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搭載2名宇航員的阿波羅登月艙如何脫離月球？是否需要借助火箭之力？

阿波羅登月艙的升空發(fā)動機(jī)可以說是整個阿波羅登月艙/土星5號運(yùn)載火箭的硬件中最弱的發(fā)動機(jī)（如果不算上推進(jìn)器和氣隙電機(jī)）。下列是阿波羅登月艙/土星5號運(yùn)載火箭的發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)：

F-1：土星5號第一飛行階段的5個發(fā)動機(jī)可產(chǎn)生150萬磅推力；

J-2：土星5號第二飛行階段的5個發(fā)動機(jī)和第三階段的1個發(fā)動機(jī)可產(chǎn)生2322500磅推力（真空狀態(tài)下）；

登月艙升空發(fā)動機(jī)可產(chǎn)生3500磅推力。

所以盡管升空發(fā)動機(jī)很小，但它足夠支撐登月艙運(yùn)行。當(dāng)火箭從地球起飛時，其上升段重力可達(dá)10000磅，但月球上物體重力僅為地球上的1/6，火箭重力在月球上甚至不到1.700磅。所以它離開月球表面時速度很快，你可以在其他人發(fā)布的視頻中證實(shí)這一點(diǎn)。

升空發(fā)動機(jī)不是很大。我想要找一張站立著的成人與升空發(fā)動機(jī)的對比圖，但沒有找到。不過這個上升段的圖表通過對比宇航員與升空發(fā)動機(jī)的大小，可以讓你有一些概念。 升空發(fā)動機(jī)就是中間的白色物體。

我認(rèn)為升空發(fā)動機(jī)最吸引人——也是最令人恐懼——的一點(diǎn)就是它必須要投入運(yùn)作。如果引擎沒法點(diǎn)燃，宇航員就死定了。沒有其他方法可以離開地球，沒有備用發(fā)動機(jī)，也沒有其他獲得救援的方式。因此升空發(fā)動機(jī)必須設(shè)計得簡單、可靠。它的原料使用了高氣壓推進(jìn)劑（一種燃料和氧化劑，一經(jīng)接觸即可點(diǎn)燃），因此不需要配備點(diǎn)火系統(tǒng)。甚至不需要泵——他們通過加壓氣體將推進(jìn)劑推入發(fā)動機(jī)。 值得慶幸的是，每次發(fā)動機(jī)都能完美運(yùn)行。

如果你好奇：“搭載2名宇航員的阿波羅登月艙如何脫離月球？是否需要借助火箭之力？”

那么請你思考一下：其他火箭是如何起飛的？ 直升機(jī)是怎么起飛的？你是如何從椅子上站起來的？

從物理學(xué)的角度說，“提升物體”所需要的就是施加一個與重力方向相反且數(shù)值大于重力的力。

所以，我們以780萬磅的推力來發(fā)射一枚650萬磅重的土星5號運(yùn)載火箭。 一個200磅重的作家在早上起床時需要的能量比這要小得多（別問這是什么感覺）。

（圖解：圖為阿波羅登月艙。圖源：Tesla News）

一個燃料充足、供應(yīng)充足、搭載宇航員和月球取樣的阿波羅登月艙質(zhì)量大約不到12，000磅，所以它不需要另外在阿波羅/土星5號上配備火箭，土星5號需要那么大的推力是因?yàn)橥列?號不僅要運(yùn)送登月艙，還要搭載著陸艙、指揮艙、服務(wù)艙、6500磅的發(fā)射臺系統(tǒng)塔，還有從起飛、飛行第一階段、飛行第二階段等各階段保護(hù)登月艙的8000磅的錐形光固化整流罩以及將所有階段連接在一起的所有級間和儀器環(huán)。每過一個階段，所需要的引擎堆就更龐大，因?yàn)樗粌H要運(yùn)送包括自己在內(nèi)的所有艙，還要對抗升空中的地球重力和大氣。

但在月球上，情況有所不同。 在月球上，登月艙只需要對抗其在地球上重力的1/6——所以它不需要12000磅的推力來平衡12000磅的自重，只需要2000磅即可。 由于月球沒有大氣層，它也不需要任何額外的推力來對抗空氣阻力。

（圖解：圖為NASA月球取樣。圖源：Wikimedia。）

實(shí)際上，阿波羅登月艙在3800磅的推力發(fā)動機(jī)下便足以輕松地脫離月球，加速進(jìn)入軌道。

阿波羅11號登月艙只搭載了奧爾德林和阿姆斯特朗2名宇航員。他們先前從指揮艙離開，留下另一名宇航員柯林斯。發(fā)動機(jī)和燃料使他們能夠體面地回程，并在完成任務(wù)后被卸下登月艙。由于選擇合適的著陸地點(diǎn)花了一些時間，著陸差點(diǎn)就被取消了，其時，底部的著陸艙只剩下大約10秒的燃料可消耗。剩余的艙室中有一個小型發(fā)動機(jī)和燃料，供其升空并與指揮艙對接，2名宇航員與柯林斯會合后，后再從月球軌道返回飛行。

（圖解：圖為阿波羅11號的三位宇航員，左起分別為阿姆斯特朗、科林斯、奧爾德林。圖源：KVAL News。）

由于月球的重力不強(qiáng)，指揮艙很輕松地脫離了月球軌道，擺脫月球引力，飛回地球。指揮艙臨近地球時，只需稍稍減速就可以進(jìn)入繞地軌道。在時機(jī)成熟時，指揮艙會產(chǎn)生短暫的推力，令其減速，并在大氣層逐漸下降，在到達(dá)低層大氣后打開降落傘，讓它濺落在回收船附近的海域。潛水員會從直升機(jī)上跳下，打開艙門，把船員抬進(jìn)直升機(jī)，接著通過連接電纜回收艙室，同時回收采集到的樣本。我希望這篇文章能解決你的疑惑。

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作者:Mark Shulmann

FY:月見里

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