光榮與夢想：你不知道的登月故事
作為登月第一人，阿姆斯特朗沒有任何一張單人照片。我們看到阿波羅11號所有宇航員在月球表面的照片都是巴茲·奧爾德林，所謂第一個腳印也是巴茲·奧爾德林的腳印。
演講 | 趙洋
整理 | 宋宇錚
一千年后的人翻開一本歷史書，上面會寫什么？可能沒有人記得十三世紀最大的戰(zhàn)爭是導致中國南宋以及西域一系列國家滅亡的蒙古征服戰(zhàn)爭，甚至二十世紀也沒有人記得第一次世界大戰(zhàn)和第二次世界大戰(zhàn)。
但提到二十世紀，我們的后代會想起什么？他們一定會記住阿波羅登月。這就好象我們說到十五世紀會記得1492年哥倫布的探險，用歐洲人的眼光發(fā)現了美洲。這些是人類在一千年后會記錄的事情。至于成王敗寇，都是過眼云煙。
登月：人類的千年一夢
盡管最終掛出星條旗，五十年前的阿波羅登月并不是美國一己之力完成的，它其實是幾千年來各個文明對于飛天向往的集大成者。
為什么中國的探月工程叫嫦娥？因為這個符號寄托了我國古人對日月星河最初的向往，并且他們想象中飛天的方式也是很科學的。根據古代神話，嫦娥是偷了后羿的不死藥，身體變輕飛上去的，這就隱含著一個浮力的概念，熱氣球、氫氣球整體的密度小于空氣才能飛上去，所以幾千年前，至少嫦娥這個神話誕生的時候中國人已經想到這些。
嫦娥飛天
西方人則更愿意模仿自然界的東西，也就是今天說的仿生學。古希臘神話里面有一個代達羅斯工匠，他被囚在自己造的迷宮里，后來為了能和兒子跑出去，收集了很多鳥的羽毛跟蠟粘在胳膊上，高興地振翅飛行，那是整個愛琴海附近第一個飛起來的兩個人。但是越飛越高，離太陽越來越近，蠟熔化了，他的兒子墜海而死，這也是西方人認為第一個空難。由此可見，東方人和西方人對飛天的想象在兩千年前就已經很不一樣了。
在這之后，直到幾百年前，西方人還認為我們要飛向月球可以借助自然界的外力，如利用天鵝、大雁像拉著馬車一樣把人類拉向月球。那時候人們不知道自然界有真空的存在，也不知道地球離月球到底有多遠，所以認為這樣可以飛過去。其實再厲害的鳥也不可能飛38萬公里。這和我國古代神話七夕鵲橋相會中的“搭橋”具有共同的假設，那就是都認為地球到月球中間沒有真空，一直都有大氣貫穿過去。
直到明朝的時候，根據傳說（原始記載一直未能找到）有個叫萬戶的官員，他進行了一次火箭+風箏的飛行實驗。它的偉大意義在于，此前人類嘗試的都是借助自然或魔法力量飛天，而這一實驗第一次借助人力與技術飛天。以至于后來的航空專家還專門復原了萬戶飛行模式，發(fā)現跟今天的火箭、飛機很像，都是垂直發(fā)射，在空間盤旋，最后落地，理論上要做得好可以這樣，可惜在當時最后爆炸了。
復原的萬戶飛天圖
再往后，大概到十九世紀，已經有了潛水艇，人們也知道自然界有真空，宇宙是真空的，要隔絕人居環(huán)境和外面惡劣的太空環(huán)境，便想到設計用潛水艇外形的飛船，所以在當時的科幻小說的插圖里，就總是出現潛水艇的形象。科幻文學此時的發(fā)展也進入了一個高峰，誕生了我們所熟知的凡爾納的《從地球到月球》和《飛向月球》。
而在美國的炮兵俱樂部，南北戰(zhàn)爭之后一群無事可做的筑炮工程師，就想用筑炮技術和炮彈制造技術造一個飛船把人送到月球。這跟后來阿波羅登月非常像。航天的血統(tǒng)多數來自于戰(zhàn)爭武器導彈，所以這里有驚人的同構。
迸發(fā)的20世紀：戰(zhàn)爭、追夢人與大國博弈
