庞之浩
1966-1968年,美国进行了6次“阿波罗”飞船不载人的试验飞行,在近地轨道上鉴定了“阿波罗”飞船的3个舱。1968-1969年,又用阿波罗7、8和9号飞船,先后进行了环绕地球、月球飞行等载人飞行试验,它们除继续验证人与飞船的适应性和飞船的性能外,还进行了环月飞行、远距离通信、登月舱分离与对接、近月环境考察等试验和探测工作,历时分别为147小时、241小时、192小时。1969年5月,通过阿波罗10号进行了登月全过程的演习。从1969年7月阿波罗11号发射起,到1972年12月阿波罗17号返回地面止,共有6艘飞船完成了载人登月任务,只有阿波罗13号因在奔月途中服务舱爆炸,没能登月,但航天员安全返回地面。“阿波罗”计划始于1961年5月,结束于1972年12月,历时11年7个月。
在经过几次无人试验飞行之后,1968年10月11日,阿波罗7号终于进行了第一次载人飞行,3名航天员绕地球飞行了163圈,10月22日返回地面。这次飞行的指令长是瓦尔特·施艾拉,指令舱驾驶员是唐·埃斯利,登月舱驾驶员是瓦尔特·康尼翰。其任务是测试指令舱上的对接系统。整个任务时间达11天,环绕地球轨道。本次任务是土星1号B运载火箭的首次载人发射,也是美国实施的第一次三人太空任务。
1968年12月21日,阿波罗8号乘组迈出了载人月球探测第一步,这是土星5号火箭首次发射载人飞船,12月27日返回地面。这次飞行的指令长是弗兰克·博尔曼,指令舱驾驶员是吉姆·洛威尔,登月舱驾驶员是威廉·安德斯。
飞船从绕地球轨道进入绕月球轨道,然后又安全地回到了地球。其任务是测试“阿波罗”指令舱系统在地球和月球轨道之间的太空及绕月轨道上的性能,包括通信、跟踪和生命保障各个方面;评估航天员在开展绕月轨道任务期间的表现。
阿波罗8号实现了首次载人绕月飞行(共绕月飞行10周,达20小时),3名航天员拍摄了从地球不能直接看到的月球背向地球一面的大量照片,并拍摄了月球正面的环形山、峡谷及可能的登陆场的照片,为后来的月面着陆计划提供了依据。
1969年3月3日,第一艘搭载登月舱的飞船阿波罗9号升空,这是土星5号的第二次载人发射,3月13日返回地面。这次飞行的指令长是杰斯·麦可迪维特,指令舱驾驶员是大卫·史考特,登月舱驾驶员是罗杰·史维考特。飞船在绕地球轨道上进行了长时间飞行,并对登月舱进行了进一步检验,还测试人类在太空环境中的反应和失重状态。
在绕地飞行中,阿波罗9号在地球轨道内试验了指令舱与登月舱的分离,此后再进行交会对接操作。飞行第4天,载1名航天员的指令舱与载2名航天员的登月舱分离,在达到最大分离距离182千米时,登月舱抛掉下降级发动机,而将15.5千牛顿的上升级发动机点火,模拟登月舱完成登月任务后从月面起飞的情况,成功地实现了与指令舱的交会对接,初步完成了“阿波罗”飞船的登月与再返回的技术操作准备。
阿波罗9号航天员出舱观测
两舱分离后从登月舱拍摄的阿波罗10号指令舱
1969年5月18日,土星5号火箭发射了阿波罗10号载人飞船,此后成功进行了登月预演试验飞行,5月26日返回地面。这次飞行的指令长是托马斯·斯塔福德,指令舱驾驶员是约翰·杨,登月舱驾驶员是尤金·塞尔南。除未实际在月面着陆外,阿波罗10号飞行过程与后来的各次“阿波罗”系列飞船登月飞行几乎完全相同。当土星5号火箭的第3级把飞船加速到第二宇宙速度并进入飞向月球的路径后,飞船的指令舱与服务舱分离、转向并与从连接部弹出的登月舱对接,然后整个飞船系统再次转向并朝月球飞行,飞行路程39.92万千米。
