“神舟十二号”与“天和”核心舱自主快速交会对接只需6.5小时

“神舟十二号”与“天和”核心舱自主快速交会对接只需65小时

　“神舟十二号”与“天和”核心舱自主快速交会对接只需65小时，神舟十二号采用6小时的快速对接模式，比地球上绝大多数的快递要快得多，为什么可以这么快呢， 目前为止全世界在太空实施的对接已经超过500次，大多数美俄进行的。

“神舟十二号”与“天和”核心舱自主快速交会对接只需65小时1

　倒计时，我国又要发射载人飞船了！这次神舟十二号发射有一个亮点，那就是将采用快速对接模式，发射后6小时就可以实现与天和号的对接！

　神舟十二号任务

　2016年7月17日，神舟十一号成功发射，在7月19日实现天宫二号自动对接，用时2天。2021年4月23日美国发射的“奋进”号龙飞船，用了24小时才与国际空间站对接成功。神舟十二号采用6小时的快速对接模式，比地球上绝大多数的快递要快得多，为什么可以这么快呢？

　6小时快速对接模式是最快的吗？

　虽然我国航天对接已经进入6小时对接时代，但是还不是最快的。2021年4月9日发射的俄罗斯联盟飞船MS-18已经实现了3小时2分的超快对接模式，是历史上和空间站最快速的对接。

　联盟号飞船对接

　航天史上最快的对接记录

　俄罗斯联盟号3小时的超快模式是对接空间站最短的时间，但仍然不是世界上最快的太空交汇对接。

　1967年10月30日，俄罗斯两艘无人飞船186、188号实现了1小时8分的超快对接（飞船对接），这是人类史上航天器的首次自动对接，时间记录至今未被打破。

　俄罗斯火箭发射

　1966年3月16日，美国航天员阿姆斯特朗和斯科特乘坐“双子星座”8号飞船手动与“阿金纳”无人飞行器对接，是人类首次空间站对接。此外，美国双子座载人飞船创下了1小时34分的载人飞船对接记录。

　飞船是如何与空间站对接的？

　发射飞船和空间站对接，首先飞船发射时候需要和空间站同一个平面，这个一般是靠地球自转到达，所以这种发射有个时间窗口。

　飞船与空间站对接要解决的两个问题

　飞船发射入轨后，会先在更低的轨道开始绕地球运行，需要追上在更高轨道的空间站，就要解决高度差和相位差（角度差）两个问题，一般有两种方法：

　第一种是稳定轨道追逐法，飞船首先解决高度差问题，经过两次加速后达到和空间站同一轨道高度。然后经过多次减速，利用小轨道周期短办法缩短相位差，从而追上空间站。

　稳定轨道追逐法一

　稳定轨道追逐法二

　第二种是同椭圆轨道法，它是先调整角度、然后再调整高度，经过多次调轨，不断逼近空间站轨道。当两者轨道很接近的时候，再从空间站下方、后方缓慢变轨接近。这种方法耗时比较长，一般需要2~3天，但比较稳当。

　同椭圆轨道法

　俄罗斯超快速对接的原因一是国际空间站经过发射点上空时候开始发射，此时相位角差距最小。其次就是在飞行过程不做任何多余飞行，在飞船轨道绕行期间不绕完一圈就开始变轨，这样绕地球不到两圈就可以追上空间站。

　当然，俄罗斯的超快速对接原理看似很简单，但是要对轨道计算、飞船定位、加速增量等各种误差要计算非常精确，这不但需要很深厚的技术积累，还要有丰富的实践经验。

　变轨示意

　有哪些国家掌握天空对接技术？

　目前为止全世界在太空实施的对接已经超过500次，大多数美俄进行的。虽然距离首次对接已经过去了50多年，但世界上仍只有美、俄、中、欧空局及日本独立掌握太空对接技术。

　神舟十二号飞船6小时对接意义

　神舟十二号对接口

　我国神舟十二号飞船采用6小时快速对接模式，展示了我国在航天技术上的深厚积累，可以实施精度要求高、技术难度大的航天活动，也表明我国已经从航天大国开始变成航天强国。2021年5月29日发射的天舟二号货运飞船，也是采用6小时（实际8小时）的快速对接模式，可以说是为载人飞船预先进行了一次演练。

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　大家有没有注意到，不论是神舟1号发射，还是现在神舟12号发射，都使用的是长征二号F火箭，长征二号F几乎成为了中国航天员的专用“座驾”，发射成功率为100%，那么我们就来了解一下为何长征二号F火箭如此优秀？

　长征二号F火箭全长5834米，由一，二子级结构组成，直径335米，助推器直径225米，整流罩直径38米，起飞质量4798吨，能一次性将84吨有效载荷送入近地轨道，长征二号F推进剂使用的是四氧化二氮和偏二甲肼，起飞推力为604387吨。

　最重要的是，长征二号F可靠性为097，安全性为0997，是我国所有型号火箭中可靠性和安全性最高的火箭，这就是为什么我国要把它作为神舟飞船和中国宇航员的专用“座驾”了。

