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【專題】阿波羅11號登月紀實


中國科學探索中心編者按:年月日,正是阿波羅號登陸周年。為了紀念這個人類偉大的歷史事件,中國科學探索中心帶來了相關專題,希望讀者朋友們喜歡。作...

- 2019年7月20日19時00分
- 科學文摘 / 中國科學探索中心

中國科學探索中心

編者按:

2019年7月20日,正是阿波羅11號登陸50周年。為了紀念這個人類偉大的歷史事件,中國科學探索中心帶來了相關專題,希望讀者朋友們喜歡。

作者/John Uri


編輯/Kelli Mars

翻譯/劉辛味

50年前的今天,世界各地的報紙頭條上都能看到上面這段以不同語言寫下的文字,正呼應了美國前總統甘迺迪之前提出的大膽挑戰的一部分——將人類送上月球。這項任務於1969年7月20日成功完成。第二項任務則是讓航天員安全返回地球,還需在等待四天。

阿波羅11號太空人,阿姆斯特朗(Neil A. Armstrong),奧爾德林(Edwin E. 「Buzz」 Aldrin)和柯林斯(Michael Collins)在他們第九次環繞月球結束時醒來,開始了他們在太空中的第五天的行程。

在載人航天任務控制中心,如今的詹森航天中心,克蘭茲(Eugene F. Kranz)率領「白隊」(控制器團隊)正在待命,太空人杜克(Charles Duke)擔任太空艙指令員。

一頓簡短的早餐之後,奧爾德林和阿姆斯特朗重新啟動登月艙「鷹」號。他們穿上增壓服,操作展開起落架。在接近第12圈環月飛行結束時,杜克通過無線通訊給阿波羅11號的船員下達命令,太空飛行器即將分離。第13圈環月飛行開始時,指揮艙和登月艙分離,一段革命性之旅開始了。太空人們開始各自飛行,接著他們拍下了彼此的太空飛行器。


哥倫比亞號視角里,鷹號離開不久之後

當它們從月球背面重新出現後,阿姆斯特朗用無線電向任務中心報告了他們的狀況,「鷹有翅膀。」在哥倫比亞號指揮艙內的柯林斯看到了,他說,「我覺得你們的太空飛行器鷹看起來不錯,儘管倒過來的」。阿姆斯特朗則回應,「你才是倒過來的」。

鷹號眼中的哥倫比亞號

登月之旅進展極快,是時候該干正事了。距離登陸只有不到1小時,任務控制中心的長廊內擠滿了NASA各個部門的人,許多太空人也在這裡,他們會一同親眼見證歷史。第13次繞月飛行,也就是阿波羅11號即將再次消失在月背的10分鐘之前,杜克發出了進入降落軌道切入(DOI)的指令。登月艙的降落推進系統(DPS)進行了30秒點火,將鷹號的軌道低點降至約15000米,就像阿波羅10號接近表面時一樣。很快,兩艘太空飛行器各自從月背重新出現,進入了第14圈環繞飛行。接著,杜克發出了動力下降啟動(DPI)指令,開始落地動作。

然而,鷹號的天線在地球上反覆失去鎖定,任務控制中心不得不通過與哥倫比亞號上的柯林斯再與鷹號通信,直到正常的無線通信重新建立起來,好在一切順利。

DPI開始後,登月艙的DPS發動機以10%的推力運行了26秒,這是為了在增加到全推力之前獲得更平穩的初始減速。鷹號首次使用了飛行引擎,窗口朝向月球表面,現在位於寧靜海的著陸點以東約480公里處。但是鷹號超過了預計登陸時間,他們本應該在2到3秒前著落。好在鷹號的飛行姿態可以讓太空人追蹤地地標,阿姆斯特朗預測他們將降落在計劃地點更遠的4.8公里處——他的預測是正確的。在月球表面高12000米處,阿姆斯特朗操縱鷹使其窗口朝向飛行方向,為俯仰機動做準備,並將著陸雷達設置在正確位置,以便能它能探測到月球表面。

任務控制中心的指令員杜克,阿波羅11號的替補成員洛威爾(James Lovell)和海斯(Fred W. Haise)(從左至右)

