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2019-08-20 05:39 来源:中原网

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他们坐上东拼西凑的飞船,飞向月球

2019-08-20 12:07:44 来源: 看客 举报
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“土科技”上月球



“土科技”上月球


本文系网易看客栏目(公众号:pic163)出品。


电影《星际穿越》里,物理学家Rom在旅途中倍感焦虑。

“这太恐怖了,我们置身于几毫米厚的铝板里,除此之外什么都没有。在太空里,我们可能瞬间没命。”

50年前,阿波罗登月计划里的三个宇航员,大概也是这么想的。



阿波罗11号的三位宇航员:指令长尼尔·阿姆斯特朗、指令舱驾驶员迈克尔·科林斯和登月舱驾驶员巴兹·奥尔德林。图源:NASA


事实上,在那个年代,“月球漫步”还是一个异想天开的计划。


没有电影里的殿堂级科技,更多的是缝缝补补又一年的智慧与发明。

彼时,宇航员们几乎是一边飞一边修才到达月球,并活着回来。

那是一个奇迹的时代,那是一个创作的时代,那是一个粗糙的时代。



阿波罗17号宇航员吉恩·塞尔南在月球上探索。图源:NASA



他把美国人送上了天


1958年,美国开始了第一个载人航天工程 —— “水星计划”,目标是将人类送入太空。

想要上天,先造火箭。

于是,火箭专家冯·布劳恩,成了美国登月故事里绕不过去的一个名字。

出于尊敬,我们称他为冯老爷子。



韦纳·马格努斯·马克西米利安·冯·布劳恩男爵,2019-08-20-2019-08-20


1912年,冯老爷子出生在普鲁士的一个贵族家庭。从少年时起,他就展示出了自己对火箭的浓厚兴趣。

阅读了大量火箭相关的书籍后,年幼的小冯跃跃欲试,跑去商店买了六根超大号二踢脚,绑在滑板上,然后点燃了它们。

BOOM,滑板车飞向了远方。


小冯的太空梦想,也随之腾空而起。

当然,小冯的父亲非常生气,转头就把儿子给关了禁闭 —— 他怎么也不会想到,这个熊孩子会在三十几年后,会为全人类的太空野望,点燃一支更大的爆竹。



多年后,冯老爷子制造出了目前使用过的最高、最重、推力最强的运载火箭 —— 土星五号。


1937年,冯老爷子博士毕业了,他选择为自己的母国 —— 当时的纳粹德国工作。

作为技术专家,他领导了德国的“复仇使者”V2火箭的研制工作,被誉为德国导弹之父。



二战期间,纳粹德国共制造了6000枚V2火箭,给盟军带来了惨重的伤亡。


俗话说得好,科学无国界。

纳粹德国战败后,冯老爷子为了自己的火箭事业不受耽搁,毅然决定投降美军。

然而,穷途末路的纳粹党人为了不让这些“聪明的脑袋”落到盟军手里,决定将这批科学家集体处决。

为此,冯老爷子不得不派出自己的弟弟,向附近的美军求救。

2019-08-20,冯老爷子的弟弟和美军第44步兵师顺利接上了头,他用蹩脚的英语说:

“我是冯·布劳恩,我的哥哥发明了V2火箭,我们要投降。”



冯布劳恩带着400名纳粹科学家和数百名技术工人向盟军投降,被俘时,手上还打着石膏。


投奔美国后,冯老爷子担任NASA空间研究开发项目的主设计师。


经他指点,美国屡战屡败的火箭试验终于有了起色。

他为“水星计划”研制出了红石火箭,并顺利将一只名叫“哈姆”的黑猩猩送上太空,实现了首次太空测试飞行。

美国随后就开始了紧锣密鼓地载人发射。

当年的宇航服还是毫无科技感的反光银色,宇航员们仿佛一群做了锡纸烫的蹦迪男孩。



水星计划七人组。


但事实上,这七名宇航员,可以说是当时世界上最勇敢的人了。

他们都非常清楚自己的使命:坐在一枚弹道导弹的顶端,然后被发射到太空。

最后,除了因测试意外而去世的Gus Grissom和因健康原因未能加入的Deke Slayton外,其余五名宇航员都完成了自己的任务:

