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阿波罗计划

阿波罗计划

阿波罗计划（英文：Apollo program，别称：阿波罗工程）是美国航空航天局（美国国家航空航天局）从1961年到1972年组织实施的一系列载人登月飞行任务。阿波罗工程共有6艘飞船成功登月，12位航天员在月面上停留，增进了人类对月球的了解。美国实施载人登月计划主要有四个目的：为美国在太空领域取得卓越地位，探测月球，发展人类在月球环境中工作的能力，满足美国的其他太空利益。

阿波罗计划是20世纪中叶美苏冷战背景下，美苏太空争霸的产物。在与美国的太空竞争中，苏联先后发射人类第一颗人造卫星、第一个月球探测器、第一艘载人飞船，处于领先地位。美国深感这是一个极其严重的政治问题，于是决定实施载人登月，全面赶超苏联。1961年5月25日，时任美国总统约翰·肯尼迪正式宣布启动阿波罗计划。载人登月计划历时11年，在水星计划和双子星座计划的技术铺垫下，美国航空航天局在阿波罗计划实施过程中，先后经历方案选择、实施辅助计划、研制登月火箭和飞船、进行试验飞行等多个重要阶段，最终于1969年7月16日发射的阿波罗11号飞船成功实现载人登月。此后，美国又相继发射了5艘飞船完成登月任务。直到1972年12月19日，阿波罗17号飞船顺利返回地球，标志着该计划全部结束。

阿波罗计划的成功实施，涉及到最重要的两部分设计是：运载火箭和登月飞船。运载火箭是由沃纳·冯·布劳恩及其领导的火箭团队研发设计的土星系列。其中，土星1号和土星1B号火箭，是专门用于获取大型运载火箭的研制经验并进行阿波罗飞船的飞行试验。土星5号运载火箭则作为最终登月的运载工具。登月飞船是由三部分组成的航天器，主要包括指令舱、服务舱和登月舱。指令舱是整个飞船的控制中心，服务舱装有动力系统和电气系统，登月舱用于运载宇航员抵达和离开月球表面。

阿波罗工程耗资255亿美元，约占当年美国GDP的0.57%，在工程高峰时期，参加工程的有2万家企业、200多所大学和80多个科研机构，总人数超过30万人。庞大的工程促进了美国经济的发展，带动了整个科技的发展与工业繁荣。美国航空航天局认为，阿波罗计划应该被视为国际竞争的一个分水岭，它实现了美国赶超苏联的政治目的。

登月背景

人才技术支撑

20世纪二三十年代，德国方面率先展开了液体燃料推进火箭射程和威力方面的研究。与此同时，后来成为阿波罗计划的灵魂人物、土星5号运载火箭设计师沃纳·冯·布劳恩也加入了德国的研究计划。1942年到1943年两年时间，德国先后发展出来A-4火箭和V2火箭，其中V2火箭射程可达297千米。第二次世界大战接近尾声之际，美国和苏联等国纷纷争夺德国火箭项目的研发资料和技术人才。美国带走了包括沃纳·冯·布劳恩在内的大批德国火箭技术专家，以及一部分技术资料和火箭零部件，这为后来的阿波罗计划和美国的太空探索奠定了人才和技术基础。

美苏太空争霸

20世纪中叶美苏冷战如火如荼，两国不仅在政治、军事、外交上交锋，也把“战场”延伸到了太空。1957年10月4日，苏联发射人类卫星一号Sputnik（斯普特尼克）号，震惊世界。然而，当时美国正值艾森豪威尔政府执政时期，其对美国航天项目的发展秉持着相当谨慎的态度。对于苏联发射第一颗人造卫星，艾森豪威尔认为这不会引起美国的安全忧虑。因此，美国政府一直努力控制联邦开支，将重点放在经济建设上，避免与苏联展开太空竞赛。1960年7月，美国航空航天局和工业部门在华盛顿哥伦比亚特区举行的联合会议上，向外界公布了载人登月计划，该计划没有得到总统的支持。1960年11月，NASA要求政府增加载人登月项目的经费，结果计划再次落空，此时距艾森豪威尔卸任已不到3个月。

