改變歷史的阿波羅載人登月工程

文/ 龐之浩

2019年7月20日是值得紀念的一天，因為它是人類首次登月50周年紀念日。雖然已經過去了半個世紀，但阿波羅載人登月活動的成功至今仍對人類社會在政治、科學、技術、經濟、生活和甚至精神等許多方面產生著較大影響。

▲ 慶祝阿波羅11號登月50周年標識（logo）。突出的兩個字母O分別嵌套了月球和火星，寓意美國宇航局先后探索的兩個星球，從“阿波羅”登月，到重返月球，再到未來登陸火星。下一個巨大飛越指下個時代探索重點：火星。三星代表獵戶座腰帶上的三顆恒星。此標識由美國宇航局圖形藝術家馬修·斯金斯親手設計

太空爭霸的結果

20世紀50年代末至60年代初，在美蘇開展的激烈太空競賽中，蘇聯連續獲得數項第一：發射了世界上第一顆人造地球衛星，把人類第一位航天員送入太空……因此，美國朝野上下均深感這是一個極其嚴重的政治問題。于是，美國虎視耽耽地提出一定要趕超蘇聯的口號，下定決心要顯示一下美國作為世界頭號超級大國的科技水平和綜合國力。

1961年5月25日，時任美國總統肯尼迪向全世界宣布：實施雄偉的載人登月計劃。由此可見，美國實施載人登月計劃是一項政治性決定，主要目的是為了在全世界公眾的心目中重新確立美國的技術領先地位，振奮美國全民的精神。

該工程以太陽神“阿波羅”命名。它雖可看作是與蘇聯競賽的特設計劃，但也可認為是人類向太陽系擴張的第一步。從這一點上看，其目的就是實現載人登月飛行和人對月球的實地考察，為載人行星飛行和探測進行技術準備。阿波羅載人登月工程對美國進展緩慢的航天計劃起了巨大的激勵作用。美國各界紛紛獻計獻策，結果只用了8年時間，就登上了月球。

宏偉的登月工程

美國阿波羅載人登月工程始于1961年5月，1969年7月20日首次實現了登月，航天員阿姆斯特朗和奧爾德林駕駛著阿波羅11號飛船的登月艙降落在月球赤道附近的靜海區，并相繼走出艙外，在月球上邁出了人類的第一步，引起了全球的震動。此后，美國又相繼6次發射阿波羅載人登月飛船，其中5次成功，又使10名航天員先后登上了月球。

▲肯尼迪總統就“阿波羅”工程在國會發表演講

▲“徘徊者”月球探測器

▲“月球軌道器”

整個登月工程分以下幾個部分：確定登月方案；實施為登月飛行做準備的4項輔助計劃；研制“土星”系列運載火箭；研制“阿波羅”飛船；進行試驗飛行；實現載人登月飛行。

確定登月方案包括論證飛船登月飛行軌道和確定載人飛船總體布局，相應地確定了由指令艙、服務艙和登月艙組成的阿波羅載人登月飛船的總體布局。

率先實施的4項輔助計劃是：1961—1965年發射9個“徘徊者”月球軌道器，在不同的距離上拍攝月球表面狀況的照片1.8萬張，以了解飛船在月球表面著陸的可能性，但探測器曾多次發射失敗；1966—1968年發射5個“勘測者”月球自動著陸器，通過電視發回了8.6萬張月面照片，了解了月球土壤的理化特性；1966—1967年發射3個“月球軌道器”，對40多個預選著陸地點進行詳細觀測，獲得了1000多張小比例尺、高清晰度的月面照片，據此選出10個登月點；1965—1966年發射10艘各載2名航天員的“雙子座”飛船，進行生物醫學研究和飛船機動飛行、對接及艙外活動訓練等。

▲ “雙子座”飛船

▲ 1969年3月6日，阿波羅9號航天員在艙外拍攝指令艙-服務艙與登月艙對接。

科技成就顯著

在6次成功的登月飛行中，共有12名航天員登上了月球，在月球上一共停留了近280小時，在月面共出艙活動80小時36分，足跡達100公里，帶回巖石樣品約385千克，為月球研究提供了直接依據，大大充實了人類對月球的認識。

例如，通過對月面土壤樣品的分析，科研人員確定，月面上土壤由微小的桔紅色玻璃形式顆粒構成，這些顆粒一般富含鋁、硫和鋅，在月殼部分融化過程中，在月面下約300公里深處形成，后因火山活動而噴出到月面，并且通過對樣品的分析與實驗證實。

▲ 阿波羅12號航天員舉著1個特殊的環境樣本容器，用于搜集月球土壤

從月面土壤和巖石中可以制取水和氧，因為月面土壤和巖石中氧化鐵的含量很高。這樣就有可能在未來利用月面物質維持月球基地內工作人員的生命，以及為登月飛行器補充燃料。

尤其是航天員在月球上鉆取了3米深的月球巖芯，發現土壤多達57層，每層代表一次隕石沖擊，還測量了月球內部發出的熱流，從而結束了100多年來關于月球是冷還是熱的爭論……另外，1985年科學家們通過對阿波羅登月飛船的航天員帶回的月球巖土樣品的分析，證實了月球上存在一種非常有用的核能源氦3，這一發現給后來月球的研究和探測工作注入了巨大動力。