剛才我們談的都是夢想，人們是怎么把這些夢想一步一步變成現實的？這就要借助科學和技術的力量。有一個俄羅斯的牛人叫齊奧爾科夫斯基，他是一名中學物理老師，但全人類的航天工作者都把他尊稱為航天之父。他靠推算、演算基本物理學法則意識到必須用多級火箭才能把有效載荷的衛(wèi)星或飛船發(fā)射到太空圍繞地球或太陽旋轉，后來所有火箭都體現了他的這一思想。
這之后還有一個液體火箭之父，也就是美國人羅伯特戈達德，他一直孜孜以求地研發(fā)搞液體火箭。我們中國古代發(fā)明的火箭是固體火箭，應用固態(tài)的燃料，而液態(tài)火箭會飛更高。
《紐約時報》諷刺漫畫圖
那時候人們對他也不是很理解，連《紐約時報》都刊登漫畫諷刺地說有一個月亮教授幻想人們飛到月亮去。戈達德于1949年去世，距離1969年人類實現登月只有短短二十年，而且里面用了大量他曾經申請的專利，最終《紐約時報》向他道歉了。所以，技術的發(fā)展并不一定是線性的，有時候是跳躍式的發(fā)現。
二十世紀初，還有一個很重要的力量推動登月發(fā)展，那就是愛好者團體。他們喜歡科幻，讀凡爾納的小說，覺得人類用現有技術可以飛向太空甚至登月，所以自發(fā)組織在一起。當時蘇聯和德國都有自發(fā)的愛好者團體建造火箭，后來德國戰(zhàn)敗之后一些人去到美國搞了阿波羅工程，蘇聯這群人則熬過了斯大林的大清洗，在赫魯曉夫時代把蘇聯宇航員送上太空。
德國愛好者中的精神導師是赫爾曼·奧波特，他活到1989年，幸運地目睹了年輕時夢想中的登月、空間站和航行飛機一點一點邁向現實。
不過更多的德國太空愛好者與科學家則有著一段相當悲情的歷史。德國在一戰(zhàn)中戰(zhàn)敗，根據凡爾賽合約，他們不得擁有遠程大炮，因為一戰(zhàn)時德軍的巴黎大炮可以隔著130公里打巴黎。現在不允許有了，怎么辦？德國陸軍很著急，因為他們在謀劃第二次打法國，征服歐洲，需要有復仇武器。這時，德國軍方注意到了太空愛好者團體，就說你們既然能造火箭，在火箭頭部安裝炸彈的話，不就可以去打巴黎了嗎？德國軍方于是拼命地給他們投資，這些愛好者中的許多人便為了自己上太空的事業(yè)，被迫加入了德國納粹黨，成為后來一生的污點。
馮-布勞恩
馮-布勞恩就是這樣一個浮士德式的人物。他為了實現自己兒時把人類送上太空的夢想而同納粹合作，造火箭時征用了大量被殘酷虐待的猶太勞工。他出身于一個貴族家庭，父親當過魏瑪共和國的農業(yè)部長，自己也也是一個學霸級的人物，很年輕就獲得物理學博士學位。不過他更大的天賦在于工程技術的組織與管理，團結了很多單打獨斗的發(fā)明家，造出了當時極為超前的復仇武器——V2火箭。
這一火箭中有液態(tài)氧和酒精，在泵里以高溫燃燒燃燒。為了讓零下一百度的液化氧能夠快速汽化跟酒精混合點火，他們發(fā)明了雙層燃燒式和燃料噴嘴的辦法，讓液氧先流過燃燒室，被加溫汽化后，再通過很多小孔噴射進來，一舉兩得，既燃料快速汽化，又避免燃燒時金屬材料被熔化。后來這些技術都用在了其他火箭里面。
可怕的V2火箭
很快歷史翻篇，二戰(zhàn)結束，馮-布勞恩轉投美國。后來就有人評價他，為了自己的理想可以把靈魂賣給魔鬼，誰出價高就給誰。美國可能比蘇聯出價高，他就主動跟美國合作，把一些殘存的V2火箭原材料，再加上大量的圖紙與手下的工程技術人員一起送到美國，并且在那里不斷試射V2火箭，讓美國團隊了解彈道導彈火箭如何運作。很快美國人便吃透了這些技術，而且在上面加了很多有效載荷，拍了大量照片，拼起來就是一個完整的地球表面。