飞向天空,然后活着回来。



水星计划弹道舱剖面的设计演示图


然而,在激烈的太空竞争中,美国还是落后了一步 —— 在水星计划成功的前一年,苏联早已抢先把航天员尤里·加加林送进了太空。

不久后,不甘示弱的肯尼迪宣布支持“阿波罗计划”,将目光投向了月球。

他在莱斯大学发表了著名的演说《We Choose to Go to the Moon》——

“我们选择登上月球。我们选择在这10年间登上月球,并实现更多梦想,并非因为它们轻而易举,而是因为困难重重。”



1965年,NASA启动了双子星计划,证明人类可以在微重力环境中长时间生存。此时的航空服终于不那么像地摊货了。


人类历史上最具想象力的太空计划由此展开。这个计划最终被命名为“阿波罗”,即希腊神话中的太阳神。

“阿波罗驾驶他的战车飞越天际,正如我们将使载人登月飞船掠过太空。”



东拼西凑的登月梦


领导吹过的牛逼,需要下属卖命完成。

虽然肯尼迪凭借登月的承诺成功当选总统,但他并未真正了解现实中的真正困境 ——

按照冯老爷子的愿景,要实现阿波罗计划,需要制造一个高度超过30层楼的火箭,将三个人类送上天空。

正如苏联解体后,马卡洛夫为“瓦良格”号的命运发出的悲叹:

“为了将舰完工,我们需要什么?”

“苏联、党中央、国家计划委员会、军事工业委员会和九个国防工业部、600个相关专业、8000家配套厂家,总而言之,我们需要一个伟大的国家。”



肯尼迪航天中心的飞船总装车间里的土星五号火箭。


仅靠冯老爷子的团队,显然是无法造出大火箭的,还需要NASA的全力支持,以及高达65亿美元的政府拨款。

为此,美国启动了全球最大规模的承包活动。

一级火箭由波音公司建造,二级火箭分包给了北美航空,三级火箭被道格拉斯飞行器公司拿下。

在这三大承包商下,各自又有几千家分包公司,巅峰时期雇员超过40万人,遍布美国本土。

整个土星五号约由300多万个零件,70多个万个组件构成,可以说是当时最复杂的人造机械。

当时,整个美国都沉浸在大炼火箭的气氛中,一派喜气祥和。


火箭组装工人在作业。



然而,做事喜欢亲力亲为的冯老爷子,却怎么也高兴不起来。在他眼中,这些承包商就跟当年玩二踢脚的自己一样熊。

为此,他带着团队把造好的火箭全部拆开,以确保每个零件都在它们应该在的位置上。

时任NASA局长的詹姆斯·韦伯实在看不下去,找到冯老爷子说,你得相信业界,不要再把火箭拆开了。

还没等韦伯说完,冯老爷子从口袋里掏出一条毛巾:

“你看,我在火箭里发现了这玩意儿。”