　长征二号F共发射了15次，共17人次进入太空，神舟五号杨利伟，神舟六号费俊龙和聂海胜，神舟七号翟志刚、景海鹏和刘伯明，神舟九号景海鹏、刘旺和刘洋，神舟十号聂海胜、张晓光和王亚平，神舟十一号景海鹏和陈冬，神舟十二号聂海胜、刘伯明和汤洪波。

　神舟12号飞船正载着三名中国宇航员一步步地接近中国空间站，几个小时之就要与中国空间站交会对接了，届时，中国人将成为中国空间站的首批入住人员，我们终于圆了期待已久的“空间站梦想”。

　众所周知，以美国和俄罗斯为首打造的国际空间站已经运行20多年了，即说名字上带有“国际”两字，但实际上很不称职，美国一直阻止中国人入驻。

　但是现在，并不是我国羡慕美国，反而是美国羡慕我们，因为国际空间站已经衰老，2025年左右退役，而中国空间站才刚刚开始。

肯尼迪航天中心（Kennedy Space Center，缩写为KSC）位于美国东部佛罗里达州东海岸的梅里特岛，成立于1962年7月，是美国国家航空航天局（NASA，National Aeronautics and Space Administration）进行载人与不载人航天器测试、准备和实施发射的最重要场所，其名称是为了纪念已故美国总统约翰·肯尼迪（John F Kennedy）。整个场地长达55千米，宽10千米，面积达到了567平方公里，大约有17000人在那里工作。场地上还有一个参观者中心，参观者也可以随导游参观。肯尼迪航天中心是佛罗里达州的一个重要的旅游点。同时由于肯尼迪航天中心大部分地区不开放，它也是一个美国国家野生动物保护区。

肯尼迪航天中心目前发射指挥部在39号发射中心，这里也是飞行器组装建筑物的所在地。在它的西部6000米处有两个发射场，向南8000米处是肯尼迪航天中心的工业地区，那里有许多中心的支援设施和管理总部。

肯尼迪航天中心由四个部分组成，工业区、39号发射中心和它的两个发射场LC-39A和LC-39B、飞行器组装建筑物和参观者中心。

肯尼迪航天中心除支援设施和管理总部外，在工业区内还有国际空间站的太空站制造设备。

工作区由装配车间、控制中心、气象中心、新闻工作区组成。控制中心是发射的神经枢纽，气象中心负责提供实时的卫星气象云图、风速等数据，供控制中心参考。装配车间则负责装配火箭或航天飞机，装配完成后，由履带车拖到发射架上。发射架位于距离工作区3公里之外的大西洋畔，两座发射塔分别标号“A”和“B”。

美联社、路透社、CNN等一些世界主要媒体在航天中心设有专职记者，并拥有自己的工作楼。工作楼的一层供文字记者使用，二楼平台则供摄影记者拍摄使用。此外，每逢重大新闻事件，很多电视媒体和文字媒体会租用卫星工作车，进行现场报道。

卡纳维拉尔角作为美国的太空基地已有50多年历史。1949年，时任美国总统的杜鲁门决定将卡纳维拉尔角作为美国导弹发射基地。此后的十多年中，这里一直由美国国防部下属的部门使用，1962年美国宇航局进驻，卡纳维拉尔角才成为军民两用航天发射基地。卡纳维拉尔角之所以被选作发射场地，是因为这里的纬度较低，向东发射火箭，可利用地球自转的附加速度，帮助卫星入轨。

自1950年这里首次发射火箭以来，卡纳维拉尔角先后发射了“宇宙神”火箭、“大力神”火箭等。1981年，航天飞机首次从卡纳维拉尔角发射升空。

39号发射中心

39号发射中心一开始是为阿波罗计划建立的。其东部是工场和控制中心。其北边是维护降落的航天飞机的宇宙飞船处理厂。中心的大建筑是飞行器组装建筑物，其中有组装四种不同火箭（包括土星5号运载火箭）和航天飞机的外部燃料箱和固态火箭推进器的装置。组装建筑物的南边是低的工场建筑。这里有组装航天飞机火箭的设施。整个组装建筑物高160米，面积为218×158米。

建筑物内的1号和3号组装台位于建筑物的东边，2号和4号位于西边。由于实际上进行的发射次数比计划的要少，2号组装台只被使用过一次，而4号组装台从未被使用过。今天建筑物西部的一边被用作仓库。建筑物的大门有139米高，由七个门板组成，每个门板可以单个地向上提起。

发射场俯瞰1976年庆祝美国建国200周年时建筑物的南墙被画上了一面64×335米大的美国国旗。旗上的每个条与一辆公共汽车一样宽。由于建筑物内没有空调装置，过去外面阴雨时建筑物内的顶部会形成雨云，后来建筑物内加入了抽干器后这个问题才被解决。