艾森豪威尔时期的航天政策没得到政界和民众的支持，约翰·肯尼迪等人一直不赞同他的主张。不过，迫于美国社会各界的压力，当时政府也做出了一些妥协，包括实施了“水星计划 ” 在内的部分航天项目。但艾森豪威尔对于美国航空航天局提出的载人登月计划依旧冷淡。后来，随着肯尼迪政府的上台，恰好又遇到1961年4月12日苏联用载人飞船“东方一号”首次将航天员尤里·加加林送入太空的刺激，新政府急切表示，要开启大规模军备竞赛，要实施难度更大的航天行动，以证明美国的科学技术比苏联更先进，阿波罗登月工程就是在这样的背景下出台的。

前期技术铺垫

1958年7月29日，时任美国总统艾森豪威尔签署《美国公共法案85 - 568》，成立了美国航空航天局（美国国家航空航天局）。1959年，以沃纳·冯·布劳恩为首的专家组也划归到NASA名下。在NASA的统一组织下，美国先后展开了一系列太空探索活动，其中包括为阿波罗计划奠定技术基础的水星计划和双子星座计划。NASA成立后，水星计划是美国实施的第一个载人航天计划，该计划开始于1958年10月，结束于1963年5月。期间通过25次飞行试验，帮助美国掌握了载人飞船的设计经验，证明了美国有能力在空间环境中控制飞船。双子星座计划开始于1961年，结束于1966年，该计划是水星计划到阿波罗计划之间过渡计划，与阿波罗计划在时间上存在部分重叠。双子星座计划主要任务是研究、发展载人登月的技术和训练航天员长时间飞行及舱外活动的能力。水星计划和双子星座计划的实施，为阿波罗计划的成功奠定了坚实的技术基础。

登月历程

登月历程主要有：正式启动、确定登月方案、实施为登月飞行做准备的4项辅助计划、研制土星系列运载火箭、研制阿波罗飞船、进行试验飞行，最后实现载人登月。

正式启动

1961年4月13日，即苏联航天员尤里·加加林进入太空的第二天，时任美国总统约翰·肯尼迪召开临时会议，以研究应对苏联的空间技术挑战。随后，时任美国副总统林登·约翰逊于4月22日，召集政府要员商讨载人登月的相关事宜。7天后，约翰逊向肯尼迪提交研究报告，对科技界和政府官员的意见进行了整理说明。5月3日，约翰逊副总统主持了最后一次内部会议，在会议上，民主、共和两党就载人登月达成共识，为肯尼迪政府实施阿波罗计划扫清了政治障碍。同年5月25日，肯尼迪在美国国会发表“国家紧急需要”的特别咨文，在咨文中肯尼迪第一次提出了关于载人登月的计划。约翰·肯尼迪表示，在今后5年内要为这一计划追加70亿到80亿美元，在10年内要把美国人送上月球，并安全返回地球。随后，美国国会以绝大多数口头通过了肯尼迪的国情咨文，这标志着阿波罗计划正式启动。 “阿波罗”是古希腊神话中太阳神的名字，他和塞勒涅阿尔忒弥斯是双胞胎，所以，美国人用“阿波罗”作为登月计划的名字。

方案选择

在1961年5月25日肯尼迪总统正式宣布美国将实施阿波罗登月计划时，参与计划的各方还没有就载人登月方案达成一致。当时，美国航空航天局主要讨论的登月方案有三种，分别是直接登月（DA）、地球轨道对接（EOR）和月球轨道对接（尤里·康德拉图克）。

直接登月的方法是，用运载火箭直接把飞船发送到月球上。在登陆月球时火箭翻转，使其发动机对着月球表面，然后，发动机按照和发射相反的程序令下降停止。离开月球时，再由同一枚火箭把航天员带回地球。这种方案的优点是步骤简洁明了，过程容易控制，缺点是需要研制大推力运载火箭，而且大型火箭实现垂直着陆在技术上也面临很多问题。直接登月方案，当时得到了以美国航空航天局工程师费格特和吉尔鲁斯为首的航天技术专家的支持。

