在大气层里“打水漂”，原来这才是登月后安全返回的最重要一步

上文书讲到了科马洛夫死和加加林的死，这都是前后脚地事儿。那时候苏联的航天事业正好走霉运，失败的概率很高。就在这几年，发射的月球探测器多半也是失败的。有的是根本飞不到月球，有的是撞到月球上坠毁。不过月球 10 号是人类第一个绕着其他天体旋转的探测器，这还算是成功的。

不管是美国还是苏联，要想发射载人飞船去月球，那么有个很大的问题要解决。那就是飞船再入的问题。就好像在地球上扔石头一样，你扔的越高，花的力气就越大，石头砸下来就越狠。这就是个动能和势能转换的问题。飞船打到月亮上，碰到的也是这个问题，从月亮返回的飞船速度会非常快。直接了当的冲进大气层，是根本无法消耗那么多动能的。这该怎么办呢？

当时美苏两国都想到了一个办法，那就是让飞船打水漂。上次我们讲过，科马洛夫驾驶的联盟 1 号在再入大气层的时候，就打过一次水漂。但是从月球归来，打水漂的弹道和联盟号相差很大，这必须是经过试验才能决定的。苏联在这方面的 探索 早于美国人。

苏联发射了一个月球探测器，叫探测器 4 号，其实就是不载人的联盟飞船，这个计划是为宇航员绕月飞行做准备的，当初苏联不是把绕月和登月分给了两个设计局嘛。所以，这艘不载人的飞船是由切洛梅的质子号火箭发射的。这东西飞行轨道的远地点达到了 32 万公里，距离是足够了。但是方向并不是对着月球的，根据苏联的官方说法，是为了排除月球的干扰，毕竟这只是纯粹的弹道实验，不想有月球的引力掺杂在其中。

探测器逛了一大圈，从 32 万公里之外返回地球。但是再入大气层的时候控制得不太好，飞船一头扎向了西非外海，没有落到苏联境内，没办法，控制人员只能引爆了探测器。这次任务获得了部分成功，但是最后一步失败了。

1968 年，苏联还搞了两次探测任务，但是都发射失败了。原本计划下一次就让宇航员绕月飞行的，现在看来还不行。

当时美国走得还比较顺利，他们已经完成了阿波罗 4 号任务，这是土星 5 号火箭的第一次发射。哥伦比亚广播公司的播音员在控制中心进行现场解说，当土星 5 号的的发动机点燃的时候，把播音员吓得不轻，他感觉到房子都在颤抖，声音大得像火山爆发。别看控制中心离 39 号发射台距离很远，但是当时仍然震得天花板都掉下来了。 土星 5 号的第一次亮相就给大家强烈的震撼 。

阿波罗 4 号主要测试的就是第 1 级和第 2 级火箭。第 3 级火箭也测试了在太空重新点火。别忘了，土星 5 号火箭的第 3 级就是土星 1B 火箭的第 2 级。所以只有下面的两级是第一次使用。美国人为了赶进度，1 级和 2 级也就一次全上了。尽管如此，美国人还是非常强调地面测试的，哪怕在地面炸了，也好过在太空出事儿。因为地面上炸了总是好找线索，好分析故障原因的。在太空炸了，那你就全靠猜吧。

这一次比较顺利，阿波罗飞船达到了从月球返回的速度，对高速再入大气层做了测试，最后落在了太平洋中心，实验还算圆满。

下一次发射是阿波罗 5 号，主要是为了测试登月舱，用的是土星 1B 火箭。火箭把登月舱送进了 200 公里高的椭圆轨道。登月舱分为两部分，底下的底座和 4 条腿是下降级，上面的是上升级。这次为了省事，4 条腿就没装。下降级带有一个反推火箭，用的是偏二甲肼和四氧化二氮作为燃料，这种常温组合特别适合上面级和卫星等等要长期储存燃料的东西。这个发动机需要能够深度调节推力，需要能灵活控制油门大小。这个发动机可是很重要的，我们以后再说它。

地面控制下降级的火箭启动，但是自动控制系统出了故障，开了 4 秒就熄火了。后来地面遥控又开了两次，还算顺利。

上升级也带有发动机，登月顺利的话，下降级背着上升级，开着反推火箭，轻轻地降落到月球表面，等宇航员在月球表面干完了活儿，要回家了。那么坐进上升级，屁股上的发动机一点火，就把下降级给扔在月球表面了，回家不用带这累赘玩意儿。上升级的火箭发动机推力不大，只要能把上升级加速到 24 公里/秒，就能脱离月球表面，进入月球轨道，然后找阿波罗飞船汇合，踏上回家之路。

