书城童书科学知识大课堂——探险的世界
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第31章 飞天梦想(1)

人类月球探险记

每当晴朗的夜晚,一轮明月高挂在天空,人们总会情不自禁地问:月亮上面是什么样子?那里有生命吗?人能飞到月宫去吗?……千百年来,无人能亲自到月宫去旅行,只能充满憧憬和幻想,由此产生许多传说和神话。

多少科学家、探险家付出了大量的心血,不知疲倦地在寻找通往月球的现实途径。这个愿望终于在1969年7月20日变成现实,这一天,美国宇航员尼尔·阿姆斯特朗和埃德温·奥尔德林首创纪录,乘阿波罗宇宙飞船登上了月球。

奔向月球的道路

登月,首先想到直接着陆法。那是把宇宙飞船直接射上月球而直接着陆。这对单程旅行来说也许是个好办法,但宇航员要回到地球上来,这就要有巨大的机械装置使飞船从月球上往回发射。把这类装置送上月球行得通吗?它能在月球上把飞船发射回来吗?这样做的困难太大,科学家们放弃了这个想法。在众多的方案中,最后拟定了“阿波罗”计划。

该计划技术上复杂,但总的设想很简单:3名宇航员在一艘由3个可分离的部分组成的飞船中飞行。三部分是指令舱、服务舱和登月舱。宇航员们将在指令舱中飞行,服务舱用于装载燃料和火箭发动机;登月舱用于在月球上着陆,它包括一套单独的火箭系统,以使登月舱从月球上升空,取代发射机械装置。

着陆过程是这样的:当飞船接近月球时,它进入轨道——停泊轨道。这时,一名宇航员留在飞船中继续绕月飞行,另两人进入登月舱,把它与主体拆开,平稳地降落到月球上。当它准备离开月球时,就点燃一支火箭,于是登月舱靠反冲力升空,并在停泊轨道上指定的会合地点与飞船主体会合衔接,登月舱内的两人爬回指令舱,与那位孤独的伙伴相会。

为便于返回地球,减轻飞船重量,在太空中丢掉登月舱。在接近地球大气层时,点燃一支反推火箭,降低飞船速度,再丢掉服务舱,只乘坐指令舱回到地球上来。

这就是美国国家航天局拟定的“阿波罗”计划,美国总统于1961年5月25日正式批准,决定在1970年前把人送上月球并安全返回。

这是项十分困难的工作,因科学家无法直接在空间做实验。据计算,它要像火车头那么大,设计时必须思考:“它在空间将表现得怎么样?”这样一个严峻的问题。

科学家们将一些模型放在模拟器中进行试验,模拟装置叫“气枪”。让一个模型以每小时约3200千米的高速穿过气枪的管子,同时管子的另一端有一股高温的气流冲过模型,以模拟飞船重返地球大气层时所承受的压力等可能发生的危急情况,取得足够数据后开始制造飞船。

成千上万个不同的零件,将由几百个不同的工厂制造,由有专长的工程技术人员组装。

据计算,发射“阿波罗”飞船,要造一枚有足球场那么长、推力十分大的火箭,称“土星”五号,同样是十分困难的。它最大直径10米,高约85米,总推力3400多吨,制造它,也要大量的试验。如科学家们设计好一支火箭后,要把它竖直在高大专用的支架上,用机械装置振动支架,产生强大的空气压,以模拟火箭升空时所受的压力。

此外,科学家还要研制千百种科学仪器,装置在飞船、火箭、指挥中心和跟踪站上。有些产品无法找到现成材料,科学家们要开始试验并制造新材料,等等。为此,美国航天局雇用了约420000人,来自两千多个企业和150余所大学,耗资250亿美元。

挑选和培训宇航员

在人登月之前,必须有更多的月面了解和相关的太空知识。如月面是否结实?能承受住登月舱的重量吗?人在太空能活多久?人能适应登月旅行并安全返回吗?失重条件下能走动和工作吗?能完成计划中的那些复杂项目吗?这些疑问只有在宇航员试飞中寻找答案。而太空试飞,必须先选拔和培训宇航员。

