等待登月航天员返回。完成登月考察后，指令舱将携三名航天员飞向地球，在进入大气层前与服务舱分离，最后穿过大气层实现软着陆，它是整个飞船唯一返回地球的部分。指令舱在设计上主要考虑的一点是，在与服务舱分离后并以高速返回大气层的过程中，要能够经受再入大气时的高温考验。从月球返回的再入速度差不多是从地球轨道返回速度的一倍半；由这一

速度开始减速需要耗散掉大量的能量，产生极高的温度，所以飞船必须采用烧蚀防热层来进行防护。

服务舱是指令舱的军需库。服务舱装载着登月飞行所需的大部分储备，包括供航天员使用的氧气，为指令舱提供电力的氢氧燃料电池以及氢贮箱和氧贮箱，作为发电副产品的水。除此之外，它还装有火箭推进系统，包括用于实施俯仰、滚转和偏航控制的小型发动机，以及用于将飞船推入和推离月球轨道、返回地球的中型与大型发动机。

2. 登月舱

登月舱是专门设计用来完成登月任务的，它可将两名登月航天员从月球轨道送到月球表面，并充当他们在月面上的基地，为登月航天员提供必要的生存与物资储备。登月舱由上升段和下降段两个部份组成。上升段是两位登月航天员的座舱，在从月球轨道下降到月球表面期间，航天员坐在上升段中下降到月面，完成月球考察任务后，再乘上升段从月球上升空，并回到月球轨道与在轨道上的指令服务舱对接，上升段的发动机提供从月面起飞的动力。下降段带有起落架、着陆发动机和燃料，当登月舱上升段从月面上起飞时，下降段充当上升段的发射工位，并永远地留在了月球上。登月舱与指令服务舱外形虽不同，但同样配有通信、导航、交会、生命保障和环境控制等设备。

登月舱全高7米，重16吨，看上去有点脆弱，壁薄如纸，带有4条细长的支腿，像一只体形庞大的外星蜘蛛，有人因此称它为“月球蜘蛛”。它只在真空环境下工作，在穿越大气层的发射过程中它被火箭整流罩罩起来，因此在设计它时不用考虑气流和流线造型问题。

3、阿波罗飞船主要分系统

阿波罗飞船的指令服务舱和登月舱都有自己独立的分系统，有些具有相似功能，只因各自适应的环境和承担的任务不同而采取了不同的设计。

生命保障系统：一名配备呼吸器具的潜水员60分钟就要用掉一罐氧气；而在阿波罗飞船上，

一罐的氧气可用15个小时。飞船上的氧气不是吸入一次后就扔掉，呼出的气体要通过净化除去二氧化碳，进行再循环和再利用。同时，舱内温度也要保持在舒适的水平，并可除湿和除味。除此之外，生命保障系统还可使舱内保持适当的压力，提供冷、热水，并利用循环冷却剂使所有电子设备处在适于工作的温度下（空间失重环境下是没有对流的，各种设备必须靠流体循环来冷却）。因为该系统与航天员的性命攸关，故其大部分功能都设有冗余，即便如此，整个设备占的体积也很小，比一台家用窗式空调大不了多少。

电力系统：在整个飞行过程中，飞船必须产生足够的电力来维持在太空中运行的需要。指令服务舱采用的是燃料电池；而登月舱采用的是蓄电池组。阿波罗飞船的燃料电池利用在极低的温度下以液态储放的氧和氢来发电。液氧和液氢进行化合反应可产生电力，同时生成可供饮用的副产品——水。燃料电池系统有很高的转换效率，也很清洁，绝对没有污染。

通信系统：“休斯敦，这里是静海”。这句话曾经从另一个世界传回地球，传送它的就是登月舱的通信系统。在月面上行走的航天员所说的话将先传递给登月舱，再传到澳大利亚、西班牙或美国加州的跟踪站，最后传到休斯敦的任务控制中心，时间上大约有2秒的延迟。通过通信系统，任务控制中心的工程师就能看到登月舱氧气压力的变动情况，医生则可以看到航天员心率的变化，世界各地的人们也可以通过电视收看登月的景象。阿波罗飞船的通信系统由一系列接收机、发射机、电源和天线组成，体积小，重量轻，而且工作绝对可靠。

制导与导航系统：制导与导航系统是飞船身上最复杂、性能和精度要求最高的分系统。它的功能是引导阿波罗飞船穿越402250千米的太空，使之精确进入绕月飞行的轨道；再使登月舱在距预定着陆点附近着陆；航天员完成月面考察任务后，它还要引导登月舱从月面飞到月球轨道上进行交会；在再入大气层时引导指令舱进入43.5千米宽的“再入走廊”，从而安全返回地球。制导与导航系统的主要设备包括一台小型计算机、由陀螺和加速计组成的惯性测量装置，以及使航天员能观测到恒星的一台空间六分仪。这些设备可精确确定飞船在地球和月球之间所处的位置，为修正飞行航线提供依据，确保登月舱在预定地点着陆。

推进系统：制导系统只能告诉航天员如何修正飞行航线，它就像是人的大脑，而“出力”的则

是推进系统。飞船的推进系统由火箭发动机、推进剂贮箱、阀门和管路等组成。阿波罗飞船上共有50台发动机，其中有3台大推力发动机，它们分别是可将阿波罗飞船送入月球轨道然后再将飞船带回地球的勤务推进发动机；用于月面着陆的登月舱下降发动机和从月球起飞的上升发动机。还有44台发动机——登月舱16台、服务舱16台、指令舱12台——每台只产生约45千克的推力，如同飞机上的升降舵、副翼和方向舵，用于太空环境下控制飞船的俯仰、滚转和偏航等姿态，并使飞船沿着需要的方向飞行。

飞船上还有其它一些分系统，包括显示和控制系统、备份制导系统、登月舱上的登月起落架、指令舱上的地球着陆系统（降落伞）以及对接系统等。

3台大发动机一旦出现故障，会将航天员困在月面或月球轨道上（某些情况下，下降发动机出问题可以用上升发动机来救助航天员），因此在设计时把可靠性作为首要因素。它们都使用一经接触即可自动燃烧、不需用火花塞来点火的自燃推进剂；采用瓶装氦气挤压的方式将推进剂送入燃烧室；火箭喷管覆有烧蚀防热材料，不需复杂的冷却系统。

二. 登月载人飞船的未来发展

2004年1月，美国总统宣布了“未来太空探索新构想”，提出在人类重返月球的设想。2005年9月19日美国航空航天局（NASA）正式出台耗资1040亿美元的“空间探索计划”，宣布全面实施载人登月计划等；并确定2012～2014年起利用新型载人飞行器“乘员探索飞行器”（CEV）执行载人航天飞行任务；2018年重新登陆月球，建立月球基地。

2005年1月，美国航空航天局公布了载人探索飞行器（CEV）建议征求书草案，新的CEV将遵循人货分离的设计原则，采用分别把人员和货物送入轨道的方式，并可重复使用。它的研制将分为三个阶段，第一阶段力争2012 年实现首次载人飞行；第二阶段力争在2018年实现载人登月；第三阶段为最终登陆火星铺平道路。目前，诺斯罗普?格鲁门公司-波音公司团队和洛克希德?马丁公司都提出了各自的方案，美国航空航天局在2005年5月开始对各承包商提出的方案进行审核，并将在2006年做出最后选择。在2005年公布的一种备选方案中，CEV

外形为无翼钝头圆锥体，自重12t，底部直径5.5m，执行登月任务时可将4名航天员和必要的物资送往月球，并可在绕月轨道上运行6个月。