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深度科普:月球上没有火箭,宇航员是如何返回地球的?

IP属地 北京 编辑:顾雨柔 宇宙时空 时间:2025-06-12 17:31:28

1969 年美国阿波罗 11 号成功将阿姆斯特朗与奥尔德林送上月球表面,“人类的一小步,世界的一大步” 的话语响彻全球,后续又有多艘阿波罗飞船成功登月 。

但令人好奇的是,月球上既没有像地球一样配备推力强劲的火箭,也没有高耸的发射塔,宇航员究竟是如何从月球返回地球的呢?

回溯宇航员从地球奔赴月球的历程,土星五号运载火箭,扮演着不可或缺的关键角色。这枚庞然大物承载着人类的梦想与期待,向着浩渺宇宙奋力进发。

土星五号高达 110.6 米,最大直径 10.1 米 ,总重量约 2970 吨,近地轨道运力达 140 吨,地月转移轨道极限运力为 48.6 吨,第一级总推力更是达到惊人的 3510 吨,它以雷霆万钧之势,将装载着宇航员的飞船成功送入太空,并助力其踏上前往月球的漫漫征途。

在 1969 年 7 月 16 日,阿波罗 11 号搭乘着土星五号运载火箭,从美国肯尼迪航天中心发射升空。升空 3 分钟后,一级火箭顺利分离,紧接着二级火箭点火继续助推;约 9 分钟后,二级火箭分离,三级火箭点燃;大约 12 分钟后,飞船速度达到 7.9 千米每秒,成功进入地球轨道。

随后,第三级子火箭再次点火,将飞船加速到每秒 10.5 千米,使其进入地月转移轨道 。在这个过程中,土星五号凭借强大的推力,克服地球引力,为飞船提供了逃离地球引力场所需的速度和能量,完成了从地球到月球的 “摆渡” 任务。

然而,与从地球发射时的壮观场景相比,从月球返回时的情况却截然不同,没有了像土星五号这样的强大火箭,宇航员返回地球的方式显得更加独特和巧妙。

要解答宇航员从月球返回地球的谜题,首先需了解一个关键因素 —— 星球的逃逸速度。逃逸速度与星球的引力紧密相关,引力越强,逃逸速度越高,逃离星球所需的能量和速度也就越大 。

月球,作为地球唯一的天然卫星,其引力仅为地球的六分之一。

根据万有引力定律,引力大小与物体质量成正比,与物体间距离的平方成反比。月球质量约为 7.349×10²² 千克,远远小于地球的 5.97237×10²⁴千克 ,这就使得月球表面的引力场相对较弱。

在这种低引力的作用下,月球的逃逸速度只有 2.4 千米每秒 ,与地球的逃逸速度 7.9 千米每秒相比,差距显著。

这一特性成为宇航员从月球返回地球的重要 “突破口”,因为较低的逃逸速度意味着,宇航员返回时所需克服引力的能量和速度要求相对较低,无需像从地球发射那样,依赖超大型的运载火箭来提供巨大推力。 这就好比在一场艰难的攀爬比赛中,地球是一座高耸入云、坡度陡峭的山峰,而月球则是一座相对低矮、坡度平缓的小山丘,从月球 “下山” 显然要容易得多。

较低的逃逸速度和引力,为宇航员从月球返回地球提供了更为可行的条件,也为后续独特的返回方式奠定了基础。

完成从地球到月球的旅程,宇航员所乘坐的登月飞船可谓是 “幕后英雄”,它主要由指令舱、服务舱和登月舱这三个关键部分组成 ,每一部分都肩负着独特而重要的使命,共同助力宇航员完成这场惊心动魄的太空之旅。

指令舱,是整个任务的核心控制中枢和宇航员在太空飞行时的主要生活与工作区域 。它内部配备了各种先进的通信、导航、控制和生命保障系统,宛如飞船的 “大脑” 和 “心脏”,保障着宇航员与地球之间的实时通信,精准引导飞船的飞行轨迹,并为宇航员创造安全舒适的生存环境 。在整个任务过程中,指令舱始终陪伴着宇航员,从地球发射升空,到进入月球轨道,再到最后返回地球,它都是宇航员的坚实依靠。