在进入月球轨道后,约翰·杨驾驶指令舱-服务舱组合体在距月面111千米轨道继续绕月飞行。登月舱在与指令舱-服务舱组合体分离后,航天员斯坦福德和塞尔南驾驶登月舱依靠下降发动机减速朝月面降落,模拟登月动作,2次到达距月面15.2千米高度,以检验其性能。在分离8小时后登月舱的航天员抛掉下降级,利用登月舱的上升级发动机返回轨道并与指令舱-服务舱组合体对接。在返回地球前,指令舱-服务舱-上升级组合体先抛掉上升级;在返回地面前,指令舱-服务舱组合体又抛掉服务舱,最后3名航天员乘指令舱返回地面。这次飞行为飞船的登月飞行完成了最后的技术准备。
1969年7月16日,阿波罗11号载人登月飞船升空,7月20日登月,7月24日返回地面。这次飞行的指令长是尼尔·阿姆斯特朗,指令舱驾驶员是迈克尔·科林斯,登月舱驾驶员是巴兹·奥尔德林。在飞船进入月球轨道后,尼尔·阿姆斯特朗和巴兹·奥尔德林进入登月舱,并于7月20日驾驶登月舱与载有航天员科林斯的指令舱-服务舱组合体分离,实现了人类首次登月。
2名登月航天员在月面共活动2个多小时,展开太阳电池阵,安设了月震测量仪和激光反射器,采集了21.75千克的月面岩石与土壤标本。然后驾驶登月舱的上升级返回环月轨道,与指令舱-服务舱组合体交会对接,随即抛掉登月舱,起动服务舱主发动机使飞船加速,进入月地转移轨道。在接近地球时飞船进入再入走廊,抛掉服务舱,使指令舱的圆拱形底朝前,在强大的气动力作用下减速。进入低空时指令舱弹出3个降落伞,进一步降低下降速度。阿波罗11号飞船指令舱于7月24日在太平洋夏威夷西南海面降落。
阿波罗11号航天员在月面行走
1969年11月14日,阿波罗12号载人登月飞船升空,11月19日登月,11月24日返回地面。这次飞行的指令长是皮特·康拉德,指令舱驾驶员是理查德·戈尔登,登月舱驾驶员是艾伦·宾。在登月期间,航天员采集了34千克的月面岩石与土壤标本,在月面安放并启动了第一台“阿波罗月面实验装置”(ALSEP,该装置由核动力电池组驱动,带有6个科学实验项目),并回收了阿波罗11号乘员安放在月面的探测器上的电视摄像机与其他设备,以供科研人员了解长期暴露于太阳风环境以及月面真空环境下的温度剧烈变化对这些仪器、设备的影响。
除太阳风收集器(在月面短期曝露后,卷起来带回地球进行分析研究)外,“阿波罗月面实验装置”还包括一台月震仪、磁强计、太阳风分光计、过热黎子探测器和冷阴极计。这些探测仪器可以探测月震、磁场、太阳风粒子和月球表面上的气体。它们的探测数据发回地球。在航天员离开月面后,大多数探测仪器还要继续工作很长一段时间。
阿波罗12号航天员举着一个特殊的环境样本容器,用其搜集月球土壤
1970年4月11日,阿波罗13号载人登月飞船升空,但因飞船故障未能登月,航天员于4月17日安全返回地面。这次飞行的指令长是吉姆·洛弗尔,指令舱驾驶员是杰克·施韦格特,登月舱驾驶员是弗莱德·海斯。
1971年1月31日,阿波罗14号载人登月飞船升空,2月5日登月,2月9日返回地面。这次飞行的指令长是艾伦·谢泼德,指令舱驾驶员是斯图尔特·罗萨,登月舱驾驶员是艾德加·米切尔。在登月期间,航天员采集了44.5千克月面标本,并在月面安放了“阿波罗月面实验装置”和一个激光反射器。飞行中还首次进行了材料科学演示试验,在地球转移轨道对一些熔融状态合金固化过程的观测证明,在微重力条件下,不同密度的材料仍保持其合成时的原状态,而不像地面条件下那样因重力作用而出现密度较大材料的沉积。首次在太空进行了电泳试验,证明了在微重力条件下进行电泳的通过量和分离效率远高于地面条件。
阿波罗14号航天员在月面作业