从组装建筑物有两条通向发射场A（在南边）和发射场B（在北边）的6000米长的路。这两条路是给运输组装好的火箭或航天飞机的爬行者运输车用的。肯尼迪航天中心共有两辆爬行者运输车，每辆重2721吨，载物面积为40×35米。它们是世界上第二大的可转向的车。它们的速度为16千米/小时，因此从组装建筑物到发射场它们需要5小时的时间。对当时的技术来说将110米高的土星5号火箭站立着送到发射场，而且还克服了5%的坡度爬到发射场上，是非常了不起的技术成就。

LC-39A和LC-39B发射场

LC-39A和LC-39B被交替使用，它们就在大西洋岸边几米的地方。它们互相之间的距离为27千米。今天的航天飞机比当时的土星5号火箭低得多，因此它们被截短了。今天它们的高度为813米（避雷针没有计入）。

为了防止整个设施和正在起飞的航天器在被发射时所造成的声波摧毁，在起飞后几秒钟内向发射场的下部喷射一百多万立升水。虽然如此在土星5号发射时，约20千米以外的泰特斯维尔，还常常有窗户被震破。

发射场东北和西北角上是圆柱体的氢和氧燃料仓，每个仓可以容纳330万立升冷凝液态的燃料。为了防止爆炸的危险，航天飞机的外部燃料箱，在起飞前不久才能被填满。

航天飞机着陆设施

航天飞机着陆设施位于组装建筑物西北约32千米处，它主要由一条4572米长和91米宽的跑道组成。通过一条柏油路它与宇宙飞船处理厂相连。假如航天飞机不在肯尼迪航天中心降落的话它会被一架波音747背付运送到肯尼迪航天中心，然后直接在跑道上从飞机背上卸下来。

参观者中心

肯尼迪航天中心参观者中心是一个私人企业，它的运行不依靠美国政府资助。它包括数个博物馆、两个IMAX**院和不同的汽车导游来让游客从近处看否则看不到的、不公开的地方。入门票中包括汽车运送到39号发射场的观察点和运送到阿波罗-土星5号中心。这个中心是一个存放着一个重造的土星5号火箭和其它展览品的大博物馆。在这些展览中有一个重建的阿波罗时期的射击训练场，在那里游客可以重新体验阿波罗的起飞，还有一处地方游客可以重新体会阿波罗11号的着陆。

参观者中心还包括两个由宇航员纪念基金会组织的两个设施。其中最显眼的是太空纪念镜（Space Mirror Memorial），这是一块刻有殉职的宇航员的名字的巨大的黑色花岗岩镜。这些名字不停地被从背面照明。假如可能的话使用自然光，否则使用人工光。这些发光的名字似乎悬浮在反射的天空里。附近的荧光屏里记载着这些宇航员的详细的生平和逝世事件。另一个由基金会组织的设施是太空教育中心，其中包括为教师提供材料的资料中心等。

肯尼迪航天中心的历史

1949年美国总统哈利·S·杜鲁门在卡纳维尔角设立了实验导弹的联合长距离试验场。这个地方对这样的实验非常有利，因为导弹可以飞向大西洋，而且它比美国其它任何地方离赤道都要近，在赤道附近火箭可以利用地球自转的加速度。美国的第一次亚轨道火箭飞行是在卡纳维尔角获得成功的。

1951年美国空军在巴那那河海军空军基地（Banana River Naval Air Station）附近建立了空军导弹测试中心。苏联的卫星1号发射成功后美国的第一颗人造卫星，海军的前卫一号于1957年12月6日发射成功。1958年国家航空航天局成立，卡纳维尔角被改造为一个重要发射场。红石火箭、木星中程导弹、木星-C火箭、潘星导弹、北极星导弹、雷神火箭、大力神火箭、泰坦火箭和民兵导弹都是在这里成功试验的。雷神后来成为今天主要使用的三角翼火箭的基础，三角翼火箭是1962年7月1日运载Telstar卫星时首次启用的。

登月计划被宣布后，卡纳维尔角的操作范围增大扩展到了邻近的梅里特岛上。1962年国家航空航天局开始买地，通过购买它获得了340平方公里，又通过与佛罗里达州的谈判获得了226平方公里。1962年7月这里被命名为发射操作中心。1963年11月，为纪念刚刚被刺杀的约翰·肯尼迪总统，它被改名为约翰·肯尼迪航天中心。环绕的卡纳维尔角也被改名为肯尼迪角，但当地人对这个新名字不满，因此1973年它又被改回去了。

登月计划共分三个阶段：水星计划、双子座计划和阿波罗计划。水星计划的目标是将人送上地球轨道后再将他们接回来。这个计划于1957年10月开始，使用的是大力神火箭，运载的是水星负荷。一开始的试验使用的是红石火箭，它们将宇航员送到亚轨道飞行，其中包括1961年5月5日艾伦·谢泼德和7月21日维吉尔·格里森的15分钟的的飞行。第一位被大力神运载的宇航员是约翰·格伦，他的飞行是在1962年2月20日进行的。