在高度約10000米時,飛船發出了1202程序警報,阿姆斯特朗和奧爾德林被震驚了,他們在模擬中從來沒見過這個警報!任務控制中心分析了幾秒後,杜克給出了繼續進行降落的指令。這次警報只是因為計算機加載了太多數據而無法全部處理,但控制人員相信他們可以繼續降落。給出指令還不到一分鐘,1202號警報再次響起,杜克再次下令繼續降落。

在下降的最後階段,鷹號自動調整到垂直的方向降落。在約1500米處,此時鷹正以30m/s的速度下降,阿姆斯特朗接管了對鷹號的手動控制。到了高約900米,下降速度降到了約21m/s,杜克發出著陸指令。同時,他們收到了1201號警報,杜克再次下達繼續指令。在約304米時,1202警報又響了一下。

在約182米時,阿姆斯特朗注意到鷹號的計算機正在把他們帶到西隕石坑(West lunar crater)附近巨石散布的地區,他就開始手動控制降落。阿姆斯特朗把「鷹」號調整到更垂直的方向,使降落速度放緩,他決定飛越過那片崎嶇的地區找更平坦的地方降落。很快,阿姆斯特朗找到了更好的地方著落,這時奧爾德林大聲說,他看到了登月艙在月球上的影子!

阿波羅12號的主要成員康拉德(Charles Conrad )賓(Alan L. Bean)和他們的替補斯科特( David R. Scott )、歐文(James B. Irwin)

阿姆斯特朗最終選擇了降落地點,隕石坑以東60米處。在約30米高時,燃油量警示燈亮起,提示只剩下5%的染料——給阿姆斯特朗大約90秒的懸停時間。在只剩60秒時間的情況下,他們下降到約12米,降落引擎的推力把地面上的塵土揚起,遮擋了阿姆斯特朗的視線。

1969年7月20日,休斯頓時間下午3點17分40秒,奧爾德利報告,「接觸燈」。這表明在登月艙三個腳墊底部懸掛的三個170厘米的探測器中,至少有一個已經與月球接觸。三秒鐘後,「鷹」號向左轉,阿姆斯特朗喊道:「關機。「奧爾德林接著答覆,「好,引擎停止」。DPS引擎已經關閉,他們已達月球。

在休斯頓,杜克通過遙測技術發現引擎已經關閉,並對阿姆斯特朗和奧爾德林喊道:「我們收到了,鷹號。」阿姆斯特朗回應了歷史性的一句,「休斯頓,這裡是靜海基地。鷹號已著落。」

兩位太空人在著陸不久之後拍下的照片(左:阿姆斯特朗拍;中,右:奧爾德林拍)

值得注意的是,對於地球上人來說,這次登月是一次純粹的聲音體驗。得益於太空飛行器上的遙測技術,控制中心獲得更多信息,但他們也沒有視頻實況直播。安裝在奧爾德林窗戶右側的16毫米無聲攝像機記錄了這歷史性的一刻,但需要返回地球後才能觀看。阿波羅飛行雜誌(Apollo Flight Journal)後來製作了帶有注釋的視頻,並同步加入了天地通信內容。

幾分鐘後,奧爾德林口頭報告了他們周圍的環境,包括岩石形狀、大小以及地面的顏色。杜克告訴他們,「請注意,笑臉已經裝滿了這間屋子和全世界」。阿姆斯特朗則回應道,「他們上面也有兩個笑臉。」接著,他報告說他自己和奧爾德林可以適應月球重力(地球的1/6),然後更詳盡的報告了窗外的世界。

當他們繼續著艙內活動時,阿姆斯特朗向任務控制中心報告,建議放棄按計劃中的艙外活動(EVA)之前的休息時間,控制中心同意了他們的建議。奧爾德林則向所有人說,「我願藉此機會告訴每個正在收聽的人,無論你是誰,身在何處,請停下來仔細想想過去幾個小時發生的,然後以你們自己的方式表達感謝。」他拿出了酒杯,進行了聖餐禮。

然後,奧爾德林和阿姆斯特朗開始了為即將而來的太空行走做準備,穿上可攜式生命系統背包(PLSS)。由查爾斯沃思(Clifford E. Charlesworth)領導的飛行控制「綠隊」,將幫助兩位航天員執行出艙活動,麥坎德利斯(Bruce McCandless)作為指令員。他們重新配置了鷹號艙室內的壓力,戴上了面罩、手套和頭盔,然後打開了艙室的閥門。

