图4-13 “土星5号”运载火箭
从20世纪60年代至70年代初,美国组织并实施了“阿波罗计划”这一世界航天史上具有划时代意义的庞大工程。它的目标是实现载人登月飞行和人类对月球的实地考察。该工程开始于1961年5月，至1972年12月第6次登月成功结束，历时约11年。在“阿波罗计划”执行中，创造了大工程的先进管理方法——“系统工程”，它带动了工程技术的发展和管理水平的提高。
“阿波罗计划”用“土星5号”运载火箭（图4-13）发射飞船，共进行了11次飞行，其中6次载人登月，共有12名宇航员到达月球，所拍摄的电影胶片总长度约为12千米，从月球上取回的岩石和月壤标本总重约382千克，登月宇航员还乘坐过4辆月球车在月面上巡视、探测和勘察，进行了多项重要的科学实验，为月质与月理、深空探测和天体起源演化等科学研究作出了巨大贡献。
图4-14 “阿波罗号”飞船安装在“土星5号”的第三级火箭上，组成的系统称为“土星—阿波罗号”
整个“阿波罗计划”还包含了登月飞行的四项辅助计划:①“徘徊者号”探测器拍摄月面;②“勘测者号”探测器,试验月球表面软着陆技术；③“月球轨道环行器”绕月飞行，预选登月点；④“双子座号”载人飞船，医学—生物学研究、机动飞行、对接和舱外活动。阿波罗载人登月计划则包括4个组成部分，即研制“土星号”运载火箭，进行飞行实验，研制阿波罗飞船以及实现载人登月飞行。
“土星—阿波罗号”
“阿波罗号”飞船使用“土星5号”运载火箭发射。这种火箭的最大直径13米，全长（高）111米，总共有三级，起飞质量2930吨,低轨道运载能力为127吨,逃逸轨道运载能力为488吨。“阿波罗号”飞船发射前安装在“土星5号”火箭的第三级上，它们组成的系统称为“土星—阿波罗号”，如图4－14所示。
“阿波罗号”的飞行程序
“阿波罗计划”选用了在月球轨道上交会对接的飞行方案,其飞行过程大致如下（图4－15）：
（1）“土星5号”火箭第一次点火将“阿波罗号”飞船送入地球停泊轨道；
（2）“土星5号”火箭第二次点火加速，将“阿波罗号”飞船送入地月转移轨道；
（3）“阿波罗号”飞船与第三级火箭分离，其指令舱—服务舱掉头并与登月舱对接,再从第三级火箭中拖出登月舱,重新转变方向,把登月舱顶在指令舱头上直奔月球；
（4）飞船沿过渡轨道飞行,经中途校正轨道后接近月球;
（5）飞船服务舱主发动机减速，使母船进入环月轨道;
（6）飞船的初始轨道近月点高94.4千米、远月点高316.6千米，调整到远月点高109.2千米、近月点高27.7千米；
（7）登月舱和母船（指令舱—服务舱）分离，飞船进入圆轨道;
（8）指令舱—服务舱在近月点高100.5千米、远月点高130.2千米轨道上运行；
（9）登月舱制动火箭点火并降落在月面;
（10）登月舱在月球着陆并完成任务后,上升舱起飞,其下降段留在月面;
（11）上升舱与母船（指令舱—服务舱）对接,登月宇航员回到指令舱;
（12）上升舱与母船再次分离，上升舱在绕月轨道上继续飞行;
（13）母船进入绕地球轨道;
（14）指令舱与服务舱分离;
（15）指令舱溅落在地球（海上）。
“阿波罗号”飞船
“阿波罗号”飞船由指令舱、服务舱和登月舱3个部分组成。在发射阶段,指令舱和服务舱是连接在一起的,如图4-16所示。
图4-15 “阿波罗号”飞船飞行过程示意图