蘇聯人雖然沒有搶到那么多專家，但是占領了東德，也有很多設備和小專家被他們收編，很快蘇聯人也搞出了自己的彈道導彈。
這時候世界分裂成兩個敵對陣營，中國選擇站在蘇聯一邊，蘇聯老大哥給我們彈道導彈技術，我們自己把原子彈和彈道導彈結合在一起，完成了核武器實驗。
嚴格說來，現在世界上所有國家發(fā)射的大型火箭，它們的根都是V2火箭，中國的技術是蘇聯給的，朝鮮的也是從蘇聯和中國來的，等等。如果畫一個火箭譜系的話，它的根系就是這樣，給這個根澆灌養(yǎng)料的則是凡爾納以及嫦娥、代達羅斯那些美好的故事。
當時主要的發(fā)達工業(yè)國已經了解到衛(wèi)星在軍事通訊的巨大用途，并設計了各種各樣的衛(wèi)星。但是即便在五十年代仍然有嚴肅的科學家認為發(fā)衛(wèi)星和把人送上太空不太可能的。直到1957年9月，蘇聯發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星前一個月，還有權威天文學家在這樣說。
這就是1957年10月3日蘇聯發(fā)射人類第一顆人造衛(wèi)星，這顆人造衛(wèi)星很簡單，但是蘇聯人很浪漫，在論證衛(wèi)星的外形與表面色澤時，當時衛(wèi)星的總設計師說它應該盡量模仿自然天體的外型，是一個圓型，表面閃閃發(fā)光。
蘇聯發(fā)射的世界第一顆人造衛(wèi)星
蘇聯一開始沒有想到它的人造衛(wèi)星發(fā)射會給美國和其他西方國家造成巨大的恐慌，以至于產生了所謂“人造衛(wèi)星危機”——美國認為自己從科學到教育全方位落后于蘇聯，把本國原來研發(fā)人造衛(wèi)星的團隊拋到一邊，讓德國人馮-布勞恩的團隊介入，并終于在1958年1月份發(fā)射了美國的第一顆人造衛(wèi)星，它最大的貢獻是發(fā)現了輻射帶。
蘇聯發(fā)射衛(wèi)星之后孜孜以求，一定要把人送上太空，因為航天之父齊奧爾科夫斯基就是沙俄時代的人，所以他們一直有這個傳統(tǒng)。于是，他們找來小狗做實驗，看看哺乳動物是否適應太空飛行。下面這張照片就是世界上第一張太空犬萊卡，它本來是莫斯科的一個流浪犬，后來被科研人員收留，因為覺得它很強壯和聰明。不幸的是，它并沒有回來，只是隨著衛(wèi)星上去了，成為第一個上太空的地球上的哺乳動物。
到了1961年4月12日，蘇聯的一個飛行員加加林真正實現人上太空的夢想，他從哈薩克斯坦發(fā)射，然后回來，最后又著陸，只飛了一圈而已，因為當時不知道人類在太空中能堅持多長時間，盡管做了很多動物實驗，但是也知道太空環(huán)境太惡劣。最終他在球型的太空艙里堅持了90分鐘，繞地球一圈。加加林處在火箭的頭部，返回時經歷劇烈的旋轉，但是他都沒有昏迷，咬著牙，直到降落傘打開。降落傘打開也不像我們看到楊利偉，由別人開艙門，宇航員再爬出來。加加林是彈射出來的，就跟戰(zhàn)斗機的彈射作戰(zhàn)一樣，在四千米高彈射出來，人和飛船分別著陸，這在嚴格意義來說是不能成為太空飛行的。
蘇聯把這個秘密保持了二十多年，直到他們解體之后才解密，但是因為加加林已經超凡入圣，所以人們還是認為這是人類第一次太空飛行。
加加林
這時候美國人也不能閑著，他們拼命地訓練美國自己的戰(zhàn)斗機飛行員，當時選擇七個最牛的叫“水星七杰”，把他們塞到各種以七命名的飛船里面進行太空飛行，最開始亞軌道的，后來是繞地球一圈。