兩張阿姆斯特朗在月球表面邁出第一步的照片。左圖:電視直播下靜止圖像。右圖:安裝在鷹號窗口的16毫米照相機拍攝的靜止圖像。

奧爾德林向內打開了鷹號的艙門,讓阿姆斯特朗進入了外面的平台。奧爾德林補充道,「準備好下去找些月球岩石了嗎?」他幫助阿姆斯特朗通過狹窄的艙口。阿姆斯特朗踏上梯子後拉下了一條掛繩,放開了在鷹號下降平台上的模塊化設備集成裝置(MESA),這上面安裝了一台黑白電視攝像機,可以讓地球上數億觀眾看到他從梯子上下來,阿姆斯特朗慢慢到了著陸器腳邊。

為了以防萬一,阿姆斯特朗還練習了跳躍以回到梯子的第一階,在月球引力下很容易做到。在腳墊處,阿姆斯特朗描述了腳墊沉入一到兩英寸的月球塵埃中,並注意到它這些塵埃顆粒很細,幾乎是粉末狀的。

阿姆斯特朗宣布,「我現在要離開登月艙了。」休斯頓時間晚上9點56分,他做到了。將他的左腳牢牢地踏上月球表面,說出了那句永載史冊的話,「這是一個人的一小步,卻是人類的一大步。」

16毫米相機拍下的阿姆斯特朗

邁出了試探性的第一步後,阿姆斯特朗開始了他的第一次太空行走任務,包括使用繩滑輪系統從奧爾德林那取得哈蘇相機,並用它拍攝一張鷹號照片,記錄下著陸和周圍的情況。他還要迅速收集月球物質樣本,以防他們需要緊急撤離。

出艙活動拍下的第一張照片,顯示扔下了一個廢棄袋和懸停時對月球土壤的痕跡

幾分鐘後,奧爾德林也出來了,在著陸器艙外說,「現在我想……把艙口關上一點。還要確保不要把自己鎖在外面」。阿姆斯特朗被逗笑了說,「這個想法真不錯」。

奧爾德林登陸過程

奧爾德林到了地面上後,他和阿姆斯特朗將帶有阿波羅11號太空人和美國總統尼克森簽名的紀念牌安裝在了著陸器的腿上,讀出了上面的字,「公元1969年7月,人類從地球首次來到月球,我們為世界和平而來」。

金屬紀念牌

為了讓全世界的觀眾可以觀看他們隨後的活動,阿姆斯特朗將電視攝像機從平台上取下,裝在三腳架上,並架在離登月艙約18米的地方。在離登月艙更近的地方,奧爾德林正在進行太陽風收集器(SWC)實驗——一張薄鋁片將在陽光下暴露77分鐘,以收集太陽風中的離子。

他們接下來的任務是拆下裝在鷹號梯子上的旗幟組裝(裝在一個不鏽鋼外殼內),然後把美國國旗插在距離登月艙6米左右的位置。由於月球的真空環境,旗子不能正常展開,因此設計了在國旗頂部插入一根可伸縮的水平金屬杆。他們並沒有完全伸直國旗,讓旗幟的邊緣有些褶皺,這樣看起來就像在不存在的月球風中揮動。

16毫米相機下兩人插旗

阿姆斯特朗拍下的國旗照片

指令員麥坎德利斯要求兩位太空人站在攝像機前,奧爾德林就在月球重力下嘗試了不同運動。兩分鐘後,阿姆斯特朗和奧爾德林與在白宮中的尼克森進行了交談,美國總統祝賀了他們的歷史性成就。

通話結束後,阿姆斯特朗和奧爾德林繼續執行任務。奧爾德林用腳踢月球表面進行土壤聚集測試,並觀察在這種條件下產生的塵埃,它們與在地球上的表現完全不同。他還要用哈蘇相機拍下鞋印,著陸地點的全景照片,順帶著拍下了幾張阿姆斯特朗收集大樣品的照片。