宇航员的身体健康状况是极其重要的。宇航局挑选了年龄在25~35岁之间的人,每个人都受到了医生的严格检查。

学几门学科知识,如研究星星和月亮;研究地质学——石头的科学,以寻找月球上的石头;帮科学家了解月球的年龄;还有野外实习,地质学家向他们展示可能存在于月球上的石头等。

他们学太空飞行的理论,如飞船的发射、实际飞行和着陆的理论;还学习有关的飞船和火箭的工艺知识,访问飞船、火箭的设计者和制造者,研究每个部件及复杂仪器的工作情况,和地面控制系统的各个细节。

每个宇航员都要进行有规律的飞行、降落等训练。有时,在一些假想的模拟器中进行“月面飞行”和“月面行走”训练等。失重的适应性训练是必要的,地球的引力,使物体产生了重量。在地面上,人的体重最大,而在太空,人的体重微乎其微,甚至完全消失。失重状态下,人的四肢似乎不是长在自己身上的,无法自由支配,只能漂移。在飞船里,物品必须固定住,否则四处漂动。人从杯子里喝不到水,必须用塑料管把水吸到嘴里。失重的训练是通过起重机把他们吊起来,使他们似乎有了失重的感觉,觉得腿不那么听使唤了,帮他们对月面的困难环境获得一些经验。在其他模拟器中,他们还学习怎样飞离月球,与指令舱定点会合衔接。

当飞船返回地球时可能落入错误的地点,这时人的生命可能受到威胁,那么在获救之前,宇航员必须要设法生存。专门的训练是将他们带到偏僻的沙漠、密林和大海等相当困难的环境生活几星期。在那里,他们学怎样做掩体,怎样用降落伞做衣服,怎样用蒸发法获饮水,怎样打猎、屠宰和烹调等。

每天还有必要的体能训练和体力检查,许多检查项目是令人不舒服的。如在一个狭窄的桌上快速地跳上跳下;要站在一盆接近冰点的水里量血压;要用一种不自然、不舒服的姿势躺在特别的桌子上来观测心脏的反应;要蒙上眼睛,坐在一张快速旋转的震动椅上,用操纵杆使椅子保持平稳;要在一个闷热的小房间里烤上两小时;要在一个黑暗的隔音室里独自呆上几个钟头;等等。

训练全面而艰苦,每人在首次飞行前必经这严格的18个月的磨练。

登月旅行的预备飞行

从1961~1969年间,美国宇航员为登月探险进行了22次试验性飞行。

小型的“水星”号飞船约3米长,只带一人。约翰·格伦乘它绕地飞行3圈,在最后一层轨道飞行时,自动控制系统失灵,他用手操纵飞船,平安地返回地球。这表明了宇航员要有娴熟的技术控制水平和灵活机敏的反映能力,以应付意外的变化。戈登·库柏在最后一次“水星”号飞行中,绕地22圈,完成了一些太空项目试验。在睡一觉后,又检查了人在太空的视力情况,他清楚地看到了地球上的闪光信号源,并在地图上精确地标出了它的位置。

“水星”号的试飞表明:人可在太空中生存很多小时,太空环境对人的健康和精神没有损害。若自动控制系统失灵,宇宙飞船可由人来操纵。这些成果是鼓舞人心的。

“双子星座”号是比“水星”号大两倍,可载二人,并试验和实践阿波罗计划中的各种技术的飞船。由于到达月球的“阿波罗”飞船要能改变轨道,所以,1965年,“双子星座”号第一次试飞,两名宇航员绕地一周后,爬上了更高的轨道。第二次试飞,宇航员爱德华·怀特作了约20分钟的空间行走。那是用一根长绳把自己拴在飞船上在空间飘荡,他感到趣味无穷,同伴不得不唤他回去。这表明人不但可离开飞船,还能完全返回飞船。