當時還有一些人是我們永遠不能忘記的，就是為NASA工作的有色族裔女性計算員，她們最早把計算機引入NASA。
這時候美蘇兩個國家越來越意識到太空博弈是一個新邊疆、新戰(zhàn)場，誰能把人送上月球，就能解決地球上的任何問題，誰控制了太空誰就控制了地球，這個話都是后來的美國總統(tǒng)肯尼迪說的。美國人登月之后，身為軍人的宇航員都要向美國國旗敬禮，盡管阿波羅號上寫著我們?yōu)榱巳祟悺ＬK聯五一節(jié)或者國慶節(jié)紅場閱兵，赫魯曉夫身邊站著的也全都是宇航員。到這時，誰能把人最先送上月球已經成為一個制度優(yōu)越性的象征。
競賽的大幕拉開了，肯尼迪剛剛上任之后需要政績，登月是一個可以抓到手的政績，有可能在六十年代內完成，所以他在美國國會、大學等各種場合都發(fā)表激動人心的演講，說我們?yōu)槭裁匆雷罡叩纳?，我們?yōu)槭裁匆プ顝V闊的海洋，那跟我們要去月球一樣，因為探索沒有結束，我們要在這十年登上月球，不是因為這個問題很簡單，而是因為這個問題太難，要展現美國人的開拓創(chuàng)新精神。
登月顯然不是一蹴而就的，除了單人單天的飛行之外，還要練習雙人多天的飛行與太空行走。而對于土星五號最后用的后件，馮-布勞恩一開始提出使用更大的火箭，叫做新星火箭，他想一次登月，但是后來發(fā)現這個火箭太復雜，從來沒有制造經驗，要來一個月球或者地球軌道轉移，于是反復論證，哪個方案把火箭縮的最小一點，哪個技術更成熟，后來選擇了土星五號。
下圖是暮年的馮-布勞恩在七十年代阿波羅登月成功之后，站在繪圖板前設計的土星五號火箭的第一級，第一級有五臺發(fā)動機，每個發(fā)動機都比這個身材高大的德國人還要大。
馮-布勞恩與土星五號火箭
我們用下面這個圖來講土星五號發(fā)射，第一級火箭脫離繼續(xù)飛行，第二級脫落之后，第三級推著登月飛船飛出大氣層，隨后指令艙和服務艙先飛出來調轉180度，這個尖和里面的登月艙對接，由反作用發(fā)動機把它拉出來，再減速進入繞月球軌道，繞幾圈之后著陸艙跟指令艙分離。這時候指令艙只留一個人，他不能登上月球，是最遺憾的人。另外兩個人在登月艙，緩緩降落到月球，等到完成任務之后，登月艙再飛上去跟指令艙三個人會合，然后把登月艙拋掉，最后把指令艙的服務艙拋掉。原來2900噸的龐然大物最后就剩8噸的飛船，三個成年人以及25千克的月球土壤和巖石。
這個過程雖然非常復雜，但已經是當時人們想到最優(yōu)方法，蘇聯造了更龐大的火箭想一次登月，但是履發(fā)履敗，我國也是直達幾十年后才實現這一就。
如果我們把這個過程和凡爾納的小說做一個對比，會發(fā)現他們非常接近，速度都是每秒鐘3600英時左右，航行時間100小時左右，預計在月球上降落地點相差十幾千米，發(fā)射地點都在佛羅里達半島，這說明凡爾納當時也是經過詳細的測算。
1968年，美國又進行了第一次載人環(huán)月飛行，阿波羅8號，并照出了今天舉世聞名的照片《地出》。
登月人物與插曲
1969年7月16日，搭載著阿波羅11號的土星5號火箭在肯尼迪航天中心發(fā)射升空。阿波羅11號是的阿波羅計劃中的第五次載人任務，也是人類第一次登月任務。執(zhí)行任務的有三位宇航員。
第一位，指令艙駕駛員柯林斯，他只能繞著月球飛，沒有辦法降落在月球上。而且在一段時間，他是最孤獨的人，為什么這樣說？他必須孤獨駕駛指令艙繞到月球背面，而地球在那面，無線電已經被屏蔽了，所以在這幾十分鐘內他是離地球最遠的地球人，也是一個英雄。