通过水星计划的经验，美国设置了装载两人的双子座运载舱，发射火箭是泰坦二号火箭。第一次双子座发射是在1965年3月23日，宇航员是约翰·杨和弗吉尔·格里森。双子座四号是第一次宇航员登出飞行器的试验，宇航员是爱德华·怀特。从肯尼迪航天中心共起飞过12次双子座飞船。

阿波罗计划使用的是三级的土星5号火箭（高111米，直径为10米），制造厂是波音（第一级）、北美航空工业公司（引擎和第二级）和道格拉斯飞机公司（第三级）。北美航空工业公司还制造了指挥和服务舱，登月舱是由格鲁曼飞机工程公司制造的。IBM、麻省理工学院和通用电气公司提供仪表。

肯尼迪航天中心的新发射中心，39号发射中心共耗费了8亿美元。它包括一个能够同时组装4个土星5号火箭的组装建筑物，一个能够运输5440吨的运输设施，一个136米高的服务结构和一个控制中心。整个建设于1962年11月开始，发射场于1965年10月完工，组装建筑物于1965年6月完工，基础建设与1966年底完成。从1967年到1973年从39号发射中心共发射了13颗土星5号火箭。

39号发射中心启用以前在34号发射中心进行了一系列的土星1号和土星1B的试验。1967年1月27日发生的阿波罗-土星204号（阿波罗1号）的大火造成三名宇航员丧身就是在34号发射中心发生的。

土星5号的试验飞行（阿波罗4号）是在1967年10月30日进行的，第一次载人飞行（阿波罗7号）是1968年10月11日进行的。1968年12月24日和25日阿波罗8号绕月球环绕了10圈。阿波罗9号和阿波罗10号测试登月舱。阿波罗11号于1969年7月16日起飞，7月20日在登月。此后所有的阿波罗飞船都是从肯尼迪航天中心起飞的，一直到1972年12月的阿波罗17号。

空军决定对能够提升重负载的泰坦火箭进一步改进，为此他们在肯尼迪航天中心以南建立了卡纳维尔角空军40号发射中心和卡纳维尔角空军41号发射中心来发射空军的泰坦3号和泰坦4号火箭。泰坦3号的负载与土星1B的差不多，但要便宜得多。这两个发射中心被用来发射间谍、通讯、气象卫星和国家航空航天局的行星探测器。本来空军还打算进行自己的载人飞行，但这些计划后来被取消了。

肯尼迪航天中心在阿波罗计划的同时，继续研究非载人火箭。1966年5月30日从卡纳维尔角空军36号发射中心一枚大力神-半人马火箭发射了美国第一颗在月球上软着陆的探测器。此后从这里还发射了另外5颗月球探测器。从1974年到1977年大力神-半人马火箭成为国家航空航天局重负载火箭，用它从借给国家航空航天局的41号发射中心发射了海盗计划和旅行者计划的探测器。后来从这里还发射了美国最强大的不载人火箭土星4号。

1973年土星5号火箭也是将天空实验室送入轨道的运载火箭。为了适应土星1B的发射，39B号发射场被稍微改变。1973年从这里发射了三次载人赴太空实验室的飞行。1975年从这里发射了阿波罗-联盟测试计划。

肯尼迪航天中心也是航天飞机的发射场和降落地。哥伦比亚号航天飞机是1981年4月12日首次发射的。1986年1月28日挑战者号航天飞机在发射过程中爆炸被毁后到1988年9月29日航天飞机的发射一度中断。

2004年9月，肯尼迪航天中心部分结构被弗朗西斯飓风摧毁。飞行器组装建筑物的南边和东边有一千多块12×3米大的瓦片被揭落，使得整个建筑物3700平方米被暴露在外面。航天飞机防热瓦的生产工厂也遭破坏，部分屋顶被揭开，内部受到严重水害。

1、1969年7月21日，美国的“阿波罗11号”宇宙飞船载着三名宇航员成功登上月球，美国宇航员尼尔·阿姆斯特朗在踏上月球表面这一历史时刻时，曾道出了一句被后人奉为经典的话——这只是我一个人的一小步，但却是整个人类的一大步。

2、阿波罗载人登月工程开始于1961年5月，预计1969年7月20至21日首次实现登月。此后，美国又相继6次发射“阿波罗”飞船，其中5次成功，总共有12名航天员登上月球。整个工程历时约11年，到1972年12月结束，耗资255亿美元。在工程高峰时期，参加工程的有2万家企业、200多所大学和80多个科研机构，总人数超过30万。它是那时人类最宏伟的工程之一。

该工程的第一步是确定登月方案，它包括论证飞船登月飞行轨道和确定载人飞船总体布局。最后选定月球轨道交会方案，相应地确定由指挥舱、服务舱和登月舱组成飞船的总体布局。

为了进行载人登月，美国先实施了四个辅助计划，即在1961年至1965年发射九个“徘徊者”月球轨道器，用以了解未来的“阿波罗”飞船在月面着陆的可能性。在1966年至1968年发射五个“勘探者”月球着陆器，了解月球土壤的理化特性；在1966年至1967年发射三个“月球轨道环形器”，对40多个预选着陆地点进行详细观测，从而选出10个登月点；在1965年至1966年发射10艘“双子座”飞船，进行生物医学研究和飞船机动飞行、对接及舱外活动训练等。