下次试飞回答了另一重要问题:人在空间能生存多久?两名宇航员作了为期8天的飞行。4个月后,另两名宇航员干得更出色,在太空中生活了近两星期。而科学家们预计,月球之行大约需一星期。

此后,“双子星座”号实现了定点会合。继而阿姆斯特朗和斯科特试图完成飞船与火箭的太空衔接,遗憾的是没有完全成功,而能逃脱这场灾难就算够幸运的了。原来,飞船与火箭绕地球走6圈后,飞船的电子系统突然失灵,与火箭拴在一块儿,并猛烈地旋转着。他俩拼命地挣脱,总算分开了,否则就会丧生,于是他们赶紧返回地球。这项工作由约翰·扬和迈克尔·科林斯的飞行完成了,他俩不仅出色地完成了困难的衔接工作,还从容地离开飞船,对火箭进行了一番检查,并首次收集一些“太空灰尘”后返回飞船。最后,奥尔德林在试飞中离开飞船长达5个半小时,发现失重状态没有给他造成什么严重的问题,表明了人可在月球上工作。

“双子星座”号试飞的结果实践了所有登月航行的复杂技术,回答了科学家和医生们感到烦恼的许多问题。

“阿波罗”飞船试飞实验开始了。1967年1月27日下午,3名宇航员身着航天装,躺着绑在“阿波罗”一号飞船的靠椅上,格伦在左,怀特在中、查菲在右。飞船在“土星一号B”火箭顶端,加在一起高达68.32米,周围是94.55米的工作塔,这是最后一次逼真的排演。座舱里注满了纯氧,但由于火箭没装燃料,大家不认为是一次危险的试验,有点满不在乎。舱门关上了,密封了。“10分钟准备,5分钟准备……”,突然,最后倒数可怕地中断了。原来在注满纯氧的座舱里,一星电火花,使整个座舱里充满了火焰和浓烟。从里面和外面都没有办法迅速打开舱门,3名宇航员全部被烧死在里面。

发射台惨案发生后,牺牲的勇士形象时常萦绕在飞船设计者们的脑际。他们记忆最深的是格伦的话:“要是我们死亡,我们要大家把它当作寻常事。我们做的是一种冒险事业,我们希望,万一我们发生意外,不要耽误计划的进行。征服太空是值得冒生命危险的。”

好事多磨。人们只把这“万一发生”的意外看作是登月付出的代价。他们用近一年的时间对飞船进行了全面的检查与改进,增加了迅速打开舱门等许多安全弹射设备。1968年10月,推迟近两年的试飞又开始了,3名宇航员在太空中度过了10天,绕地飞行163圈,没出现什么问题。两个月后,另3名宇航员乘“阿波罗”8号作了首次绕月飞行。他们成功地绕月飞行10圈,然后返回地球。“阿波罗”9号试飞,宇航员在环绕地球的轨道上练习了定点会合和衔接技术。而“阿波罗”10号的最后一次试飞,宇航员们又在月球轨道上练习了定点会合和衔接技术。当“阿波罗”绕月飞行时,宇航员们试验了着陆系统登月舱。他们把它从飞船上解下来,其中约翰·扬留在指令舱中,塞尔南和斯塔福到登月舱内,降到离月面15千米的地方,然后又爬回来,与飞船重新会合对接。

在这段期间,无人探测器收集了大量的有关月面的资料,科学家们据此拟定了最安全的着陆点——靠近静海附近。人们已有充分的信心,开始登月探险。

与月球零距离接触现在,谁都想知道哪3位宇航员成为这次伟大探险的英雄。虽然52名受训者中大多数渴望成为登月第一批人,但幸运的是,航天局选定了阿姆斯特朗、奥尔德林和科林斯,并任命阿姆斯特朗为指令长。这三个人的年龄都差不多,38或39岁,都是资历很深的飞机驾驶员,6、7年的宇航员,都乘“双子星座”号飞船做过太空试飞。另外,航天局还选定两名预备队员,以免3人中谁在航行前病倒了,就去替代他。