地球轨道对接方案的原理是，发射几枚土星火箭，把大型飞船的几个部分分别发射到地球轨道上，然后对接起来。对接后，飞船利用自身的发动机加速向月球飞去。当靠近月球时，飞船调转方向，启动发动机减速，最后在月面上着陆。当工作完毕后，抛掉这一发动机，载人飞船部分利用上升发动机离开月球返回地球。这种登月方案对于火箭的推力需求相较于直接登月方案较小，但尚不清楚20世纪60年代美国航天轨道会合技术的发展是否允许采用这种登月方案。地球轨道对接方案，当时得到了沃纳·冯·布劳恩和他所领导的马歇尔航天中心的支持。

第三种登月方案是由兰利实验室的霍伯特提出来的月球轨道对接。该方案用运载火箭把飞船复合体发射到月球轨道上，在选好着月点以后，飞船上分离一个小登月舱，宇航员搭乘小登月舱在月面着陆。登月任务完成后，宇航员再次搭乘小登月舱返回轨道上与飞船主体对接。当宇航员回到飞船上后，抛掉登月舱，返回地球。

美国航空航天局技术人员对三种登月方案经过长时间研究、分析和论证后，肯定了月球轨道对接的优点。1962年6月22日，NASA载人航天飞行管理委员会认为，月球轨道对接（尤里·康德拉图克）最有可能在20世纪末实现登月。同年7月11日，在NASA举行的新闻发布会上，时任NASA局长詹姆斯·韦伯(James E. Webb)公布了登月方案，并表示从时间、成本和任务成就的角度来看月球轨道对接登月方案是最理想的。至此，阿波罗计划登月方案尘埃落定。

火箭飞船研制

登月方案确定后，美国开始加紧研制、生产土星系列运载火箭和阿波罗飞船系统。

土星系列火箭的制造比较复杂，主要由波音公司、北美人航空和道格拉斯三个主承包商负责。从1960年10月27日至1965年7月30日，美国前后发射了10枚土星运载火箭，进行任务测试，基本完成了各项任务。土星系列运载火箭主要包括土星1号、土星1B号和土星5号。土星1号和土星1B都是采用两级火箭设计，土星1号起飞推力约680吨，土星1B推力达到了743吨。这两款运载火箭专门用于获取大型运载火箭的研制经验，并进行阿波罗飞船的飞行试验而设计。土星5号采用3级火箭设计，总推力达3408吨，其主要作为最终登月的运载工具。

阿波罗飞船系统的研发制造汇集了诸多大型军火制造商，主承包商是北美航空，飞船登月舱的主承包商是格鲁门。阿波罗飞船总高29米，重约50吨，由指令舱、服务舱和登月舱3部分组成，发射上升段时还有救生塔。指令舱为圆锥形，高3.5米，底部直径3.9米，重约6吨。服务舱是一个高6.4米、直径4米的圆柱体，重约25吨。登月舱质量为14.7吨，直径4.3米，高约7米，由下降级和上升级组成。

1964年5月至1966年1月20日，美国进行了阿波罗飞船的逃逸救生系统测试，试验结果为三次成功一次失败。1966年2月到8月，美国进行了阿波罗飞船的不载人飞行试验，试验全面考察了阿波罗飞船和土星火箭的综合性能，试验结果顺利，证明了设计的可靠性。（关于火箭和飞船的详细内容参见下文[运载火箭]和[登月飞船]章节）

辅助计划

除了阿波罗计划的正式项目以外，美国还制定了大量的登月辅助计划，主要包括4项：徘徊者号探测器计划、勘测者号探测器计划、月球轨道环行器计划和双子星座飞船计划。

徘徊者号探测器计划开始于1961，结束于1965年，期间共发射9个探测器，在不同的月球轨道上拍摄月球表面照片1.8万张，以了解飞船在月面着陆的可能性。但探测器曾多次发射失败。

勘测者号探测器计划开始于1965年，结束于1968年，期间共发射7个探测器，其中5个在月球表面成功软着陆，发回8.6万张月面照片，对月球土壤进行分析，测出了精确的地月距离。

月球轨道环行器计划开始于1966年，结束于1967年，期间共发射5个绕月飞行的探测器，其中1、2、3号在围绕月球“赤道”的低轨道上飞行，对40多个预选着陆区拍摄高分辨率照片，获得1000多张小比例尺高清晰度的月面照片，据此选出约10个预计的登月点。4、5号探测器在绕月球极轨道上飞行，拍摄更大面积的月球表面照片，并监视近月空间的微流星体和电离辐射。