美國人認為，從科學角度看，美國阿波羅載人登月比蘇聯無人月球探測價值要高得多，因為航天員登月可實地勘查月面，有選擇地收集月巖和土壤，可放置長壽命科學試驗和觀測儀器，有的儀器甚至到1989年7月還向地球發送數據。有人稱，一次阿波羅載人登月的成果相當于12次月球探測器的自動探測飛行，而一次月球探測器飛行耗資又是一次載人登月的1/4，所以蘇聯整個探月費用是美國的好幾倍，更何況蘇聯探測器取樣返回飛行有一半是失敗的。美蘇取回的月巖總量是385∶1。

▲ 航天員采集的月球巖石樣品，質量142克

▲ 航天員在月面安放“阿波羅月面實驗裝置”

▲ 航天員在艙外活動中展開的月面試驗裝置。前景中間是被動地震試驗儀，背景中間是“阿波羅月面實驗裝置”，左邊是放射性同位素熱電發電機，右邊像旗子一樣固定在地面的是主動地震試驗儀

登月航天員在月面安放的各種科學儀器也為科研人員提供了大量有價值的數據。例如，利用各次登月飛行中登月航天員安放的5個“阿波羅月面實驗裝置”（其中由阿波羅12號航天員安放的裝置工作長達8年），地面科研人員能夠測定月球上11個地區的月震，甚至可提前一個月加以預報。月面的儀器還向地面發回了有關月面溫度變化、宇宙射線及隕石撞擊等情況的大量數據。

間接效益更閃亮

阿波羅工程的實施，在美國帶動起了液體燃料火箭、微波雷達、遙控作業、無線電制導、超高強度和耐高溫合成材料、新型電子計算機、藥物及生物工程等一大批高科技工業群體。后來，該工程的人工智能、機器人和遙控作業等許多技術成果又轉移到民用，促進了科技與工業的整體發展與繁榮，其二次開發應用的效益，遠遠超過阿波羅計劃本身所帶來的直接經濟與社會效益。

▲ 條形碼

阿波羅計劃產生了3000多項專利技術，其中1000多項用于民用，到現在人類仍然受益不淺，投入產出比是1∶14，即投入1美元，產出14美元。美國在20世紀后10年能夠保持高速、高效增長，很大程度得益于阿波羅載人登月工程派生出的約上千種應用技術成果或專利在經濟領域的應用，美國領先于世界的信息、生物和新材料等高新技術，很大部分來自對月球探測技術的消化、優化和二次開發。

例如，大眾接觸最多的購物計價用的條形碼是航天技術杰作之一，它最初是美國為控制阿波羅計劃不計其數的組件而發明的。

重癥監護病房是航天技術帶來的重要醫學進步之一，它首先是應阿波羅計劃對登月航天員進行健康檢測的需要而誕生的。

方便面調料中的干菜葉就是航天食品中常說的脫水菜，它是將蔬菜中所含過多水分脫去以便貯存、保管、運輸出售，阿波羅計劃中首先使用這種技術讓航天員吃上含有蔬菜的航天食品，現在這種航天食品已廣泛普及。

各類時髦的運動鞋也是阿波羅計劃成果的“產物”，其“中空吹塑成型”制造技術來源于阿波羅計劃中登月靴的制作技術。

此外，還有目前廣泛使用的彩超、數字血壓計、煙霧報警器、食品干燥劑、果珍，等等，也都源于“阿波羅”技術。由阿波羅計劃而誕生的核磁共振、激光通信、液晶電視、女性的“離子燙”、枕頭的記憶海綿、自拍的手機高清攝像頭等，如今均成為人們生活中不可或缺的重要技術。

▲ 果珍

不過，狂熱的登月競賽使美蘇承受了巨大的經濟壓力。每一枚土星5號火箭造價高達5億美元，折合成今天的幣值達40億美元。計算表明，每艘阿波羅登月飛船比用金子制成還要貴15倍！美國人從月球帶回的月巖和土樣（共 385千克）按單位重量計算，其價格竟是金剛石的35倍！這些使美國每一個家庭要負擔472美元！于是，在1972年，已陷入越戰泥潭的美國總統尼克松下令停止登月活動，這使得阿波羅18、19、20號飛船的航天員們永遠失去了登月的機會。

盡管當時美國國內對阿波羅登月計劃有著不同的認識和結論，但是它對關鍵科學和各種邊緣交叉學科的興起與進步，進而轉化為國家未來經濟實力并確保了國家安全這一點是不可否認的。總之，阿波羅載人登月工程對促進科學發展、推動科技進步等起到了巨大的作用，將永載人類史冊。