太空历史

60 年前:美国国家航空航天局决定采用月球轨道交会技术登月。

1961 年 5 月,美国总统约翰·菲茨杰拉德·肯尼迪立下了在十年之内将人类送上月球并安全送回的国家目标。美国国家航空航天局的工作人员需要挑选出能够在给定的时间范围内到达月球的技术。他们有三种选择:第一种选择涉及到从地球直飞月球,再将大型航天器降落在月球上,然后用它回家;第二种选择设想在大型航天器降落月球之前将其组装在地球轨道上;第三种选择提议使用小型月球着陆器,在返回地球之前,该着陆器将在月球轨道上与主飞船会合。每个选项都有优点和缺点,以及一定程度的风险。

1962年执行登月任务的三种选择的示意图。

1962 年执行登月任务的三种选择的示意图。

直接上升技术( DA )涉及将整个满载燃料的火箭级和载有机组人员船舱降落在月球表面,并使用该级返回地球。要在月球上降落这么大质量的物体,需要一枚名为 Nova 的巨型火箭,其升空推力约为 1200 万磅,几乎是土星五号火箭可容重量的两倍,并且需要开发相关技术将这种规模的航天器降落在月球上。虽然一些工程师支持这种方法,但大多数人认为开发新火箭和技术所需要的时间太长,无法在肯尼迪总统要求的时间内登月。

1962 年直接登月任务所需要的两枚土星级火箭和一个概念上的新星助推器的插图 。

1962 年直接登月任务所需要的两枚土星级火箭和一个概念上的新星助推器的插图 。

第二种方法,地球轨道交会技术( EOR ),也涉及在月球上着陆大型航天器,但其组件,如阿波罗航天器和大型燃料箱,将会在地球轨道上组装,而不是用单个火箭发射。许多工程师赞成这种方法,因为它不需要开发超级火箭,尽管组件的组装依赖于未经试验的轨道交会技术和多次发射当时未经试验的土星火箭。一些人设想组件的组装可以在地球轨道空间站进行,尽管组件的开发增加了经费和时间成本,甚至可能无法在最后期限内完成。 EOR 的缺点包括,如果其中一枚火箭无法进入轨道,整体任务失败的可能性更大,以及一枚非常大的火箭降落在月球表面。

直接上升与月球轨道交会技术所需月球着陆器的大小比较。

直接上升与月球轨道交会技术所需月球着陆器的大小比较。

月球轨道交会技术( LOR )的主要特点是使用小型月球着陆器将两名宇航员带到月球表面。在他们的探索完成后,他们将回到指挥舱与留在月球轨道上的第三名宇航员会合。 LOR 的主要优势是使用一枚土星 V 型火箭,无需在地球轨道上组装大型航天器,以及在月球上降落的质量要小得多。但 LOR 还有一个额外的风险,那就是在 24 万英里以外陌生的月球轨道上进行交会,而不是在地球附近。失败的会合将会把宇航员困在离家很远的地方,无法得到救援。

位于弗吉尼亚州汉普顿的 NASA 兰利研究中心工程师 John C. Houbolt 解释了月球轨道交会技术。

位于弗吉尼亚州汉普顿的 NASA 兰利研究中心工程师 John C. Houbolt 解释了月球轨道交会技术。

美国国家航空航天局马歇尔太空飞行中心主任沃纳·冯·布劳恩最初支持 EOR 方法,因为这将使他能够建造他一直梦寐以求的地球轨道空间站。美国国家航空航天局位于弗吉尼亚州汉普顿的兰利研究中心的许多工程师,包括太空任务小组( STG )的主任罗伯特·R·吉尔鲁斯( Robert R. Gilruth ),最初也倾向于 EOR ,因为认为月球轨道交会风险太大。但兰利的航空工程师约翰·C·霍博尔特( John C. Houbolt )虽然最初没有想到 LOR 的想法,但他却抓住一切可能的机会支持它。1962 年 6 月 22 日,美国国家航空航天局载人航天飞行管理委员会(由霍姆斯担任主席,并由总部和各战场中心的美国国家航空航天局高级领导人员组成)决定, LOR 在本十年结束前实现月球着陆的机会最大。 1962 年 7 月 11 日,美国国家航空航天局的高层决定使用月球轨道会合进行阿波罗登月计划。在当天的新闻发布会上, NASA 局长詹姆斯·E·韦伯( James E. Webb )宣布了这一决定,称 LOR “从时间、成本和任务成就的角度来看是最理想的”。

美国宇航局局长詹姆斯·E·韦伯(左),副局长罗伯特·C·希曼斯, 载人航天飞行办公室( OMSF )主任 D. Brainerd Holmes 和 OMSF 主任 系统工程 Joseph F. Shea 在 1962 年 7 月 11 日的新闻发布会上宣布 美国国家航空航天局选择月球轨道交会作为阿波罗登月的方法。

美国宇航局局长詹姆斯·E·韦伯(左),副局长罗伯特·C·希曼斯, 载人航天飞行办公室( OMSF )主任 D. Brainerd Holmes 和 OMSF 主任 系统工程 Joseph F. Shea 在 1962 年 7 月 11 日的新闻发布会上宣布 美国国家航空航天局选择月球轨道交会作为阿波罗登月的方法。

在宣布这一消息 7 年零 5 天后,阿波罗 11 号从美国国家航空航天局位于佛罗里达州的肯尼迪航天中心升空,使用 LOR 技术实现了人类首次登月。虽然霍博尔特在 1963 年就从美国国家航空航天局退休了,但冯·布劳恩还是邀请他在 MSC 任务控制中心的游客画廊观看了第一次登月。随后的五次阿波罗登月都使用 LOR ,最后的是 1972 年的阿波罗 17 号。虽然苏联在 20 世纪 60 年代和 70 年代因 N-1 火箭的失败而没有实现人类登月,但他们的计划也设想使用 LOR 。

当阿尔忒弥斯 3 号将第一位女性和第一位有色人种送上月球时,该任务也将使用 LOR 来完成其目标,月球着陆器将在 Gateway 月球前哨站接近直线的光环月球轨道上等待他们。


参考文献:

[1]60 years ago: NASA Decides on Lunar Orbit Rendezvous for Moon Landing | NASA

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