双子星座飞船计划开始于1965年，结束于1966年，期间发射了10艘各载2名航天员的飞船，进行医学、生物学研究和操纵飞船机动飞行、对接和进行舱外活动的训练。

实验飞行

1966年至1968年，美国发射阿波罗飞船共进行了6次不载人飞行试验，在近地轨道上鉴定飞船的指挥舱、服务舱和登月舱，考验登月舱的动力装置。1968至1969年，美国发射了阿波罗7、8、9号飞船，进行载人飞行试验。主要作环绕地球、月球飞行和登月舱脱离环月轨道的降落模拟试验、轨道机动飞行和模拟会合、模拟登月舱与指挥舱的分离和对接。按登月所需时间进行了持续11天的飞行，检验飞船的可靠性。1969年5月18日，实施载人登月实验的最后一艘飞船阿波罗10号成功发射，阿波罗10号飞船进行了登月全过程的演练飞行，绕月飞行31圈，两名宇航员乘登月舱下降到离月面15.2公里的高度。执行阿波罗10号飞船的两名宇航员托马斯·斯塔福德和尤金·塞尔南在太空顺利完成任务，为阿波罗11号登月成功，奠定了基础。

实现登月

1969年7月16日，阿波罗11号飞船发射成功。搭载尼尔·阿姆斯特朗、巴兹·奥尔德林和柯林斯3名航天员的登月舱于20日在月面静海区着陆。3名宇航员先后走出登月舱，踏足月面。阿波罗11号飞船登月舱在月面停留了21小时，共采集了超过21千克的月球样品，于24日返回地球。此后，又有阿波罗12号、14号、15号、16号、17号，共５艘飞船成功完成登月任务。在六次登月中，航天员总计在月面上停留了约300小时，共采集了385千克的岩石和土壤标本。阿波罗12号从环月轨道上将登月舱上升段射向月面，进行了人工“陨星”撞击试验，引起月震达55分钟。阿波罗15号和16号在环月轨道上各发射出1颗月球卫星。阿波罗15号、16号和17号的航天员还驾驶月球车，在月面活动和采集岩石。

历次任务

从1966年起，阿波罗飞船共发射了17艘：阿波罗1号至3号为试验用的模拟飞船；阿波罗4号至6号为无人飞船；阿波罗7号至10号为绕地球或月球轨道的载人飞船；阿波罗11号至17号为载人登月飞船。

运载火箭

土星系列运载火箭是美国航空航天局（NASA）专为阿波罗计划而研制的火箭，主要包括土星1号、土星1B号和土星5号。研制土星1号和土星1B号，是专门用于获取大型运载火箭的研制经验并进行阿波罗飞船的飞行试验。土星5号运载火箭则作为最终登月的运载工具。

土星1号

基本设计

土星1号运载火箭是执行阿波罗计划的第一个型号，用于阿波罗计划早期地球轨道飞行试验。土星1号全长38.5米（不包括有效载荷），直径6.55米，起飞重量约508吨，起飞推力约680吨。该型火箭采用两级设计，火箭第一级S-1长24.4米，它是一个由八台推力为85吨的H-1火箭发动机组成的推进器，推进剂为液态氧和煤油。第二级S-4用6台RL-10液氧液氢发动机，每台推力约6.8吨。第二级上面是过渡段，内装制导和控制系统。

性能数据

发射情况

土星1B号

基本设计

土星1B为土星1的改进型，用于不载人或载人阿波罗飞船地球轨道飞行试验。土星1B全长约为43米(不包括阿波罗飞船)，直径为6.6米，起飞质量589吨，起飞推力743吨。土星1B由两级火箭和一个仪器舱组成。火箭一级为S-1B，二级为S-4B。一级S-1B的主要结构部件有：推进剂贮箱、蛛网结构、尾段和尾翼。主要系统有：推进系统、液压系统、电气系统、测量和遥测系统、环境调节系统等。二级S-4B级全长18米，直径6.6米，内装一台J-2发动机，采用氢气、液态氧作推进剂，推力为1001.3千牛。主要结构部件包括外加桁前短壳，共底贮箱，外桁式推力锥壳，外加桁后短壳和级间段。