“阿波罗”工程的第三个方面就是研制低轨道运载能力为127吨的大推力“土星5”运载火箭。

研制“阿波罗”飞船是该工程的“重头戏”。飞船的指令舱是航天员生活和工作的地方，也是全飞船的控制中心；服务舱装有主发动机等系统；登月舱由下降级和上升级组成。

载人登月

阿波罗11号搭载登月舱

首次载人登月是由“阿波罗11号”飞船完成的。当时飞船上载有三名航天员，当飞船与“土星5”火箭第三级分离，且飞船沿过渡轨道飞行2．5天后，便开始接近月球，此时飞船服务舱的主发动机减速，使飞船进入环月轨道。接着，两名航天员进入登月舱，并驾驶登月舱与飞船分离，这时飞船指挥舱内的一名航天员继续驾驶飞船绕月球轨道飞行，而另两名航天员则乘登月舱在月面着陆。登月后航天员采集了岩石和土壤（22千克），展开了太阳电池阵，安装了月震仪等。任务完成后，他们乘登月舱的上升级返回月球轨道，与飞船对接，最后返回地球。

1969年11月至1972年12月，美国又陆续发射了“阿波罗”12至17飞船，其中除“阿波罗13号”因故没有登月（航天员安全返回地面），另五艘飞船均登月成功，“阿波罗”15至17飞船的航天员还驾月球车在月面活动，采集岩石。

航天员在月球上钻取了三米的月球岩芯，发现多达57层，每层代表一次陨石冲击，还测量了月球内部发出的热流……“阿波罗”工程极为壮观，它激动了无数人的心，使载人登月的千年梦想变成了现实。

上文书讲到了苏联为登月的火箭方案头疼。现在的 R-7

系列火箭显然是不够用的，这款火箭的潜力也都挖得差不多了。要知道，在地球的引力场范围内，飞得越高，需要的能量就越大。这就是一个用火箭燃料的化学能去换取引力势能的过程。火箭把上面级推进地球轨道以后，全靠上面级自己的燃料从地球轨道飞向月球轨道，这还不算，还要落下去，这是要花费额外的能量的，下去以后还要返回，还要上来。这也要花费能量。满打满算，上面级怎么也要

100 吨的重量，其实登月舱和火箭只占小头，大头是燃料。

也就是说，一级火箭起码要有这个本事，把 100

吨的东西送进地球轨道。现在东方号和上升号飞船也就那么几吨，差的太远了。美国人也一样，双子座飞船也不大。

双子座飞船很小，不满足登月的需要

这简直是一个连环套，上面级轻一点，整个火箭就可以小一点。怎么才能让上面级轻一点呢换用高能燃料是个办法，每公斤燃料含有能量最大的是氢，一公斤氢气完全燃烧，可以产生

1416 亿焦耳的热量，汽油只有 473 亿焦耳。柴油更低，只有 448。数值上差的太远了。

但是氢有个毛病，体积巨大，密度低的可怜。即便是压缩成了液态氢，密度也很小，大概是 708 公斤/立方米。要知道 1 立方米的水，刚好是 1

吨重，差了不止 1 个数量级。煤油比水轻，也要 820 公斤左右。液态氢小了 10 倍都不止。那么大的罐子，其实没多重。

液态氢温度非常低，低于-252℃

液氢的另一个麻烦是温度极低，氢气是仅次于氦气，第二难液化的气体。必须冷却到 -252℃ 以下，这个温度非常的低，隔壁的液氧温度是

-183℃，温度差了几十度，这两者的温度差就会是一个超级大麻烦。液氧碰到液氢，立马冻成固体的冰坨子。

尽管麻烦很多，但是，氢氧发动机的优点真的很诱人，氢氧发动机的比冲比煤油发动机要高不少，特别适合上面级使用。比冲这个概念大约就相当于“百公里耗油”，比冲越高越好，你能不能开到目的地，就取决于百公里耗油和你带了多少油，只要这两个数相乘是够用的，你早早晚晚都能到。省油就可以少带油嘛，那不就轻松嘛。

最终，美国人决定去啃这块难啃的骨头，因为未来的巨型火箭是缺不了这个东西的。这就是 J-2 氢氧发动机，这东西对如今航天市场的格局都有重要的影响。

直击月球方案

与苏联人的徘徊不一样。美国的 NASA

倒是完全发挥了统一协调的作用，早早就开始论证登月的技术路线。如果要造一枚巨大的火箭，直接飞向月球，那么这枚火箭的起飞重量起码要 4000~5000

吨。这简直是天方夜谭，不要说当年，就算是现在，也没有这样的火箭。所以这个方案显然是不靠谱儿的。

第二个方案就算地球轨道集合的方案。用大型火箭发射登月舱，在地球轨道上先慢慢转悠。然后再发射一枚火箭，运送屁股后头的一大堆辅助舱段。在太空里交会对接，把登月舱和辅助舱段拼装好，再开动火箭飞向月球。到了月球，直接下去。然后在月球上溜达溜达，搬几块大石头，采集样本带回地球。这个方案的好处是不用一次性把整个登月舱和辅助舱段送上太空，那也就不需要巨型火箭了。但是当时根本没有人掌握交会对接技术，行不行啊