指令艙駕駛員邁克爾·柯林斯
第二個人是巴茲·奧爾德林，他很愛搞怪，前幾年有一個科普活動在美國，老爺子講著講著，下面突然有一個觀眾說你怎么解釋阿波羅登月的時候美國國旗還能在真空中飄起來，我覺得阿波羅登月就是一個騙局。這個老爺子二話不說上去給那個人一拳，所以他是一個非?？蓯鄣睦先?，也是踏上月球的第二個地球人。
巴茲·奧爾德林
最后就是踏上月球的第一個人物，尼爾·阿姆斯特朗，相信一千年后人們也記得他的名字。他是一個非常靦腆、內斂的人，最早是為NASA駕駛實驗X15火箭飛機的，這一機型直到今天也是世界上最快的飛機?？赡芫褪且驗樗茈S和，后來才被選為登月第一人，就像蘇聯為什么選擇加加林作為太空第一人一樣。
尼爾·阿姆斯特朗
在進行降落前，宇航員還得看之前拍攝的月面實景圖，和上面的每個坑洼一點點比對，最后選擇降落點。其實這個圖非常長，我們只截取一段。到最后他們手動操作燃料都已經快不足，還沒有找到平坦的降落點，因為月球表面光線反差非常大，在這個圖上看到很平坦但是現實中卻不一定。
阿波羅下降地圖
最后他們還是順利降落了，并拍下了這張著名的照片。其實這是阿姆斯特朗拍的，作為登月第一人，他非常遺憾，沒有任何一張單人照片。我們看到阿波羅11號所有宇航員在月球表面的照片都是巴茲·奧爾德林，所謂第一個腳印也是巴茲·奧爾德林的腳印。當然，阿姆斯特朗說了那句振奮人心的話：這對于一個人來說是一小步，但對于整個人類來說是一個巨大的飛躍。
他們在月球上也安置一些實驗設施，做了一些實驗觀測，但是這是第一次載人登月，畢竟還是嘗試性的，只要登上去就是成功，并沒有太多的科學任務。于是他們兩個在月球表面只活動不到三個小時就回到了登月艙，在月球表面累計待了21個小時，就上去對接了。
他們返航后還有一些有趣的插曲。美國是一個法制國家，很重視規(guī)則，所以他們從夏威夷入境的時候，海關還要讓他們進行海關申報，這種事情在中國是難以想象的。于是，他們說帶回了月球巖石與土壤，都是免稅的。
回到美國后，因為當時人們不知道月球上面有沒有有害的微生物、病毒，所以每次回來之后都要進行生物隔離，他們要穿著隔離防護服，在生物艙里面隔離幾周時間，但是后來發(fā)現，經過仔細的檢測，月球表面的確沒有生命痕跡，沒有什么微生物，所以從阿波羅14號開始完全取消這個事情。
大概從阿波羅15號開始有了月球車，因為以前宇航員在月球不能離登月艙太遠，如果有車代步可以到更遠的地方采集月球樣本。下面就是最早的月球車在地球實驗的樣子。
阿波羅載人登月計劃一直排到20號，但是到17號就截止了，當時已經知道蘇聯不可能登月，如果美國再登月的話花費太大了，1966年登月的投資已經相當于美國GDP的6.5%，聯邦政府財政支出的5%，耗費巨大的財力，所以到17號就戛然而止。
但是科學界說，既然戛然而止，我們一定要有一個特別好的科學發(fā)現，一定要讓地質學家上去，后來一名叫施密特的地址學家真的上去了，并且發(fā)現了45億年前的最古老的月球巖石，部分解開了月球起源之秘。
阿波羅的登月遺產與展望
阿波羅計劃排到20多號，有很多硬件留下來。比如把土星五號的第三級火箭掏空一個殼，可以做一個空間站，把它起名叫天空實驗室。這是最早的一個天空實驗室的草圖，是NASA副局長66年畫的，后來這個天空實驗室真的發(fā)射了，并且也是用土星火箭推進。
航天飛機也可以說是阿波羅的遺產，阿波羅登月計劃在航天方面有很多技術上的突破，這些技術后來轉移到航天飛機的身上。蘇聯也有自己的航天飛機，暴風雪號1988年第一次無人飛行，現在暴風雪號航天飛機基本都在博物館。美國的航天飛機當然也在博物館。