飞船在进入月球轨道后，指令舱和服务舱与第三级火箭的顶部分离，旋转180°，指令舱的圆锥顶部对准登月舱并与之对接，见图4-17。
图4-16 “阿波罗号”飞船的指令舱和服务舱
图4-17 “阿波罗号”飞船发射—掉头—对接过程示意图
指令舱指令舱是宇航员在飞行中生活和工作的座舱，也是全飞船的控制中心。指令舱为圆锥形，高32米，重约6吨，如图4-18所示。指令舱分前舱、宇航员舱（图4-19和图4-20）和后舱3部分。前舱内放置着陆部件、回收设备和姿态控制发动机等。宇航员舱为密封舱，存有供宇航员生活14天的必需品和救生设备。后舱内装有10台姿态控制发动机，各种仪器和贮箱，还有姿态控制、制导导航系统以及船载计算机和无线电分系统等。
图4-18 “阿波罗号”登月飞船的指令舱
图4-19 “阿波罗号”登月飞船宇航员舱外观
飞船上载有三名宇航员：一名指令长，是飞船的指挥者，负责飞船的飞行控制操作并与登月舱驾驶员一起在月球着陆；一名指令舱驾驶员，他负责导航，始终留在指令舱执行任务；还有一名是登月舱驾驶员，负责驾驶登月舱以及其他分系统的管理。他们虽然都有各自的特殊任务，但是可以相互替代工作，并能单独操纵指令舱安全返回地球。
图4-20 “阿波罗号”登月飞船宇航员舱内景
图4-21 “阿波罗号”飞船的服务舱
服务舱服务舱前端与指令舱对接，它为宇航员提供电、氧气和其他生命保障功能，以及发动机所需的推进剂，后端有推进系统主发动机喷管。舱体为圆筒形，高6.7米，直径4米，重约25吨,如图4-21所示。服务舱中有一台主发动机，主发动机可以多次快速的启动和关闭，用于飞船的机动飞行，如轨道修正、进入月球轨道及返回地球的推进。姿态控制系统由16台火箭发动机组成，它们还用于飞船与第三级火箭分离、登月舱与指令舱对接、指令舱与服务舱分离等，这些小发动机在1秒钟内最快可以点火40次。整个登月飞行结束时，指令舱脱离服务舱，装有热屏蔽层的底座对着地球，进入大气层，打开减速伞，在海洋中完成着陆。
登月舱摇登月舱的主要任务是：
（1）从月球轨道上将两名宇航员送到月面;
（2）支持月球上的探险活动和各项科学实验的安置;
（3）运送宇航员和所采集的月球样品返回月球轨道上的母船（指令舱与服务舱）。
基于其任务要求,登月舱由下降级和上升舱组成，最大高度约7米,它的4只支脚延伸时的直径约9.45米,其外形如图4-22所示。整个登月舱由4根可收缩的悬臂式登月支柱（支脚）支撑，飞行期间这4根支柱都收起来。登月舱的地面起飞质量14.7吨（含火箭燃料）,干质量4.1吨。
登月舱的下降段由着陆发动机、4条着陆腿和4个仪器舱组成；登月舱的上升段为登月舱主体,由宇航员座舱、返回发动机、推进剂贮箱、仪器舱和控制系统组成，见图4－22。宇航员座舱可容纳2名宇航员，但无座椅，有导航、控制、通信、生命保障和电源等设备。
登月时，2名宇航员站在登月舱上升段内，通过窗口观察外面的情况，操纵飞船在月球上着陆。为了安全着陆，下降段的发动机可令飞船减速，4根支柱起到着落垫的作用，使登月舱平稳的站立在月球表面。登月任务完成后，上升舱内的发动机启动，将上升舱送回月球轨道与指令舱—服务舱会合，而下降段则留在月球上。
图4-22 “阿波罗号”飞船的“鹰号”登月舱。上图是着陆后从月面起飞的上升舱，下图是着陆平台
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