服务舱,则如同一位默默奉献的 “后勤保障官”,为飞船提供持续的动力支持和关键资源 。它装载着主发动机、推进剂以及各种能源设备,主发动机负责在飞船进入和离开月球轨道时提供强大的推力,确保飞船能够准确地抵达预定位置 。同时,服务舱还配备了燃料槽,储存着供宇航员呼吸的氧气,以及用于产生水供饮用和环境控制的反应物 ,为飞船的正常运行和宇航员的生存提供了不可或缺的物质基础。

登月舱,堪称是专为月球表面任务精心打造的 “特种车辆” 。它的主要职责是将宇航员安全地从月球轨道运送到月球表面,并在宇航员完成任务后,作为他们返回月球轨道的 “发射平台” 。

登月舱又细分为上升段和下降段,下降段在着陆月球时发挥关键作用,它配备了着陆腿和缓冲装置,能够在月球表面平稳着陆 ,为上升段的后续任务提供稳定的支撑。而上升段则搭载着宇航员和重要的设备物资,在任务结束后,从月球表面发射升空,与在月球轨道等待的指令舱成功对接 。

当宇航员在月球表面完成一系列科学考察、样本采集等重要任务后,便迎来了返回地球的关键环节 —— 登月舱上升段与下降段的分离 。此时,原本紧密相连的登月舱,就像即将各奔前程的伙伴,准备开启各自不同的命运之旅。

下降段,这个曾助力宇航员平稳登陆月球的 “功臣”,在这一刻发挥着至关重要的 “发射架” 作用 。它稳稳地扎根在月球表面,坚实的结构为上升段的发射提供了稳定的支撑。其配备的发动机全力启动,喷射出炽热的火焰,产生强大的推力,推动上升段逐渐脱离月球表面 。在这个过程中,下降段就像一位默默奉献的 “幕后英雄”,虽然无法跟随宇航员一同返回,但它所提供的初始推力和稳定支撑,是上升段成功起飞的关键因素 。

随着上升段缓缓上升,下降段则永久地留在了月球表面,成为人类探索月球历史的一座 “丰碑”,也为月球增添了一份独特的 “人类印记”。

随着登月舱上升段成功脱离月球表面,它便朝着绕月轨道上等待的指令舱飞去,这一过程犹如一场在浩瀚宇宙中的 “太空约会” ,充满了挑战与未知。上升段凭借其先进的导航系统,如同一位精准的舞者,在茫茫宇宙中找准方向,向着指令舱靠近 。当两者逐渐接近时,对接系统开始发挥关键作用,通过精密的传感器和控制系统,确保上升段与指令舱能够准确无误地对接在一起 。对接成功的那一刻,就像是失散的伙伴终于重逢,为宇航员的返程之旅迈出了重要一步 。

会合之后,上升段的使命宣告完成,它就像一位完成任务的勇士,被 “抛弃” 在了绕月轨道上 。而此时,指令舱成为了宇航员返回地球的 “终极座驾” 。宇航员们小心翼翼地从上升段转移到指令舱内,将珍贵的月球样本妥善安置好 。指令舱与服务舱紧密协作,服务舱的主发动机再次启动,为飞船提供强大的推力,使其逐渐脱离绕月轨道,踏上返回地球的漫长征程 。

在返回途中,服务舱持续为指令舱提供能源和各种支持,确保宇航员能够安全舒适地度过这段旅程 。指令舱则凭借其先进的通信和导航系统,与地球保持密切联系,随时向地球汇报飞船的飞行状态 。

当飞船接近地球时,服务舱完成了它的使命,与指令舱分离 。指令舱独自穿越地球大气层,在一系列复杂的减速和降落操作后,最终安全降落在预定地点 ,完成了这场惊心动魄的太空探索之旅 。

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