性能数据

发射情况

土星5号

基本设计

土星5号由沃纳·冯·布劳恩及其领导的德国火箭团队研发设计，主要的承包商包括波音公司公司、北美航空公司、道格拉斯飞机公司以及IBM。土星5号运载火箭高110.6米，起飞重量3038.5吨，总推力达3408吨，月球轨道运载能力45吨，近地轨道运载能力118吨。土星5号采用三级设计，由第一级S-1C、第二级S2、第三级S-4B、仪器舱和有效载荷组成。第一级S-1C长42米，直径10米，到尾段底部直径增大到13米。尾段上装有4个稳定尾翼，翼展约18米。一级火箭采用5台F-1发动机，推进剂为液态氧和煤油，2个10米直径的铝制推进剂贮箱用桁条和隔框加强。第二级S-2长25米，直径10米，采用液氧液氢推进剂，共用5台J-2发动机。第三级S-4B长18.8米，直径6.6米，1台J-2发动机，推进剂为液氧氢气。

性能数据

发射情况

登月飞船

总体设计

阿波罗飞船是人类发射的第一个登月飞船，该型飞船总高29米，重约50吨，由指令舱、服务舱和登月舱3部分组成。指令舱是整个飞船的控制中心，是航天员工作和生活的场所。同时，指令舱也是飞船唯一能够穿过地球大气层返回地球的部件；服务舱装有一个火箭发动机、姿控和电气系统。宇航员点燃主发动机后，阿波罗飞船开始绕月飞行。宇航员再次点火时，可使飞船脱离月球轨道返回地球；登月舱由下降级和上升级组成，可携带两名宇航员抵达月球表面，并可从月球上再次发射与指挥舱对接。此外，在组装运载火箭时，多附加了发射逃逸系统（LES）和飞船/登月舱接合器（SLA）两个部件在飞船上。发射逃逸系统（LES）只在发射时出现紧急状况时使用，飞船/登月舱接合器（SLA），则是用来装载登月舱并将指令/服务舱与运载火箭相连。

分系统设计

指令舱

阿波罗飞船指令舱为圆锥形，高10英尺7英寸（约3.5米），底部直径为12英尺10英寸（约3.9米），重13000 磅（约6吨），舱内充以34.3千帕的纯氧，温度保持在21～24°C。指令舱分为前舱、航天员舱和后舱。前舱主要用于放置着陆部件、回收设备和姿态控制发动机等；航天员舱为密封舱，存有供航天员生活14天的必需品和救生设备；后舱装有10台姿态控制发动机、各种仪器和贮箱，还有姿态控制、制导导航及船载计算机和无线电分系统等。指令舱的中央并排放着指令长、驾驶员和飞行工程师等3名航天员的座椅，飞船发射和返回地面时，3名航天员躺在椅子上，其余时间航天员可离座活动。

服务舱

阿波罗飞船服务舱高24英尺2英寸（约6.4米）、直径12英尺10英寸（约4米），重54000磅（约25吨），里面装有变轨推进剂和主发动机、3副氢氧燃料电池等，其中变轨主发动机推力达95.6千牛，能把飞船从月球轨道送回地面。服务舱的前端与指令舱对接，后端有推进系统主发动机喷管。该舱又分6个隔舱，分别容纳主发动机、姿态控制系统等，其中姿态控制系统由16台小火箭发动机组成。它们还用于飞船与第3级火箭分离、登月舱与指令舱对接和指令舱与服务舱分离等。

登月舱

阿波罗系列飞船登月舱的重量、宽度和高度不相同，15号到17号飞船登月舱的重量在36000磅左右（约16吨），11号到14号飞船登月舱的重量在33000磅左右（约14吨）。阿波罗9号到17号飞船登月舱宽31英尺（约9.5米），高22英尺（约7米）。飞船整体结构由下降级和上升级组成。下降级由着陆发动机、4条着陆腿和4个仪器舱组成，主要用于从月球轨道降落到月面，可以把2名航天员送到月球上。上升级由航天员座舱、返回发动机、推进剂贮箱、仪器舱和控制系统组成，是登月舱的主体。在登月过程中，2名航天员在登月舱生活和工作，完成任务后航天员乘上升级返回环月轨道与指令舱会合。此外，登月舱的航天员座舱具有导航、控制、通信、生命保障和电源等设备。