地面人员控制着上升级和下降级分离，看来这个火箭也是好用的。最后这两部分分别坠入大气层烧毁，实验是成功的。

这几次看上去美国人手气挺顺的，但是下一次发射阿波罗 6 号的时候就出事儿了。问题出在了第二级和第三级的 J-2 氢氧发动机上。2 号发动机在工作了 263 秒以后，燃烧室压力下降，后来干脆完全关机。旁边的 3 号发动机也跟着关了机。这时候火箭上的计算机开始协调发动机之间的补偿，第 2 级剩下的 3 台发动机尽量顶替灭掉的 2 台，延长一下燃烧时间，也能对付过去。

但是，祸不单行，第三级只有 1 台 J-2 发动机，本来燃烧了 170 秒以后关机了，等到需要再一次开机的时候，第 3 级的发动机居然没反应。NASA 的地面监控人员差点气得吐了血。怎么接二连三的掉链子啊？

但是马歇尔太空中心是负责火箭研发的，他们难辞其咎。6 台 J-2 发动机居然坏了 3 台，这个问题很严重，你不能依靠这样的发动机带着宇航员去月球。冯·布劳恩要发火，当然是找洛克达因公司算账嘛。负责 J-2 发动机的项目经理是卡斯滕霍尔茨，他顿时就成了“千夫所指”，在卡纳维拉尔角的一个大会议室里，阿波罗计划上上下下那么多项目经理，把他骂了个狗血喷头。

卡斯滕霍尔茨回到洛克达因公司，他弄了个行军床，就住在办公室里，是不是有点华为工程师的架势？带着一帮工程师 24 小时不眠不休地做实验。土星 5 号的第 2 级已经坠入大气层烧掉了，第 3 级在太空里飞呢。他们上哪儿去找故障原因啊？遥测数据也不完整，J-2 火箭的数据通道被其他数据给挤占了，这么多次都没出故障，大家都没拿 J-2 发动机当回事儿。

怎么办呢？去看**，当时现场安装了摄像机，拍摄了大量的影片。在试车台上也拍了大量的影片做记录，大家分头去看，看看有没有端倪。卡斯滕霍尔茨注意到一个细节，一段波纹管上结了冰。这根管道是给发动机输送辅助燃料的，J-2 发动机是低温氢氧发动机，液氢是零下 250 度，液氧是零下 180 度。空气中的水蒸气在管子上凝结成冰了。

卡斯滕霍尔茨知道，在地面是会结冰的，因为地面有水汽，但是在太空，那是完全真空的环境，根本不可能有水汽，也就不可能结冰。难道问题出在太空环境和地面不一致上？

这是完全有可能的，在地面实验的时候，因为波纹管结了冰，振动特性就改变了，因此不容易引起共振，在太空，没有结冰，结果刚好发动机的振动和波纹管共振了，导致管道被震断了，于是发动机就熄火了。

洛克达因公司有模拟太空环境的实验室。卡斯滕霍尔茨拿了 8 根波纹管到真空实验室里去做实验。复现 J-2 发动机在太空工作的状况，结果这 8 根管子全都断了。原来问题就出在这里。只要换用另外材料的不锈钢波纹管，问题就解决了，大家算是长出了一口气。

所以，航天系统的测试是非常严格的，稍有疏忽就会惹出麻烦。这也凸显出地面测试的重要性。

苏联人这时候扳回了一局，在 1968 年的 9 月份，质子号火箭把探测器 5 号发射到了太空。前三级火箭把探测器送到了 160 公里高的轨道上。最后从地球轨道去月亮的路程，要靠上面级的推力了，上面级把探测器送进了地月轨道。

但是，探测器 5 的轨道稍有偏差，最终绕月而过，最近的时候距离月亮不到 2000 公里，探测器转了个大圈开始返回地球。苏联倒是先于美国找到了 在大气层里打水漂的正确方式 ，而且他们在飞回地球的时候还拍下了最清晰的地球照片，算是一个重要的成果吧。

不过呢，飞船返回的轨迹还是比较陡峭，飞船的导航系统出了毛病。苏联人这次算是学乖了。早就做了防备，万一飞船掉进印度洋的话，必须要安排船只，所以他们就在印度洋布置了 8 艘船待命。最后，飞船果然掉到了印度洋里，最近的苏联船只在 105 公里以外。而且飞船还是夜里掉下来的，黑灯瞎火的不太好找。

飞船进入大气层的轨迹是非常陡峭的，如果载人的话，人很可能是吃不消的，好在飞船是无人的。但是飞船还是携带了一些生物参与绕月飞行。飞船上装了果蝇的卵，还有大麦小麦的种子以及胡萝卜之类的。反正这些东西都是不会动的，不在乎飞船是不是下降太快，冲击力太大。

