20世纪60年代末美国为了争夺太空主动权，实施了人类有史以来的最大工程:“阿波罗”登月工程，这一工程的目的是将人类送上人们向往已久的月球并对月球进行实地考察．从1961年5月开始，至1969年7月20日～21日首次登月成功，一直到1972年12月第六次登月成功结束，历时11年，耗资255亿美元，参加人数超过30万．
图3－33 “阿波罗11号”宇宙飞船的指挥舱和服务舱
“阿波罗号”飞船由指挥舱、服务舱和登月舱3个部分组成．指挥舱是宇航员飞行中生活和工作的座舱，如图3－33所示，它也是飞船的控制中心．服务舱是指挥舱的推进动力，它的前端与指挥舱对接，后端是发动机喷管．主发动机推力近10 t，用于轨道转移和变轨机动，还有16台火箭发动机用于姿态控制．登月舱由下降级和上升级组成，如图3－36所示，下降级主要提供登陆月球的装置和控制系统，上升级为登月舱主体，它是宇航员登月的座舱并将宇航员从月球表面带回到指挥舱．“阿波罗号”飞船使用大推力的“土星5号”3级巨型运载火箭，它的第一级有5台发动机，推进剂为液氧和煤油，总推力为3 400 t;第二级也有5台发动机，推进剂为液氧和液氢，总推力为521 t;第三级有一台发动机，推进剂也是液氧和液氢，总推力为102 t．“土星5号”火箭全长110．6m，起飞重量达2 930 t，运载能力在低轨道时达127 t，在逃逸轨道时达48．8 t．
1969年7月16日，“阿波罗11号”宇宙飞船(见图3－34)载着阿姆斯特朗、奥尔德林和科林斯实现了人类第一次成功登月．下午9时32分，由“土星5号”运载火箭载着“阿波罗11号”宇宙飞船从美国佛罗里达州卡拉维拉尔角的航天中心升空，12min(分钟)后，到达地球轨道，第三级火箭自动熄火，飞船借助地球的引力作椭圆轨道飞行．当飞船到达登月轨道点时，第三级火箭再次点火，将飞船的飞行速度提升到11．1 km/s，使飞船摆脱地球的引力朝着月球飞去．3 h (小时)后，飞船进入复杂的机动飞行，这时首先让飞船的指挥舱与服务舱掉转180°，与在三级土星火箭顶端的登月舱对接，就像一只大手从火箭中取出登月舱，然后三级火箭与飞船脱离，飞船依靠服务舱中的动力和地球及月球的引力向月球飞去．
图3－34 “阿波罗11号”宇宙飞船的登月舱
经过两天半过渡轨道的飞行，飞船接近月球轨道，这时飞船掉转方向，反向喷射火焰使飞船减速．随着飞船的速度降低，飞船越来越接近月球，最后进入月球轨道．这时，宇航员绕着月球一圈又一圈地对月球表面进行仔细观察．进入月球轨道的第二天，宇航员阿姆斯特朗和奥尔德林进入登月舱并驾驶着登月舱与在月球轨道上飞行的指挥舱及服务舱分离，准备下降到月球表面实现软着陆．而科林斯则留在指挥舱内绕着月球飞行，等待两名登月宇航员的归来，如果他们返回失败，那么科林斯只能一人独自回地球了．
阿姆斯特朗和奥尔德林站在登月舱内向月球疾驰而去，只用了一个多小时就到达了月球表面．阿姆斯特朗从登月舱的小扶梯下来(见图3－35)讲了一句名言:“对一个人来说这是一小步，对人类来说这是一大步．”这时是美国东部时间1969年7月20日下午4时50分．宇航员们在月球表面进行了一个多小时的科学考察后回到了登月舱中，依靠登月舱上升级火箭起飞，向着正在围绕月球飞行的指挥舱飞去并与之对接．对接成功后，随即抛弃登月舱．在以后的多次登月中，“阿波罗12号”宇航员还将抛弃的登月舱射向月球，产生了长达55min的人工月震模拟陨石撞击试验．
接着，服务舱再次启动使飞船加速，踏上回归地球之路，进入月球－地球过渡轨道，如图3－36所示．在到达地球附近时飞船再次抛掉服务舱，依靠地球引力和空气阻力指挥舱安全降落在太平洋夏威夷西南海面．
图3－35 “阿波罗11号”宇航员阿姆斯特朗在月球静海基地
图3－36 “阿波罗11号”宇宙飞船载人登月和返回地球的轨道示意
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