電視畫面看到的艙外活動

將這些拍下之後,奧爾德林把相機交給阿姆斯特朗,走到了登月艙後面,那裡裝有阿波羅科學實驗設備(EASEP)。EASEP包含兩個實驗裝置,用於監測地震的的設備(PSEP)和雷射測距裝置(LRRR),用於精準測量地球-月球距離。奧爾德林把它們取走,帶到了距離登月艙12米的位置部署了PSEP,阿姆斯特朗負責安置了LRRR。


地震儀PSEP(左)和雷射測距反射器LRRR(右)

此時,他們已經比預計時間晚了30分鐘,但消耗仍在可控範圍內,麥坎德利斯命令他們出艙活動延續15分鐘。他還告訴了兩位太空人,科學家已經激活地震儀,已經接收到了他們腳步的振動。

奧爾德林返回MESA,準備採集兩個岩心樣本。阿姆斯特朗則跑到了西隕石坑55米附近,拍下了一系列全景照片,然後又慢跑到登月艙協助奧爾德林弄出岩心。然後奧爾德林回收了用於收集太陽風的鋁箔板。阿姆斯特朗收集了20塊約5.9千克的岩石樣本。

現在,出艙活動即將結束。阿姆斯特朗和奧爾德林整理好了錄像材料,合上了裝著岩石的箱子。當奧爾德林爬上梯子準備回到登月艙時,阿姆斯特朗又鏟了約6千克的月球土作為了岩石的打包材料。然後,奧爾德林幫助阿姆斯特朗用纜繩把岩石箱搬到了客艙。

就在這時,在放在第一個箱子上的一盒錄像磁帶掉到了地上,阿姆斯特朗撿起來後重新裝在了箱子上。這些附著在磁帶上的灰塵後來導致了一場意外——一名在休斯頓月球接收實驗室的員工在無防護的情況下接觸了來自月球的灰塵。

矽盤

就在阿姆斯特朗登上梯子之前,他提醒奧爾德林他們還要留下一些紀念品。奧爾德林順著艙口把東西扔了出來,包括一塊刻有全世界73位領導人善意問候的矽盤;一張紀念阿波羅1的卡片,阿波羅1號的三位太空人格里森(Virgil I. Grissom)、懷特(Edward H. White)和查菲(Roger B.

Chaffee)因火災犧牲;兩枚蘇聯紀念獎章,一枚是紀念第一名因載人航天事故(聯盟1號)而喪生的科馬洛夫(ВладимирМихайлович Комаров),另一枚是紀念人類第一次登入太空的航天員加加林;還有一根金色的橄欖枝

之後,阿姆斯特朗跳上梯子的第三階,爬進了小屋。兩人在一分鐘之內關閉了艙門並開始對登陸艙進行再加壓,接著取下了生命背包(PLSS),繼續從窗戶拍攝照片,直到用完剩下的磁帶。一切完畢,他們吃了一頓豐盛的晚飯。

阿姆斯特朗和奧爾德林回到登陸艙內

奧爾德林突然意識到在卸下PLSS時,他可能弄壞了升階段發動機的斷路器按鈕,這對於他們第二天的離開至關重要。幸運的是,他們能夠用氈尖筆按下斷路器按鈕。飛行機組運營主任斯雷頓(Donald Kent "Deke" Slayton)呼叫了兩位太空人,「朋友們,這真是偉大的一天。我感覺真的很爽。」阿姆斯特朗回答說,「謝謝,不過你不可能比我們更爽」。奧爾德林附和道,「說對了」。

然後,他們給登月艙減壓,並將他們的PLSS背包和一個裝有月球靴和其他物品的拋棄袋扔出了窗口。這樣做不僅釋放了登陸艙狹小的空間,也減輕了發射重量。由於月球表面的電視攝像機仍在傳輸信號,任務控制中心能夠觀察到這些拋棄物,地震儀也檢測到了撞擊到地面上的振動。阿姆斯特朗評論說,「無處可逃,不是嗎?」

接下來,他們對艙室進行了最後一次增壓。兩位太空人已經21小時沒合眼了,只剩下最後一件事——關掉攝像機。奧爾德林蜷縮在艙內的地板上,而阿姆斯特朗設計了一個吊床,睡在上升階段發動機罩上。

月球上一片寂靜,只是當太空人們睡覺的時候,插在土裡的美國國旗隨著鬆軟的土壤下沉而變了位置。

本文轉載於NASA,50 Years Ago: One Small Step, One Giant Leap

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