飞船长约25米,重45吨,指令舱在上部,服务舱在中间,登月舱在底部,装在“土星”号火箭上。这是个三极火箭,长约85米,重约2700吨,有200万个工作零件,一个火箭自动导航系统和11个功率强大的发动机。航员们坐在指令舱内,舱内有三把靠椅,控制飞船的各种仪器都在靠椅上方,以便他们躺下时也能操作飞船,是最安全的位置。大部分航程身着松软舒适的“飞行工作服”,只是在发射、会合、衔接、登月着陆和重返地球大气层时,或进行复杂和危险的工作时,才必须穿上太空服。

航程中的食物都是经干燥和凝固的,储在墙上的食橱里,吃的时候,把干粮放在塑料袋中,加水搅在一起。也许这些食物吃起来不可口,却能使宇航员身体健康。

服务舱为登月旅行提供一切必要的服务项目。登月舱分两节,上节为供两名宇航员用的航员舱,下节为着陆机械装置,从月球升空时,作发射台,然后丢弃在月球上。

登月航行的日期为1969年7月16日。那天早上9点半钟,3位宇航员躺在靠椅上待命起飞。从指挥中心传来了平板单调的声音:“10—9—8—7—6—5—4—3—2—1,升空!”

随着一声轰鸣,月球飞船开始上升,这声音比雷声还大,几乎震聋了人们的耳朵,连建筑物都跟着颤动起来。千百万个为了这一刻而等了一夜的人们高兴地喊到:“上去了,上去了,万事如意!一路平安!”

飞船在升空,喷射出黄烟和蒸气云。开始时他们感到很不舒服,两分钟后,舱内压力下降,他们感到轻松些了。随速度增加,火箭冲出地球大气层,把飞船带到绕地轨道。阿姆斯特朗用无线电话机向指挥中心汇报:“一切正常!”

这时,他们借助星星来确定奔月之路是否正确。这是一项非常复杂、要求精确的数学问题,稍有偏差,就可能永远到不了月球。由于月球是绕地球旋转的,所以飞船不能正对着月球飞行。他们离月球50万千米,需3天才能到达那里。因此,宇航员必须使飞船对准月球3天后将到达的位置飞行,不能有半点马虎。

宇航员们检查了所有仪器和电子系统,没发现任何漏洞。这时,指挥中心指示:“向月球前进!”最后一级火箭在绝对正确的时刻重新起动,飞船像箭一样从绕地轨道上“射”了出去,开始了奔向月球的3昼夜飞行。这段时间,宇航员们一直与指挥中心保持着联系。科林斯描述了从飞船上看到的景色:“地球看起来真是美极了,我们清楚地看到了很多国家,太美了!”一名指挥员回答说:“我们都有些嫉妒你们了。”他们之间也开些顽皮的玩笑,一次,科林斯喊道:“喂,指挥员,能不能把地球转一下,别让我们总看到水。”指挥员答道:

“那可办不到,只能请你们受点委屈,看看水啦,哈哈哈……”奥尔德林还谈到了他在飞船上干的“家务活”:“我刚才很忙,整个早晨都在烧饭和打扫卫生,还没干完呢!”听上去他似乎不太快活。

第三天下午,7月19日,宇航员们又穿上太空服,准备进入绕月轨道。千百万守在电视机旁的人们,对宇航员们泰然自若的风度称赞不已。巨大的危险就在前头,可他们毫无惧色。“阿波罗”一进入月球背面,和指挥中心的联系立刻中断。因月球绕地球旋转时,永远都以同一半球(正面)对着地球,另一半球(背面)永远背着地球。在地球的“视线之外”是无法通讯联系的。