人在月球，怎么回家？

毛新愿

地球上有上百萬(wàn)種動(dòng)物，它們有各自生存的特點(diǎn)。人類作為高級(jí)動(dòng)物，得以從動(dòng)物身上獲取靈感，創(chuàng)造出新發(fā)明為自己所用。比如，科學(xué)家根據(jù)長(zhǎng)頸鹿利用緊繃的皮膚可控制血管壓力的原理，研制了飛行服——“抗荷服”，這成為助力人類飛向更高處的關(guān)鍵裝備。假如你能獲取動(dòng)物的某種能力，你希望是什么呢？

科學(xué)地探求真理，要求我們的理智永遠(yuǎn)不要狂熱地堅(jiān)持某種假設(shè)。——莫洛亞（法國(guó)作家）

人類再次登上月球，甚至未來(lái)登陸火星，一直是大家關(guān)注的焦點(diǎn)。那你知不知道，降落在其他星球上的宇航員要怎么回到地球呢？我們以登月為例了解一下吧。

天宮空間站僅距離地球表面約400 千米，相比之下，月球到地球的平均距離達(dá)到38 萬(wàn)千米，載人登月的難度可想而知。因此，為確保航天員安全無(wú)虞地在地月之間往返，不僅需要世界上最強(qiáng)大的運(yùn)載火箭、最先進(jìn)的載人飛船、最復(fù)雜的登月艙，還需要一整套安全的流程。

第一步：離開月球表面

任何一個(gè)大天體都有自己的引力場(chǎng)，牢牢束縛住天體附近的物體，要想離開，就要掙脫這個(gè)引力場(chǎng)。在地球上這個(gè)過(guò)程極其艱難：一方面，地球質(zhì)量巨大，重力的束縛能力更強(qiáng)；另一方面，地球有稠密大氣，加速時(shí)劇烈的空氣沖擊會(huì)給火箭帶來(lái)不小的阻力和熱量。所以，我們看到的所有火箭發(fā)射，幾乎都是“龐然大物吐著巨大的火舌”拔地而起，畫面震動(dòng)，煙霧彌漫。

表面看來(lái)，離開月球表面似乎簡(jiǎn)單不少：一方面，月球的重力只有地球的六分之一，逃脫難度大幅降低；另一方面，月球上幾乎是真空狀態(tài)，根本不用設(shè)計(jì)額外的火箭整流罩等防護(hù)空氣沖擊的結(jié)構(gòu)。小型的發(fā)動(dòng)機(jī)和相對(duì)簡(jiǎn)單的登陸飛船，就能帶著航天員離開。在實(shí)際操作中，登陸飛船包括著陸器和上升器兩個(gè)部分，只有上升器會(huì)離開月球。

然而，抵達(dá)月球表面的任何一個(gè)組件，都要搭乘火箭從地球發(fā)射，再由著陸器帶到月球表面。受限于火箭發(fā)射能力，航天員所在的上升器必須簡(jiǎn)約到極致，以節(jié)省質(zhì)量和空間。月球上一片荒蕪，沒有成熟的發(fā)射場(chǎng)提供后勤保障，上升器必須長(zhǎng)期穩(wěn)定保管推進(jìn)劑，就地取材、以底部的著陸器作為“發(fā)射塔架”，自己獨(dú)立導(dǎo)航控制，才能離開月球表面。

第二步：在月球軌道對(duì)接

離開月球表面，已經(jīng)是上升器推進(jìn)能力的極致，可依然不足以徹底擺脫月球的引力場(chǎng)直接返回地球。因此，它的下一個(gè)目標(biāo)是找到一直在圍繞月球運(yùn)行的返回艙。返回艙攜帶了一個(gè)擁有強(qiáng)勁動(dòng)力的推進(jìn)艙，足以保證送航天員返回地球。因而，上升器在起飛之前，必須精準(zhǔn)預(yù)測(cè)返回艙的行動(dòng)軌跡，找到合適的發(fā)射窗口，才能保證二者在月球上空準(zhǔn)時(shí)軌道交會(huì)。需說(shuō)明的是，這個(gè)窗口的狹窄程度以“秒”來(lái)計(jì)。