从阿波罗15号起,在后3次“阿波罗”登月任务中,航天员都使用了月球车,其中阿波罗15号还是“阿波罗”计划中首次J任务,即与前几次任务相比,航天员在月球上停留更久,科学研究的比例更大。
1971年7月26日,阿波罗15号载人登月飞船升空,7月30日登月,8月7日返回地面。这次飞行的指令长是大卫·斯科特,指令舱驾驶员是阿尔弗莱德·沃尔登,登月舱驾驶员是詹姆斯·艾尔文。在进入月球轨道前及在月球轨道上,3名航天员使用装在服务舱内的测绘全景相机和光谱仪(其中2台光谱仪装在长达6.1米的可伸缩悬臂上,以分析月面的成分)等仪器进行了8项科学试验,主要包括月面测绘与全景拍摄,月面光谱分析,太阳X射线相互作用,以及粒子发射等。
阿波罗15号航天员在登陆月球后首次使用月球车,2名航天员乘月球车在月面上行进12千米后,安置好“阿波罗月面实验装置”和一个激光反射器,目的是为了使天文学家通过精确记录从地球上发射的激光束往返地-月之间的时间,来精细测定地-月之间的距离。测量数据有可能揭示月球是否正在离开地球后退。航天员采集了78.6千克月面标本。在返回飞船指令舱后,乘组人员从飞船上将一颗质量为35.4千克的用于观测月球质量密度等现象的科研卫星送入月球轨道。
阿波罗16号航天员杜克在月球车上远距离拍摄
1972 年4 月16 日,阿波罗16 号载人登月飞船升空,4 月21 日登月,4 月27 日返回地面。这次飞行的指令长是约翰·杨,指令舱驾驶员是肯·马丁利,登月舱驾驶员是查尔斯·杜克。在登月期间,约翰·杨和杜克在月面3 次出舱活动,共历时20 小时14 分,行进27 千米,采集了97.5 千克月面标本。
在登月点附近,两名航天员在三角架上架起了一架天文观测紫外相机,借助钻机挖取了月面深处的岩石样品,试图安装测量月球内部热流的探测器(但因偶然情况损伤了它),并安置了无源和有源的月震仪。磁强计试验提供了他们所处区域的资料,可能存在一个古磁场。完成登月任务返回月球轨道后,乘组人员将一颗质量为40 千克的科研卫星从飞船送入月球轨道。
1972 年12 月7 日,阿波罗17 号载人登月飞船升空(“阿波罗”计划中唯一的夜间发射),12 月11 日登月,12 月19 日返回地面。这次飞行的指令长尤金·塞尔南,指令舱驾驶员是罗纳德·埃万斯,登月舱驾驶员是哈里森·施密特。在登月期间,航天员驾驶月球车行进了35 千米,并创造了采集月面标本达113 千克的最高记录,还发现了橘红色的泥土。
其中的航天员哈里森·施密特是“阿波罗”计划中唯一执行登月任务的科学家。在原计划中,施密特应执行阿波罗18 号任务,但在阿波罗18 号被取消后,由于来自科学界的压力,施密特被选择执行阿波罗17 号,取代了原阿波罗17 号航天员约瑟夫·恩格。阿波罗17 号创造了“阿波罗”计划中的很多纪录,包括最长的登月飞行;最长的月表行走时间;收集了最多的月球标本;月球轨道中航行了最长的时间。该任务结束后把最完整的一套科学仪器留在月球表面上。这次任务为“阿波罗”工程画上了句号。
美国原定还要发射阿波罗18 号、19 号和20 号载人登月飞船,但由于苏联退出了载人登月的竞争,而且由于载人登月成本太高等原因,所以美国没有再发射阿波罗18 号、19 号和20 号载人登月飞船,而是把它们用于建造美国第一座空间站“天空实验室”和美苏飞船交会对接了。
1975 年7 月15 日,美国阿波罗18 号和苏联联盟19 号飞船在空间进行交会对接,在世界航天史上创建了一个史无前例的航天活动:利用交会对接技术实现美国与苏联的太空握手。
另外,还有3 艘没装登月舱的“阿波罗”载人飞船为“天空实验室”送去了3 批航天员。