约翰·胡博尔特在解释他的登月方案，这一方案最后变为现实

最靠谱儿的一个办法，那就是飞到月球附近，被月球的引力捕获，飞船联合体成了月球的卫星，咱不下去。下去，那就是势能变成了动能，在落到月亮上的一刻，动能全都消耗光了。再飞离月球，还要付出相同，甚至是更多的能量。这样是非常不划算的。只要让登月舱这一小坨下去，指令舱+服务舱那么一大坨仍然停留在月球轨道，这是最划算的了。

最终，阿波罗计划就是按照这个思路走的。即便是这最靠谱儿的方案，美国人当时也没把握。因为要想让 2 个宇航员登上月球，他们要把 140

吨的大家伙送上地球轨道，这是一件非常难办的事儿。

布劳恩和肯尼迪，左侧是土星-1型火箭模型

研发这种大型火箭，重担就落在了马歇尔太空中心的掌门人冯·布劳恩的肩上。其实布劳恩早就憋着造大型火箭呢。但是他也是心急，他巴不得早点登月，因此在 50

年代末，他就开始研发土星系列火箭了。他以前研发的火箭不是叫“木星”嘛。下一枚火箭肯定叫土星嘛。他还是想在地球轨道拼装成联合体，然后再飞向月球。他的土星火箭就是按照这个思路去做的。

在 50 年代末，布劳恩手里拥有的发动机也就是洛克达因的 H-1 发动机。更大的 F-1

发动机还在研发之中。这东西被用在纳瓦霍导弹上，后来还在红石导弹上也用过。现在最新的改进型，推力也才几十吨。发射大型火箭是肯定不够的。只能多枚火箭捆绑在一起使用。所以，最早的

C-1

构型运载火箭显得有点土，因为构造太难看，燃料箱都是分离的，一个发动机配一个，你想想这毛重要增加多少啊，一根一根分离的管子，这都是皮啊，要是合在一起，不是更节省嘛，当时没这个技术，稳妥起见，还是分开吧。

土星-1型火箭第一级是8台H-1发动机

C-1 火箭 1963 年改名叫土星 1 型火箭，这是土星火箭家族的开山之作。第一级捆绑了 8 个 H-1 火箭发动机，内圈 4 台，外圈 4

台，足足的一大捆。

火箭的第二级采用了 6 台 RL-10 氢氧发动机。RL-10

算是美国人第一次尝试使用氢氧作为燃料。反正第一个吃螃蟹的难免出事儿。炸掉试车台这种事儿，他们是碰上好几次。火箭发动机不炸才怪，就是炸出来的。这台原始版本的氢氧发动机，比冲达到

433，液氧煤油的 H-1 发动机，比冲才 289，氢氧发动机的比冲优势是很大的。但是这台发动机的推力却很小，只有 7 吨的样子，6 台也不过才 40

多吨。

第二级装有6台RL-10氢氧发动机

布劳恩就用这两级火箭拼装出了第一代的土星火箭，也就是土星 1 号。土星 1 的第一级是在克莱斯勒工厂制造的，第二级是在加州的道格拉斯飞机公司制造。NASA

是个不错的教练员，带着这些防务承包商一起进步。1961 年，土星 1

型火箭开始测试飞行。布劳恩他们还是比较谨慎的。第一次发射，上面的第二级是假的，是个配重。第一级是真的，就是看这个第一级工作正常不正常。实验还是很圆满的，第一级的

8 台 H-1 发动机把火箭送进了 136 公里高的亚轨道。

后来，在 1962 年和 1963 年又搞了几次测试。都是只测试了第一级，但是上面的配重越来越重，飞得越来越高，但是都是亚轨道。一直到 1964

年，才把真正的第二级给装上。真正飞进了远地点 760 公里，近地点 264 公里的轨道。有效载荷足有十几吨重。按照这个量级。拼凑成登月飞船联合体，起码要发射

10 次，拼装 9 次啊，这多麻烦啊。所以，布劳恩也就明白了。靠这个土星 1 号火箭，离登月还很远。

布劳恩当时规划了从 C-1 到 C-4 各种火箭发动机的搭配。其中 C-2 和 C-3 都没落到实处，只是一个构想。倒是 C-4

比较靠谱儿，那就是第一级用 4 台巨大的 F-1 发动机，第二级用 4 个 J-2 发动机，第三级用 1 个 J-2 发动机。J-2 发动机的推力足有 100

吨，比现在的 RL-10 大多了。

C-4 火箭只要两枚，就能在太空里拼装出登月飞船联合体。布劳恩算计着，这总够用了吧。这时候，手下的技术人员提出了新的建议。假如放大 C-4 火箭。第一级用

5 台 F-1 发动机，第二级用 5 台 J-2 发动机，这样的火箭就足够采用月球轨道停留方案实现登月。

也就是火箭直接把登月飞船联合体送到月球轨道。然后登月舱下去，实现登月，指令舱和服务舱在太空轨道里等着，等到月面上的事儿搞定了，登月舱返回太空，再和指令舱对接，把人装进指令舱，抛弃登月舱，大家返回地球。