冯·布劳恩站在土星五号火箭所用的F-1火箭发动机前留影。


最终,在千千万万名一线工人、工程师和科学家的努力,和冯老爷子锲而不舍地挑毛病下,土星五号火箭发射成功率达到100%。

解决运载问题后,下一步就是将飞船导向正确的航向。

业界大哥IBM铁肩担道义,承包了阿波罗计划的全部计算机。

IBM研造的“Saturn数字计算机”,可视为土星五号火箭的大脑。

这台计算机每秒可以发布25次信号,确保火箭在发射过程中保持正确的路线。

同时还负责发射前的检查、推进器的导向以及有效载荷射入月球轨道。



2019-08-20,冯·布劳恩在马歇尔太空飞行中心的天文学实验室检查土星计算机。


虽然这台设备的性能还不及现在的一台智能手机,但在当时可是逆天级别的产品。


除了收集信息外,它还会以速记的形式将信息记录并翻译成阿波罗项目组成员可以读懂的信息。

有了计算机,还需要“编写程序”才能使用。

而当时的程序,也确实是“编”出来的。

“程序”要写在存储器中,当时的阿波罗计划组选择了磁环电缆作为材料。

这种存储器是一个由很多磁环构成的阵列,电缆从阵列中穿过 —— 线没有穿过磁环代表“0”,穿过磁环代表“1”。


最终以二进制机器码的方式保存软件信息。



阿波罗计划组有三个选择,打孔纸带,磁带和磁环电缆。显然,在太空恶劣的环境中,磁环电缆最靠谱。


编写这样一个程序不但费脑,还是个手艺活儿。

于是,阿波罗项目组雇佣了大量经验丰富的纺织厂女工,用一种类似纺车的设备和一种特制的编织针,一位一位的把整个程序织进存储器中。



成品就是酱紫的。


阿波罗飞船用到的整个软件系统大小约为60万位,大小约为0.07MB,全部以手工编织的方式完成。

只要其中一位出错,宇航员们可能就会飞向太阳,而不是月球。

幸运的是,这个纯手工打造的运行系统,成功地将阿波罗计划的12名宇航员送到月球,又成功地将他们带回了家。

正如软件中嵌入的最后一行文字 —— “宇航员:现在你已经成功着陆月球。”



阿波罗计划中的另一项土味发明,是月球车车轮,由大量的钢琴弦编织而成,即能减重,又能保证摩擦力,行驶时可以漏掉月表细碎的砂质土壤。



“开着洗衣机,横渡太平洋”


美国人曾经这样调侃阿波罗计划,开着洗衣机,横渡太平洋。

这丝毫没有夸张,阿波罗11号登月的成功,本身就是一个奇迹。

2019-08-209时32分,阿波罗11号于肯尼迪航天中心发射升空。


7月20日18时11分,进入月球轨道。

三名宇航员辨认出了计划中的登月点,随后登月舱从指挥舱分离,朝着月球进发。

科林斯留在指挥舱中,假如登月舱在执行任务期间不幸发生意外(可能性极大),他将独自返回地球。



为科林斯在指令舱拍摄的画面。图源:NASA


登月舱缓缓下降,然而就在准备着陆的瞬间,意外来临。

计算机突然亮起了一个代表程序警报的编号:

“1202。”




在短暂的沉默后,休斯敦地面团队给出回复:“无视警报,继续着陆。”

飞船顺利地减速下降了,所有人都松了一口气。然而几分钟后,程序警报再一次亮起。

这回的警报编号变了:“1201。”

休斯敦再一次指示:“继续着陆。”

但警报仍在继续。

短短四分钟内,阿波罗11号上的制导计算机死机了五次。



离降落还有15分钟,宇航员需要遍布砾石和陨石坑的月表找一处降落点。


最严重的情况发生在飞行器距离月球表面约244米时:计算机显示屏空白了两秒,阿姆斯特朗的心跳加速到了每分钟150次。

地面控制中心不再发声,他们给不出什么有效的建议了。

最终,宇航员们只能自救,阿姆斯特朗接管了部分控制权。

他驾驶着飞行器,飞过前方一个巨大的陨石坑。

此时,支持降落的燃料不足1分钟。如果燃料在降落前耗尽,那么登月舱就会直接砸在月球表面。

幸运的是,登月舱最终在偏离预定着陆点6.4公里的位置稳稳着陆。



降落瞬间。


休斯顿飞行控制中心内鸦雀无声,大家都在静静地等待着。

终于,他们等来了阿姆斯特朗的声音:“休斯顿,这里是静海基地。鹰(登月舱)着陆成功。”

控制中心爆发出一阵热烈的欢呼。同一时刻的登月舱中,阿姆斯特朗和奥尔德林将手伸过仪表盘,默默握了一下。

准确的登陆时间是在休斯顿时间2019-08-20下午4时17分43秒。

六个多小时后,阿姆斯特朗扶着登月舱的阶梯踏上了月球,说出那句举世闻名的话 ——

“这是我个人的一小步,也是全人类的一大步。



阿姆斯特朗登月的原始照片。


十五分钟后,奥尔德林也踏上了月球,成为了第二位登月的人类。

完成一系列既定的科学考察后,阿姆斯特朗走到了登月舱60米之外。


这片区域后来被命名为东环形山(East Crater),是两人在月球表面行走的最远距离。

他们的最后一个任务,是将一块纪念牌放在月球表面,以缅怀牺牲的苏联宇航员尤里·加加林、弗拉基米尔·科马洛夫,以及阿波罗1号任务中丧生的维吉尔·格里森、爱德华·怀特和罗杰·查菲。