航天飛機可以說是事故率最高的交通工具，它發(fā)射不到一百次，就有兩次重大的人員傷亡，造成14個宇航員隕命。最近一次是2011年中國春節(jié)長假的時候，哥倫比亞號航天飛機返航墜毀。
今后的航天飛機會怎么發(fā)展？我認為可能不是這種大型笨重的，而是更小的火箭飛機，由一個飛機把它帶到太空，最后再盤旋降落。
下面是英國搞的一個航空航天飛機，它堪稱時光旅行機，如果沿著日落方向飛行的話你會比太陽還要快，你降落的當地時間比你出發(fā)的當地時間還要早。
最后說說探月新勢力，除了美蘇兩家之外，在冷戰(zhàn)之后，日本、歐空局、中國和印度都有自己的探月計劃，并且都成功了。
日本07年比中國嫦娥一號早幾個月發(fā)射了他們自己的“輝夜姬”，輝夜姬就是日本的嫦娥。
中國在2007年發(fā)射了第一個探月器嫦娥一號。因為我們的火箭當時威力很小，不能像阿波羅飛船那樣直接飛到月球上，要經過不斷不斷的引力加速，到月球上再不斷的減速，總共飛行13天。而阿波羅一來一回只用了7天，為什么阿波羅那么短？一個是火箭推力大，另外一個是人不能在太空待太長時間，沒有吃的和喝的，所有東西都要從地球帶上去，那樣的話火箭太重。
嫦娥一號完成使命之后，就像隕石一樣撞擊月球，撞起來的塵埃塵土可以用地極望遠鏡進行光譜分析，來了解一些月球的化學組成。
嫦娥二號跟嫦娥一號差不多，它的一大成就是它的探月使命完成之后，經過不斷的軌道轉移，又探測了一個小行星。
嫦娥三號是我們經常說的玉兔的母星，它不但繞月飛行、拍照、遙感，還降落在月面上。降落之后下來一個小兔子，叫玉兔一號月球車，它平時是靠太陽能天池板，但上面有核動力電池，因為月球上太冷，需要保溫。
最新的進展是今年1月份，嫦娥四號把玉兔二號月球車帶到月球上，這是人類第一次在月球背面著陸一個人造物體。到了月球背面無線電屏蔽，穿不透月球怎么辦？沒關系，中國早就發(fā)射了一個中際衛(wèi)星繞月飛行，通過中際衛(wèi)星把月球背面的信號傳給地球，所以探月真的一個很復雜的事情。
中國預計在今年下半年發(fā)射嫦娥五號，它將從月面采樣返回。
其他國家，比如印度現在有兩個計劃，前幾年發(fā)了月船一號，就在這個月本來要發(fā)月船二號，其實16年就想發(fā)，但是不斷的火箭有故障，前幾天還又一次推遲了。
未來人類會如何重返地球？我們說說美國的方案，他們搞了獵狐座載人飛船。這是一個多用途飛船，既能繞地球飛，也能完成火星、小行星探測任務，探月更不在話下。它降落在海面就是這樣，下圖是它在海上實驗的場景。
獵狐座載人飛船其實同阿波羅飛船差不太多，只不過它能搭載的人數更多，如果探月的話，一次可以坐四個人，而阿波羅只能坐三個人。如果從地面到空間站，一次可以坐六個人
更加遙遠的將來，人們會不會長期在月球居住？其實也是有可能的，月球離地球不是太遠，只有38萬公里，飛船兩三天就飛到了，而且在月球上至少14天都有太陽，可以用太陽能電池。月球表面礦產也很豐富，它的土壤經過研究發(fā)現可以造成混凝土來蓋房子，所以NASA也有大量關于月球基地的嚴肅推想。甚至今后我們在月球上也許還可以利用電磁軌道發(fā)射器，給人類在其他星球的定居點發(fā)射東西，這樣比在地球上運輸更節(jié)約成本。
本文整理自趙洋在“走！到太空去”活動演講。文中配圖來自演講PPT。