NASA 觉得这个办法是最合理的，于是，布劳恩就按照这个构想设计了一个新的型号，那就是 C-5，这种火箭就是日后大名鼎鼎的土星 5 号。

土星-1B型火箭可以打阿波罗飞船，也能打一般的载荷

可是，如果要测试阿波罗飞船，当然不需要把飞船打到月球轨道上去。只要在近地轨道进行测试就可以了，当然就犯不上使用那么巨大的土星 5

号火箭。用小火箭打上去就行了。为此，布劳恩还要改进土星 1 型火箭。把第二级的 6 台 RL-10 发动机，改成 1 台 J-2 发动机。这就是后来的土星 1B

火箭。你会发现，土星 1B 的第二级和土星 5 号的第三级几乎是一样的。没错，都是用了一台 J-2 发动机，这倒是一举两得。

所以，美国人的计划已定，剩下就是甩开膀子加油干了。苏联人还在到处转悠，犹豫不决。科罗廖夫要研发新型火箭，那么他所要做的，也和美国人是一样的。你起码要把

100 多吨的东西送进近地轨道吧，否则免谈。

科罗廖夫 vs 切洛梅

科罗廖夫去找格鲁什科，兄弟啊，你那里有没有大号的煤油发动机啊。格鲁什科脑袋摇得跟拨浪鼓一样。液氧煤油发动机，我这儿里没有大号的，我在研究常温燃料发动机，没空鼓捣液氧煤油。

常温发动机就是偏二甲肼、四氧化二氮作为燃料的发动机，反正都是联胺类的燃料。这东西都是有强烈腐蚀性，有剧毒的燃料。但是好处是常温下是液态的，不需要伺候那么冷的液氧，特别适合洲际导弹，可以提前加注。

环保斗士科罗廖夫特别不喜欢毒发动机，因为这东西比较危险，而且比冲不高，他一扭头，抛开老搭档格鲁什科，找库兹涅佐夫去了。另一边，切洛梅就非常喜欢这种毒发动机。他设计的

UR500 火箭，用的就是毒燃料。这枚 UR500 火箭很特别，甚至有点另类。

苏联四海分割，互相不连通

苏联的地理位置，实在是不占便宜。苏联四海分割，北边的北冰洋沿岸，常年冰封，交通不便。太平洋地区又远离经济中心，海参崴被对面被日本挡住了进出太平洋的路。黑海是个内海，被土耳其掐住了黑海海峡的出口，即便是进了地中海，仍然是在澡盆里打转转，波罗的海也是个非常狭窄的海域。

所以，苏联发射火箭一定是在陆地上，因此才选定了拜科努尔。只要是在地上，火箭就必须靠铁路运输。那就必然受到隧道的限制，火箭是不能太粗的。所以，火箭直径就没办法超过

4

米。造超大火箭，首先这一关就过去不去，直径就受到限制。除非在拜科努尔进行组装，在拜科努尔建立厂房。但是这个厂房和在大城市周边的相比，条件肯定是不好嘛。这就是苏联的一大麻烦。美国人没这个问题，可以用船运到卡纳维拉尔角。工厂选址，尽量靠海或者是靠近河边。

UR-500的后继型号

切洛梅设计的 UR-500 火箭，首先就要考虑到这一点。所以，他设计的火箭，中间是个 4 米粗的氧化剂燃料箱。周围一圈，布置了 6 台 RD-253

火箭发动机和燃料储箱。可以先把光杆火箭拉到拜科努尔，通过隧道没问题，到了拜科努尔，把周围的6台火箭发动机和燃料储箱给装上。这时候粗就粗了，没关系，前方已经不需要过隧道了。所以。切洛梅设计的

UR-500 火箭虽然看起来好像是捆绑火箭，其实不是。只是第一级的发动机在周围摆了一圈，中间杆子上是没有发动机的。

早期的UR-500火箭

这颗 RD253

发动机可不简单。格鲁什科不愧是火箭发动机大师。这台发动机用到了补燃技术，或者叫分级燃烧技术，当时只有格鲁什科的设计局掌握。目前，液氧煤油的高压补燃技术也只有俄罗斯和中国是实用化的。美国后来在氢氧发动机上采取过部分分级燃烧，煤油机也研究过，但是没有实用化。目前