幸運(yùn)的是，由于月球的真空狀態(tài)，任何一個(gè)航天器都不需要像在地球附近執(zhí)行任務(wù)一樣飛得很高以遠(yuǎn)離大氣的摩擦，這讓上升器離開月球表面后軌道交會(huì)的難度降低不少。隨后，上升器和返回艙- 推進(jìn)艙組合體在近乎一樣的軌道飛行穩(wěn)定。可是，月球本身距離地球太遠(yuǎn)了，光速通信延時(shí)都有2 秒以上。當(dāng)它們處于月球背面時(shí)，月球也會(huì)完全遮擋住信號(hào)，導(dǎo)致在地球上控制兩個(gè)龐然大物準(zhǔn)確對(duì)The Big Bang | ∞大爆炸接極其艱難。

因而，上升器和返回艙- 推進(jìn)艙組合體需要自主完成準(zhǔn)確的對(duì)接，其間航天員會(huì)密切監(jiān)控對(duì)接的各項(xiàng)指標(biāo)，如有問(wèn)題隨時(shí)轉(zhuǎn)成手動(dòng)對(duì)接模式。在完成對(duì)接后，航天員和從月球表面帶回的科研材料，將會(huì)全部轉(zhuǎn)移到更大更安全的返回艙里。而完成使命的上升器和航天服等，將會(huì)被無(wú)奈舍棄，最終撞向月球表面。

第三步：返回地球

找準(zhǔn)時(shí)間窗口后，推進(jìn)艙將會(huì)強(qiáng)力工作，推動(dòng)整個(gè)組合體擺脫月球引力的束縛，正式踏上返回地球的旅途。不過(guò)，38 萬(wàn)千米的太空旅途并非一帆風(fēng)順。只有理論設(shè)計(jì)的軌道是完美的，現(xiàn)實(shí)中的飛行軌道總會(huì)存在偏差。在飛行過(guò)程中，地面會(huì)嚴(yán)密監(jiān)控這個(gè)偏差，在有必要時(shí)讓推進(jìn)艙數(shù)次工作以修正軌道，才能確保組合體準(zhǔn)時(shí)準(zhǔn)確地抵達(dá)地球。

在抵達(dá)地球附近時(shí)，推進(jìn)艙也完成了它的使命，將被舍棄，返回艙則輕裝上陣沖進(jìn)地球。然而，稠密的大氣和強(qiáng)大的引力再次成了巨大的挑戰(zhàn)。返回艙是從遙遠(yuǎn)的月球返回，在沖進(jìn)地球大氣前，速度已經(jīng)被提升到了地球的第二宇宙速度左右，即11.2 千米/ 秒。相比較之下，神舟飛船等返回地球時(shí)，僅需面臨第一宇宙速度（7.9 千米/ 秒）的挑戰(zhàn)。額外的速度，會(huì)造成大氣沖擊指數(shù)級(jí)提升，積累的熱量會(huì)嚴(yán)重威脅整個(gè)返回艙的安全。

一個(gè)有效的解決途徑就是打“太空水漂”，返回艙借助接觸大氣上層以產(chǎn)生足夠大的氣動(dòng)力一躍而起，“緩一緩”再落下來(lái)，來(lái)回幾次，最終返回。因?yàn)榭諝饷芏雀魈幉煌瑳_進(jìn)大氣的角度和姿態(tài)極難控制，每次沖進(jìn)大氣都要保證不要超過(guò)返回艙的熱量和沖擊力忍耐極限，“打水漂”的次數(shù)和間隔要精準(zhǔn)計(jì)算，最后的落點(diǎn)也要求是提前準(zhǔn)備的降落區(qū)域。顯而易見，這一系列操作是極其復(fù)雜的、非常了不起的事情。

終于，“太空水漂”結(jié)束，返回艙一頭“扎進(jìn)”大氣，開始了最后的旅途，其間通過(guò)氣動(dòng)力和姿態(tài)控制牢牢保證飛船隔熱面直接面對(duì)大氣沖擊，將2000 多攝氏度的高溫隔絕在外。航天員能看到窗外的“火閃雷鳴”，飛船內(nèi)部卻是舒適的20 多攝氏度。最后，引導(dǎo)傘、主傘等降落傘系統(tǒng)先后打開減速，讓飛船落到地面或海洋。由于這些區(qū)域一般是無(wú)人區(qū)，搜救隊(duì)伍要努力在第一時(shí)間找到航天員，把他們從密封的返回艙拯救出來(lái)。

再經(jīng)過(guò)一段時(shí)間隔離之后，航天員才能真正面對(duì)大眾，成為人們心目中的英雄。而他們的榮譽(yù)背后，還有許多科技人員，他們也是默默無(wú)聞的英雄。