航天员

科研样本

月球岩石年龄：1969年至1972年间，美国航空航天局执行的6次登月任务带回了大量岩石样本，总重超过380千克。过去50多年，美国陆续向全世界145名来自不同领域的科学家，以及136个国家或地区寄送了月球岩石的样本。前人研究认为，遍布撞击坑的月球表面应该非常古老，科学家通过对月岩样本的分析，证实了这一点。地球化学家深入分析了月球岩石样本中的同位素组成，结果表明，来自月球的样品要比大多数地球上的岩石更古老，年龄在30亿到45亿年之间。

月球起源理论：阿波罗15号带回的样品15415，被称作“起源石”，它帮助科学家们提出了关于月球起源的重要理论。在描述月球起源的理论中，目前，最受欢迎的一种理论被称为大碰撞假说。这种假说基于阿波罗计划期间收集到的月岩证据，认为大约在45亿年前，一颗与火星差不多大的行星——“忒伊亚”（Theia）撞击了地球，导致自身碎裂并使部分地壳和地幔被喷射到太空中。最终，被喷射的物质和“忒伊亚”的残余物混合在一起，聚合成了一颗星体，在冷却后形成了今天的月球。

登月争议

阿波罗计划促使人类的脚步首次踏入到了月球表面，但至今仍存在美国登月造假的质疑。

影响

经济

美国蔡司公司（zeiss）提交的报告指出，阿波罗计划使美国经济增长率提高了2%，物价指数下降了2%，创造了80万个就业指标。美国1958年的国民收入为4062亿美元，1968年则达到8640亿美元，1970年又增至9046亿美元，10年间翻了一番，这也是阿波罗计划刺激的结果。

科技

阿波罗计划历时约11年，到1972年12月第6次登月成功结束，共耗资255亿美元。在工程高峰时期，参加工程的有2万家企业、200多所大学和80多个科研机构，总人数超过30万。阿波罗计划促进了多个领域的技术进步，催生了液体燃料火箭、微波雷达、无线电制导、合成材料、计算机、无线通讯等一大批高科技工业群体，带动了美国整个科技的发展与工业繁荣。其二次开发应用的效益，远远超过阿波罗计划本身所带来的直接经济、社会效益。IBM、惠普、微软、Sun、AT\u0026T和高通等美国商业公司都是或多或少受此恩惠而发展起来的；而波音和通用电气等公司则直接受益于航天科技的发展。

民用

信用卡刷卡机所使用的软件，其前身是为管理轨道舱内一系列复杂系统而设计的软件；大众购物计价用的条形码，最初是美国为控制阿波罗计划的组件而发明的；重症监护病房是应阿波罗计划对登月航天员进行健康检测的需要而诞生的；阿波罗计划中，为了让航天员吃上含有蔬菜的航天食品，就研制出脱水菜，现在广泛应用于速食快餐面中；运动鞋领域的“空吹塑成型”制造技术也源于阿波罗计划中航天服的制作技术。

总体评价

美国航空航天局NASA表示，阿波罗计划，特别是阿波罗11号的飞行，应该被视为国际竞争的一个分水岭，它展示了美国在航天技术上全面超越对手的能力。阿波罗计划耗资巨大，只有巴拿马运河的建设可以与之相媲美。同时，它所产生的影响力也只有曼哈顿计划（世界首枚原子弹制造工程）才可以相比拟。关于阿波罗计划有几个重要的遗产（或结论），首先，阿波罗计划成功地实现了美国的政治目标，在冷战危机下，全面超越苏联。其次，阿波罗计划是管理层在满足极其困难的系统工程、技术和组织集成要求方面的胜利。在实施阿波罗计划后的七年里，美国航空航天局采用了集中权力、强调系统工程的“项目管理”理念，成为了促使登月计划走向成功的关键因素。最后，阿波罗计划迫使世界人民以新的方式看待地球。

国防科工局认为，阿波罗计划为美国赢得了空间竞赛。阿波罗计划是冷战时期美苏冷战的产物，美国实现载人登月后，美苏月球竞赛胜负分晓，美国成为赢家，阿波罗计划为美国带来了巨大的政治利益，它的圆满成功显示了美国技术和经济方面的能力，也成为美国力量的象征。