SpaceX 的马斯克在全力以赴攻克液氧甲烷的全流量分级燃烧技术。可见这种技术是每个火箭发动机研究者都梦寐以求的。

布劳恩早期的火箭发动机，都要带上过氧化氢，用过氧化氢的催化分解来驱动涡轮泵，这个泵把大量的燃料压进火箭的燃烧室，点火燃烧，产生巨大的推力。这就是火箭发动机的基本原理。但是，每次总要带过氧化氢，似乎有点多此一举。

使用燃气发生器循环的发动机结示意图

于是，就出现了第二个办法。用火箭的燃料，先送进一个小燃烧室燃烧，产生的热气吹动涡轮泵，涡轮泵把燃料送进喷管的管壁上走一圈，喷管里边其实就是主燃烧室，先利用喷管给燃料预热，顺便也帮着喷管降温，省得被烧坏了，然后加热以后的燃料被压进主燃烧室，点火燃烧，产生巨大的推力，这就是所谓的燃气发生器循环。

废气没有用啦，直接弄个管子排掉就行了。这点废气不产生推力，主要能量都用来吹涡轮泵了。土星 5 号用的 F-1 发动机推力巨大，推力大约 700

吨，这个涡轮泵的功率就有惊人的 55 万马力，1 秒钟要向燃烧室送进 58 万升煤油和 94

万升液氧。一眨眼的功夫，这么多燃料就烧光了，全都喷出去了。

F-1发动机左侧的那跟管子，就是排放驱动涡轮泵的废气的，采用燃气发生器循环的发动机必定有排放废气的管子

这种燃气发生器的方式能够简单粗暴地把发动机做的非常大，变态的大。F-1 发动机到现在也是最大的单喷管火箭发动机。俄罗斯的 RD-170

推力比它大，但是喷管也比它多。但是，F-1 的比冲是很难看的，只有 260 多，人家 RD-170 的比冲有 300 多呢。RD-253 这颗毒发，比冲也比

F-1 要高。

这个分级燃烧技术究竟是怎么回事儿呢为什么这个技术就这么诱人呢

因为是美国率先克服了人类登陆月球的技术难题，所以美国率先完成登月，而苏联落后半步。

1969年7月20日，“阿波罗”登月舱降落到月面，开始了人类有史以来的登月活动。到了1972年，人类先后登月6次，对月球进行了一系列的科学考察，使人类对月球的认识更加全面、更加深入。

扩展资料

登月一场竞争的结果

20世纪50年代末60年代初，前苏联连续获得数个空间赛第一：1957年10月4日发射第一颗人造地球卫星，1961年4月12日第一位航天员加加林进入太空……与之相比，尽管美国也获得了两个第一：1960年 4月发射第一颗气象卫星“泰罗斯”，1962年7月第一颗有源通信卫星作试验性通信。

但同苏联的巨大成就相此，显得小巫见大巫。在加加林飞行之后不到四个星期，美国航天员阿兰·谢泼德中校乘“水星”号飞船进行了亚轨道飞行（186千米），它说明美国具备了摆脱空间困境的能力。

人类登月的成就

苏联的月球2号于1959年9月登陆月球，是首个登陆月球的探测器，而美国的阿波罗11号则于1969年7月成功登陆月球，航天员尼尔·阿姆斯特朗和巴兹·奥尔德林成为历史上最早登陆月球的人类。

法国小说家儒勒·凡尔纳的1865年小说《从地球到月球》则是人类出现最早有关登陆月球的概念之一。中国月球探测工程是指2003年3月由中国国家航天局宣布正式起动的月球探测计划。

阿波罗计划综述

阿波罗计划（Project Apollo）或作阿波罗工程，是美国国家航空航天局从1961年到1972年从事的一系列载人航天飞行任务，在20世纪60年代的十年中主要致力于完成载人登月和安全返回的目标。在1969年阿波罗11号宇宙飞船达成了这个目标，尼尔·阿姆斯特朗成为第一个踏上月球表面的人类。

为了进一步执行在月球的科学探测，阿波罗计划一直延续到1970年代早期。总共耗资约240亿美元，因此有人认为，资金是美国能领先一步登月的最大因素。

阿波罗计划是美国国家航空航天局执行的迄今为止最庞大的月球探测计划，“阿波罗”飞船的任务包括为载人登月飞行作准备和实现载人登月飞行，已于1972年底结束。迄今（2012年）为止还没有过其他的载人航天器离开过地球轨道。

阿波罗计划详细地揭示了月球表面特性、物质化学成份、光学特性并探测了月球重力、磁场、月震等。后来的天空实验室计划和美国、苏联联合的阿波罗-联盟测试计划也使用了原来为阿波罗建造的设备，也就经常被认为是阿波罗计划的一部分。

阿波罗计划取得了巨大的成功，但计划中也有过几次严重的危机，包括阿波罗1号测试时的大火造成维吉尔·格里森、爱德华·怀特、罗杰·查菲的死亡；阿波罗13号的氧气罐爆炸以及阿波罗-联盟测试计划返回大气层时排放的有毒气体都几乎使执行任务的宇航员丧命。

参考资料：

-人类登月