奥尔德林在月球留下的鞋印,这是月球表面风化层实验的一部分。


在月球表面停留了如梦般的两个半小时后,两位宇航员返回了登月舱。

舱门关闭,舱内重新加压。



返回登月舱后,奥尔德林拍下了这张阿姆斯特朗的照片。


这时问题又出现了。

他们不小心折断了一个断路器开关,导致登月舱无法点火。

为了回家,宇航员们必须拨动开关中的一个金属条来启动发动机。不幸的是,为了减轻负重,他们已经丢掉了差不多所有工具。

最终,奥尔德林在地面指挥中心的建议下,从兜里摸出一支没来得及扔的太空笔,用它伸进开关里,接通了点火电路。

至今,奥尔德林依然保留着这支救命的圆珠笔。



奥尔德林同款救命毡头笔。


为了保证宇航员们没有在月球上感染未知疾病,三人落地后被隔离了18天。



尼克松总统与隔离舱内的宇航员交谈。


事实上,在总共六次的阿波罗登月任务中,都或多或少的出现了各种问题,宇航员们几乎是一边飞一边修,才勉强抵达月球。



阿波罗13号在飞往月球的途中,服务舱的氧气罐突然爆炸,飞船严重毁损,失去大量氧气和电力。奇迹般地,三人在地面人员的指导下,成功返航。


2019-08-20,阿波罗17号成功发射。


这是人类迄今为止最后一次成功登月。


阿波罗17号创造了很多记录,包括最长登月飞行、最长月表行走时间、收集了最多月球标本等。


在离开月球之前,指令长尤金·塞尔南说道:


“当我迈出人类在月球上的最后一步时,我相信历史会铭记我所说的话……

当我们从陶拉斯-利特罗山谷离开月球时,我们来过这里,我们将离开这里,如果情况允许,我们还会回到这里,带着全人类的和平与希望。

愿阿波罗17号一路平安。”



阿波罗16号宇航员Charles Duke还在月球留下了一张全家福。这张照片在月球表面安静地躺了四十五年。


截至2019-08-20,共有12位地球人登上过月球表面,其中仅4人在世。


他们全部来自1969年7月至1972年12月间进行的阿波罗计划。



这张照片被称为“人类宇宙第一天团”,他们是参与阿波罗计划中,一部分仍在世的宇航员(包括未登上月球的宇航员)。


但细看这个20世纪最伟大的计划,却又险象环生,漏洞百出。

甚至可以说,这只是人类历史上的一次灵光乍现。

不过,在文章的最后,笔者仍想重复老领导说过的一句话:

很多事到最后,还是看人。




参考资料 -----------------------------


[1] Apollo 11: Mission Out of Control, WIRED

[2] Saturn V, Wikipedia

[3] The Secret of Apollo: Systems Management in American and European Space Programs, Stephen B. Johnson

[4] The Age of Aerospace, Discovery Channel

[5] Moon Mission: The Epic 400-Year Journey to Apollo 11, Sigmund Brouwer

[6] Apollo 11 Moon Landing 50th Anniversary, live stream, CBS News

[7] Apollo 50th: First Crew Launches on Apollo 7, NASA

[8] Apollo 15 Rover deployment, NASA

[9]登月50年 | 让人类登月的程序,真的是纺织工“编织”出来的, 腾讯网



图源  NASA  |  撰文 Arcturus  |  编辑 小胡 顾舒畅


更多内容请关注公众号:pic163

那些不生小孩的人,后来怎样了


胡令丰 本文来源:看客 作者:看客 责任编辑:胡令丰_NN4504
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