但是，飞船上也有会动的，这二位是满不在乎，头尾四肢往壳子里一缩，人家硬是撑过来了。闹了半天，苏联人弄了两只“忍者神龟”上太空。好处是这二位特别的老实，不吃饭也死不了。苏联人就是要看看，去月亮溜达一圈，体重减轻多少，飞船总共用了不到七天的时间就转了一圈，由此可以计算出乌龟的计算新陈代谢数据。

等飞船被捞起来，运回苏联，足足花了 4 天时间。等到把返回舱打开一看，这两只忍者神龟还真能忍，这寿星老真的不是吹牛吹出来的。还活得好好的呢。这两只乌龟回到地面以后，食欲还不错，真是吃嘛嘛香。这次太空之旅体重减轻了 10%，对照组的乌龟没上太空，就在地上饿着，人家体重减轻了 5%。苏联人给乌龟做了体检，发现这纯粹是饿的，问题不大。反正这次实验表明， 从月球返回以后在大气层内减速是完全行得通的 。这项技术能够确保宇航员在完成登上月球的任务以后是可以安全的返回的。

苏联人的一系列无人实验显然给了美国人压力。美国下一步就要完成阿波罗飞船的载人飞行了，也就是阿波罗7号任务。发射飞船的火箭还是土星 1B，这也是美国第一次把 3 个人送入太空轨道。美国人不敢马虎，生怕阿波罗 1 号的悲剧重演。因此，所有的火箭发动机都在地面做了 8 次点火试车。

阿波罗 7 号的宇航员采用了 1 老带 2 新的模式，也就是参加活动水星计划和双子座计划的瓦尔特·施艾拉，他是指令长，带着两个同伴唐·艾斯利和瓦尔特·康尼翰。这两个人是新手，第一次上太空。指令长施艾拉本来是个非常爱开玩笑的人，这人儿还是挺幽默的，但是在任务巨大的压力之下，他的笑容不见了。在临近发射的时候，他得了感冒，这让他的脾气变得更差。

感冒在地上不是什么大病，最多是打喷嚏咳嗽，但是万一严重了，自己这一组人被换掉怎么办？这是施艾拉不想看到的结果。所以他能不心烦意乱吗？还好他们这一组人并没有被换掉。

1968 年的 10 月 11 日，他们三个人坐进了阿波罗 7 号飞船的座舱里。这一次的航程漫长，要足足在太空里生活 11 天，尽管新的阿波罗飞船比双子座宽敞得多，也舒适得多，但是在太空里的确是很憋屈，你不能起身找个宽敞地方四仰八叉的躺下，你只能缩着。

土星 1B 火箭起飞非常的平稳，宇航员们比乘坐双子座飞船要舒服多了。当天的天气也不是很好，风速有点偏快。很快，他们就被送进了地球轨道。他们的第一项任务就是联系和登月舱对接。这一次并没有携带登月舱。他们操纵飞船小心翼翼地掉过头来，和火箭的第二级练习对接，第二级火箭其实和土星 5 号的第 3 级是一样的，火箭外壳像花瓣一样张开。阿波罗 7 号飞船，慢慢对准花瓣，慢慢地接近。其实这就是一次模拟练习，并不是真的对接。

在完成这次模拟任务之后，还要测试服务舱的发动机。这个发动机很关键。飞船飞到月球附近以后，靠这个发动机反推，飞船才能减速，然后被月球的引力捕获，变成绕月飞行，最后回家的时候，也是靠这个发动机加速，离开月球轨道。所以这个发动机要开关好多次，必须进行测试，当这个发动机开机的时候，宇航员们感觉屁股被狠狠踢了一脚。

剩下的事儿就不太多了，主要是完成漫长的太空生存。三个宇航员都抱怨太空食品不好吃，其实他们吃的已经比双子座任务要好了不少，但是他们仍然不满意。主要是指令长的感冒变得很严重，鼻子堵了，而且还不断打喷嚏，把其他人也传染了。

飞船里安装了多台摄像机，地面人员是看得一清二楚。在失重环境下，施艾拉的鼻窦充血了无法消退，人的脸也浮肿了 ，也无法消退。脑袋跟猪头一样。他吃了点阿司匹林，但是一点用都没有，所以他的脾气变得越来越坏。

地面发来了指令，要求他们把电视直播设备的电源接通，这次是美国首次从太空对地面进行电视转播。但是施艾拉心烦意乱，就是不配合，还和地面的指挥人员吵了一架，最后这事儿还惊动了 NASA 的高层。地面上的人怎么劝施艾拉都没用，大家顿时一个头两个大，这可怎么办啊？下回再说。